Étude de cas d'application des capteurs d'oxygène dissous dans l'aération de précision

I. Contexte du projet : Les défis et les opportunités de l'aquaculture indonésienne

L'Indonésie est le deuxième producteur mondial d'aquaculture, et ce secteur est un pilier essentiel de son économie nationale et de sa sécurité alimentaire. Cependant, les méthodes d'élevage traditionnelles, notamment l'élevage intensif, sont confrontées à des défis majeurs :

• Risque d'hypoxie : Dans les étangs à forte densité, la respiration des poissons et la décomposition de la matière organique consomment de grandes quantités d'oxygène. Une insuffisance d'oxygène dissous (OD) ralentit la croissance des poissons, réduit leur appétit, augmente leur stress et peut provoquer une suffocation et une mortalité massives, entraînant des pertes économiques dévastatrices pour les éleveurs.
• Coûts énergétiques élevés : Les aérateurs traditionnels sont souvent alimentés par des générateurs diesel ou le réseau et nécessitent une intervention manuelle. Pour éviter l'hypoxie nocturne, les agriculteurs font souvent fonctionner les aérateurs en continu pendant de longues périodes, ce qui entraîne une consommation d'électricité ou de diesel considérable et des coûts d'exploitation très élevés.
• Gestion extensive : Se fier à l'expérience manuelle pour évaluer les niveaux d'oxygène de l'eau – par exemple en observant si les poissons « halètent » à la surface – est très imprécis. Lorsque ces halètements sont observés, les poissons sont déjà très stressés, et il est souvent trop tard pour commencer l'aération.

Pour résoudre ces problèmes, des systèmes intelligents de surveillance de la qualité de l’eau basés sur la technologie de l’Internet des objets (IoT) sont promus en Indonésie, le capteur d’oxygène dissous jouant un rôle central.

II. Étude de cas détaillée de l'application technologique

Localisation : Fermes d'élevage de tilapias ou de crevettes de taille moyenne à grande dans les zones côtières et intérieures des îles en dehors de Java (par exemple, Sumatra, Kalimantan).

Solution technique : Déploiement de systèmes intelligents de surveillance de la qualité de l’eau intégrés à des capteurs d’oxygène dissous.

1. Capteur d'oxygène dissous – « L'organe sensoriel » du système

• Technologie et fonction : Utilise des capteurs optiques à fluorescence. Le principe repose sur une couche de colorant fluorescent à l'extrémité du capteur. Excité par une lumière d'une longueur d'onde spécifique, le colorant devient fluorescent. La concentration en oxygène dissous dans l'eau atténue (réduit) l'intensité et la durée de cette fluorescence. La mesure de cette variation permet de calculer précisément la concentration en oxygène dissous.
• Avantages (par rapport aux capteurs électrochimiques traditionnels) :
  • Sans entretien : pas besoin de remplacer les électrolytes ou les membranes ; les intervalles d'étalonnage sont longs, nécessitant un entretien minimal.
  • Haute résistance aux interférences : moins sensible aux interférences dues au débit d'eau, au sulfure d'hydrogène et à d'autres produits chimiques, ce qui le rend idéal pour les environnements d'étang complexes.
  • Haute précision et réponse rapide : fournit des données DO continues, précises et en temps réel.

2. Intégration du système et flux de travail

• Acquisition de données : Le capteur DO est installé en permanence à une profondeur critique dans l'étang (souvent dans la zone la plus éloignée de l'aérateur ou dans la couche d'eau intermédiaire, où le DO est généralement le plus bas), surveillant les valeurs DO 24h/24 et 7j/7.
• Transmission de données : le capteur envoie des données par câble ou sans fil (par exemple, LoRaWAN, réseau cellulaire) à un enregistreur de données/passerelle alimenté par l'énergie solaire au bord de l'étang.
• Analyse des données et contrôle intelligent : la passerelle contient un contrôleur préprogrammé avec des limites de seuil DO supérieures et inférieures (par exemple, démarrer l'aération à 4 mg/L, arrêter à 6 mg/L).
• Exécution automatique : Lorsque les données d'oxygène dissous en temps réel descendent en dessous de la limite inférieure définie, le contrôleur active automatiquement l'aérateur. Il l'arrête une fois que l'oxygène dissous revient à un niveau supérieur sûr. L'ensemble du processus ne nécessite aucune intervention manuelle.
• Surveillance à distance : Toutes les données sont téléchargées simultanément sur une plateforme cloud. Les agriculteurs peuvent surveiller à distance l'état de l'oxygène dissous et l'historique des tendances de chaque bassin en temps réel via une application mobile ou un tableau de bord, et recevoir des alertes SMS en cas de manque d'oxygène.

