Les capteurs de chlorophylle sont des instruments optiques utilisés pour surveiller la chlorophylle, en particulier la chlorophylle a, en tant qu'indicateur de la biomasse phytoplanctonique dans les milieux aquatiques. Les technologies comprennent des fluorimètres monocanaux et multispectraux, des instruments à fluorescence variable, ainsi que des capteurs spectraux ou à absorption destinés au profilage, à la surveillance de la qualité de l'eau, à la détection des proliférations et à la recherche biogéochimique.
Cette page présente des fournisseurs de capteurs de chlorophylle destinés à être déployés sur des bouées, des amarrages, des flotteurs de profilage, des planeurs sous-marins, des sondes, des AUV et des USV.
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Les capteurs de chlorophylle sont des instruments optiques utilisés pour détecter et surveiller la chlorophylle dans les milieux aquatiques, en particulier la chlorophylle a, principal pigment photosynthétique couramment utilisé comme indicateur de la biomasse phytoplanctonique. La plupart des instruments in situ mesurent la fluorescence de la chlorophylle et utilisent le signal optique ainsi obtenu comme indicateur de la concentration, ce qui permet des observations rapides et continues dans toute la colonne d’eau sous la forme d’une estimation dérivée optiquement plutôt que d’une mesure directe du pigment extrait.
SWiFT SVPplus Chlorophylle a de Teledyne Valeport
Les mesures in situ de la chlorophylle offrent une couverture spatiale et temporelle plus étendue que les seules analyses en laboratoire sur des échantillons extraits, bien que ces derniers restent importants pour l’étalonnage et la validation. Il convient également de distinguer la concentration en chlorophylle de la physiologie du phytoplancton, car la fluorescence peut varier en fonction de la composition des espèces, de l’exposition à la lumière, des conditions nutritives, de l’état photosynthétique et de l’extinction non photochimique, ainsi que de l’abondance des pigments.
Les fluorimètres monocanaux utilisent une longueur d’onde ou une bande d’excitation définie pour stimuler la fluorescence de la chlorophylle et détecter l’émission résultante à des longueurs d’onde plus longues. Leur architecture optique relativement simple les rend adaptés au profilage de routine, aux stations de surveillance fixes, aux sondes multiparamétriques et aux plateformes océaniques autonomes. On opte généralement pour un capteur de chlorophylle a à canal unique lorsque l’exigence principale est l’estimation continue de la concentration en chlorophylle plutôt qu’une caractérisation détaillée de la composition en pigments ou de la physiologie photosynthétique. Un étalonnage local améliore la précision des estimations quantitatives.
Les fluorimètres multibandes et multispectraux analysent l’échantillon en utilisant plusieurs bandes optiques. Les différences dans les caractéristiques d’excitation et de fluorescence des pigments photosynthétiques peuvent fournir des informations supplémentaires sur la composition du phytoplancton et permettre une distinction générale entre des groupes présentant des pigments accessoires différents, bien que cela ne permette pas une identification taxonomique directe. L’interprétation reste tributaire de la composition des espèces, de l’état physiologique, des interférences optiques et de l’étalonnage ; c’est pourquoi les mesures multispectrales s’avèrent souvent plus utiles lorsqu’elles sont associées à des observations biologiques ou chimiques indépendantes.
Les capteurs à fluorescence variable mesurent les variations de fluorescence lorsque le photosystème II réagit à une excitation contrôlée. La fluorimétrie à taux de répétition rapide (FRRF) applique des séquences rapides d’impulsions lumineuses afin de caractériser les réponses photosynthétiques à des échelles de temps très courtes. Au lieu de fonctionner uniquement comme un détecteur de chlorophylle, les instruments FRRF permettent de déterminer des paramètres liés à l’efficacité photochimique et au transport d’électrons, ce qui les rend utiles pour l’étude de la physiologie du phytoplancton, de ses performances photosynthétiques et de sa productivité.
Les capteurs spectraux et basés sur l’absorption caractérisent la manière dont les pigments du phytoplancton interagissent avec la lumière sur des longueurs d’onde sélectionnées, plutôt que de s’appuyer exclusivement sur la fluorescence émise. Ces techniques peuvent fournir des informations plus complètes sur l’absorption des pigments et leurs propriétés optiques intrinsèques. Les mesures peuvent toutefois être influencées par les particules en suspension, la matière organique dissoute colorée (CDOM), la longueur du chemin optique, la diffusion et la configuration de l’instrument ; la technologie la plus appropriée dépend donc du produit de données requis et de l’environnement de déploiement.
