Cette étude a été financée par le Bureau des technologies de l’énergie hydraulique du département de l’Énergie des États-Unis (DOE). Les études en laboratoire ont été menées au Pacific Northwest National Laboratory, qui est exploité par Battelle pour le DOE en vertu du contrat DE-AC05-76RL01830.

1. Encapsulation acide/base
<ol><li>Mélanger un rapport de 1 :2 en poids de H 2 C2O4 (acide oxalique) et NaHCO3 (bicarbonate de sodium) dans un gobelet à mélanger (voir le tableau des matériaux). Si le mélange de poudre acide-base est cristallisé, broyez-le à l’aide d’un mortier et d’un pilon (Figure 1A).</li>
	<li>Récupérez les capsules végétales de taille 3 et la remplisseuse de capsules semi-automatique pour commencer le processus (voir le tableau des matériaux).</li>
	<li>Placez la feuille de finition à plat sur une surface propre et sèche. Alignez la feuille d’encapsulation sur le dessus de la feuille de finition à l’aide des chevilles noires pour la fixer correctement en place (Figure 1B).</li>
	<li>Séparez le haut et le bas des capsules, sauf si vous utilisez des capsules pré-séparées. Les capsules végétales de taille #3, lorsqu’elles sont fermées, ont des dimensions globales de 15,9 mm de longueur, 5,57 mm de diamètre extérieur (OD), 0,30 mL de volume et pèsent 47 mg.</li>
	<li>Versez les bouchons des capsules dans la feuille d’encapsulation (Figure 1C). Secouez doucement les sommets dans les trous avec un mouvement circulaire. Ce faisant, couvrez l’espace dans la paroi de la feuille d’encapsulation d’une main ou d’un épandeur de poudre pour éviter de renverser les sommets (Figure 1D).<ol><li>Une fois les trous remplis, versez l’excédent de capsules dans un gobelet propre (Figure 1E). Identifiez tous les couvercles de capsules à l’envers et retournez-les (Figure 1F). Assurez-vous que tous les couvercles des capsules sont orientés dans la bonne direction dans la feuille de finition. Il est important de s’assurer d’une bonne orientation, car un mauvais alignement peut empêcher le haut de la capsule de se joindre correctement au fond de la capsule.</li>
	</ol></li>
	<li>Retirez la feuille d’encapsulation et mettez de côté la feuille de finition remplie.</li>
	<li>Sortez le corps ou la feuille « inférieure ». Placez-le sur une surface propre, sèche et plane. Fixez la feuille d’encapsulation à la feuille inférieure, en assurant un bon alignement en utilisant les chevilles noires pour la positionner correctement en place.</li>
	<li>Versez le fond de la capsule dans la feuille d’encapsulation et secouez comme précédemment dans un mouvement circulaire pour remplir les trous. Videz l’excédent de fonds de capsule. Identifiez les fonds de capsules à l’envers et retournez-les.</li>
	<li>Retirez la feuille d’encapsulation de la feuille inférieure et mettez-la de côté.</li>
	<li>Versez le mélange acide/poudre de base sur la feuille inférieure remplie (Figure 1G). Utilisez un épandeur en plastique pour remplir le fond de la capsule avec la poudre (Figure 1H). Vérifiez que tous les fonds de capsule sont remplis (Figure 1I). Retirez toute poudre acide/base inutilisée.</li>
	<li>Placez la feuille de finition sur une surface plane et positionnez la feuille centrale sur le dessus, en l’alignant avec les chevilles noires pour assurer un ajustement correct. Assurez-vous d’aligner tous les sommets des capsules avec les trous correspondants dans la feuille centrale.</li>
	<li>Retournez la feuille de finition avec la feuille centrale apposée et alignez-la avec la feuille inférieure remplie (Figure 1J).</li>
	<li>Appuyez doucement sur la feuille de finition de manière égale de tous les côtés pour joindre le haut et le bas, en ajustant les deux côtés de la capsule ensemble (Figure 1K).</li>
	<li>Retirez la feuille de finition et la feuille du milieu de la feuille inférieure. À ce stade, le fond et le dessus de la capsule doivent être correctement assemblés.<ol><li>Vérifiez que le haut et le bas de chaque capsule sont bien ajustés ; Si ce n’est pas le cas, pressez manuellement le haut et le bas de la capsule ensemble pour créer un ajustement serré. Retirez les capsules remplies et placez-les dans un contenant hermétique et refermable (figure 1L). REMARQUE : Pour une manipulation en toute sécurité, il est essentiel que les utilisateurs portent un équipement de protection individuelle (EPI) et une protection faciale. Une ventilation adéquate doit être assurée et des précautions doivent être prises pour éviter l’ingestion, l’inhalation et le contact avec la substance sur la peau, les yeux ou les vêtements. De plus, il est important d’éviter la génération de poussière. Pour des informations détaillées sur la sécurité, veuillez vous référer à la fiche de données de sécurité (FDS) pour l’acide oxalique et le bicarbonate de sodium. Pour maintenir l’intégrité des capsules acides/basiques, il est conseillé de les stocker à l’abri de la lumière directe du soleil et d’une humidité élevée. Conservez les capsules inutilisées dans un récipient hermétique hermétique. Tant que les capsules sont maintenues au sec et à l’abri de l’humidité, elles peuvent être utilisées efficacement pour assurer une fonctionnalité optimale.</li>
