L'eau est source de vie et le fondement de l'écologie. Des rivières, lacs et mers jusqu'aux robinets de milliers de foyers, la qualité de l'eau est directement liée à la sécurité écologique, à la santé des populations et au développement économique et social durable. Autrefois, surveiller la qualité de l'eau était une tâche fastidieuse et chronophage, nécessitant des prélèvements manuels et des analyses en laboratoire. Non seulement cette tâche était inefficace, mais elle présentait également des inconvénients tels que le décalage des données et une faible représentativité. Aujourd'hui, grâce au développement rapide des technologies, un « œil intelligent » intégrant de multiples fonctions – un capteur multiparamètres de qualité de l'eau – révolutionne notre perception et notre compréhension du monde aquatique.

1. Qu'est-ce qu'un capteur multiparamètres de qualité de l'eau ?

Le capteur multiparamètres de qualité de l'eau est un dispositif de surveillance intelligent hautement intégré qui peut mesurer simultanément, en continu et in situ plusieurs indicateurs physiques, chimiques et biologiques clés dans l'eau à l'aide d'une technologie de détection avancée.

Son principal atout réside dans l'intégration de paramètres multiples. Les méthodes traditionnelles de mesure du pH, de l'oxygène dissous (OD), de la conductivité (TDS), de la turbidité, etc., nécessitent différents instruments et réactifs. Les capteurs multiparamètres intègrent ingénieusement plusieurs modules de capteurs indépendants dans une sonde ou un système compact, permettant ainsi d'obtenir un ensemble complet de données sur la qualité de l'eau en une seule installation, améliorant ainsi considérablement l'efficacité et la commodité de la surveillance.

Les paramètres de surveillance de base communs comprennent :

• Indicateurs physiques : température, turbidité, conductivité (les solides dissous totaux TDS peuvent être calculés).

• Indicateurs chimiques : Valeur du pH, potentiel d'oxydoréduction (ORP), oxygène dissous (OD).

• Indicateurs complets : demande chimique en oxygène (DCO), azote ammoniacal (NH3-N), nitrate (NO3-), chlorophylle-a, algues bleu-vert, etc. (des modules de capteurs spécifiques sont nécessaires).

2、 Principes et avantages de la technologie de base

La pierre angulaire technologique des capteurs multiparamètres réside dans diverses technologies de détection avancées, telles que la détection photoélectrique, la détection électrochimique, la détection ultrasonique, etc.

Capteur de pH : En règle générale, la méthode de l'électrode de verre est utilisée pour mesurer la concentration en ions hydrogène en mesurant la différence de potentiel des deux côtés du film de verre.

Capteur d'oxygène dissous : La méthode la plus courante est l'extinction de fluorescence (méthode optique). La substance fluorescente à la surface du capteur est excitée par une lumière d'une longueur d'onde spécifique, et la concentration en oxygène de l'eau affecte l'intensité et la durée de vie de la fluorescence. La mesure de ces variations de propriétés optiques permet de calculer avec précision la teneur en oxygène dissous. Cette méthode ne nécessite pas d'électrolyte, requiert une maintenance minimale et offre une grande stabilité.

Capteur de turbidité : Il utilise souvent le principe de la lumière diffusée à 90° ou 180° pour émettre un faisceau lumineux et mesurer l'intensité de la lumière diffusée par les particules en suspension dans l'eau, déterminant ainsi le degré de turbidité de l'eau.

Capteur de conductivité : Basée sur la loi d'Ohm, sa conductivité est calculée en mesurant la résistance de l'eau entre deux électrodes.

Ses principaux avantages résident dans :

• Temps réel et continuité : fournit un flux de données ininterrompu 7x24 heures qui peut capturer les changements anormaux transitoires et soudains de la qualité de l'eau, qui ne peuvent pas être comparés à un échantillonnage manuel.

• Surveillance in situ : les capteurs sont placés directement dans la masse d'eau testée, évitant ainsi les changements qualitatifs potentiels qui peuvent survenir pendant le transport et le stockage des échantillons, ce qui permet d'obtenir des données plus authentiques et plus représentatives.

• Haute efficacité et faible coût : une seule machine peut être utilisée à des fins multiples, ce qui permet d'économiser le temps et l'argent liés aux échantillonnages fréquents et aux analyses approfondies en laboratoire. À long terme, les avantages globaux sont considérables.

• Intégration et intelligence : Profondément intégrées à la technologie moderne de l'Internet des objets (IoT), les données peuvent être transmises en temps réel aux plateformes cloud via des technologies sans fil telles que 4G/5G, LoRa, NB IoT, etc., permettant la surveillance à distance, l'analyse des big data et l'alerte intelligente.

