L'ingénieur MBARI Brian Kieft et le directeur du centre SURF Jim Birch travaillent sur un AUV à longue portée au laboratoire des Grands Lacs de la NOAA. Crédit :NOAA
La microcystine est une toxine désagréable qui peut provoquer des réactions cutanées, problèmes d'estomac, et même des dommages au foie. Il est produit par une petite algue bleu-vert (cyanobactérie) appelée Microcystis, qui se multiplie comme un fou au chaud, eau riche en nutriments. Malheureusement, Les proliférations de Microcystis sont de plus en plus courantes dans les Grands Lacs, qui fournissent de l'eau potable à des millions de personnes. Ce mois-ci, des chercheurs de MBARI et de la National Oceanographic and Atmospheric Administration (NOAA) testent un nouveau robot sous-marin qui nagera autour du lac Érié en mesurant la quantité de microcystine et d'algues dans l'eau. et renvoyer ses découvertes à terre en temps réel.
Le robot est l'un des véhicules sous-marins autonomes à longue portée (LRAUV) de MBARI. À environ 30 centimètres (un pied) de diamètre et 230 centimètres (7,5 pieds) de long, ça ressemble à un petit, torpille jaune et orange. Mais il est beaucoup plus lent qu'une torpille et est spécialement conçu pour passer des semaines dans l'eau à collecter des données scientifiques.
Depuis huit ans, Les scientifiques et les ingénieurs de MBARI ont construit des LRAUV et les ont utilisés pour étudier les algues microscopiques et la chimie des océans au large de la côte californienne. En 2018, ils ont construit un nouveau LRAUV qui transporte un laboratoire de biochimie robotique. Ce laboratoire automatisé est appelé Environmental Sample Processor de troisième génération (3G ESP). Pendant que le LRAUV se déplace dans l'eau, l'ESP 3G collecte des échantillons d'eau, les filtre, puis traite les échantillons pour détecter des organismes microscopiques ou des toxines telles que la microcystine. Après analyse des échantillons, l'ESP 3G peut envoyer ses découvertes aux scientifiques à terre via une liaison satellite.
Les ingénieurs de MBARI travaillent sur l'ESP 3G depuis environ cinq ans. Ce printemps a marqué son premier grand test, avec des LRAUV transportant des ESP 3G en haute mer au large d'Hawaï pour collecter des échantillons d'algues microscopiques qui soutiennent les réseaux trophiques en haute mer. Fin juillet 2018, un LRAUV similaire a collecté des algues nocives et surveillé les toxines algales dans les eaux froides de la baie de Monterey. Maintenant, ce même véhicule est utilisé pour surveiller la microcystine dans les eaux du lac Érié.
Le spécialiste de recherche principal du MBARI, Bill Ussler, prépare un processeur d'échantillons environnementaux de troisième génération à utiliser dans le lac Érié. Crédit :NOAA.
Parce que tant de villes tirent leur eau potable des Grands Lacs, La NOAA publie déjà des prévisions qui prédisent où et quand les proliférations d'algues nuisibles sont susceptibles de produire de la microcystine. Les chercheurs espèrent que les données des LRAUV contribueront à terme à ces prévisions. Comme Steve Ruberg, un scientifique du Laboratoire de recherche environnementale des Grands Lacs de la NOAA, souligné, « Obtenir des informations sur la profondeur des toxines provenant d'une prolifération d'algues nuisibles et leur proximité avec les conduites d'eau municipales peut aider la NOAA à améliorer les prévisions et les outils d'aide à la décision dont dépendent les communautés des Grands Lacs. »
Les ingénieurs de MBARI ont déployé une version de deuxième génération de l'ESP dans le lac Érié en 2017. Au cours de la dernière année, cet instrument a mesuré les concentrations de microcystine à partir d'un mouillage à environ 6,5 kilomètres (quatre miles) à l'ouest de la principale prise d'eau potable de la ville de Tolède, Ohio.
Le projet 2018 comporte plusieurs « premières ». C'est la première fois que les véhicules autonomes de MBARI trouveront leur chemin autour d'un plan d'eau relativement peu profond comme le lac Érié, qui fait en moyenne environ 19 mètres (62 pieds) de profondeur. C'est également la première fois que l'ESP 3G de MBARI est équipé d'instruments automatisés pour détecter la microcystine.
Les chercheurs hissent un AUV à longue portée sur un navire de recherche de la NOAA qui le transportera dans les eaux libres du lac Érié. Crédit :NOAA
Après la mise à l'eau du LRAUV depuis une petite embarcation, les chercheurs retourneront à terre pour suivre ses progrès. Le robot restera sous l'eau la plupart du temps, mais refait surface périodiquement pour que les scientifiques sachent où il se trouve et ce qu'il "voit". Il collectera et conservera également des échantillons d'eau pour une analyse ultérieure à terre.
Les microbiologistes extrairont l'ADN de ces échantillons préservés pour découvrir non seulement Microcystis, mais toute la communauté des microbes du lac. Cela les aidera à comprendre les conditions qui contribuent aux proliférations d'algues dangereuses.
"Cette approche est unique dans le sens où nous fusionnons des éléments de robotique, biochimie, et des systèmes autonomes en liberté, " a déclaré Chris Scholin, président de MBARI et inventeur de l'Environmental Sample Processor. « Notre objectif est de détecter et de suivre les toxines au fur et à mesure qu'elles évoluent dans l'espace et dans le temps. De cette façon, nous ne dépendrons pas de capteurs fixes et d'envoyer des personnes pour collecter des échantillons puis les traiter. En faisant progresser l'état de l'art en matière de toxines mobiles - capacité de détection, nous espérons éventuellement offrir de nouvelles options aux gestionnaires de ressources et aux agences de santé publique. »
