Février

Le mois de Février à été consacrée à l'élaboration de d’études des différents capteurs existant sur le marché pouvant s'inscrire dans le projet. Des tests sur les capteurs d'ozones ont aussi été effectué.

Les différentes spécifications concernant les capteurs ont été définie dans le tableau suivant: specifs_capteur.pdf

Les précisions optimal sont très ambitieuse au vu de l'existant néanmoins la marge de tolérance est relativement souple ce qui va permettre d'élargir le choix des capteurs. De même, le budget accordé peut permettre d'augmenté légèrement la qualité du composant utilisé.

Ainsi, le tableau suivant à pu être effectué etude_capteur.pdf Celui ci fait suite à une étude de différents capteur existant et dont la caractérisation à été effectué en suivant une méthode particulière.

Pour le capteur de particules les caractéristiques de précisions ont été fixées à 5µg/m3 pour les PM2.5 et les PM10. On notera dans un premier temps que la plupart des capteurs faible cout ne font pas la distinction entre les différentes tailles de particules sans calibrage très précis de l’appareil. Pour ce qui est du calcul de la précision la plupart des manuels d’utilisations présentent une courbe avec une échelle de variation des valeurs comme dans la figure ci-après.

Les données sont parfois en nombre de particules par centième de pieds au cube. La conversion est laborieuse et pour la présente étude un algorithme a été utilisé suivant les tests effectués sur https://indiaairquality.com/2014/09/15/calibrating-the-shinyei-ppd-sensors-part-2/ . pcs/0.01cf=60.2(µg/m3)-308

Pour les données des capteurs d’alphasense le guide d’utilisation donne directement la valeur de la précision, le seuil de détection en revanche ne semble pas avoir été mentionné et même les instruments utilisant cette technologie (comme les produits de Libelium par exemple) ne mentionnent pas clairement cette information.

Pour les capteurs de gaz la plupart des informations récupérées sont situées dans le manuel d’utilisation des capteurs Libelium décrites ci dessous.

Pour les capteurs MICS il est à noter que la différence de version ne semble venir que du volume du capteur. Il serait toutefois intéressant de tester s’il n’y a pas d’autres améliorations entre les deux versions. Afin de vérifier la donnée fournie par Libelium il est possible de déterminer la précision par méthode graphique. Dans les fiches techniques comme le MiCS-5524 il est possible de trouver des courbes comme dans figure ci dessous. La concentration est donnée en fonction du rapport R_S/R_0 où R0 la résistance de référence.

Cette valeur varie régulièrement de façon plus ou moins importante selon les composants. Le constructeur MiCS fourni les informations de la figure qui suit quant à la probabilité d’avoir une certaine valeur.

A partir de ces informations on peut supposer une incertitude sur R0 de 100kΩ et donc de 0.01 pour R_S/R_0 . Par conséquent en notant cette variation sur la figure des courbes de concentration il est possible d’obtenir une valeur d’erreur.

La plupart des informations restituées dans le tableur, font toutes références à des documents externes et n’ont pas fait l’objet de tests. Par conséquent il est difficile de prédire la fiabilité des informations. Toutefois il est intéressant d’avoir un indicatif sur les différents cout selon l’ordre de grandeur de la précision.

Les objectifs de cette expérience sont multiples. Dans un premier temps on désire déterminer dans quelle mesure notre source de pollution (arc électrique) produit de l’ozone. Secondement, il est souhaitable de mesurer la qualité de mesure des POM, ainsi, les 2 instruments de mesures de l’ozone seront utilisé et leurs données séparées. Enfin, la réponse des MICS 2614 face à ces contraintes sera évaluée.

Pour ce test, on utilise 2 POM et 2 MiCS disposés dans notre enceinte de manipulation. Un dispositif permettant de créer un arc électrique a été fabriqué par le fablab. Le phénomène d’arc électrique résulte de l’ionisation d’un milieu isolant, créant ainsi un canal conducteur entre 2 surfaces chargées proches. La foudre, par exemple, est un arc électrique de grande intensité. Chimiquement, l’énergie apportée est tel qu’elle vient rompre la liaison de covalence du dioxygène, les atomes d’oxygènes vont ensuite venir se recombiner de façon plus stable sous forme d’ozone. Le système fabriqué ici est constitué d’un timer fournissant un courant oscillant ; d’un MoSFET pour amplifier le signal et d’un condensateur utile pour atteindre la zone d’ionisation de l’air. Les instruments à tester sont placé dans une enceinte aérée par un ventilateur.

