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CA 03001984 2018-04-13
WO 2017/064376 PCT/FR2016/000166
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Dispositif et procédé de capture et enregistrement des particules fines et/ou
densité des gaz NOx dans l'air
L'invention concerne un dispositif et procédé de capture et
d'enregistrement des particules fines et/ou de la densité des gaz NOx dans
l'air,
en particulier pour la saisie et l'enregistrement des particules fines et/ou
la densité
des gaz NOx dans l'air, notamment de façon mobile et en divers endroits d'une
cité urbaine.
On sait que les véhicules à moteur thermique et notamment diesel,
nombreux dans les cités urbaines, contribuent à polluer fortement ces cités
par
les rejets gazeux polluants de leur moteur thermique et les poussières émises,
notamment les particules fines à très fines, et les poussières issues du
freinage et
du roulement des véhicules. Ces rejets polluants et poussières nuisent à la
santé
des personnes qui y sont soumises, notamment les très fines particules de
diamètre inférieur à 2,5 micromètres, dites PM2.5, qui rentrent dans l'arbre
respiratoire et peuvent même pénétrer le réseau sanguin systémique,
participant
ainsi à l'installation durable de problèmes de santé péjoratifs, susceptibles
de se
traduire par des complications cardiovasculaires ou l'apparition de cancers
sous
différentes expressions.
Il est en particulier utile pour l'individu de connaître le taux de ces
particules
dans les endroits exposés à une forte densité de particules fines pour moduler
ou
adapter son activité (déplacements et activité physique en particulier) en
fonction
de cette densité et préserver ainsi sa santé.
Par ailleurs, pour les personnes aux bronches fragiles (sujets à l'asthme
notamment), il est utile de connaître en parallèle des particules les gaz
délétères
et directement agressifs présents dans l'air, notamment les oxydes d'azote
gazeux dits NOx, et particulièrement dans son expression acide nitrique NO3.
L'invention a pour but de remédier en tout ou partie à l'identification, la
traçabilité et in fine la résolution de ces maux.
Il est proposé selon l'invention un dispositif de capture et d'enregistrement
des particules fines et/ou de la densité des gaz NOx dans l'air,
caractéristique en
ce qu'il comprend au moins un capteur de particules et/ou de la densité des
gaz
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NOx dans l'air, apte à dénombrer un nombre de particules ou poussières
présentes dans l'air, de dimension comprise entre des valeurs déterminées dans
un volume d'air, et/ou la densité des gaz NOx et un moyen d'affichage et/ou
d'enregistrement dudit nombre et/ou densité en corrélation à un lieu déterminé
de
mesure du capteur, le dispositif étant configuré pour être embarqué et
fonctionner
à bord d'un véhicule (y compris tout support mobile) et dans lequel ledit
capteur
peut être initialisé à certains points de la carte, voire de nouveau étalonné,
en
référence à des capteurs normalisés fixes.
Le dispositif peut également comporter, comme précité, un capteur de gaz
NOx apte à mesurer une densité de gaz NOx dans l'air et un moyen d'affichage
et/ou d'enregistrement de ladite densité en corrélation à un lieu déterminé de
mesure du capteur.
Lesdits nombres de particules et densité peuvent alors, seuls ou ensemble,
être mesurés, affichés et enregistrés (sur des bases de données) en
corrélation à
un lieu déterminé de mesure notamment un circuit de mesure du véhicule.
Lesdites valeurs sont en particulier inférieures à 2,5 micromètres et
correspondent aux particules les plus délétères pour la santé des personnes.
Le volume d'air considéré est le mètre cube. On comptabilise ainsi un
nombre de particules fines par mètre cube d'air.
Ledit moyen d'affichage et/ou d'enregistrement peut comprendre un simple
écran d'affichage dudit nombre et/ou de ladite densité, ou un dispositif de
saisie
dudit nombre et/ou de ladite densité, sur un support d'enregistrement, tel
qu'une
imprimante sur du papier ou un fichier de données.
Ledit affichage ou enregistrement est avantageusement réalisé sur un
support correspondant à une carte géographique dudit lieu déterminé de mesure.
Il est ainsi possible de déterminer de façon discontinue ou continue lors du
roulement du véhicule une cartographie haute définition de la densité des
particules fines et/ou de ladite densité des gaz NOx, dans l'air dudit lieu.
