Une balise Philoc pour mesurer la qualité de l’air

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Un capteur de particules fines intégré à la balise Philoc

Une balise Philoc, en quelques mots

Une balise Philoc, c'est un objet connecté à vocation sociale et écologique. Déjà on peut la fabriquer soit-même, pour à peu-près 50€, et ensuite l'objectif est de lui faire-faire des choses utiles et responsables. Par exemple rendre compte de la qualité de l'air que nous respirons.

Une caractéristique importante d'une balise Philoc, c'est déjà de pouvoir être alimentée sur piles, avec une autonomie de quelques semaines ou quelques mois, selon l'usage. Elle est le plus souvent en mode veille, et sait se réveiller à intervalles réguliers - par exemple toutes les heures - ou sur une détection de mouvement, ou d'un choc. Et alors elle transmet vers un site web ou vers une adresse mail sa position calculée avec son capteur GPS, et aussi une donnée qu'elle viendra de calculer, qui peut-être la concentration en particules fines de l'air ambiant, pour le cas présent.

Son boîtier étanche permet en général de l'utiliser en extérieur, mais dans le cas d'utilisation présent, comme il faut fonctionner dans l'atmosphère ambiante, nous aurons quelques concessions à négocier, et une ergonomie mécanique à adapter.

Ainsi, pour peu que l'on dispose d'un capteur pour la mesure de la qualité de l'air consommant lui-même assez peu pour être alimenté par la balise Philoc, et accessible à un coût abordable, disons moins de 10€, on est en mesure de pouvoir déployer sur le terrain des balises Philoc, capables de remonter à intervalle  régulier la concentration en particules fines de l'air local.

Nos balises Philoc

La pollution de l'air ambiant par les particules fines (PM10, PM2.5)

Il existe de nombreux sites et projets associatifs qui permettent de prendre conscience de l'importante du taux de concentration en particules fines dans l'air ambiant, vis-à-vis de notre santé. Nous avons un faible pour le site de l'association respire, et nous trouvons beaucoup d'intérêt à leur article sur les particules en suspension (PM10, PM2,5). Par ailleurs, il existe des sites tels que celui d'airparif, qui rendent compte en temps réel du taux de concentration en particules au niveau de stations déployées sur le territoire. Mais pour ce qui concerne la mesure du taux en particules, elles ne sont hélas pas si nombreuses que cela, et on manque d'informations sur son environnement immédiat, sur l'influence d'un gros chantier de construction qui fait beaucoup de poussière dans notre rue, où sur le réglage de la combustion de notre cheminée à foyer ouvert ...

Ce qui nous motive à nous intéresser au sujet, c'est de pouvoir apporter notre propre contribution au fait que des particuliers, ou de petites associations puissent, en parallèle des sites institutionnels , disposer d'une capacité à mesurer la qualité de l'air, et à l'intégrer au sein de leurs propre applications.Une balise Philoc représente une opportunité  à pouvoir mesurer la qualité de l'air. Il est facile d'en construire  une et de la déployer sur le terrain par soi-même. Et nous rejoignons ainsi l’association respire quand elle nous invite à nous équiper de nos propres instruments de mesure. Par ailleurs le prix du capteur Alphasense auquel ils font référence nous a semblé nettement supérieur à l'enveloppe de budget de 10€ que nous nous sommes fixée pour un capteur raccordable à notre balise Philoc.

Le capteur Sharp GP2Y1010AU0F intégré à la balise Philoc

Le capteur Sharp GP2Y1010AU0F présente des caractéristiques très intéressantes vis-à-vis de notre balise Philoc. Fonctionnant sous une tension d'alimentation de 5 Volts, qui peut lui être fournie par la balise, il consomme moins de 20 mA. Il est capable de fournir en quelques secondes un signal représentatif du taux de concentration en particules, mesurable par la balise Philoc.

Couplage de la balise Philoc au capteur Sharp GP2Y1010AU0F

Le prix très abordable de ce capteur nous incite évidemment à être prudent quand à sa performances. Nous voyons déjà quelques contraintes à la lecture de ses spécifications, par ailleurs très succinctes  :

  1. l'impossibilité à discriminer les concentrations respectives en particules de type PM2.5 et PM10.
  2. la réduction progressive de sa plage de mesure, du fait du dépôt de poussière qu'il est amené à devoir accumuler, sans pour autant pouvoir proposer des facilités de nettoyage
  3. l'absence de mécanismes de calibrage pour la mesure fournie.

Nos premières mesures en intérieur, sans calibrage et utilisant les tutoriels disponible pour l'environnement Arduino, montrent des caractéristiques dynamiques très intéressantes :

  1. une bonne excursion de la plage de mesure offerte par notre entrée analogique sur le circuit Mkrfox1200 / SamD21 : 0.15 Volt en air ambiant ; 3.3V en mode saturé
  2. une excellente dynamique qui permet instantanément d'atteindre la saturation avec le craquement d'une allumette
  3. la détection immédiate d'un apport de poussière, la vaporisation d'un spray, ou même l'ouverture de la porte intérieure entre le bureau et le couloir ...
Seuil de détection. Air ambient intérieur.

L'intérêt de la communauté scientifique pour des capteurs de particules à bas coût

On ne peut que se sentir soutenu à constater le nombre d'articles scientifiques qui témoignent d'une utilité à disposer de balises à bas coût et de nature à étendre la prise de conscience de l'importance à pouvoir maîtriser la qualité de l'air ambiant, et l'opportunité pour chacun de pouvoir participer au travers de ses propres moyens de mesure.

  1. Enabling Low-Cost Particulate Matter Measurement for Participatory Sensing Scenarios [Matthias Budde, Rayan El Masri, Till Riedel, and Michael Beigl{budde,rmasri,riedel,michael}@teco.edu]
  2. LES CAPTEURS LOW COST DE POLLUTION : UN NOUVEL ELDORADO POUR L'ÉVALUATION DE L'EXPOSITION INDIVIDUELLE AUX PARTICULES ? [DUCHÉ S., MADELIN M]Univ Paris Diderot Sorbonne Paris cité, CNRS UMR 8586 PRODIG, UFR GHSS (c.c. 7001), 5 rue Thomas Mann – 75205 PARIS CEDEX 13 [sarah.duche@univ-paris-diderot.fr / malika.madelin@univ-paris-diderot.fr][XXVIIIe Colloque de l’Association Internationale de Climatologie, Liège 2015]
  3. Fuertes, Walter & Carrera, Diego & Villacis Silva, Cesar & Toulkeridis, Theofilos & Galarraga, Fernando & Torres, Edgar & Aules, Hernán. (2015). Distributed System as Internet of Things for a New Low-Cost, Air Pollution Wireless Monitoring on Real Time. . 10.1109/DS-RT.2015.28.
  4. Summary of air quality sensors and recommendations for application[Aakash C. Rai and Prashant Kumar][University of Surrey][26 February 2017]

Invitation

Nous invitons les visiteurs  intéressés à mieux connaître les capacités des balises Philoc à nous contacter en utilisant les formulaires de contact. Nous sommes convaincus de pouvoir participer à la maîtrise de la qualité de l'air ambiant, et par extension à notre qualité de vie à tous, si nous suscitons un intérêt autour de nos idées et de notre démarche.

Cet article est mis à disposition en license [CC-BY-SA], comme l'ensemble des publications de www.philsite.fr et www.philoc.fr.

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