	</ol></li>
</ol>2. Fabrication de bouchons en silicone
<ol><li>À l’aide d’une imprimante 3D de modélisation par dépôt de fil fondu (FDM) (voir la table des matériaux), imprimez une plaque de moulage à l’aide du fichier STL fourni dans le fichier supplémentaire 1.</li>
	<li>Placez un ruban d’emballage transparent sur la face inférieure de la plaque de moule de manière à ce que chaque ouverture soit scellée (Figure 2A).</li>
	<li>Mélangez un rapport de 1 :1 en poids (par exemple, 50 g chacun de la partie A et de la partie B) du matériau de moule en silicone disponible dans le commerce dans un gobelet à mélanger (voir le tableau des matériaux). À l’aide d’une cuillère jetable, mélangez soigneusement le composé chimique pendant environ 5 minutes, ou jusqu’à ce qu’il soit uniforme.</li>
	<li>Placez la plaque de moule avec le ruban d’emballage sur une feuille de papier. Le papier attrapera tout déversement potentiel de silicone de la plaque de moule.</li>
	<li>Commencez à verser le mélange de silicone dans chaque trou d’obturation, en vous assurant qu’ils sont tous remplis (Figure 2B). À l’aide d’une raclette en caoutchouc, étalez le silicone dans chaque trou d’arrêt (Figure 2C). Retirez le reste du mélange de silicone de la surface de la plaque de moule.</li>
	<li>Laissez sécher les bouchons en caoutchouc pendant 4 h. Après vous être assuré que les bouchons sont complètement durcis (par exemple, le mélange de silicone a complètement séché et durci), retirez le ruban adhésif à l’arrière de la plaque du moule (Figure 2D), puis commencez à retirer les bouchons du moule (Figure 2E).</li>
	<li>Retirez tout excès de silicone fixé aux bouchons (Figure 2F).</li>
</ol>3. Assemblage de l’étiquette de ballon
<ol><li>Insérez délicatement l’outil de perçage (par exemple, un cure-dent droit) dans le bouchon en silicone (Figure 3A) (voir le tableau des matériaux). Insérez l’outil de perçage dans une aiguille de seringue de 15 G, puis retirez l’outil de perçage du bouchon en silicone, en ne laissant que l’aiguille de 15 G à l’intérieur (Figure 3B). L’outil de perçage créera une fente à l’intérieur du bouchon en silicone sans couper ni enlever de matériau.</li>
	<li>Coupez un morceau de fil de pêche de 50 lb (voir le tableau des matériaux) à une longueur de 150 mm. Insérez le fil de pêche dans l’aiguille de la seringue de 15 G et dans le bouchon en silicone (Figure 3C).<ol><li>Tout en maintenant soigneusement le bouchon et le fil de pêche ensemble, retirez l’aiguille de seringue de 15 G du corps du bouchon, en laissant le fil de pêche à l’intérieur du bouchon (Figure 3D). Assurez-vous que les longueurs de fil de pêche sont égales des deux côtés du bouchon.</li>
	</ol></li>
	<li>Insérez deux capsules remplies d’acide ou de poudre de base dans un ballon en latex (figure 3E) (voir le tableau des matériaux). Élargissez l’ouverture du ballon à l’aide de l’outil d’expansion à élastique (c’est-à-dire une pince à bande de castration), puis insérez soigneusement un bouchon en silicone dans l’ouverture du ballon (Figure 3F), en laissant les deux extrémités du fil de pêche à l’extérieur du ballon.</li>
	<li>Placez deux joints toriques (1,6 mm de large, 8,1 mm de diamètre intérieur, voir tableau des matériaux) sur l’outil d’expansion de l’élastique et déployez-les. Insérez le col du ballon en latex à travers les deux joints toriques expansés (Figure 3G). Retirez délicatement les deux joints toriques de l’outil d’expansion de l’élastique, en les laissant étroitement enroulés autour du cou du ballon, centrés sur le bouchon (Figure 3H).</li>
</ol>4. Fixation de l’étiquette de ballon aux capuchons Sensor Fish
<ol><li>Placez une extrémité de la ligne de pêche dans l’un des petits trous du capuchon du Sensor Fish (voir le tableau des matériaux) et amenez-la à travers le grand trou au centre du capuchon (Figure 4A).</li>
	<li>Attachez les deux extrémités du fil de pêche ensemble, en laissant environ 13 à 26 mm entre le haut du capuchon et la base du ballon. Utilisez quatre nœuds plats les uns sur les autres lorsque vous attachez la ligne de pêche.</li>
	<li>Laissez le fil de pêche supplémentaire attaché, car le couper trop près d’un nœud pourrait potentiellement le défaire (Figure 4B).</li>
	<li>Testez le nœud en saisissant la ligne de pêche de chaque côté du nœud avec les doigts et en tirant aussi fort que possible. Veillez à ne pas vous approcher trop près du ballon, car il pourrait involontairement déchirer la ligne de pêche à travers le bouchon en caoutchouc.</li>
</ol>

