La nuit, la respiration des consommateurs (zooplancton, macro-invertébrés, poissons, entre autres) épuise également l'oxygène, qui peut devenir limitant en début de matinée. Dans des conditions extrêmes, certaines microalgues vertes et cyanobactéries peuvent proliférer. Ils forment une couche superficielle («floraison») qui ne laisse pas passer le rayonnement solaire en profondeur et inhibe l'échange d'oxygène avec l'atmosphère. Le manque de lumière de fond nuit à la survie des plantes submergées (macrophytes), comme le charas, qui consomment également des nutriments et oxygènent l'eau. Autour, la réduction de l'oxygène dissous, déjà réduite de 30% en hauteur par rapport au niveau de la mer, est mortelle pour ces consommateurs.

L'évolution de cet équilibre subtil des processus mérite d'être étudiée pour anticiper les réponses futures des lacs, et pour développer des mesures de contrôle des phénomènes indésirables. Pour cela, le comportement des paramètres clés dans l'eau doit être surveillé / surveillé. Les plus importants sont: la concentration en oxygène dissous (-), le gradient de température (+) (l'augmentation de la température réduit la solubilité de l'oxygène), la concentration en matière organique dissoute (+), la transparence (-) ou la turbidité (+), pH (+), concentration en chlorophylle-a, pigment photosynthétique le plus élevé des algues (+), proportion et concentration en cyanobactéries dans le phytoplancton (+), conductivité (+). Augmenter (+) ou diminuer (-) ces paramètres révèle une détérioration de la qualité de l'eau, appelée «eutrophisation». Cela ne prend pas en compte les polluants eux-mêmes. Ces paramètres sont influencés par les conditions atmosphériques, telles que: la force du vent capable de mélanger et de refroidir la colonne d'eau, l'intensité du rayonnement solaire (altéré par la nébulosité) qui chauffe la surface, la pression atmosphérique qui régule la dissolution de la l'oxygène, les précipitations (pluie, neige, grêle) qui fournissent des nutriments, entre autres. Les réponses des micro-organismes (micro-algues, bactéries) aux variations des conditions environnementales sont extrêmement rapides. Ils sont capables de doubler leur densité en heures ou en jours. Les campagnes de mesure et les prélèvements d'échantillons prennent du temps, nécessitent une logistique (véhicule, bateau, équipement) et sont coûteux. Ils ne peuvent être effectués qu'une à deux fois par mois et une partie de l'année. Il est insuffisant pour anticiper la dynamique de ces organismes et les phénomènes d'eutrophisation. Pour cette raison, il est nécessaire de compléter les campagnes régulières dans certaines stations représentatives avec un échantillonnage automatique à haute fréquence dans toute la colonne d'eau dans une station centrale qui intègre la variabilité des conditions dans la zone d'intérêt. Les progrès technologiques, l'amélioration de la sensibilité et de la miniaturisation des capteurs, la fiabilité des sondes, la robotique, la programmation informatique, Internet, la vitesse et la couverture du réseau cellulaire, une plus grande efficacité des panneaux solaires, permettent désormais la conception de plates-formes parfaitement autonome et automatique. La bouée déployée dans le lac Menor en est l'exemple. La transmission de données via le réseau cellulaire d'ENTEL à nos serveurs de l'UMSA à La Paz, nous permet d'avoir une vue presque en temps réel du lac, pouvant intervenir si nécessaire. Grâce à cette technologie, le lac Titicaca est désormais instrumenté (équipé) comme la plupart des autres Grands Lacs du monde.

Où est située «Ma bouée»?

La région du Nord-Est est la région la moins profonde et la plus peuplée de Lago Menor, où la prolifération de micro-algues de phytoplancton s'est produite en avril-mai 2015. Dans cette région, le réchauffement quotidien de la masse d'eau peu profonde provoque invariablement le début de la Il faut des vents thermiques qui augmentent son intensité. Ils peuvent atteindre des vitesses allant jusqu'à 10 m / s, suffisamment pour mélanger la colonne d'eau jusqu'à 5 m de profondeur. Ce mélange provoque la remise en suspension des nutriments et de la matière organique déposés dans le fond. Ce phénomène fait de cette région la plus favorable pour générer des proliférations («efflorescences») de micro-algues du phytoplancton. Pour cette raison, elle a été choisie pour déployer la bouée. Il est ancré à une profondeur de 13 m, peut-être dans la branche nord de la rivière Katari, dans une zone de 8 m de profondeur en moyenne. Cette localisation permet d'étudier la dynamique des gradients verticaux quotidiens en oxygène dissous, température, matière organique et chlorophylle-a, générés par les conditions météorologiques.