Cette
information peut être transmise en temps réel ou différé à au moins une base
de
données qui peut être exploitée à travers diverses applications, notamment se
rapportant à la gestion des déplacements et activités des personnes dans la
zone
appréciée en vue de la préservation de leur santé à titre individuel.
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Ladite façon discontinue de détermination de la capture des particules
et/ou de ladite densité des gaz NOx peut être établie à des points
particuliers à
mesurer dudit lieu, par exemple des endroits sensibles d'une zone géographique
donnée du lieu, chaque point étant affecté d'une mesure du nombre de
particules
et/ou de la densité des gaz NOx, par exemple du nombre de particules fines par
mètre cube.
La mesure peut être effectuée à l'arrêt ou lors du roulement du véhicule.
L'arrêt peut être temporisé selon une période déterminée pour permettre la
réinitialisation, voire le réétalonnage, du capteur à chaque point de mesure,
par
exemple au moyen d'une borne fixe de mesure fine en environnement stabilisé,
et
donc fiabiliser la mesure de chaque point sans que le capteur ne soit
influencé par
l'air de mesure du point précédent. La mesure des particules et/ou de la
densité
des gaz NOx selon ladite période est réalisée sur un circuit de mesure, depuis
le
véhicule, dans ledit lieu.
Le roulement peut aussi être opéré à une vitesse modérée dans le circuit
de mesure selon la capacité de réinitialisation du capteur, par exemple
inférieure
à 30 km/heure permettant au capteur d'effectuer une mesure à la volée (en
déplacement) et avec une marge acceptable d'erreur de mesure de l'air
environnant le véhicule.
La réinitialisation ou le réétalonnage du capteur à partir de bornes fixes
permet de s'assurer des valeurs de seuil et donc de garantir les valeurs
mesurées
selon une marge d'erreur inférieure à 0,2 voire jusqu'à 0,4 au maximum.
Le capteur de particule est de préférence un capteur optique de poussière,
par exemple de type GP2Y1010AUOF Sharp conçu pour détecter les
particules dans l'air et ainsi estimer la qualité de l'air. Un tel capteur, de
type
détecteur d'une quantité de lumière traversant un volume d'air, permet
d'afficher
une valeur instantanée des particules dans ledit spectre de valeurs
déterminées,
notamment inférieures à 2,5 micromètres.
Le capteur de gaz NOx peut être un capteur optique mesurant un spectre
de longueur d'ondes correspondant aux gaz dans l'air.
Un tel capteur peut être alimenté en énergie par une source électrique du
véhicule, voire par une batterie rechargée depuis le véhicule.
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Ledit capteur est avantageusement monté sur le véhicule dans une position
propice à la réception, de préférence instantanée, de l'air à mesurer pour la
capture des particules et/ou de ladite densité des gaz NOx dans l'air du point
à
mesurer. Ledit capteur est également configuré pour minimiser l'impact du
mouvement d'air, du vent et/ou de la vitesse du véhicule.
Le mouvement (aléatoire) d'air sur le capteur pourra être minimisé en
l'équipant d'une jupe protectrice de périphérie configurée pour laisser passer
l'air
en roulement, par exemple pourvue d'une grille traversée par l'air.
En outre, l'air résiduel d'un point de mesure donné du capteur est
avantageusement évacué par un dispositif d'évacuation de l'air résiduel dans
le
capteur, par exemple un dispositif de soufflage d'air neutre dans le capteur,
préalablement à chaque nouvelle mesure. Un tel dispositif d'évacuation de
l'air
résiduel est monté sur le capteur.
Le nettoyage du capteur est avantageusement réalisé par ultrasons. Ce
nettoyage intégré et régulier du capteur a notamment permis de rendre possible
les mesures précises et fiables en mode embarqué et mobile, ce que l'état de
l'art
ne permettait pas à ce jour, limitant de facto les mesures de pollution au
stade de
stations fixes, très insuffisantes pour mesurer précisément l'exposition des
individus notamment à hauteur de respiration.
Le capteur peut être monté sur un mat du véhicule, voire un bras mobile et
télescopique, réglable en orientation et/ou en hauteur, notamment permettant
une
mesure à hauteur variable, par exemple selon une ligne de projection verticale
du
point de mesure, afin de compléter sur un axe vertical mobile les mesures
principales effectuées à hauteur de respiration.
