ECOTECH - ECOTECH : production durable et technologies de l'environnement

Indicateurs Biologiques et chImiqueS de Contaminations UrbaineS – IBISCUS

UN FLUORIMETRE UV A LEDS MINIATURISE POUR FLASHER LES POLLUTIONS EN MER

Ce projet propose de mesurer la fluorescence de contaminants en mer par la mise en oeuvre de procédés optoélectroniques et robotiques de pointe. Il répond à l’appel à projet ANR-ECOTECH 2009 visant la préservation des ressources naturelles et la maîtrise des risques environnementaux.

La détection de polluants en mer, un enjeu de santé publique et économique de premier ordre.

L’accroissement des populations sur les rivages et le développement des activités industrielle et agricole font une priorité de la surveillance des rejets en mer des stations d’épuration, de l’agriculture et de l’industrie. Les polluants ciblés par le projet sont les contaminations fécales véhiculées par les eaux usées et vecteurs potentiels de germes pathogènes, les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) résidus des combustibles fossiles et composants des pétroles, et les biocides, reconnus comme des composés toxiques, cancérigènes et mutagènes. Dans ce contexte, les objectifs du projet sont d’identifier et de quantifier ces polluants sur la base de leurs propriétés de fluorescence dans la matrice organique des eaux côtières, de développer les technologies de leur acquisition en continu par des capteurs de fluorescence UV à LEDs, et d’intégrer ces capteurs dans des véhicules autonomes de surveillance du milieu marin (AUV, gliders). Outre de nouvelles connaissances fondamentales sur la fluorescence de la matière organique marine, les retombées attendues sont d’ordre économique avec une mise en place sur le marché de capteurs français miniaturisés originaux et compétitifs, et d’ordre environnemental avec une amélioration de la gestion des rejets grâce à l’intégration de ces capteurs sur les plateformes autonomes opérationnelles des réseaux nationaux d’observation et de surveillance du milieu marin.

L’originalité de l’approche proposée repose sur l’analyse de fluorophores excités à courtes longueurs d’onde dans le domaine de l’ultraviolet. La technologie LED (Light Emitting Diode) permet d'explorer des bandes spectrales de l'ultraviolet (254 nm) à l'infrarouge (7 µm). La technologie dite «Multimètre optique à leds« mise au point par l’entreprise Micro Module (Brest) permet de mesurer des signaux lumineux très faibles (quelques fW : 10-15 W à l'échelle de la seconde) sur une très grande dynamique (50/100 dB). Cette technologie est bien adaptée à la mesure en fluorimétrie de substances fluorescentes très diluées que sont les contaminants en milieu marin. L’étude en laboratoire (MIO-Marseille, LECOB-Banyuls) de la fluorescence de mélanges de standards et d’échantillons naturels, associée à l’analyse PARAFAC des matrices de fluorescence, a permis de sélectionner des cibles, à savoir le phénanthrène, le naphtalène, le fluorène, le pyrène pour les contaminants pétroliers, le carbaryl et le phényl phénol pour les biocides, le tryptophane pour les contaminations fécales. L’interfaçage pour les versions mouillage et «glider AUV« des capteurs a été réalisé par l’entreprise ACSA-Alcen (Europarc, Meyreuil), qui développe la première filière française de production de glider en parallèle dans d’autres projets.

Plusieurs capteurs de fluorescence bi-voies miniaturisés ont été conçus et réalisés (Fig. 1). Leur intégration possible sur profileurs et véhicules sous-marins autonomes comme le glider «Sea Explorer«, en font des outils adaptés à la surveillance de la qualité des eaux marines. Le Pôle Mer Méditerranée a favorisé la mise en place des relations entre laboratoires publiques et entreprises des régions PACA et Bretagne. Ainsi, le projet IBISCUS aura permis de construire une relation durable entre les partenaires du projet, sorte d’écosystème vertueux «Recherche« (MIO), «R&D« (MM) et Production/Commercialisation (ACSA-Alcen).