Optimisation de l’assemblage des étiquettes de ballon pour récupérer les poissons-capteurs et les poissons vivants

<ol>
	<li>Uria-Martinez, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=U.S.+Hydropower+Market+Report.">U.S. Hydropower Market Report.</a> Oak Ridge National Laboratory. , (2021).</li><li>Kao, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+stream-reach+development:+a+comprehensive+assessment+of+hydropower+energy+potential+in+the+United+States.">New stream-reach development: a comprehensive assessment of hydropower energy potential in the United States.</a> Oak Ridge National Laboratory. , (2014).</li><li>Martinez, J. J., Deng, Z. D., Mueller, R., Titzler, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+characterization+of+the+biological+performance+of+a+Francis+turbine+retrofitted+with+a+modular+guide+vane.">In situ characterization of the biological performance of a Francis turbine retrofitted with a modular guide vane.</a> Applied Energy. 276, 115492 (2020).</li><li>&#268;ada, G. l. e. n. n. . F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+development+of+advanced+hydroelectric+turbines+to+improve+fish+passage+survival.">The development of advanced hydroelectric turbines to improve fish passage survival.</a> Fisheries. 26, 14-23 (2001).</li><li>Tuononen, E. I., Cooke, S. J., Timusk, E. R., Smokorowski, K. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extent+of+injury+and+mortality+arising+from+entrainment+of+fish+through+a+Very+Low+Head+hydropower+turbine+in+central+Ontario,+Canada.">Extent of injury and mortality arising from entrainment of fish through a Very Low Head hydropower turbine in central Ontario, Canada.</a> Hydrobiologia. 849, 407-420 (2020).</li><li>Deng, Z., Carlson, T. J., Duncan, J. P., Richmond, M. C., Dauble, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+an+autonomous+sensor+to+evaluate+the+biological+performance+of+the+advanced+turbine+at+Wanapum+Dam.">Use of an autonomous sensor to evaluate the biological performance of the advanced turbine at Wanapum Dam.</a> Journal of Renewable and Sustainable Energy. 2, 053104 (2010).</li><li>Martinez, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydraulic+and+biological+characterization+of+a+large+Kaplan+turbine.">Hydraulic and biological characterization of a large Kaplan turbine.</a> Renewable energy. 131, 240-249 (2019).</li><li>Zhiqun Deng, , et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Six-degree-of-freedom+sensor+fish+design+and+instrumentation.">Six-degree-of-freedom sensor fish design and instrumentation.</a> 7, 3399-3415 (2007).</li><li>Deng, Z. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+implementation+of+a+new+autonomous+sensor+fish+to+support+advanced+hydropower+development.">Design and implementation of a new autonomous sensor fish to support advanced hydropower development.</a> Review of Scientific Instruments. 85, 115001 (2014).</li><li>Deng, Y., Jia, Y., Haoran, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+ionicity+and+chain+structure+on+the+physicochemical+properties+of+protic+ionic+liquids.">Effects of ionicity and chain structure on the physicochemical properties of protic ionic liquids.</a> AIChE Journal. 66 (10), e16982 (2020).</li><li>Salalila, A., Deng, Z. D., Martinez, J. J., Lu, J., Baumgartner, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+a+fish-friendly+self-cleaning+horizontal+irrigation+screen+using+autonomous+sensors.">Evaluation of a fish-friendly self-cleaning horizontal irrigation screen using autonomous sensors.</a> Marine and Freshwater Research. 70, 1274-1283 (2019).</li><li>Martinez, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+characterization+of+turbine+hydraulic+environment+to+support+development+of+fish-friendly+hydropower+guidelines+in+the+lower+Mekong+River+region.">In situ characterization of turbine hydraulic environment to support development of fish-friendly hydropower guidelines in the lower Mekong River region.</a> Ecological engineering. 133, 88-97 (2019).</li><li>Heisey, P. G., Mathur, D., D'Allesandro, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+technique+for+assessing+fish+passage+survival+at+hydro+power+stations.">A new technique for assessing fish passage survival at hydro power stations.</a> International Atomic Energy Agency. , (1993).</li><li>Heisey, P. G., Mathur, D., Rineer, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+reliable+tag-recapture+technique+for+estimating+turbine+passage+survival:+application+to+young-of-the-year+American+shad+(Alosa+sapidissima).">A reliable tag-recapture technique for estimating turbine passage survival: application to young-of-the-year American shad (Alosa sapidissima).</a> Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 49 (9), 1826-1834 (1992).</li><li>Mathur, D., Heisey, P. G., Euston, E. T., Skalski, J. R., Hays, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Turbine+passage+survival+estimation+for+chinook+salmon+smolts+(Oncorhynchus+tshawytscha)+at+a+large+dam+on+the+Columbia+River.">Turbine passage survival estimation for chinook salmon smolts (Oncorhynchus tshawytscha) at a large dam on the Columbia River.</a> Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 53 (3), 542-549 (1996).</li><li>Mathur, D., Heisey, P. G., Robinson, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Turbine-passage+mortality+of+juvenile+American+shad+at+a+low-head+hydroelectric+dam.">Turbine-passage mortality of juvenile American shad at a low-head hydroelectric dam.</a> Transactions of the American Fisheries Society. 123 (1), 108-111 (1994).</li><li>Watson, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Safe+passage+of+American+Eels+through+a+novel+hydropower+turbine.">Safe passage of American Eels through a novel hydropower turbine.</a> Transactions of the American Fisheries Society. 151, 711-724 (2022).</li><li>Al-Tabakha, M. o. a. w. i. a. . M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+capsule+shell+composition+on+the+performance+indicators+of+hypromellose+capsule+in+comparison+to+hard+gelatin+capsules.">Influence of capsule shell composition on the performance indicators of hypromellose capsule in comparison to hard gelatin capsules.</a> Drug Development and Industrial Pharmacy. 41 (10), 1726-1737 (2015).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydropower+Vision.">Hydropower Vision.</a> U.S. Department of Energy. , (2016).</li><li>Duncan, J. o. a. n. n. e. . P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physical+and+ecological+evaluation+of+a+fish-friendly+surface+spillway.">Physical and ecological evaluation of a fish-friendly surface spillway.</a> Ecological Engineering. 110, 107-116 (2018).</li><li>Trumbo, B. r. a. d. l. y. . A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+hydroturbine+pressures+to+enhance+salmon+passage+survival+and+recovery.">Improving hydroturbine pressures to enhance salmon passage survival and recovery.</a> Reviews in fish biology and fisheries. 24, 955-965 (2014).</li><li>Pohanish, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Sittig's handbook of toxic and hazardous chemicals and carcinogens. , (2017).</li><li>U.S. Food and Drug Administration. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> CFR - Code of Federal Regulations Title 21. , (1994).</li></ol>

Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts.

Cette étude a conclu que les étiquettes à ballonnet à trois capsules injectées avec 5 mL d’eau à 18,3 °C avaient un temps de gonflage plus lent et un volume systématiquement plus important que les étiquettes à ballons à deux et quatre capsules. Lorsque les étiquettes du ballon ont été injectées avec de l’eau à 12,7 °C, le volume moyen était plus petit et le temps de gonflage était plus long. Les trois capsules commencent à se dégonfler en premier, suivies des quatre capsules et enfin des deux cap...

L’hydroélectricité est une ressource d’énergie renouvelable importante dans le monde entier. Aux États-Unis, on estime que l’hydroélectricité contribue à hauteur de 38 %, soit 274 TWh, à l’électricité produite à partir de sources renouvelables1 et qu’elle pourrait ajouter environ 460 TWh par an2. Cependant, à mesure que le développement de l’hydroélectricité augmente, les préoccupations concernant les blessures et la mortalité des poissons lors du passage hydraulique sont devenues primordiales3. Divers mécanismes contribuent aux blessures des poissons pendant le passage, notamment la décompression rapide (barotraumatisme), la contrainte de cisaillement, la turbulence, les frappes, la cavitation et le broyage4. Bien que ces mécanismes de blessure n’aient pas d’impact immédiat sur l’état général des poissons, ils peuvent les rendre plus vulnérables aux maladies, aux infections fongiques, aux parasites et à la prédation5. De plus, les blessures physiques directes résultant de collisions avec des turbines ou d’autres structures hydrauliques peuvent entraîner une mortalité importante, ce qui souligne l’importance d’atténuer ces risques dans le développement de l’hydroélectricité.
L’une des méthodes les plus courantes pour évaluer les conditions de passage des poissons consiste à relâcher des poissons-capteurs et des poissons vivants à travers des structures hydrauliques 6,7. Le Sensor Fish est un dispositif autonome conçu pour étudier les conditions physiques que subissent les poissons lors de leur passage à travers les structures hydrauliques, y compris les turbines, les évacuateurs de crues et les alternatives de contournement des barrages 8,9. Équipé d’un accéléromètre 3D, d’un gyroscope 3D, d’un capteur de température et d’un capteur de pression9, le Sensor Fish fournit des données précieuses sur les conditions de passage des poissons.
Les étiquettes de ballons, qui sont des ballons autogonflants attachés à l’extérieur aux poissons capteurs et aux poissons vivants, aident à leur récupération après avoir traversé des structures hydrauliques. Les étiquettes de ballons sont constituées de capsules solubles remplies de produits chimiques générant des gaz (par exemple, de l’acide oxalique et du bicarbonate de sodium), d’un bouchon en silicone et d’une ligne de pêche. Avant le déploiement, de l’eau est injectée à travers le bouchon en silicone dans le ballon. L’eau dissout les capsules végétales, déclenchant une réaction chimique qui produit du gaz gonflant le ballon. Dans cette réaction de neutralisation, le bicarbonate de sodium, une base faible, et l’acide oxalique, un acide faible, réagissent pour former du dioxyde de carbone, de l’eau et de l’oxalate de sodium10. La réaction chimique est fournie ci-dessous :
2NaHCO3+ H 2 C2O 4 → 2CO 2 + 2H2O + Na 2 C2O4
Le ballon gonflé augmente la flottabilité des poissons capteurs et des poissons vivants, leur permettant de flotter à la surface de l’eau pour une récupération plus facile.
Le nombre d’étiquettes de ballonnet nécessaires pour réaliser la flottaison et faciliter la récupération d’un échantillon (p. ex., poisson capteur ou poisson vivant) peut varier en fonction des caractéristiques du volume et de la masse de l’échantillon. La durée de gonflage de l’étiquette du ballon peut être ajustée en injectant de l’eau à différentes températures. L’eau plus froide augmentera le temps de gonflage, tandis que l’eau plus chaude le diminuera. Des étiquettes de ballons ont été utilisées avec succès dans divers endroits, y compris le Farmers Screen, une structure horizontale unique de criblage de poissons et de débris à Hood River, dans l’Oregon11, et une turbine Francis au barrage de Nam Ngum en République démocratique populaire lao12. Un autre exemple d’étiquette de ballon disponible dans le commerce est le Hi-Z Turb’N Tag13,14. Le Hi-Z Turb’N Tag permet de régler le temps de gonflage entre 2 min et 60 min, en fonction de la température de l’eau injectée13. Cette technologie a été utilisée dans le cadre d’études sur les poissons dans de nombreux sites sur le terrain, y compris des études portant sur des saumoneaux quinnat relâchés au barrage Rocky Reach, sur le fleuve Columbia, et sur des aloses savoureuses juvéniles au barrage Hadley Falls, sur la rivière Connecticut15,16. Les deux technologies utilisent des réactions chimiques acido-basiques pour gonfler les étiquettes des ballons en vue de leur récupération.