La mesure peut être ainsi faite à plusieurs hauteurs pour un point donné;
elle peut aussi être effectuée dans un environnement du point donné, à une
distance proche du point ou de la verticale du point, par exemple en orientant
le
mat et le capteur à une hauteur donnée de mesure.
Il est ainsi possible de déterminer la densité de particules et/ou de gaz à
hauteur de poussette, à hauteur de passant sur un trottoir, en rez de chaussée
ou
en étage sur un immeuble d'habitation, voire même à l'intérieur de l'immeuble.
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Il est aussi dorénavant possible de déterminer l'origine et l'impact d'une
source polluante, par exemple d'une cheminée ou d'une bouche d'évacuation
d'air en provenance par exemple de transports en commun souterrains, tels
métro
ou RER dans son environnement immédiat.
5 Le montage sur un véhicule non émetteur de particules (non polluant, par
exemple à moteur électrique) permet notamment de ne pas influencer la mesure
contrairement à un véhicule à moteur thermique. Dans ce dernier cas, il s'agit
d'isoler le capteur de la source de fumée du moteur, notamment en l'éloignant
de
cette dernière, en considérant le vent et le mouvement du véhicule
relativement
au vent etc.
Le dispositif est avantageusement couplé à un dispositif dit GPS (Global
Positioning System (GPS) en anglais) correspondant à un Système de
Positionnement Global ou Géo-positionnement par Satellite.
Ainsi le dispositif peut être configuré pour associer à une carte de
géolocalisation GPS un affichage ponctuel localisé, notamment en temps réel et
dynamique, de la densité des particules et/ou gaz, à une ou plusieurs hauteurs
de
mesure. La carte est alors complétée ponctuellement des valeurs dudit nombre
de
particules et/ou de la densité des gaz NOx.
L'enregistrement de valeurs peut être séquencé à une durée déterminée
entre deux points consécutifs de mesure, dans un avancement donné du véhicule
correspondant à une distance parcourue donnée de manière à obtenir un
affichage ponctuel régulier desdites valeurs de particules et/ou de la densité
des
gaz NOx sur le circuit du véhicule.
Le capteur peut en outre être initialisé, voire de nouveau étalonné, à
certains points fixes de la carte, en référence à des capteurs normalisés, par
exemple des capteurs ponctuels et statiques de particules PM 2.5 d'organismes
certifiés de contrôles de l'environnement mais également de capteurs fixes
propriétaires installés en complément du réseau mobile.
Le dispositif peut comprendre un boîtier monté de préférence sur le tableau
de bord du véhicule, relié audit dispositif GPS et au capteur, ledit boîtier
étant
configuré pour afficher et/ou enregistrer les données du dispositif GPS et
celles
du capteur à chaque point mesuré.
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Eventuellement d'autres données concernant la qualité de l'air, telles que
l'humidité, la nébulosité, les ondes électromagnétiques, le niveau de bruit en
décibels etc. peuvent être affichées.et/ou enregistrées.
De préférence, la saisie des données est stockée en mémoire pour être
enregistrée ensuite et constituer notamment une base de données dynamiques.
Le boîtier peut comprendre un écran d'affichage des données, notamment
affichant une carte géographique haute définition du lieu de mesure complétée
ponctuellement desdites valeurs de nombre de particules et/ou de la densité
des
gaz NOx, ce qui est commode pour suivre en direct l'évolution de la mesure
dans
l'espace et dans le temps.
Avantageusement, ledit dispositif est monté à demeure sur le véhicule, par
exemple sur le bloc d'alimentation d'air du moteur ou de l'habitacle (montage
sécurisé et non vandalisable) mais il peut être à montage amovible rapide sur
le
véhicule dans une forme compacte (sans mat ou bras de mesure). Ledit capteur
peut être monté sur le pare brise (dans une position discrète), le toit ou le
capot
du véhicule, voire toute autre place de carrosserie ou d'élément extérieur tel
un
rétroviseur apte à recevoir dans de bonnes conditions de capture ledit
capteur. .
