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Institut Mines-Télécom Ingrid Bazin, Anne Johannet, Catherine Gonzalez, Jacky Montmain, LGEI, École des Mines dAlès Réseaux de capteurs chimiques et biologiques.

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1 Institut Mines-Télécom Ingrid Bazin, Anne Johannet, Catherine Gonzalez, Jacky Montmain, LGEI, École des Mines dAlès Réseaux de capteurs chimiques et biologiques pour un suivi rapide de la qualité de leau : Traitement de données pour un monitoring fiable

2 Institut Mines-Télécom Contexte et enjeux Bon état des masses deau Qualité chimique? Liste de polluants (liste révisée tous les 4 ans) Normes de qualité environnementale 41 substances Qualité biologique? Diversité, quantité, qualité Poissons, végétaux, diatomées, invertébrés État écologique de référence (cours deau de montagne), masse deau peu éloignée de cet état de référence

3 Institut Mines-Télécom Contrôle et suivi de la qualité des masses deau Évaluation de la qualité des masses deau? Identification des sources de pollution? Evaluation des scénarii en fonction de pratiques agricoles, des stratégies de gestion des ressources en eau? Outils de diagnostic basés sur des mesures obtenues par techniques chimiques et biologiques Anticiper les altérations de la qualité des eaux Superviser pour réagir en cas de besoin Surveiller par controle continu et lauto-controle

4 Institut Mines-Télécom Quelles méthodes pour quelles informations? Temps Polluant a Polluant b Indicateurs Biocapteurs Temps Polluant a Polluant b Concentration Capteurs (en-ligne) Temps Polluant a Polluant b Concentration Conc. moyenne Echantillonneurs passifs Temps Polluant a Polluant b Réponse bio Systèmes biologiques dalerte Polluant a Polluant b Concentration Échantillons ponctuels + Analyse en laboratoire Temps Polluant a Polluant b Concentration Situation

5 Institut Mines-Télécom Quelles méthodes rapides pour quelles informations: les biocapteurs et les capteurs en ligne Temps Polluant a Polluant b Concentration Temps Polluant a Polluant b Réponse bio Temps Polluant a Polluant b Concentration Temps Polluant a Polluant b Indicateurs Biocapteurs Temps Polluant a Polluant b Concentration Capteurs (en-ligne) Systèmes biologiques dalerte Échantillons ponctuels + Analyse en laboratoire Situation Temps Polluant a Polluant b Concentration Conc. moyenne Echantillonneurs passifs

6 Institut Mines-Télécom Quelles méthodes pour quelles informations? Chemical Methods PrinciplesParameters Kits testColorimétrieNutrients, metals, pesticides Instrument portable UV spectropho- tometrie COD, BOD, TSS,TOC, surfactants, NO 3 SondeElectroche-mistrypH, T°, cond., dO, turbidity, Cl, NO 3, NH4 SensorVoltametric Amperometric (SPE) Metals (Cd, Pb, Cu, Zn) 10/30 min 1 min 10 min 5/20 min

7 Institut Mines-Télécom Biological methodPrinciplesApplications ImmunoessaieAntibody recognition fluorescence or luminescence Pesticides, TPH, PCB Bioindicators BEWS (alarm system) Viability, Growth and biological functions Acute Toxicity Bioassay Microtox® ToxScreen Luminescence bacterial: Vibrio fischeri Acute and chronic toxicity Luminescence bacterial: Photobacterium leiognathi Acute and chronic toxicity Quelles méthodes pour quelles informations? 30/40 min spécifique Sur site 30 min 30/60 min

8 Institut Mines-Télécom HYDROGUARD Technologies autonomes (balises) sur bassin versant (rivières, bassins dorages, réseau dassainissement, ouvrages hydrauliques,…) et le long du littoral (en mer ou en lagune). Ces balises communiquent entre elles, centralisent les mesures, traitent de manière autonome des données variées provenant de sources multiples Installations statiques ou mobiles pour être opérationnelles dans des zones en état dalerte ou en situation de crise.