Les perspectives du projet sont la production des capteurs développés dans «IBISCUS« par la Cie ACSA en collaboration avec la Cie Micro Module, et leur utilisation par de nombreux «end-users«. Elles s’intègrent dans les perspectives du projet européen FP7 NEXOS (2013-2017), qui rassemble un consortium d’entreprises et institutions publiques européennes dont le M.I.O., travaillant à une nouvelle génération de systèmes de capteurs. Les performances de nos capteurs pourront ainsi être comparées aux autres capteurs européens émergeants, pour la surveillance de l’environnement autour de plateformes d’exploitation pétrolière, le contrôle de la charge microbiologique des eaux usées, et le déclenchement d’alertes à travers une interface «conviviale«, en cas de pollution.

1) Sept publications dans des revues de niveau international, 2) des communications dans des congrès nationaux (Salon annuel d’ «Eco-Technologie«) et internationaux (Ocean Science Meeting 2010, Portland (US) ; Salon Techno-Ocean 2010, Kobe (Japon) ; Congrès Ocean Optics 2012, Glasgow (Ecosse) ; Congrès WOMS 2013, La Garde (France)), 3) un Brevet CNRS, n° FR 2972260 (Fluorimètre submersible à sources de lumière UV (< 300 nm) pour la quantification de composés aromatiques ciblés).

Ce projet répond à l'appel d'offre ANR ECOTECH, dont l'objectif est de préserver les ressources naturelles et maîtriser les risques environnementaux, et de soutenir le développement des technologies de l’environnement centrées sur un contrôle de la pollution des milieux (eau, sol, mer et air). L’objectif du projet IBISCUS (Indicateurs Biologiques et chImiqueS de Contaminations UrbaineS), d’une durée de 3 ans, est de développer l'identification et la quantification de polluants [hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs), résidus de pesticides et contaminations fécales], basées sur les propriétés de fluorescence de molécules représentatives de ces 3 classes de polluants (respectivement phénanthrène, carbaryl/carbofuran et tryptophane) dans la matrice organique des eaux côtières (EEM), et de développer les technologies de leur acquisition en continue par des capteurs de fluorescence à LEDs, et de leur intégration dans des véhicules autonomes de surveillance du milieu marin (« gliders »). L’originalité et le caractère ambitieux du projet résident dans le couplage entre le développement de méthodes de dosage de polluants par spectrofluorimétrie, l’utilisation des résultats d’expérience de laboratoire pour la conception de nouveaux capteurs, et l’interaction avec une entreprise spécialisée en instrumentation optique (MICROMODULE), ayant acquis une grande expérience dans l'utilisation des LEDs pour la mesure de fluorescence à très grande sensibilité, et une entreprise constructeur de véhicule sous marin autonome (ACSA). Les développements technologiques récents comme la mise à disposition de nouvelles LEDs UV et la capacité des entreprises à concevoir des capteurs in situ de fluorescence sont à la base du projet proposé. Dans le contexte de l’environnement durable, le marché de l’océan-ographie opérationnelle est en pleine expansion et représente un marché d’intérêt pour les entreprises. La collaboration entre ACSA et MICROMODULE et le LMGEM (projet Sea Explorer) travaillant à la conception de capteurs miniaturisés de polluants répond à cette demande. Ce projet répond à l'Axe thématique 5 de l'appel à projet ECOTECH : "Surveiller – Mesurer plus et mieux la Qualité de l’Environnement", et en particulier aux objectifs de ce thème qui visent à soutenir les projets de déploiement des systèmes d’instrumentations intégrées (capteurs, acquisition, validation, archivage, interrogation, interprétation) innovants et les recherches permettant de réduire significativement le coût des mesures et des analyses.

Coordinateur du projet

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.

Partenaire

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Début et durée du projet scientifique : - 0 Mois

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