La cérémonie inaugurale lacustre de «Ma bouée».

Pour présenter «Ma bouée» et son fonctionnement aux institutions de l'État, aux autorités locales et aux populations riveraines, une cérémonie inaugurale du lac a été organisée le vendredi 28 juin 2019. Cette bouée mesurant à la fois les paramètres hydrobiologiques et météorologiques, elle a été baptisée « Bouée HidroMet en langage technique. Pour le grand public c'est «Mi Boya» car c'est un patrimoine des habitants du Lac qui les informe de leur état de santé. Il porte également son nom aymara «Qamaskiua ch’uwa quta mama», choisi par les riverains eux-mêmes.
L'allocution de bienvenue a été prononcée par l'ingénieur Isaac Callizaya Limachi, Secrétaire à l'environnement et aux cultures de Puerto Pérez. Des représentants des Instituts d'écologie (IE), de l'hydraulique et de l'hydrologie (IHH), des enquêtes chimiques (IIQ) et des enquêtes géographiques (IIGEO) de l'UMSA, de l'unité opérationnelle de Bolivie (UOB), de l'unité de gestion du bassin de Katarí y ont participé. (UGCK) et la Direction générale de la planification (DGP / UEE) du MMAyA, M. Grover Huallpa Aruquipa, coordinateur du projet GIRE à la Chancellerie bolivienne (MRE), M. Rolando Urahola, directeur de l'Institut public décentralisé des pêches et Aquaculture (IPD-PACU) pour l'Altiplano, techniciens du Service National de Météorologie et Hydrologie (SENAMHI), communicateur du projet La Vida, Ing. Valentin Fernández, Directeur du Schéma Directeur ALT et techniciens, Prof. Eliana Ballivian Ríos, communicateur du projet GIRE, le professeur Analía Guachalla Terrazas, coordinatrice de la liaison technique pour la Bolivie, l'ingénieur Gonzalo Lora Viezaga, ancien coordinateur scientifique binational du projet GIRE, M. De nis Gaillard, ambassadeur de France en Bolivie et M. Patrick Riba, chef de la coopération française, l'ingénieur Cenaida Ramos Poma, représentant l'Agence nationale de l'eau à Puno au Pérou, l'architecte Hugo Zea Giraldo, coordinateur de la Plateforme QOTATITI de la société péruvienne, les autorités locales de Puerto Pérez, M. Felix Mendoza Secrétaire général de l'île de Quehuaya, Mme Virginia Mamani de la Centrale agraire Isla Suriqui Bartolina Sisa, de Huatajata et Tiquina, avec des journalistes de la presse : Canal 13 TV Universitaria, RTP Bolivia, la Foundation for Strategic Investigation in Bolivia (PIEB), l'Association des journalistes de La Paz et France 24. Sur Google, consultez les notes et les reportages vidéo, avec les mots `` bouée Titicaca ''.
A côté de la bouée, Comadre Adela, Copacabana Spiritual Guide, a effectué une ancienne cérémonie du lac de vœux pour l'équipe, les participants, les institutions, les projets de recherche, le suivi et la restauration du lac. M. Lorenzo Inda, représentant d'Uru à Desaguadero, a souhaité la bienvenue sur l'île totora flottante de Quehuaya, faisant part de l'inquiétude des villes côtières face à l'augmentation de la contamination. Au total, il y avait 60 participants, à bord de 3 bateaux pilotés par MM. Natalio et Ariel Esteban, de Suriqui, et Máximo Catari Cahuaya de Huatajata.