L’objectif étant de vérifier la faisabilité de l’expérience, les tests seront de courtes durées. De même l’ozone étant une donnée peu variable naturellement, on cherchera seulement à observer les différents pics engendrés par l’arc électrique. On note qu’entre le POM1 et le POM2 les pompes sont différentes par conséquent une alimentation de courant plus forte est nécessaire pour l’instrument de mesure 1. La mesure est lancée à 15h46 Un arc électrique est créé pendant une dizaine de seconde à 16h04. Un second arc plus long (1min) est ensuite envoyé à 17h46. La fin de l’expérience a eu lieu à 18h06.

On observe dans un premier temps les résultats fournis par le POM.

On peut déjà noter que le premier arc n’est pas visible sur les courbes ceci est très probablement dû au fait que l’appareil a besoin de temps avant de se stabiliser. Une autre hypothèse pourrait être la faible ampleur d’ozone dégagée par le premier arc seulement au vus des résultats des capteurs MICS2614, où le pique a pu être détecté, on peut espérer que le POM ai une précision suffisante pour détecter les variations.

Les résultats obtenus par le MICS sont en revanche très satisfaisants dans le sens où les réponses aux présences d’ozone sont très marquées. La stabilité est elle aussi très impressionnante puisque meilleur que pour nos instruments de mesures ! Reste néanmoins à déterminé si les faibles variations d’ozones sont bien détectées. De même la transposition des données de kΩ à ppb semble elle aussi difficile puisque la connaissance de la résistance à 100 ppb est nécessaire. En prenant la valeur typique de la datasheet soit 11kΩ il est possible d’obtenir le résultat suivant :

Là encore il est possible de remettre en question la fiabilité des POM en début de mesure. La moyenne des deux permet néanmoins de rejoindre les valeurs des MICS2614. Des résultats surprenant donc, qui implique de réellement vérifier les instruments de mesures. Le MICS2614 semble être un très bon capteur a toutefois tester à nouveau dans des conditions plus contrôlée.

Au cours des tests du mois de Février, la question de la fiabilité et de la corrélation des instruments de mesures c'est posée. Ainsi, un test a été effectué dans le but de vérifier que les mesures fournies par les trois appareils sont bien les mêmes d'un instrument à l'autre.

Durant un week-end s'étalant du 12 au 15 février les trois instruments de mesures du LATMOS (2 OSIRIS et 1 Dustamate) ont été disposé conjointement dans un même bureau. Ainsi l'exposition de chacun à été la même durant un week-end complet.

Suite à ces manipulations les trois courbes suivantes ont pu être obtenues:

On observe tout d'abord que différents types d'environnements ont pu être mesurées. Le vendredi et le lundi d'avantage de turbulences dues aux allez et venus d'individus sont observables tandis que le week-end le taux de particule est beaucoup plus calme. Pour les PM2.5 la corrélation est très satisfaisante tout comme pour les PM10. Pour les TSP en revanche, en périodes de turbulences notamment, les pics de concentration ne sont pas tout à fait similaire. Toutefois en observant la corrélation:

il est possible de conclure que cet écart n'est pas encore critique (indice de corrélation à 0.94 en moyenne). De même nos mesures ne concerneront que les PM10 et PM2.5 sur des capteur ayant des incertitudes bien supérieurs à l'OSIRIS, ces instruments sont donc des références fiables.

La rédaction d'un cahier des charges a également été commencée. Ce document pourra être finalisé et présenté le 31/05/2016 à la commission du projet MoUVie. Les processus de test des capteurs ont été effectué, reste à déterminer la transmission des données et la nature du microcontrôleur à utiliser. Il est intéressant de consulter la partie concernant le test des capteurs de particule puisque contrairement à ce que nous pensions en début de projet la mesure d'une tension seul ne suffit pas à donner des information sur la concentration en particule. En effet comme décrit plus en détail dans le cahier des charges situé plus bas, l'intensité lumineuse diffracté ne donne des information que sur la taille d'une particule et non sur le nombre de particule. Le calcul du nombre ce fait, comme pour le Shinyei, en mesurant la durée entre chaque pic de tension.

La description détaillée se situe dans le document suivant: cahier_des_chargesv1.pdf

La plupart des processus de test sont défini et les instruments de mesure vérifier. Il serait également inintéressant au vu de l'élaboration du cahier des charges de procéder à des test du capteur OpenAir sur un panel de lycéen. Ceci permettra d'établir les durée nécessaire pur l'élaboration d'un capteur mais également les erreurs à éviter lors de la conception.