III. Résultats et valeur de l'application

L’adoption de cette technologie a apporté des changements révolutionnaires aux agriculteurs indonésiens :

1. Mortalité considérablement réduite, rendement et qualité accrus :
   • La surveillance de précision 24h/24 et 7j/7 prévient complètement les événements hypoxiques causés par les heures nocturnes ou les changements climatiques soudains (par exemple, les après-midi chauds et calmes), réduisant ainsi considérablement la mortalité des poissons.
   • Un environnement DO stable réduit le stress des poissons, améliore le taux de conversion alimentaire (FCR), favorise une croissance plus rapide et plus saine et augmente finalement le rendement et la qualité du produit.
2. Économies substantielles sur les coûts énergétiques et opérationnels :
   • Passe du fonctionnement « aération 24h/24 et 7j/7 » à « aération à la demande », réduisant ainsi le temps de fonctionnement de l'aérateur de 50 à 70 %.
   • Cela conduit directement à une forte baisse des coûts d’électricité ou de diesel, réduisant considérablement les coûts de production globaux et améliorant le retour sur investissement (ROI).
3. Permet une gestion précise et intelligente :
   • Les agriculteurs sont libérés de la tâche laborieuse et imprécise des contrôles constants des étangs, en particulier pendant la nuit.
   • Les décisions fondées sur les données permettent une planification plus scientifique de l’alimentation, des médicaments et des échanges d’eau, permettant une transition moderne de « l’agriculture basée sur l’expérience » à « l’agriculture basée sur les données ».
4. Capacité de gestion des risques améliorée :
   • Les alertes mobiles permettent aux agriculteurs d’être immédiatement informés des anomalies et de réagir à distance, même lorsqu’ils ne sont pas sur place, améliorant ainsi considérablement leur capacité à gérer les risques soudains.

IV. Défis et perspectives d'avenir

• Défis:
  • Coût d’investissement initial : Le coût initial des capteurs et des systèmes d’automatisation reste un obstacle important pour les petits agriculteurs individuels.
  • Formation technique et adoption : Il est nécessaire de former les agriculteurs traditionnels à changer les anciennes pratiques et à apprendre à utiliser et à entretenir l’équipement.
  • Infrastructure : une alimentation électrique stable et une couverture réseau dans les îles éloignées sont des conditions préalables au fonctionnement stable du système.
• Perspectives d'avenir :
  • Les coûts d’équipement devraient continuer à baisser à mesure que la technologie mûrit et que des économies d’échelle sont réalisées.
  • Les subventions et les programmes de promotion du gouvernement et des organisations non gouvernementales (ONG) accéléreront l’adoption de cette technologie.
  • Les futurs systèmes intégreront non seulement l'oxygène dissous, mais aussi le pH, la température, l'ammoniac, la turbidité et d'autres capteurs, créant ainsi un « IoT sous-marin » complet pour les bassins. Des algorithmes d'intelligence artificielle permettront une gestion entièrement automatisée et intelligente de l'ensemble du processus aquacole.

Conclusion

L'utilisation de capteurs d'oxygène dissous dans l'aquaculture indonésienne est une réussite exemplaire. Grâce à une surveillance précise des données et à un contrôle intelligent, elle répond efficacement aux principaux problèmes du secteur : le risque d'hypoxie et les coûts énergétiques élevés. Cette technologie représente non seulement une amélioration des outils, mais aussi une révolution dans la philosophie de l'aquaculture, propulsant progressivement l'aquaculture indonésienne et mondiale vers un avenir plus efficace, durable et intelligent.