Cette méthode offre une rentabilité et une simplicité de fabrication, avec un coût de matériau estimé à seulement 0,50 $ par ballon. Comme décrit ici, le processus de fabrication est facile à suivre, ce qui rend la production d’étiquettes de ballons accessible à tous.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D Printed Silicone Stopper Plate</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ARC800 Sensor Fish</td>
			<td>ATS</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FDM 3D printer</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Manual Capsule Filler Machine CN-400CL (Size #3)</td>
			<td>Capsulcn</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mold Star 15 SLOW</td>
			<td>Smooth-On</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oil-Resistant Buna-N O-Ring</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>SN: 9262K141</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxalic Acid, 98%, Anhydrous Powder (C2H2O4)&#160;</td>
			<td>Thermo Scientific&#160;</td>
			<td>CAS: 144-62-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rubber Band Expansion Tool</td>
			<td>iplusmile</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Separated Vegetable Cellulose Capsules (Size #3)</td>
			<td>Capsule Connection</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Smiley Face YoYo Latex balloon</td>
			<td>YoYo Balloons, Etc.</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Bicarbonate Powder (CHNaO3)&#160;</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>CAS: 144-55-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectra Fiber Braided Fishing Line (50 lbs.)</td>
			<td>Power Pro</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

balloon tag manufacturing technique for sensor fish and live fish recovery

Les poissons peuvent subir des blessures et mourir lorsqu’ils traversent les moyens de transport hydrauliques des barrages hydroélectriques, même si ces moyens de transport sont conçus pour être respectueux des poissons, comme les systèmes de dérivation en aval, les évacuateurs de crues modifiés et les turbines. Les principales méthodes utilisées pour étudier les conditions de passage des poissons dans les structures hydrauliques consistent en des tests directs et in situ à l’aide de la technologie Sensor Fish et de poissons vivants. Les données des poissons capteurs aident à identifier les facteurs de stress physiques et leur emplacement dans l’environnement de passage des poissons, tandis que les poissons vivants sont évalués pour les blessures et la mortalité. Les étiquettes de ballon, qui sont des ballons autogonflants attachés à l’extérieur aux poissons capteurs et aux poissons vivants, aident à leur récupération après avoir traversé des structures hydrauliques.
Cet article se concentre sur le développement d’étiquettes de ballons avec un nombre variable de capsules solubles à base de plantes contenant un mélange d’acide oxalique, de poudres de bicarbonate de sodium et d’eau à deux températures différentes. Nos recherches ont permis de déterminer que les ballons étiquetés avec trois capsules, injectés avec 5 ml d’eau à 18,3 °C, atteignaient systématiquement le volume de ballonnet souhaité. Ces étiquettes avaient un volume de gonflage moyen de 114 cm 3 avec un écart-type de 1,2 cm3. Parmi les ballons à ballons injectés avec de l’eau à 18,3 °C, il a été observé que les ballons à deux capsules mettaient le plus de temps à atteindre leur gonflage complet. De plus, les étiquettes de ballons à quatre capsules ont démontré un temps de début de gonflage plus rapide, tandis que les étiquettes de ballons à trois capsules ont démontré un temps de début de dégonflage plus rapide. Dans l’ensemble, cette approche s’avère efficace pour valider le rendement des nouvelles technologies, améliorer la conception des turbines et prendre des décisions opérationnelles pour améliorer les conditions de passage des poissons. Il s’agit d’un outil précieux pour la recherche et les évaluations sur le terrain, aidant à affiner la conception et l’exploitation des structures hydrauliques.