La marine bolivienne a soutenu avec un bateau de la capitainerie navale de Huatajata. À bord de la bouée, l'ingénieur Sterling et le Dr Lazzaro ont décrit les caractéristiques techniques de la bouée, les paramètres à mesurer, la fréquence d'acquisition des données, leur utilité, les avantages pour les habitants, les scientifiques et les décideurs, et pourquoi a-t-il été déployé dans ce domaine? En raison des fortes vagues et du vent, il n'a pas été possible de montrer le fonctionnement des différents éléments internes de la bouée, tels que le profileur vertical et la sonde multiparamétrique. Malgré l'utilisation de mégaphones, il était difficile de communiquer avec le public sur les bateaux. Pour cette raison, après une période d'essai d'environ deux mois, un autre atelier technique sera organisé sur le campus Cota Cota UMSA, pour former des équipes de l'UMSA, MMAyA, SENAMHI et ALT, entre autres.

Atteindre le design final de «Mi Boya» a pris trois ans. Premièrement, la disponibilité des équipements sur le marché, les caractéristiques, les performances, la durabilité, les coûts et les expériences dans d'autres écosystèmes instrumentés ont dû être augmentés. Le grand fabricant mondial XYLEM Analytics Inc. a été sélectionné, le seul capable de combiner les derniers équipements de pointe des plus grandes marques du marché pour créer des systèmes personnalisés innovants qui répondent aux besoins des utilisateurs. L'intense collaboration entre Sterling (XYLEM) et Lazzaro (IRD) a abouti au design suivant, combinant le meilleur des grandes marques:

- Une plate-forme de ponton de 3,6 x 2,0 m, plus confortable pour l'entretien qu'une bouée sphérique.

- Une station météo ultrasonique complète, sans pièces mobiles.

- Une sonde multi-paramètres sous-marine équipée de capteurs clés pour évaluer le niveau d'eutrophisation, montée sur un profileur vertical programmable pour caractériser l'ensemble de la colonne d'eau.

Notre analyse technique et coût / performance nous a conduit à sélectionner la bouée Polimater / BASEFLOW / XYLEM XYLEM HydroMet Profiler Pontoon / Raft, avec une station météo numérique sonique Vaisala 202133 et une sonde multiparamétrique submersible YSI EXO2. Polimater / BASEFLOW est le fournisseur officiel pour l'Amérique latine de fabricants renommés, tels que YSI, Campbell, Vaisala, SonTek, WaterLOG, Aanderaa, entre autres. XYLEM Analytics est un important fabricant et assembleur mondial de grandes marques du marché, dont le succès repose sur l'innovation et l'application dans les secteurs de l'eau et des eaux usées.

Types de bouées et d'équipements disponibles sur le marché international

Pour sélectionner les modèles et marques de la bouée ainsi que les capteurs météorologiques et de qualité de l'eau, un appel d'offres a été lancé pour les équipements disponibles sur le marché international, en comparant leurs caractéristiques techniques et leurs coûts. Nous comparons les équipes des grandes marques:

	- OTT HydroMet, GmbH / Hach Company, Kempten, Allemagne: Bouée OTT pour la qualité de l'eau et sonde multiparamétrique HYDROLAB HL7 (température, conductivité, pression / profondeur, pH, oxygène dissous, turbidité, ORP, cyanobactéries, chlorophylle-a; www .ott.com
	- DMO - Del Mar Oceanografic, LLC, San Diego, Californie, États-Unis: profileur vertical ‘THE WIREWALKER ™, propulsé par l’énergie des vagues océaniques; www.delmarocean.com
	- EIVA Marine Survey Solutions, Skanderborg, Danemark: Solution de bouée à vagues ToughBuoy Pancha pour les études de mesure des vagues et des courants; www.eiva.com/products/eiva-equipment/toughbuoy-panchax
	- NKE Instrumentation, Hennebont, France: NKE Bouée instrumentée générique, transmission de données par liaison radio ou réseau cellulaire utilisant le protocole TCP-IP, stockage> 1 an; mesure des paramètres de l'eau: température, courantomètre, niveau d'eau, conductivité, oxygène dissous, turbidité, pH, chlorophylle; paramètres météorologiques: vitesse et direction du vent, température de l'air; NKE Bouée de profilage améliorée du modèle PROLIPHYC initial: sonde multiparamétrique MP (température, pression, conductivité, DO), sonde FluoroProbe BBE5 (chlorophylle-fluorescence) avec système de chloration; Station météorologique de Vaisala: rayonnement solaire, vitesse / direction du vent, température, pression atmosphérique, précipitations;
	NKE Bouée roulante améliorée du modèle initial PROLIPHYC
	- Polimater LLC / BASEFLOW / XYLEM Analytics, Doral, FL, USA: Bouée portuaire YSI EMM68: plate-forme de surveillance de la qualité de l'eau à déploiement rapide avec télémétrie à distance, pouvant être levée par 2 personnes, utilisable depuis un petit bateau; XYLEM HydroMet Profiler Pontoon / Raft - combine une station météorologique sonique multiparamétrique Vaisala complète (direction de la vitesse du vent, précipitations, rayonnement solaire, humidité, pression atmosphérique) avec une sonde submersible multiparamétrique YSI EXO2 (profondeur, conductivité, température, pH / ORP, DO optique, turbidité, fDOM, fluorescence chlorophylle-a et phycocyanine, avec nettoyant) monté sur un profileur vertical programmable; bouée équipée de GPS, enregistreurs de données, transmission GSM, alimentée par des panneaux solaires;
	XYLEM HydroMet Profiler Pontoon/Raft

