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 constitue 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 d'importants défis :

• Risque d'hypoxie : Dans les étangs à forte densité, la respiration des poissons et la décomposition de la matière organique consomment d'importantes quantités d'oxygène. Un manque d'oxygène dissous entraîne un ralentissement de la croissance des poissons, une diminution de leur appétit, une augmentation du stress et peut provoquer une asphyxie et une mortalité massives, engendrant des pertes économiques considérables pour les pisciculteurs.
• Coûts énergétiques élevés : Les aérateurs traditionnels sont souvent alimentés par des générateurs diesel ou le réseau électrique et nécessitent une intervention manuelle. Pour éviter l’hypoxie nocturne, les agriculteurs les font fréquemment fonctionner 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 pour évaluer le niveau d’oxygène dans l’eau — par exemple en observant si les poissons « halètent » en surface — est très imprécis. Au moment où l’on observe cette respiration haletante, les poissons sont déjà très stressés, et il est souvent trop tard pour aérer l’eau.

Pour remédier à 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 d'une application technologique

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

Solution technique : Déploiement de systèmes intelligents de surveillance de la qualité de l'eau intégrant des capteurs d'oxygène dissous.

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

• Technologie et fonctionnement : Utilise des capteurs à fluorescence optique. Le principe repose sur une couche de colorant fluorescent à l’extrémité du capteur. Excité par une lumière de longueur d’onde spécifique, le colorant émet une fluorescence. La concentration d’oxygène dissous dans l’eau diminue l’intensité et la durée de cette fluorescence. La mesure de cette variation permet de calculer précisément la concentration d’oxygène dissous.
• Avantages (par rapport aux capteurs électrochimiques traditionnels) :
  • Sans entretien : pas besoin de remplacer les électrolytes ni les membranes ; les intervalles d'étalonnage sont longs, ce qui nécessite 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'étangs 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 des données : Le capteur d'oxygène dissous 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 l'oxygène dissous est généralement le plus faible), surveillant les valeurs d'oxygène dissous 24h/24 et 7j/7.
• Transmission des données : Le capteur envoie les données par câble ou sans fil (par exemple, LoRaWAN, réseau cellulaire) à un enregistreur/passerelle de données alimenté à 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, l'arrêter à 6 mg/L).
• Exécution automatique : lorsque le taux d’oxygène dissous (OD) en temps réel descend en dessous du seuil minimal défini, le contrôleur active automatiquement l’aérateur. Il le désactive dès que le taux d’OD remonte à un niveau normal. L’ensemble du processus est entièrement automatisé.
• Surveillance à distance : Toutes les données sont simultanément téléchargées sur une plateforme cloud. Les agriculteurs peuvent ainsi suivre à distance et en temps réel le taux d’oxygène dissous et l’historique de chaque bassin via une application mobile ou un tableau de bord informatique, et recevoir des alertes SMS en cas de faible taux 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 totalement les épisodes d'hypoxie causés par la nuit ou des changements météorologiques soudains (par exemple, des après-midi chauds et calmes), réduisant ainsi considérablement la mortalité des poissons.
   • Un environnement stable en oxygène dissous réduit le stress des poissons, améliore l'indice de conversion alimentaire (ICA), favorise une croissance plus rapide et plus saine et, en fin de compte, augmente le rendement et la qualité du produit.
2. Économies substantielles sur les coûts énergétiques et opérationnels :
   • Passe d'un fonctionnement « aération 24h/24 et 7j/7 » à un fonctionnement « aération à la demande », réduisant ainsi le temps de fonctionnement de l'aérateur de 50 à 70 %.
   • Cela entraîne directement 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 ainsi libérés de la tâche fastidieuse et imprécise que représente la surveillance constante des étangs, notamment 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 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 demeure un obstacle important pour les petits exploitants agricoles individuels.
  • Formation technique et adoption : Il est nécessaire de former les agriculteurs traditionnels afin qu'ils modifient leurs pratiques ancestrales et apprennent à utiliser et à entretenir le matériel.
  • Infrastructure : Un approvisionnement électrique stable et une couverture réseau adéquate dans les îles isolées sont des conditions préalables au bon fonctionnement du système.
• Perspectives d'avenir :
  • Le coût des équipements devrait continuer de baisser à mesure que la technologie mûrit et que des économies d'échelle sont réalisées.
  • Les subventions et les programmes de promotion des gouvernements 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 véritable « Internet des objets sous-marin » 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 en aquaculture indonésienne est un exemple éloquent de réussite. Grâce à une surveillance précise des données et à un contrôle intelligent, elle permet de répondre efficacement aux principaux défis du secteur : le risque d'hypoxie et les coûts énergétiques élevés. Cette technologie représente non seulement une amélioration des outils, mais aussi une véritable révolution dans les pratiques aquacoles, propulsant l'aquaculture indonésienne et mondiale vers un avenir plus efficace, durable et intelligent.