Hydropower is a significant renewable energy resource worldwide. In the United States, hydropower contributes an estimated 38% or 274 TWh of electricity generated from renewable sources1 and has the potential to add approximately 460 TWh per year2. However, as hydropower development increases, concerns about fish injury and mortality during hydraulic passage have become paramount3. Various mechanisms contribute to fish injuries during passage, including rapid decompression (barotrauma), shear stress, turbulence, strikes, cavitation, and grinding4. Although these injury mechanisms may not have an immediate impact on the overall condition of the fish, they can render them more vulnerable to diseases, fungal infections, parasites, and predation5. Additionally, direct physical injuries resulting from collisions with turbines or other hydraulic structures can lead to significant mortality, emphasizing the importance of mitigating these risks in hydropower development.
One of the most common methods for evaluating fish passage conditions is releasing Sensor Fish and live fish through hydraulic structures6,7. The Sensor Fish is an autonomous device designed to study the physical conditions that fish experience during passage through hydraulic structures, including turbines, spillways, and dam bypass alternatives8,9. Equipped with a 3D accelerometer, 3D gyroscope, temperature sensor, and pressure sensor9, the Sensor Fish provides valuable data on fish passage conditions.
Balloon tags, which are self-inflating balloons attached externally to Sensor Fish and live fish, assist in their recovery after passing through hydraulic structures. The balloon tags consist of dissolvable capsules filled with gas-generating chemicals (e.g., oxalic acid and sodium bicarbonate), a silicone stopper, and a fishing line. Prior to deployment, water is injected through the silicone stopper into the balloon. The water dissolves the vegetable-based capsules, triggering a chemical reaction that produces gas&#160;inflating the balloon. In this neutralization reaction, sodium bicarbonate, a weak base, and oxalic acid, a weak acid, react to form carbon dioxide, water, and sodium oxalate10. The chemical reaction is provided below:
2NaHCO3+ H2C2O4 &#8594; 2CO2 + 2H2O + Na2C2O4
The inflated balloon increases the buoyancy of the Sensor Fish and live fish, enabling them to float on&#160;the water surface for easier recovery.
The number of balloon tags required to achieve flotation and facilitate the retrieval of a sample (e.g., Sensor Fish or live fish) may vary based on the volume and mass characteristics of the sample. The duration of balloon tag inflation can be adjusted by injecting water at different temperatures. Colder water will increase the inflation time, while warmer water will decrease it. Balloon tags have been successfully employed in various locations, including the Farmers Screen, a unique horizontal, flat-plate fish and debris screen structure in Hood River, Oregon11, and a Francis turbine at Nam Ngum Dam in the Lao People&#39;s Democratic Republic12. Another commercially available balloon tag example is the Hi-Z Turb&#39;N Tag13,14. The Hi-Z Turb&#39;N Tag allows inflation time to be adjusted between 2 min and 60 min, depending on the injected water temperature13. This technology has been used in fish studies at many field sites, including studies involving Chinook salmon smolts released at Rocky Reach Dam on the Columbia River and juvenile American shad at Hadley Falls Dam on the Connecticut River15,16. Both technologies utilize acid-base&#160;chemical reactions to inflate the balloon tags for recovery.
This method offers cost-effectiveness and simplicity in manufacturing, with an estimated material cost of only $0.50 per balloon. As described here, the manufacturing process is easy to follow, making balloon tag production accessible to anyone.