L'invention concerne également un procédé de mesure et d'affichage et/ou
enregistrement des particules et/ou de la densité des gaz NOx dans l'air au
moyen d'au moins un capteur de particules et/ou de la densité des gaz NOx dans
l'air, apte à dénombrer un nombre de particules de dimension comprise entre
des
valeurs déterminées dans un volume d'air et/ou la densité des gaz NOx, et au
moyen d'un dispositif d'affichage et/ou d'enregistrement dudit nombre et/ou
densité en corrélation à un lieu déterminé, l'ensemble étant en outre
configuré
pour être embarqué et fonctionner à bord d'un véhicule (y compris tout support
mobile, voire un drone), le procédé comprenant une saisie dudit nombre et/ou
densité en des points d'un circuit de mesure à bord dudit véhicule.
Ces caractéristiques et avantages de l'invention et d'autres apparaitront plus
clairement au regard de la description ci après de modes de réalisation de
l'invention en référence au dessin ci annexé, sur lequel :
- la figure 1 est une vue en élévation schématique d'un dispositif de capture
et d'enregistrement des particules fines dans l'air, monté sur un véhicule
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automobile, vu depuis l'habitacle de ce dernier, selon un mode de réalisation
de
l'invention,
- la figure 2 est un vue en élévation schématique d'un capteur de particules
de ce dispositif, et
- la figure 3 montre un dispositif d'enregistrement des données du dispositif,
disposé à distance de celui-ci et une carte géographique imprimée de densité
absolue ou relative des particules fines dans l'air dans une zone géographique
donnée, obtenue par la mise en oeuvre du dispositif.
Dans la description qui suit, des références numériques identiques sont
utilisées pour désigner des éléments analogues ou identiques.
Avec référence au dessin, figure 1, il est illustré un dispositif 1 de capture
et
d'enregistrement des particules fines dans l'air selon un mode de réalisation
de
l'invention monté sur un véhicule 2. Ce dispositif comprend ici au moins un
capteur 3 de particules dans l'air, apte à dénombrer un nombre de particules
ou
poussières présentes dans l'air, de préférence un capteur optique, par exemple
de type GP2Y1010AUOF Sharp ou autre, conçu pour détecter les particules
dans un volume d'air, généralement un nombre de particules d'une dimension
donnée ou moins dans un mètre cube d'air. Ici, il permet d'afficher une valeur
instantanée du nombre des particules par mètre cube d'air dans un spectre de
valeurs de dimension déterminées, fixées dans l'exemple à 2,5 micromètres et
moins (PM 2.5). Ces particules sont en effet particulièrement délétères pour
la
santé des personnes, s'infiltrant profondément dans l'arbre respiratoire,
voire le
réseau sanguin après passage à travers la paroi des alvéoles pulmonaires.
Le capteur est ici disposé sur le pare brise 5 du véhicule, de façon discrète
dans un coin de celui-ci, y étant solidarisé par un moyen de fixation adapté,
de
préférence amovible, par exemple par grippage de contact.
Le dispositif peut comporter plusieurs capteurs de ce type pour renseigner
plus précisément de la qualité de l'air, par exemple deux capteurs disposés
chacun à un coin du pare brise opérant chacun une capture de particules de
dimensions distinctes, notamment 2,5 micromètres et moins et 10 micromètres et
moins par mètre cube d'air.
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Le dispositif peut également comporter, par exemple en remplacement du
capteur précité de 10 micromètres et moins par mètre cube d'air, un capteur
tel
que spécifié ci avant de la densité des gaz NOx dans l'air.
Le dispositif comporte également un moyen d'affichage et/ou
d'enregistrement 7 dudit nombre de particules en corrélation à un lieu
déterminé
de mesure du capteur, le dispositif étant en outre configuré pour être
embarqué et
fonctionner à bord d'un véhicule, ici un véhicule automobile. Ce moyen
comprend
dans l'exemple un boîtier 9 monté sur le tableau de bord 11 du véhicule, relié
à un
dispositif 13 GPS (Global Positioning System (GPS) en anglais) et au
capteur
3. Le boîtier est configuré pour afficher et/ou enregistrer les données du
dispositif
GPS et celles du capteur à chaque point mesuré.
De préférence la saisie des données est stockée en mémoire pour être
enregistrée ensuite ou simultanément par un moyen de transmission, par exemple
hertzien 24, un support de téléphonie mobile ou intégré etc., ici au moyen
d'une
unité de traitement de l'information tel qu'un ordinateur portable 15
représenté à la
figure 3 et une unité d'enregistrement ou impression, par exemple une
imprimante
17 reliée à l'ordinateur. Il est imprimé sur papier une carte 18 des données
du
dispositif GPS et de celles du capteur à chaque point mesuré du circuit 20 de
mesure. Les légendes cerclées sur ce circuit représentent les valeurs de
nombre
de particules fines par mètre cube d'air à chaque point mesuré.