9 Institut Mines-Télécom Balises autonomes HYDROGUERD Caméra Sondes Capteurs Qualité

10 Institut Mines-Télécom Détection Ochratoxine A Norme EU: < 2 ppb Glyphosate/ AMPA OTB Applications industrielles: détection de pesticides et de toxines

11 Institut Mines-Télécom Un prototype adapté aux différents systèmes, autonome, fiable, facile à utiliser… pas cher? Métaux (Hg, As, Cd, Co, Ni) Toxines (microcystine, ochratoxine) Bacteries pathogènes (coliformes ) Différents types de biodétecteurs disponibles ou en cours de construction en laboratoire Fraction biodisponible Alerte sur le terrain ANR-Paris-3 février 2012 ANR COMBITOX : un prototype autonome pour la surveillance en continu de la contamination des réseaux deau.

12 Institut Mines-Télécom Quelles méthodes rapides pour quelles informations: capteurs passifs Temps Polluant a Polluant b Concentration Temps Polluant a Polluant b Temps Polluant a Polluant b Réponse bio Temps Polluant a Polluant b Concentration Temps Polluant a Polluant b Indicateur s Biocapteurs Capteurs (en-ligne) Systèmes biologiques dalerte Échantillons ponctuels + Analyse en laboratoire Situation Temps Polluant a Polluant b Concentration Conc. moyenne Echantillonneurs passifs CHEMCATCHER

13 Institut Mines-Télécom Capteurs passifs SPMD POCIS MESCO ECOSCOPE CHEMCATCHER DGT Métaux Polluants apolaires (HAP, PCB) Polluants polaires (pesticides, résidus pharmaceutiques) Accumulation passive : capteur équipé dune phase rétention spécifique

14 Institut Mines-Télécom Distribution spatiale de la pollution Distribution temporelle Rivière Échantillonneurs Effluent Prélèvements ponctuels (image instantanée) Echantillonneurs intégratifs (concentration cumulée) Intérêt des capteurs passifs Temps Prélèvement ponctuel Concentration moyenne Concentration

15 Institut Mines-Télécom Détermination des contaminants émergents issus des eaux usées dans un hydrosystème méditerranéen antropisé : BV Hérault Screening spatio-temporel 22 pesticides et 12 résidus pharmaceutiques Chemcatcher (ng/l) 14 jours dexposition Acebuto- lol Carbama- zepineDiclofénac Fenofi- brate P 1 Hérault Amont Pont de Gignac

16 Institut Mines-Télécom Quelles méthodes rapides pour quelles informations: les bioessais Temps Polluant a Polluant b Concentration Temps Polluant a Polluant b Indicateu rs Biocapteurs Temp s Polluant a Polluant b Concentratio n Capteurs (en-ligne) Temps Polluant a Polluant b Réponse bio Systèmes biologiques dalerte Temps Polluant a Polluant b Concentrat ion Échantillons ponctuels + Analyse en laboratoire Situation Temps Polluant a Polluant b Concen tration Conc. moyenne Echantillonneurs passifs

17 Institut Mines-Télécom Evaluation dun disfonctionnement hormonal Etat générale de la toxicité globale (viabilité)sur un organisme vivant Evaluation de la toxicité estrogenique Evaluation de la viabilité des organismes NIVEAU 2: moléculaire NIVEAU 1: Organisme entier Evaluation de toxicité deffluents urbains Bioessais Daphnie/ Microtox Yeast EstrogenScreen LacZ ERE ERE ERE hER Nucleus Parabens receptor Saccharomyces cerevisiae gal+ MuGal Fluorescence 460 nm

18 Institut Mines-Télécom Objectif dans un futur proche: Des dizaines de capteurs autonomes qui mesurent qui communiquent

19 Institut Mines-Télécom Fig. 1 : Fusion de sources dinformations imprécises ou incertaines sous la forme dune distribution de possibilité Figure 2 : Agrégation de distributions de possibilité pour lindicateur de synthèse d qualité de leau Besoin de traitement des données de masse et de modélisation pour une évaluation de la qualité de la ressource en eau

20 Institut Mines-Télécom Modélisation hydrodynamique des aquifères karstiques par réseaux de neurones 20 Merci de votre attention


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