3、 Scénarios largement applicables

Cet « Œil de la Sagesse » joue un rôle crucial dans diverses industries :

• Surveillance environnementale et protection écologique : utilisées pour la surveillance écologique à long terme des rivières, des lacs, des réservoirs, des océans et d’autres plans d’eau, pour évaluer les risques environnementaux tels que l’eutrophisation et la prolifération d’algues, et pour fournir des données à l’appui des décisions de gouvernance.

• Ville intelligente et gestion de l'eau : Installé à l'entrée, à l'unité de traitement des processus et à la sortie des usines de traitement des eaux pour réaliser une surveillance en boucle fermée de la qualité de l'eau tout au long du processus, garantissant la sécurité de l'eau potable ; Utilisé pour surveiller l'entrée et la sortie des réseaux de drainage urbains et des usines de traitement des eaux usées afin d'améliorer l'efficacité opérationnelle.

• Aquaculture : Dans les bassins d'aquaculture à haute densité, les paramètres clés liés à la survie des poissons, tels que le pH et l'oxygène dissous, sont surveillés en temps réel. En cas d'anomalie, une alarme se déclenche immédiatement et des équipements tels que des aérateurs peuvent être connectés pour éviter efficacement les risques et réduire les pertes économiques.

• Surveillance des processus industriels et des émissions : Dans les industries telles que l'alimentation, les produits pharmaceutiques et les produits chimiques, surveiller la qualité de l'eau utilisée dans les processus de production ; Dans le même temps, une surveillance stricte des rejets d'eaux usées des égouts des entreprises pour garantir le respect des normes est la « sentinelle de première ligne » de la surveillance de la protection de l'environnement.

• Recherche scientifique et ingénierie hydraulique : fourniture de données brutes à haute fréquence et à haute précision pour la recherche scientifique dans des domaines tels que l'hydrologie, la géologie et l'environnement ; utilisées pour garantir la qualité et la sécurité de l'eau dans les projets de transfert d'eau à grande échelle tels que le projet de dérivation des eaux du Sud vers le Nord.

4. Défis et perspectives d'avenir

• Malgré leurs avantages exceptionnels, les capteurs multiparamètres sont également confrontés à certains défis : l'encrassement biologique peut affecter la précision du capteur, nécessitant des matériaux anti-pollution avancés ou des dispositifs de nettoyage automatique ; l'environnement aquatique complexe impose des exigences plus élevées en matière de stabilité à long terme et de capacité anti-interférence des capteurs ; dans le même temps, l'investissement initial élevé et les exigences de maintenance professionnelle ont également dans une certaine mesure limité sa popularité.

• En regardant vers l’avenir, le développement de capteurs de qualité de l’eau multiparamètres présentera les tendances suivantes :

• Miniaturisation et consommation d'énergie réduite : les capteurs basés sur la technologie MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) seront plus petits et plus économes en énergie, adaptés aux plates-formes de surveillance mobiles telles que les drones et les robots sous-marins, ainsi qu'aux scénarios sans pilote à long terme.

• Une intégration plus poussée et davantage de paramètres : à l’avenir, un capteur pourra peut-être intégrer des dizaines de fonctions de surveillance, y compris des indicateurs difficiles à mesurer tels que les métaux lourds et les polluants organiques.

• Auto-nettoyage et auto-étalonnage : L'application de matériaux intelligents et de nouvelles technologies résoudra efficacement le problème de la pollution biologique et permettra un autodiagnostic et un étalonnage automatique des capteurs, réduisant considérablement les coûts de maintenance.

• Intégration profonde de l'intelligence artificielle : en combinant des algorithmes d'IA, les capteurs peuvent non seulement fournir des données, mais également effectuer des prédictions de tendances, un traçage de la pollution et un diagnostic intelligent, passant de la « perception » à la « cognition » et à la « prise de décision ».

Conclusion

Le capteur multiparamètres de qualité de l'eau, véritable « œil intelligent » qui analyse le monde aquatique, est devenu une infrastructure essentielle à la gestion numérique de l'eau et à la protection intelligente de l'environnement. Il rend les changements de qualité de l'eau jusqu'alors invisibles clairs, visibles, gérables et contrôlables. Avec l'évolution constante des technologies et la baisse continue des coûts, il s'intégrera inévitablement de plus en plus profondément dans nos vies, insufflant une dynamique sans précédent à la préservation de la qualité de l'eau et à la sécurité hydrique mondiale.