Capteurs de dioxyde de carbone C02 : Surveillance de la qualité de l’eau

Pourquoi voudrais-je mesurer le CO₂ ?

Le dioxyde de carbone peut pénétrer dans l’eau par de multiples voies. Parmi les principales sources terrestres, on peut citer la décomposition des matières organiques, la dissolution des roches carbonatées, les rejets d’eaux usées et l’assèchement des bassins versants. D’autres sources naturelles sont la respiration biologique, la diagenèse des sédiments ou l’activité volcanique. Les échanges atmosphériques à l’interface air/eau constituent l’une des principales sources/puits de CO₂. Simplement, le dioxyde de carbone se dissout dans l’eau.

Une augmentation des concentrations de CO₂ dans l’eau entraîne une baisse du pH. Étant donné que de nombreux processus biologiques, chimiques et physiques dépendent du pH, des changements soudains ou rapides du pH peuvent avoir des effets néfastes sur la régulation de ces processus. Outre les effets sur le pH, il a été démontré que des niveaux élevés de CO₂ nuisent au développement de certains organismes tels que les poissons, les crustacés et d’autres organismes calcifiants, y compris le phytoplancton.

Comment le CO₂ est-il mesuré ?

Le capteur Solinst Eureka C02 combine une conception robuste, une facilité d’utilisation et une polyvalence, le tout dans un seul ensemble de capteurs. La mesure d’un gaz dissous dans un liquide est facilitée par une membrane semi-perméable qui permet aux gaz de passer de l’eau à un espace de tête où la mesure est effectuée. La valeur résultante est émise sous la forme d’une tension de 0 à 5 volts, proportionnelle à la quantité de gaz CO₂ dans l’échantillon d’eau analysé et représentant une estimation de cette quantité. Le MantaPlus convertit la sortie en %Sat, ou ppm.

La plage du capteur peut être réglée sur mesure pour maximiser la précision. Le capteur de C02 est livré avec un étalonnage en usine.

Le dioxyde de carbone gazeux se dissout dans l’eau : CO₂ (g) ↔ CO₂ (aq). Selon la loi de Henry sur la solubilité, qui stipule que la solubilité d’un gaz dans un liquide est directement proportionnelle à la pression partielle du gaz au-dessus du liquide, nous pouvons estimer la concentration de CO₂ dans l’eau en mesurant la pression partielle du dioxyde de carbone (pCO₂) : pCO₂ = [CO₂] aq/Solubilité. Les niveaux actuels de CO₂ dans l’atmosphère dépassant 400 ppm, par rapport aux valeurs enregistrées de ~300 ppm vers 1960 (plus de 30 % d’augmentation), nous nous attendons à ce que les niveaux de l’eau de mer aient des concentrations plus élevées parce que le carbone peut être piégé dans les couches d’eau. Ces couches isolées sont limitées par l’équilibrage/échange atmosphérique, ce qui entraîne une accumulation de CO₂ qui peut se diffuser lentement à travers les gradients ou se mélanger rapidement dans la colonne d’eau.

Que dois-je savoir sur la mesure du CO₂ sur le terrain ?

Les sondes multiples MantaPlus équipées de capteurs de CO₂ sont utilisées pour la recherche dans une grande variété d’applications – aquaculture, surveillance des eaux usées, surveillance des récifs, stockage du carbone et biocarburants, pour n’en citer que quelques-unes.

Pour les fermes aquacoles, le MantaPlus avec la sonde C-sense peut facilement être utilisé pour surveiller, à la fois dans l’eau libre et dans les réservoirs, pour s’assurer que le CO₂, ainsi que d’autres paramètres de qualité de l’eau, se situent dans les niveaux souhaités. Les systèmes recevant les données du MantaPlus peuvent avertir les scientifiques de l’aquaculture de l’évolution des niveaux de CO₂ dans une ferme.

Les eaux usées ont souvent une charge organique élevée, ce qui peut entraîner une décomposition rapide et la production de CO₂ à partir de 10 000 ppm, pour certains bassins de rétention. Ces niveaux de CO₂ sont 20 fois plus élevés que les niveaux typiques de CO₂ que l’on trouve dans l’eau naturelle. En cas de fuite dans des voies d’eau naturelles telles que des estuaires, des rivières ou des lacs, ces systèmes et les organismes qu’ils contiennent peuvent être fortement affectés, ce qui modifie la dynamique ou la productivité de cet habitat aquatique.

L’acidification des océans attribuée à l’augmentation des niveaux de CO₂ dans l’atmosphère peut avoir un impact considérable sur les organismes tels que les coraux qui dépendent fortement de la calcification pour la construction des récifs. En outre, en raison de leur proximité avec la terre, l’eutrophisation anthropique, qui entraîne une forte charge de CO₂, peut accélérer considérablement le processus d’acidification dans une masse d’eau, affectant et même dégradant les récifs coralliens. La surveillance des récifs ou des rivières et autres flux d’eau qui se déversent dans les environnements proches du rivage à l’aide d’un équipement multisonde MantaPlus doté d’un capteur de CO₂ peut donner une bonne indication des changements attendus dans un système récifal. Les régulateurs peuvent ainsi être informés de la nécessité de réorienter, de ralentir ou de mieux contrôler les apports anthropogéniques afin de préserver l’intégrité de ces habitats.

Le captage et le stockage du carbone (CSC) consiste à pomper le dioxyde de carbone dans des aquifères salins profonds afin d’éliminer le carbone des eaux de surface ou de l’atmosphère. Ces eaux profondes sont isolées des échanges de carbone, ce qui en fait l’un des principaux puits de CO₂. Les aquifères peuvent contenir jusqu’à 10 % de CO₂ (100 000 ppm), soit plus de 200 fois les niveaux atmosphériques. Pour s’assurer que le CO₂ reste en profondeur, il est essentiel de surveiller les aquifères, les eaux souterraines et les eaux de surface. Le MantaPlus avec capteur de CO₂ est un outil de détection peu coûteux et robuste qui permet de s’assurer que le CO₂ reste séquestré.

L’industrie des biocarburants utilise le CO₂ atmosphérique pour cultiver des algues à grande échelle en vue de produire des carburants. Pour mettre en place une ferme d’algues de manière appropriée, des mesures in situ du CO₂ doivent être effectuées lors d’essais pilotes afin de déterminer les niveaux optimaux pour la culture d’algues, maximisant ainsi l’efficacité de la ferme ou la productivité des algues. Une fois qu’une ferme est opérationnelle, les pertes de CO₂ doivent également être régulées pour se conformer aux lois sur les émissions de carbone établies pour ce type d’industrie. La nature à grande échelle de ces fermes entraîne des changements à grande échelle pour le pCO₂ in situ, qui peuvent être facilement et précisément détectés à l’aide de la sonde multiple MantaPlus équipée d’un capteur de CO₂.