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Innovative Unmanned Bivalve Biosensor Technology
Des coquillages bivalves pour une biosurveillance performante

Un projet présenté par Philippe Blanc, Laurent Cazes, Béatrice Ducastel, Clémentine Gelber et Jacques Miné

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Philippe Blanc

R&D

Les pressions règlementaires et sociétales toujours croissantes sur la question de l’empreinte environnementale de nos activités nécessitent d’en démontrer l’absence d’impact néfaste. Et donc de surveiller la qualité de ces milieux naturels, en particulier aquatiques. Mais les méthodes standards utilisées au sein de l’industrie pétrolière ne sont pas sans poser certains problèmes : coûteuses, elles ne permettent pas un suivi continu (mesures ponctuelles, prélèvement d’échantillons). Sans oublier la maintenance régulière nécessaire pour décrasser les détecteurs physico-chimiques pouvant être utilisés. C’est la raison pour laquelle nous avons fait le choix d’une technologie de rupture : le biomonitoring par valvométrie haute fréquence non invasive, testé depuis plus d’un an en conditions industrielles réelles.

Un système de biosurveillance in situ

Tous les organismes vivants peuvent détecter des perturbations causées à leur habitat. Une propriété qui se retrouve notamment dans les espèces marines. Forts de ce constat, nous avons mis en place une collaboration avec le CNRS et l’Université de Bordeaux pour identifier lesquels de ces organismes seraient les plus à même de fournir in situ, et en continu, un indicateur global de la qualité de l’eau.

A la clé, une technologie des plus performantes : la valvométrie haute fréquence non invasive (HFNI), qui utilise des coquillages bivalves. Dotés d’un degré de sensibilité sans équivalent, ces mollusques permettent de surveiller en continu et sans intervention humaine la qualité des eaux à proximité de nos installations. Et ainsi de détecter à  un stade précoce l’éventuelle présence d’hydrocarbures.

Le principe : équiper ces mollusques regroupés en valvomètres de micro-électroaimants positionnés sur les deux faces de leurs coquilles. Les électrodes génèrent un courant électromagnétique d’une fréquence de 10 Hz, suffisante pour suivre en continu l’activité de fermeture et d’ouverture des coquilles, sans induire de stress chez l’animal. En analysant les cycles d’ouverture et de fermeture des valves, on peut ainsi identifier en temps réel toute modification de comportement, synonyme de perturbation du milieu marin.

Un pilote en conditions réelles dans le golfe Arabique

Ce projet faisant l’objet de recherche depuis 2012, plusieurs essais ont déjà été conduits en laboratoire, en milieu semi-ouvert ou encore sur des sites naturels, comme en mer de Barents. Mais une nouvelle étape a été franchie en 2017 avec le pilote de démonstration lancé sur une plateforme offshore de Total ABK, dans le Golfe Arabique. Cette première mondiale dans le domaine du biomonitoring a ainsi vu l’installation de deux valvomètres équipés d’huîtres perlières locales (Pinctada radiata), à proximité de sondes physico-chimiques.

Placés à deux profondeurs d’eau différentes, ces valvomètres permettent l’enregistrement quotidien de plus de 2,5 millions de données, envoyées en continu à une station de réception distante pour traitement et stockage. Si la campagne ne se conclura qu’au cours de l’été, elle a d’ores et déjà corroboré l’efficacité de cette technologie en conditions industrielles et opérationnelles réelles, avec des résultats très concluants en terme de caractérisation du comportement des mollusques, grâce au suivi de leurs cycles circadiens et circatidaux. Le pilote industriel a également confirmé son potentiel de détection des événements anthropiques, tels que la présence d’irisation d’hydrocarbures.

  • Groupe de palourdes Corbicula fluminea équipées d’électrodes de Valvométrie HFNI pour expériences d’exposition aux rivières pilotes de Lacq (France, eau douce) - Exploration Production - Total
    Groupe de palourdes Corbicula fluminea équipées d’électrodes de Valvométrie HFNI pour expériences d’exposition aux rivières pilotes de Lacq (France, eau douce)
  • Moules bleues Mytilus edulis équipées d'électrodes de Valvométrie HFNI, utilisées pendant 2 ans sur site côtier (Dalnie Zelentsy, nord-est de Mourmansk) à -16m de profondeur d’eau (mer de Barents, Arctique russe) - Exploration Production - Total
    Moules bleues Mytilus edulis équipées d'électrodes de Valvométrie HFNI, utilisées pendant 2 ans sur site côtier (Dalnie Zelentsy, nord-est de Mourmansk) à 16 mètres de profondeur d’eau (mer de Barents, Arctique russe)
  • Préparation des huîtres perlières Pinctada radiata pour un Valvomètre HFNI sur le pont d’une plateforme en mer de Total Abu Al Bukhoosh, avant immersion par -26m de profondeur d’eau (golfe Arabo-Persique, Abu Dhabi) - Exploration Production - Total
    Préparation des huîtres perlières Pinctada radiata pour un Valvomètre HFNI sur le pont d’une plateforme en mer de Total Abu Al Bukhoosh, avant immersion par -26m de profondeur d’eau (golfe Arabo-Persique, Abu Dhabi)
  • Immersion du sac contenant les huitres perlières instrumentées et l’électronique pour le Valvomètre HFNI installé par -26m sous la plateforme en mer de Total Abu Al Bukhoosh (golfe Arabo-Persique, Abu Dhabi) - Exploration Production - Total
    Immersion du sac contenant les huitres perlières instrumentées et l’électronique pour le Valvomètre HFNI installé par -26m sous la plateforme en mer de Total Abu Al Bukhoosh (golfe Arabo-Persique, Abu Dhabi)
  • Pétoncle Arctique Chlamys islandica équipé d'électrodes de Valvométrie HFNI, utilisés pendant 2 ans sur site côtier (Dalnie Zelentsy, nord-est de Mourmansk) par -16m de profondeur d’eau (mer de Barents, Arctique Russe) - Exploration Production - Total
    Pétoncle Arctique Chlamys islandica équipé d'électrodes de Valvométrie HFNI, utilisés pendant 2 ans sur site côtier (Dalnie Zelentsy, nord-est de Mourmansk) par -16m de profondeur d’eau (mer de Barents, Arctique russe)

Une technologie innovante, au service de notre acceptabilité

Les atouts de cette technologie en termes de surveillance du milieu naturel et détection précoce des perturbations industrielles sont nombreux :

  • une sensibilité aux polluants 10 à 100 fois supérieure à celle des capteurs physico-chimiques usuels ;
  • une acquisition de données en continu, alors que les méthodes usuelles procèdent par échantillonnages ponctuels ;
  • une analyse au minimum de l’ordre de 15 à 300 fois moins chère que les approches actuelles, sur tout type de site industriel ;
  • une très faible consommation d’énergie, puisque la puissance requise est inférieure à 1 watt et que l’alimentation électrique peut se faire aussi grâce à un panneau solaire ;
  • une absence  de maintenance pendant plus de deux ans minimum ;
  • une intervention humaine limitée : pose sans recours à des plongeurs ; contrôle à distance grâce à une interface utilisateur en temps réel via Internet…
  • une déclinaison aussi bien en mer qu’en eaux douces, et ce quelle que soit la température.

Véritable rupture technologique en matière de monitoring environnemental, la valvométrie représente aussi un formidable outil d’engagement sociétal et d’acceptabilité auprès de nos parties prenantes. En recourant à des espèces locales, nous facilitons la transparence et le partage de notre performance environnementale. Une appropriation qui ne s’arrête pas là, puisque nos parties prenantes peuvent également avoir accès à l’interface des résultats.

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