Les mesures de la chlorophylle dans les milieux océaniques aident les chercheurs à cartographier la répartition du phytoplancton à l’horizontale et à travers la colonne d’eau. Des profils à haute résolution permettent d’identifier des structures telles que les maxima de chlorophylle sous la surface, qui ne sont pas visibles à partir des seules observations de surface. La chlorophylle ne permet pas à elle seule de mesurer directement la productivité primaire. Associées à des données d’irradiance, de nutriments, d’oxygène et hydrographiques, les mesures de chlorophylle peuvent étayer les études sur les facteurs environnementaux régissant la biomasse et la productivité du phytoplancton.
Les mesures continues de la chlorophylle permettent d’identifier les augmentations ou les diminutions rapides de l’abondance du phytoplancton et facilitent la détection, le suivi et la caractérisation des proliférations d’algues. Une concentration élevée de chlorophylle ne suffit pas à elle seule à établir qu’une prolifération est nuisible ni à identifier les organismes impliqués. Un système de surveillance des HAB peut donc associer la détection de la chlorophylle à la fluorescence spécifique aux pigments, à la microscopie, à l’analyse moléculaire, aux mesures de toxines ou à d’autres techniques biologiques.
La concentration en chlorophylle océanique est un paramètre biologique important dans la surveillance de la qualité des eaux côtières et estuariennes, car l’enrichissement en nutriments peut stimuler la croissance du phytoplancton. Des capteurs fixes, des bouées, des profileurs et des plateformes mobiles permettent de caractériser les tendances saisonnières et les variations à court terme autour des débits fluviaux, des zones de remontée d’eau, des zones d’aquaculture et d’autres environnements dynamiques. La mesure en continu s’avère particulièrement utile lorsque les conditions biologiques évoluent plus rapidement que ne le permettent les calendriers d’échantillonnage conventionnels.
Capteur d’excitation rouge pour la chlorophylle A et B d’AML Oceanographic
La production primaire du phytoplancton influence les réseaux trophiques marins ainsi que la transformation et le mouvement du carbone dans l’océan. Les observations de la chlorophylle fournissent un contexte biologique pour les mesures de l’oxygène dissous, des nutriments, des particules en suspension, de l’irradiance et de la chimie du carbone inorganique. Des ensembles de données intégrés aident les chercheurs à étudier comment la circulation, le brassage, l’apport en nutriments, la disponibilité de la lumière et d’autres conditions environnementales influencent les communautés phytoplanctoniques et les processus biogéochimiques marins.
Les mesures in situ constituent un lien essentiel entre les observations biologiques sous la surface et les produits relatifs à la couleur de l’océan issus de la télédétection par satellite. Les flotteurs, les planeurs sous-marins, les mouillages, les navires et les observatoires fixes permettent de collecter des données sur la chlorophylle océanique résolues en profondeur, qui complètent les mesures satellitaires axées sur la surface. La combinaison de ces sources facilite l’analyse de la variabilité saisonnière, des changements écosystémiques, de la productivité régionale et des schémas mondiaux de la chlorophylle océanique sur des échelles de temps étendues.
Les sondes et capteurs de chlorophylle peuvent être intégrés à diverses plateformes océanographiques, en fonction de la plage de profondeur requise, de la couverture spatiale, de l’autonomie et de la fréquence d’échantillonnage.
L’intégration des plateformes doit également tenir compte de la profondeur nominale des capteurs, de leur consommation électrique, de la fréquence d’échantillonnage, de la géométrie optique, du risque d’encrassement biologique, des interfaces de données, ainsi que de l’accès nécessaire à la maintenance ou à l’étalonnage.
Les méthodes de référence et les procédures documentées de contrôle qualité aident les chercheurs à valider les mesures des capteurs et à améliorer la comparabilité entre les instruments, les plateformes et les programmes de surveillance.
La procédure de référence appropriée doit correspondre à la technologie du capteur, aux conditions de déploiement, à la qualité des données requise et à l’utilisation scientifique prévue des mesures.
Les progrès en matière d’instrumentation optique élargissent l’éventail des informations biologiques disponibles à partir des mesures de chlorophylle, tout en améliorant leur adéquation à l’observation océanique autonome et de longue durée.
Ces avancées étendent la détection de la chlorophylle au-delà de l’estimation courante de la concentration océanique en chlorophylle, pour permettre une observation plus intégrée de l’abondance, de la composition, de la physiologie et de la variabilité écologique du phytoplancton.
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