Abstrait
Avec l'intensification de l'aquaculture et la demande croissante de protection du milieu marin, les méthodes traditionnelles de surveillance de la qualité de l'eau ne peuvent plus répondre aux exigences multidimensionnelles et en temps réel. Cet article examine systématiquement les principes technologiques et la valeur applicative des capteurs flottants multiparamètres de qualité de l'eau dans les canaux d'aquaculture d'eau douce et les environnements marins. Des expériences comparatives permettent de valider les avantages en termes de performance pour la surveillance de paramètres clés tels que l'oxygène dissous, le pH, la turbidité et la conductivité. De plus, l'intégration de la technologie IoT aux systèmes de surveillance intelligents est abordée. Des études de cas démontrent que cette technologie réduit le temps de réponse aux anomalies de la qualité de l'eau de 83 % et diminue l'incidence des maladies en aquaculture de 42 %, offrant ainsi un soutien technique fiable à l'aquaculture moderne et à la protection du milieu marin.
1. Principes techniques et architecture du système
Le système de capteur multiparamètre flottant adopte une conception modulaire, avec des composants de base comprenant :
- Réseau de capteurs : capteur d'oxygène dissous optique intégré (précision de ± 0,1 mg/L), électrode de verre de pH (± 0,01), sonde de conductivité à quatre électrodes (± 1 % FS), unité de diffusion de turbidité (0–4 000 NTU).
- Structure flottante : Boîtier en polyéthylène haute densité avec alimentation solaire et stabilisateurs sous-marins.
- Relais de données : prend en charge la transmission bimode 4G/BeiDou avec fréquence d'échantillonnage réglable (5 min–24 h).
- Système d'autonettoyage : le dispositif anti-encrassement à ultrasons prolonge les intervalles d'entretien jusqu'à 180 jours.
2. Applications dans les filières d'aquaculture en eau douce
2.1 Régulation dynamique de l'oxygène dissous
Dans les zones de culture de Macrobrachium rosenbergii du Jiangsu, le réseau de capteurs suit les fluctuations d'OD en temps réel (2,3–8,7 mg/L). Lorsque les niveaux descendent en dessous de 4 mg/L, les aérateurs s'activent automatiquement, réduisant ainsi les risques d'hypoxie de 76 %.
2.2 Optimisation de l'alimentation
En corrélant les données de pH (6,8–8,2) et de turbidité (15–120 NTU), un modèle d’alimentation dynamique a été développé, améliorant l’utilisation des aliments de 22 %.
3. Avancées dans la surveillance du milieu marin
3.1 Adaptabilité à la salinité
Les électrodes en alliage de titane maintiennent une réponse linéaire (R² = 0,998) sur des plages de salinité de 5 à 35 psu, avec une dérive des données inférieure à 3 % observée dans les tests en cage marine de Fujian.
3.2 Algorithme de compensation des marées
Un algorithme de base dynamique élimine l'interférence des fluctuations des marées sur les mesures d'azote ammoniacal (0–2 mg/L), réduisant l'erreur à ± 5 % dans les tests de l'estuaire de la rivière Qiantang.
4. Solutions d'intégration IoT
Les nœuds de calcul Edge permettent le prétraitement des données locales (réduction du bruit, suppression des valeurs aberrantes), tandis que les plateformes cloud prennent en charge l'analyse multidimensionnelle :
- Cartes thermiques spatiotemporelles des points chauds de prolifération d'algues
- Modèles LSTM prédisant les tendances de la qualité de l'eau sur 72 heures
- Alertes d'application mobile (latence de réponse < 15 s)
5. Analyse coûts-avantages
Par rapport à l’échantillonnage manuel traditionnel :
- Coûts de surveillance réduits de 62 % par an
- Densité des données multipliée par 400
- Alertes à la prolifération d'algues émises 48 heures plus tôt
- Les taux de survie de l'aquaculture se sont améliorés à 92,4 %
6. Défis et perspectives d'avenir
Les limites actuelles incluent l'interférence due à l'encrassement biologique (en particulier au-dessus de 28 °C) et l'interférence entre paramètres. Les orientations futures incluent :
- Matériaux de capteurs à base de graphène
- Calibrage de robot sous-marin autonome
- Vérification des données basée sur la blockchain
Conclusion
Les systèmes flottants de surveillance multiparamétrique représentent une avancée technologique majeure, passant de l'« échantillonnage intermittent » à la « détection continue », et apportent un soutien essentiel à la pêche intelligente et à la conservation de l'écologie marine. En 2023, le ministère chinois de l'Agriculture a intégré ces dispositifs à son programme.Normes modernes pour les fermes aquacoles, signalant une large adoption future.
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Date de publication : 13 août 2025