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Capteur d'air

Rédigé par -Fred- 1 commentaire

J'ai eu l'occasion de découvrir, par le biais de l'un de mes collègues, un projet collaboratif de mesure de la qualité de l'air. L'idée ici est que n'importe qui peut participer, à son niveau, au déploiement de cet ensemble de capteurs connectés. Les mesures prises collectivement permettent alors de mieux appréhender des phénomènes de pollution et de suivre leurs évolutions en temps réel [1].

Installation de base

Note : les éléments ci-dessous sont donnés à titre indicatif. L'ensemble des informations utiles ici sont disponibles sur la page principale du projet [2].

Partie 1 : premier pas avec le capteur

Cette entrée en matière est très simple. La solution est composée de trois éléments principaux qu'il va bien entendu falloir assembler :

  • Le module principal (NodeMCU ESP8266)
  • Le capteur de particules fines (SDS011)
  • Le capteur de température et d'humidité (DHT22)

Une fois le tout connecté, il faut l'alimenter. Un simple chargeur de téléphone portable fera l'affaire.

Il sera nécessaire de lui adjoindre un boîtier. À noter que pour le branchement dans le boîtier, la bonne idée est de ne pas tout souder pour se conserver la possibilité d'en changer en cas de défaillance (voir plus bas). Par contre, la connexion des broches côté capteur de particules fines (SDS011) est vraiment limite. J'ai donc préféré souder les fils de ce côté à un connecteur femelle de récupération. C'est ce connecteur qui est branché au SDS011.

Partie 2 : paramétrage logiciel et API

Là, rien de très compliqué non plus. La connexion au réseau se fait via le wifi. Lors de la première mise sous tension de l'appareil, comme il ne sait pas à quel réseau se connecter, il propose son propre point d'accès. Il suffira alors de se connecter dessus à l'adresse 192.168.4.1 pour accéder à l'interface d'administration.

Outre les réglages classiques (connexion Wifi, mots de passe admin, intervalle de mesure), la page de configuration permet plusieurs choses. Tout d'abord, il est possible d'utiliser différents capteurs :

  • SDS011 (particules fines)
  • Plantower PMS(1,3,5,6,7)003 (particules fines)
  • Honeywell détecteur de particules fines
  • PPD42NS
  • DHT22 (Température, Humidité relative)
  • HTU21D (Température, Humidité relative)
  • BMP180 (Température, Pression atmosphérique)
  • BMP280 (Température, Pression atmosphérique)
  • BME280 (Température, Humidité relative, Pression atmosphérique)
  • DS18B20 (Température)
  • GPS (NEO 6M)

Ensuite, il est possible de diffuser les mesures en utilisant différentes API. Pour le moment, je n'ai laissé que celle de luftdaten.info mais d'autres sont disponibles et il est même possible d'utiliser sa propre API. Je n'ai pas encore trop creusé dans cette direction donc aujourd'hui, je me contente de collecter les données de mon capteur à l'aide d'un tâche cron lancée toutes les deux minutes sur l'un des mes serveurs (les mesures sont effectuées toutes les deux minutes elles aussi).

Notez que pour utiliser l'API de luftdaten.info par exemple, il faudra créer un compte sur le site en indiquant le n° de son capteur d'air, sa configuration (références des capteurs connectés) et sa localisation (déterminée via l'adresse postale). Sur la carte, le capteur n'est volontairement pas localisé avec précision (sauf si on le souhaite explicitement). Le mien par exemple est affiché avec une erreur de quelques centaines de mètres, ce qui est bien suffisant dans le cas présent. Il est par ailleurs possible de rajouter des informations supplémentaires relatives à l'environnement du capteur (proximité de voies de circulation, hauteur, etc...). Les capteurs d'intérieur peuvent aussi être intégrés même si leurs mesures sont de fait exclues du calcul des valeurs médianes.

Mise en œuvre sur le terrain

Le capteur étant à présent fonctionnel, il ne reste qu'à le placer là où l'on souhaite prendre nos mesures. À partir de là, il faut se débrouiller car les solutions sont propres à chaque contexte. Il y a au moins trois points à traiter :

Premier de ces points, celui de la préparation du boîtier qui va accueillir le capteur. Sur la page officielle du projet, les concepteurs préconisent un double tube coudé en PVC. Pour ma part, j'ai opté pour un coffret électrique étanche que j'ai ouvert en trois endroits pour faire sortir les capteurs et le câble d'alimentation.

Second problème, celui de l'alimentation électrique. Dans mon cas par exemple, je n'ai pas souhaité modifier mon installation électrique pour cette installation. Je me suis donc arrangé pour m'alimenter sur une prise électrique de mon garage extérieur. J'ai aussi pensé à l'installation d'une batterie solaire usb mais bon, ça fait une batterie de plus dans la nature et ce n'est pas super...

Dernier point, plus problématique que prévu, celui de la connexion au réseau wifi. Comme tout signal radio, la portée est limitée, du fait de la distance ou des obstacles notamment. J'avais dans un premier temps opté pour une position de mon capteur sans tenir compte des obstacles éventuels. Caché derrière l'un des murs en briques de mon garage, il ne captais malheureusement plus mon signal wifi (ou juste par intermittence donc bof). Par contre, à quelques dizaines de centimètres, sur le pan de mur adjacent en vue plus directe de ma box, le signal mesuré a de suite gagné près de 20 dB et la connexion est alors devenue tout à fait utilisable.