Pleins feux sur l’auteur : Développer des étiquettes de ballon rentables et personnalisables pour les études sur le passage des poissons 

Technique de fabrication d’étiquettes de ballons pour la récupération de poissons capteurs et de poissons vivants

This research focuses on developing and evaluating cost-effective balloon tags for fish passage studies and hydraulic structures. Our aim is to assess the effectiveness of different balloon tag configurations for the recovery of sensor fish and live fish after they pass through these hydraulic structures. The balloon tag protocol we developed offer a cost effectiveness, customizability, and adjustable inflation times.It is a low-cost solution for large scale studies with limited budgets. It helps to understand the impact of hydraulic structures on fish and can be tailored to different species and environments. We have developed a cost-effective balloon tag manufacturing process.This will enhance our understanding of balloon tag performances under different conditions, enabling tailored testing and facilitating environmental impact assessments for developing and operating fish-friendly hydropower systems.

Une étude a été menée pour déterminer les méthodes optimales de fabrication des étiquettes de ballon, en se concentrant sur le volume et la température de l’eau injectée dans le ballon. L’étude a examiné divers paramètres d’entrée, notamment l’heure de début du gonflage, le temps de gonflage complet, l’heure de début du dégonflage et le volume du ballon au gonflage complet. L’étude a été menée sur un bureau avec une température ambiante de 21 °C.
Au total, 360...

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Un protocole est présenté pour la conception et la fabrication de ballons de récupération de poissons capteurs et de poissons vivants, permettant d’évaluer leur condition physique et leurs performances biologiques dans les structures hydrauliques. La méthode optimise les performances de l’étiquette du ballon en tenant compte de facteurs tels que le volume du ballon, les temps de gonflage/dégonflage, la sélection des composants et les caractéristiques de l’eau injectée.

Fish may experience injuries and mortality when they pass through hydraulic conveyances at hydropower dams, even if these conveyances are designed to be ...

Cette recherche se concentre sur l’élaboration et l’évaluation d’étiquettes de ballons rentables pour les études de passage des poissons et les structures hydrauliques. Notre objectif est d’évaluer l’efficacité de différentes configurations de ballons pour la récupération de poissons capteurs et de poissons vivants après leur passage à travers ces structures hydrauliques. Le protocole d’étiquette de ballon que nous avons développé offre une rentabilité, une personnalisation et des temps de gonflage réglables.Il s’agit d’une solution peu coûteuse pour les études à grande échelle avec des budgets limités. Il aide à comprendre l’impact des structures hydrauliques sur les poissons et peut être adapté à différentes espèces et environnements. Nous avons mis au point un procédé de fabrication rentable d’étiquettes à ballons.Cela nous permettra d’améliorer notre compréhension des performances des ballons marqués dans différentes conditions, ce qui permettra des essais personnalisés et facilitera les évaluations d’impact environnemental pour le développement et l’exploitation de systèmes hydroélectriques respectueux des poissons.

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Balloon Tag Manufacturing Technique for Sensor Fish and Live Fish Recovery

1.0K vues.  Pacific Northwest National Laboratory. Cette recherche se concentre sur l’élaboration et l’évaluation d’étiquettes de ballons rentables pour les études de passage des poissons et les structures hydrauliques. Notre objectif est d’évaluer l’efficacité de différentes configurations de ballons pour la récupération de poissons capteurs et de poissons vivants après leur passage à travers ces structures hydrauliques. Le protocole d’étiquette de ballon que nous avons développé offre une rentabilité, une personna...

Vidéo: Pleins feux sur l’auteur : Développer des étiquettes de ballon rentables et personnalisables pour les études sur le passage des poissons 

Fish may experience injuries and mortality when they pass through hydraulic conveyances at hydropower dams, even if these conveyances are designed to be fish-friendly, such as downstream bypass systems, modified spillways&#160;and turbines. The main methods used to study fish passage conditions in hydraulic structures involve direct, in situ testing using Sensor Fish technology and live fish. Sensor Fish data helps identify physical stressors and their locations in the fish passage environment, while live fish are assessed for injuries and mortality. Balloon tags, which are self-inflating balloons attached externally to Sensor Fish and live fish, aid in their recovery after passing through hydraulic structures.
This article focuses on the development of balloon tags with varying numbers of dissolvable, vegetable-based capsules containing a mixture of oxalic acid, sodium bicarbonate powders, and water at two different temperatures. Our research determined that balloon tags with three capsules, injected with 5 mL of water at 18.3 &#176;C, consistently achieved the desired balloon volume. These tags had a mean inflation volume of 114 cm3 with a standard deviation of 1.2 cm3. Among the balloon tags injected with water at 18.3 &#176;C, it was observed that the two-capsule balloon tags took the longest time to reach full inflation. In addition, the four-capsule balloon tags demonstrated a faster inflation start time, while the three-capsule balloon tags demonstrated a faster deflation start time. Overall, this approach proves to be effective for validating the performance of new technologies, improving turbine design, and making operational decisions to enhance fish passage conditions. It serves as a valuable tool for research and field evaluations, aiding in the refinement of both the design and operation of hydraulic structures.

A protocol is presented for designing and manufacturing balloon tags to recover Sensor Fish and live fish, allowing assessment of their physical condition and biological performance in hydraulic structures. The method optimizes balloon tag performance by considering factors such as balloon volume, inflation/deflation times, component selection, and the characteristics of the injected water.

