Les scientifiques de l'environnement peuvent en dire beaucoup sur la santé des rivières, baies, les zones humides et autres cours d'eau en étudiant l'écoulement des sédiments en suspension dans l'eau, et de la boue qui se forme lorsque ces sédiments se déposent au fond.

"La boue n'est pas glamour, mais la boue est l'endroit où tous les contaminants s'accumulent et se collent, " note Oliver Fringer, professeur de génie civil et environnemental à Stanford.

Les sédiments en suspension peuvent piéger les polluants toxiques et empêcher la formation de marées rouges tueuses de poissons, il expliqua. Et mesurer et prédire comment les flux de sédiments formeront de la boue aidera à révéler comment les cours d'eau réagiront à l'élévation du niveau de la mer et au changement climatique. Mais jusqu'à maintenant, l'étude des flux de sédiments, également connue sous le nom de mesure de la turbidité, a été lente, imprécis et laborieux, entraver les efforts visant à mieux comprendre la santé des cours d'eau.

Fringer espère surmonter les lacunes des méthodes d'étude actuelles en développant un drone aérien spécialement instrumenté pour mesurer les flux de sédiments dans la baie de San Francisco. Mesurant 4 pieds de diamètre, le drone vole à plus de 100 pieds au-dessus de l'eau. Sa caméra est calibrée pour capter des longueurs d'onde de lumière très spécifiques. Certains rouges descendant près de la bande infrarouge du spectre correspondent à des sédiments. D'autres couleurs correspondent à la chlorophylle et aux nutriments organiques qui nourrissent les algues. Le drone peut revisiter un lieu autant de fois que nécessaire, prendre des photos haute résolution au rythme d'une par seconde, peindre une image détaillée de la turbidité.

Le drone représenterait une grande avancée par rapport à un moyen résolument rudimentaire de mesurer le flux de sédiments qui est courant aujourd'hui :les chercheurs abaissent un disque de Secchi de quadrants noirs et blancs alternés dans l'eau pour observer à quelle profondeur il devient trop trouble pour le disque à voir. Cela peut fournir de bonnes informations sur un endroit particulier, mais en dit très peu sur la dynamique d'une zone plus large. Certains scientifiques tentent de couvrir une plus grande surface en faisant glisser des capteurs sophistiqués à partir de bateaux qui se déplacent d'avant en arrière sur l'eau. Mais les bateaux ne peuvent pas opérer dans des zones peu profondes et sont coûteux à exploiter, rendant difficile la mesure des changements de turbidité au fil du temps. Les satellites sont également utilisés pour couvrir de vastes zones, mais ils collectent des données à relativement faible résolution et ne passent un point qu'une fois tous les quelques jours. En bref, les trois méthodes rendent difficile la capture de suffisamment de données à haute résolution, sur des périodes suffisamment longues, fournir un moyen précis d'évaluer comment les vents changeants, les courants d'eau et d'autres forces affectent la turbidité des eaux de la baie. Le drone, Fringer dit, offre un bon rapport qualité-prix, alternative haute résolution.

Le nouveau système a été conçu par Joe Adelson, un doctorat candidat en génie civil et environnemental, avec Fringer supervisant le projet sous les auspices du Bob and Norma Street Environmental Fluid Mechanics Laboratory de Stanford. Fringer dit que l'utilisation du drone pour mesurer la turbidité de la baie de San Francisco est une étape importante vers l'équipement du terrain avec un outil qui peut collecter des informations granulaires sur d'autres baies, les zones humides et les cours d'eau. « Tout grand fleuve traversant des zones peuplées, comme le Mékong au Vietnam ou le Mississippi, a des problèmes de sédiments boueux et de marées rouges à son embouchure, ", dit Fringer.

Donner aux scientifiques de l'environnement un moyen de collecter plus de données sur la turbidité les mettra sur la voie du développement de modèles informatiques pour les aider à prévoir les flux de sédiments dans différentes parties d'un cours d'eau, un processus presque aussi complexe que de faire des prévisions météorologiques localisées. « Si vous regardez le développement de la prévision météorologique à grande échelle, les gens utilisent des quantités toujours plus importantes de données provenant de satellites pour améliorer les modèles, " a déclaré Fringer. " Personne n'a fait ça pour les sédiments, et la raison en est que nous n'avons pas encore eu ce genre de données."