Finalement, ce qui peut poser le plus de problèmes, c'est de trouver la bonne position en tenant compte des deux contraintes précédentes. Cela se règle au cas par cas et n'est pas toujours trivial.

Retour d'utilisation

Choix de l'emplacement

Dans mon cas, je constate qu'il n'est pas forcement optimal, en particulier au niveau de relevés de température. En effet, il est placé sur le mur de mon garage, exposé ouest, et quand il fait chaud, je constate des variations notables de la température mesurée. Les briques du mur étant chaudes, elles rayonnent un peu de chaleur sur le capteur de température. Je suppose qu'à la moindre petite brise, de l'air un peu plus frais arrive sur le capteur.

Aléas

J'avais, en première approche, accroché le capteur de température/humidité au tuyau du capteur de particules fines. De fait, il état complètement hors du boîtier étanche. Malgré une protection des soudure du capteur de température, ce qui devait arriver arriva. À la première forte pluie (ça arrive parfois en Bretagne...), une goutte d'eau s'est formée entre les trois pattes du capteur. Là, plus de mesures de température ni d'humidité relative.

J'ai donc dans un premier temps séché les contacts du capteur et laissé le tout dans la même configuration (j'avais déjà idée de revoir l'emplacement de ce capteur plus tard). Là, j'ai de nouveau eu mes mesures mais j'ai vite constaté que l'humidité relative ne dépassait guère les 45% alors qu'elle était quasiment tout le temps au dessus de 90% avant l'incident (ce qui était déjà étonnant). Suspectant un problème, j'ai donc racheté un nouveau capteur DHT22. Une fois le nouveau composant reçu et installé mes mesures sont redevenues plus plausibles et comparables à celles des autres capteurs alentours, ni anormalement trop importantes, ni anormalement trop basses.

De cela je retiens deux choses. La première, c'est que mon capteur d'humidité était peut être défectueux dès le départ. La seconde, c'est qu'il faut garder à l'esprit que les mesures que l'on obtient valent ce qu'elles valent. Ce ne sont que des indications non fiables mais qui permettent simplement de se faire une idée de l'évolution des phénomènes que l'on mesure. Cela est d'autant plus important que toutes les mesures sont aussi fonction de la position du capteur d'air.

Et les mesures dans tout ça, c'est le but, non ? Et bien d'un point de vu global, il est intéressant de visualiser l'évolution des taux de particules fines dans l'air. Malheureusement, il y a peu de capteur autour du mien et en France globalement. Si le projet peut se développer comme il l'a fait en Allemagne ou au Benelux par exemple, ce serait très instructif. On voit par exemple parfois littéralement passer des "nuages" de pollution par endroit et dériver au fil de la journée. C'est parfois très marqué et parfois plus ténu mais quand même.

Je constate que localement sur mon capteur, la pollution mesurée est notablement plus importante entre la fin de nuit et au levé du jour (avec parfois des pic à plus de 500 µg/m³ ; 2 à 15 µg/m³ étant la fourchette classique en journée). Ce comportement est régulier et diffère de ce qu'enregistrent la plupart des autres capteurs que l'on peut voir sur la carte. Je vais attendre d'avoir plus de données pour essayer de trouver des récurrences (comme je l'évoquais plus haut, j'enregistre localement les données du capteur en base de donnée). Par contre, les taux mesurés étaient très faibles lors des fortes chaleurs de juillet dernier.

Finalement, la présence de ce capteur d'air permet de se poser un certain nombre de questions et de mieux appréhender la réalité de la chose. Je n'aurais pas parié sur les résultats ci-dessus.

Sources :

1 commentaire

#1  - Régis a dit :

Bonjour,
Merci pour ce retour d'expérience.
J'ai eu l'occasion de mettre en œuvre un capteur Luftdaten il y a une dizaine de jours environ, et j'observe maintenant mes données sur maps.luftdaten.info (et aussi sur airtube.info et via l'application Android App Matière Particulaire). Mon capteur est également en Bretagne. J'observe le même phénomène de pics (entre 5h et 8h du matin selon les jours). La première fois que c'est arrivé, le lever du jour était particulièrement brumeux. J'en ai déduit à ce moment là que ce type de phénomène météo (brouillard) influait sur la qualité des relevés. Quoi qu'il en soit, à chaque fois que j'ai observé ces pics matinaux, l'humidité relative était proche de 100%.
J'ai trouvé quelques explications ici : https://luftdaten.info/messgenauigkeit/ il y est dit qu'on peut avoir des valeurs invraisemblables lorsque le taux d'humidité est élevé, en particulier en cas de brouilard, et qu'une correction d'humidité est en préparation. J'ai trouvé aussi à cette adresse : https://github.com/opendata-stuttgart/meta/wiki/EN-Correction-for-humidity des formules empiriques qui sont parfois utilisées pour corrigées les résultats.
Mon capteur est actuellement assez proche de la végétation ; je vais essayer de le positionner plutôt côté terrasse, contre le mur de la maison pour essayer de maintenir une humidité plus faible et voir si cela impacte les valeurs de PM10 et PM2.5. Mais il faut d'abord que j'arrive à alimenter le capteur électriquement dans cette nouvelle configuration...

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