Quels paramètres mesure «Ma bouée»?

La station météorologique Vaisala 202133 est équipée d'une suite de tous les capteurs sonores numériques sans pièces mobiles. Elle mesure 5 des paramètres météorologiques et du rayonnement solaire les plus essentiels:

- Vitesse (plage 0-60 m / s, temps de réponse 0,25 s, variables disponibles: moyenne, maximum et minimum, précision ± 3% à 10 m / s, résolution 0,1 m / s) et la direction du vent (azimut 0-360º, temps de réponse 0,25 s, variables disponibles: moyenne, maximum et minimum, précision ± 3,0º à 10 m / s);

- Durée (comptage de chaque incrément de 10 secondes chaque fois qu'une goutte est détectée, résolution 10 s; grêle: nombre cumulé de coups sur la surface de collecte, durée: comptage de chaque incrément de 10 secondes lorsque détecte la grêle, résolution 0,1 coups / cm2, 1 coup) et l'intensité des précipitations (accumulation cumulée après le dernier redémarrage automatique ou manuel, en moyenne 1 min par pas de 10 secondes, plage d'observation 0-200 mm / h, résolution 0,1 mm / h, zone de collecte 60 cm2, résolution de sortie 0,01 mm, précision meilleure que 5% en fonction du climat; intensité: durée moyenne de 1 min par pas de 10 s, résolution de la grêle 0, 1 coups / cm2h, 1 coup / h);

- Pression barométrique (plage 600 à 1100 hPa, précision ± 0,6 hPa de 0 à + 30 ° C) : La pression barométrique est la valeur de la pression atmosphérique mesurée en tout point au-dessus du niveau de la mer.

- Humidité relative (0 à 100% HR, précision ± 3% HR à 0-90% HR, + 5% HR à 90-100% HR) : L'humidité relative (HR) est le rapport de la pression partielle de vapeur d'eau à la pression de vapeur d'équilibre de l'eau à une température donnée.

- Température de l'air (-52º à + 60ºC, précision à +20 ºC ± 0,3ºC) : La température est un indice indicatif du chauffage ou du refroidissement de l'air qui en résulte de l'échange de chaleur entre l'atmosphère et la terre.

- Rayonnement solaire incident à l'aide d'un capteur pyranométrique Li-200 R (précision 5%, généralement <3%, sensibilité ± 1% linéarité). : Le rayonnement solaire est l'ensemble des rayonnements électromagnétiques émis par le Soleil. Le rayonnement solaire est distribué de l'infrarouge à l'ultraviolet. Tous les rayonnements n'atteignent pas la surface de la Terre, car les ondes ultraviolettes plus courtes sont absorbées par les gaz dans l'atmosphère.

La sonde multiparamètre YSI EXO2 est la plate-forme la plus avancée pour surveiller la qualité de l'eau. Il a une plage de profondeur de 0 à 250 m, une plage de 90 jours avec une fréquence d'acquisition de 15 min et une fréquence allant jusqu'à 4 Hz. Il abrite 7 ports, 1 pour le nettoyant antisalissure et 6 pour les capteurs de :

- température (précision 0,001 mS / cm et résolution 0,0001 à 0,01 mS / cm) : La conductivité électrique de l'eau dépend également de la température de l'eau: tandis que plus la température est élevée, plus la conductivité électrique est élevée. La conductivité électrique de l'eau augmente de 2 à 3% pour une augmentation de 1 degré Celsius de la température de l'eau.

