Subsea Water Isotope Sensors: Un nouvel outil pour l'analyse continue et in situ – SWIS
Subsea Water Isotope Sensors: Un nouvel outil pour l'analyse continue et in situ
La composition isotopique de l’eau dans l’océan est un des marqueurs les plus importants, permettant de connaitre l’origine des masses d’eau, leurs conditions de formation et leur évolution. Depuis sa variabilité spatiale et temporelle dans l’océan, il est possible de discriminer entre les différentes sources. Ce projet propose un nouveau développement instrumental qui repose sur un brevet et qui permettra de cartographier à fine échelle spatiale et temporelle ces signaux dans l’océan.
enjeux et objectif
Objectifs principaux: Développer un nouvel instrument pour les mesures continues in situ de dD et d18O de l'eau. Un nouveau spectromètre optique dédié sera développé et couplé à un système d'extraction membranaire.<br />Principaux problèmes soulevés:<br />1) L'alignement de la cavité optique n'a pas été aussi facile que prévu et a nécessité plus de temps.<br />2) Nous avons changé nos plans sur les deux membranes (l'une prélevant de l'eau externe et l'autre produisant le gaz standard), et après différents tests, nous avons décidé d'opter pour le même type de membrane qui sera toutes deux stabilisées en température.<br />3) Nous avons décidé de ne pas développer le système haute pression pour tester le capteur, mais plutôt d'aller sur une infrastructure existente pour ce type de tests. Le test sera effectué une fois que l'instrument sera entièrement construit et est prévu pour l'été 2021.<br />4) Le choix de la technologie de batterie nécessaire pour tenir compte de la taille, du poids et de la réglementation pour son expédition par avion. Les Li-ion ont finalement été sélectionnés.<br />5) Le stage M1 qui devait se dérouler du 13 février au 22 mai 2020 a été annulé en raison des restrictions sanitaires. Mais le même candidat débute un stage M2 le 1er février 2021. Il travaillera sur la caractérisation des performances du capteur sur les mesures isotopiques de l'eau.<br />6) En raison du retard sur le projet (en raison de certains problèmes techniques expliqués ci-dessus ainsi que des restrictions sanitaires) le contrat de ingénieur a été prolongé de 9 mois, lui permettant de finaliser le développement de l'instrument.<br />Malgré les retards accumulés, nous devrions donc être en mesure de finaliser le projet dans les 42 mois comme prévu (y compris les 6 mois supplémentaires en raison de la pandémie).
Le spectromètre optique fonctionne dans la région infrarouge et est basé sur la technique OFCEAS (Optical Feedback Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy). Le système d'extraction fonctionne comme un évaporateur, permettant de collecter la vapeur d'eau qui est continuellement évacuée vers la cavité optique. L'instrument sera intégré dans un boîtier haute pression (jusqu'à 600 m) adapté aux mesures in situ. Il sera conçu pour être déployé dans un borehole (diamètre de l'instrument 19 cm) et également pour être intégré dans un véhicule autonome (50 cm de long).
Jusqu'à présent, les travaux portaient sur la conception et la consommation de l'ensemble du capteur. Nous sommes maintenant prêts à tester sa précision qui sera un point important qui nous dira si les performances actuelles du capteur permettraient des mesures in-situ précises dans l'océan.
Un autre jalon sera la finalisation de l'ensemble du capteur, suivie du premier test en conditions réelles.
Nous arrivons maintenant à la phase du test des performances du spectromètre optique ainsi que du test de laboratoire portant sur la température et la salinité de l'eau. En parallèle, nous finalisons l'ensemble de la conception du capteur, qui devrait être prêt d'ici la fin de l'été, où des tests haute pression seront réalisés. Une campagne de tests sera ensuite menée en mer Méditerranée où des échantillons de flacons en niskin seront collectés et analysés en laboratoire par une technique standard de comparaison et de validation.
1. hal.archives-ouvertes.fr/hal-03042596
2. Grilli et al. Under review in Biogeoscience (Frontires in Earth Science).
La composition isotopique de l’eau dans l’océan est un des marqueurs les plus importants, permettant de connaître l’origine des masses d’eau, leurs conditions de formation et leur évolution. Depuis sa variabilité spatiale et temporelle dans l’océan, il est possible de tracer un lien direct avec le cycle de l’eau douce, et de discriminer entre les différentes sources: fonte, apport des rivières ou précipitations. Aujourd’hui, la connaissance de la variabilité des isotopes de l’eau dans l’océan est peu détaillée à cause des mesures ponctuelles disponibles. Ce projet propose un nouveau développement instrumental qui repose sur un brevet et qui permettra de cartographier à fine échelle spatiale et temporelle ces signaux dans l’océan. Après validation, l’instrument pourra être utilisé pour des campagnes de mesure ultérieures, et notamment dans l’océan Austral, où une meilleure compréhension des échanges océan/glace de mer et des processus de fonte représente aujourd’hui un défi majeur.
Coordination du projet
Roberto GRILLI (Institut des Géosciences de l'Environnement)
L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.
Partenariat
IGE Institut des Géosciences de l'Environnement
Aide de l'ANR 275 598 euros
Début et durée du projet scientifique :
janvier 2019
- 36 Mois