Recherche

Ingénierie

Acid/Base Encapsulation for Balloon Tag Assembly

To begin, in a mixing cup, combine oxalic acid and sodium bicarbonate, maintaining a weight ratio of one to two. If the acid-based powder mix becomes crystalline, grind it into a fine powder using a mortar and pestle. To fill the capsules using a semi-automatic capsule filling machine, place the cap sheet on a clean, dry surface.Align the encapsulation sheet over the cap sheet. Separate the capsule tops and bottoms unless using pre-separated capsules. Pour the capsule tops into the encapsulation sheet and shake the sheet gently in a circular motion to fill the holes with the tops.Collect the leftover capsule tops in a clean cup. Detach the encapsulation sheet from the completely filled cap sheet and keep the cap sheet aside. Identify and flip the capsule tops that are upside down.Next, place the body or bottom sheet on a clean, dry, flat surface. Fix the encapsulation sheet to the bottom sheet and secure the alignment with the black pegs. Pour the cap bottoms onto the encapsulation sheet and shake as described previously to fill all the holes.Then pour off the excess capsule bottoms from the sheet. Remove the encapsulation sheet from the filled bottom sheet. Flip any capsule bottoms found upside down.Now, disperse the acid base powder mixture onto the filled bottom sheet. Using a plastic spreader, fill the capsule bottoms with the powder. After positioning the filled cap sheet on a flat surface, mount the middle sheet on its top.Invert the cap sheet affixed to the middle sheet on the filled bottom sheet, ensuring a proper mutual alignment. Press gently, but equally on all sides of the cap sheet to join and fit the tops and bottoms of the capsules. Then remove the cap sheet and the middle sheet from the bottom sheet, leaving the capsule tops and bottoms joined.Check each capsule to ensure its top and bottom are fitted tightly. If not, manually press and tighten the top and bottom together. Finally, transfer the filled capsules to an airtight sealable container.

Encapsulation acide/base pour l’assemblage d’étiquettes de ballons

Manufacturing Silicone Stopper for Balloon Tag Assembly

To begin, mix both commercial silicone mold material components in a mixing cup, maintaining a one-to-one weight ratio. Stir thoroughly with a disposable spoon for about five minutes until the mixture becomes uniform in appearance. Then position the 3D-printed mold plate fitted with packing tape over a sheet of paper.Pour the silicone mixture into each stopper hole, ensuring all the holes are filled. Using a rubber squeegee, spread the silicone evenly into each stopper hole before clearing any leftover silicone. Leave the rubber stoppers to dry for four hours.Once the stoppers have fully cured as indicated by the complete drying and hardening of the silicone mixture, take off the tape from the back of the mold plate and pull the stoppers out of the mold. Finally, clean any surplus silicone attached to the stoppers.

Fabrication d’un bouchon en silicone pour l’assemblage d’étiquettes de ballons

Balloon Tag Assembly and Attachment to Sensor Fish Caps

To begin the balloon tag assembly, carefully insert the piercing tool into the silicone stopper. Then insert the piercing tool attached to the stopper into a 15 gauge syringe needle. After that, remove the piercing tool from the silicone stopper leaving only the needle embedded in the stopper.Cut a six inch piece from a 50 pound fishing line. Insert the fishing line piece into the silicone stopper through the 15 gauge needle. While holding the stopper and the fishing line together, carefully retract the needle from the stopper leaving the fishing line inside the stopper.Next, insert two acid-based powder filled capsules into a latex balloon. Using a rubber band expansion tool like a castration band plier, gently expand the balloon opening. Then carefully insert one silicone stopper into the balloon opening, making sure to keep the two ends of the fishing line outside the balloon.Place two O-rings onto the rubber band expansion tool and expand them. Push the neck of the latex balloon through the two expanded O-rings. Carefully pull the two O-rings away from the rubber band expansion tool leaving them tightly wrapped around the balloon's neck centered on the stopper.Insert one end of the fishing line through one of the small holes in the sensor fish cap and pull it through the large hole at the center. Tie both ends of the fishing line together leaving a 0.5 to one inch gap from the top of the cap to the balloon base. Keep the extra fishing line attached as cutting it too close to a knot might cause it to untie.Studying the average inflation time for balloon tags with different volumes of water at two different temperatures revealed that full inflation occurred faster when using water at 18.3 degrees Celsius as compared to 12.7 degrees Celsius. A slower dissolution of the capsules at lower temperatures caused delayed inflation. Among the tested conditions, the three capsule balloon tags injected with five milliliters of water at 18.3 degrees Celsius exhibited consistent size with a mean volume of 114 cubic centimeters.At 18.3 degrees Celsius, the four capsule balloon tags demonstrated a faster inflation start time. However, the full inflation times for the two capsule and four capsule balloon tags were nearly identical. The three capsule balloon tag began deflating first followed by the four capsule, and finally, the two capsule balloon tags.