- pH / ORP (plage -999 à 999 mV, précision ± 20 mV, résolution 0,1 mV) : le pH est une mesure d'acidité ou d'alcalinité qui indique la quantité d'ions hydrogène présents dans une solution ou une substance. L'ORP est une mesure permettant de connaître la capacité de réduction et d'oxydation du matériau.

- chlorophylle-a et phycocyanine (cyanobactéries) combinées dans un seul capteur (plage de 0 à 100 µg / L, résolution 0,01 µg / L) : Cyanobactéries, anciennement Appelées algues bleu-vert, elles constituent un bord du domaine des bactéries qui comprend des bactéries capables de photosynthèse de l'oxygène. Ce sont les seuls procaryotes qui réalisent ce type de photosynthèse, c'est pourquoi ils étaient aussi appelés oxyphobactéries.

- fDOM (fluorescence de la matière organique dissoute; proxy plus précis que le CDOM, matière organique dissoute colorée) (plage de 0 à 300 ppb QSU - Équivalents de sulfate de quinine, limite de détection 0,07 ppb QSU, résolution 0,01 ppb QSU) : Matière organique dissoute / La molécule organique dissoute provient bien de la dégradation de des organismes morts ou de l'excrétion d'organismes vivants (plancton).

- OD optique, oxygène dissous (plage 0 à 50 mg / L, précision 0 à 20 mg / L ± 0,1 mg / L soit 0,1% de la lecture, et 20 à 50 mg / L ± 5% de la lecture, résolution 0,01 mg / L) : L'oxygène dissous (OD) est la quantité d'oxygène gazeux dissous dans l'eau. L'oxygène libre est essentiel à la vie des poissons, des plantes, des algues et d'autres organismes; par conséquent, il a toujours été considéré comme un indicateur de la capacité d'une rivière à soutenir la vie aquatique.

- Turbidité (plage 0 à 4000 FNU, précision 0-99 FNU avec 0,3 FNU ou ± 2% de lecture, 1000 à 4000 NFU avec ± 5% de lecture, résolution 0-999 FNU = 0,01 NFU, 1000-4000 FNU = 0,1 FNU) : La turbidité est une mesure du degré auquel l'eau perd sa transparence en raison de la présence de particules en suspension; La turbidité peut affecter les écosystèmes aquatiques en affectant la photosynthèse (limite le passage du soleil), la respiration et la reproduction de la vie aquatique.

Comment fonctionne «Ma bouée»?

Le ponton catamaran (a deux coques) XYLEM est beaucoup plus stable qu'une bouée classique dans des conditions de vent et de trou, assez fréquent dans le lac Titicaca. Même dans ces conditions, il permet de travailler à bord, de programmer, de calibrer et de réparer des équipements. Il abrite 4 panneaux solaires orientés dans différentes positions capables de générer toute l'énergie électrique nécessaire au fonctionnement permanent de l'équipement, ainsi que la station météo sonique Vaisala (sans pièces mobiles) en haut, et dans le compartiment central le profileur vertical (câble enroulé autour d'un treuil) auquel la sonde multiparamétrique submersible YSI EXO2 est suspendue.
Les données générées par les deux systèmes de capteurs sont stockées dans deux centrales de mesure Campbell CR1000 (une pour la sonde multiparamètre et l'autre pour la station météo), et transmises sans fil via Internet via un modem Sierra Airlink . La fréquence d'acquisition des données ainsi que la fréquence de profilage vertical sont entièrement programmables, avec un minimum de 5 min et 1 heure, respectivement. Le ponton est équipé d'un GPS Garmin 16X-HVS (haute sensibilité, 12 canaux, sortie NMEA 0183) pour détecter une éventuelle dérive liée, par exemple, à la rupture de l'un de ses deux amarres, donc comme un écran radar et une balise Carmanah M650 pour lampes LED haute puissance avec une portée de 4 miles pour éviter les collisions nocturnes. Divers logiciels permettent de synchroniser les capteurs entre eux et de programmer l'émission de leurs données (LoggerNet), de programmer et d'analyser les données profilées (Assistant Profil YSI et firmware personnalisé CR1000 Turn Key System) et de générer des alertes automatiques en cas de dépassement des valeurs seuils.