L'information recueillie peut aussi être enregistrée sur une base de
données 16 exploitée par ailleurs sous forme d'applications sur téléphone
portable, tablette informatique, ordinateur, GSM , GPS etc.
Le boîtier 9 comprend ici un écran 19 d'affichage des données, affichant
notamment une carte géographique du lieu de mesure (carte GPS) complétée
ponctuellement desdites valeurs de nombre de particules renseigné par le
capteur, ce qui est commode pour suivre en direct l'évolution de la mesure.
Il est ainsi possible de déterminer de façon discontinue ou continue lors du
roulement du véhicule une cartographie de la densité des particules fines dans
l'air dudit lieu.
Ladite façon discontinue de détermination de la capture des particules
peut être établie à des points particuliers à mesurer dudit lieu, par exemple
des
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endroits sensibles d'une zone géographique donnée du lieu, chaque point étant
affecté d'une mesure du nombre de particules, par exemple du nombre de
particules fines par mètre cube.
La mesure peut être effectuée à l'arrêt ou lors du roulement du véhicule.
L'arrêt peut être temporisé sur une période déterminée pour permettre la
réinitialisation ou le réétalonnage du capteur à chaque point de mesure sur un
circuit de mesure, depuis le véhicule, dans ledit lieu.
Le roulement peut aussi être opéré à une vitesse modérée dans le circuit
de mesure selon la capacité de réinitialisation du capteur, par exemple
inférieure
à 30 km/heure permettant au capteur d'effectuer une mesure à la volée (en
déplacement) et avec une marge acceptable d'erreur de mesure de l'air
environnant le véhicule.
La réinitialisation du capteur permet de s'assurer des valeurs de seuil et
donc de garantir les valeurs mesurées selon une marge d'erreur inférieure à
0,20
voire jusqu'à 0,40 au maximum.
Ledit capteur est avantageusement monté sur le véhicule dans une position
propice à une bonne réception de l'air à mesurer pour la capture des
particules
(et/ou de la densité des gaz N0x) dans l'air du point à mesurer. Ledit capteur
est
ici monté sur le pare brise mais il peut être monté sur un bloc d'arrivée
d'air de
moteur ou d'habitacle, sur le toit ou le capot du véhicule ou un mat ou autre
bras
et accessoires fixés au véhicule.
Le capteur peut ainsi être monté sur un mat du véhicule, voire un bras
mobile et télescopique, réglable en orientation et/ou en hauteur, notamment
permettant une mesure à hauteur variable, par exemple selon une ligne de
projection verticale du point de mesure.
La mesure peut être ainsi faite à plusieurs hauteurs pour un point donné;
elle peut aussi être effectuée dans un environnement du point donné, à une
distance proche du point ou de la verticale du point, par exemple en orientant
le
mat et le capteur à une hauteur donnée de mesure. Il est ainsi possible de
déterminer la densité de particules (et/ou la densité des gaz NOx dans le cas
d'un
capteur gaz) à hauteur de poussette, à hauteur des passants sur le trottoir,
en rez
de chaussée ou étage, voire à l'intérieur d'un immeuble d'habitation.
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Le capteur peut également être configuré pour minimiser l'impact du
mouvement d'air, du vent et/ou de la vitesse du véhicule, par exemple en
l'équipant d'une jupe protectrice de périphérie configurée pour laisser passer
l'air
en roulement, par exemple une grille externe 21 traversée par l'air telle que
5 représentée à la figure 2.
En outre, le capteur peut comporter un dispositif d'évacuation de l'air
résiduel dans le capteur, par exemple un dispositif de soufflage d'air neutre
dans
le capteur (non représenté), préalablement à chaque nouvelle mesure, ce qui
peut
accélérer l'initialisation du capteur. Le capteur peut-être avantageusement
équipé
10 d'un système de nettoyage à ultrasons qui rend son utilisation fiable et
durable,
permettant ainsi un nouvel usage du capteur, intensif et sur base mobile.
Lesdites valeurs peuvent encore être initialisées à certains points de la
carte, en référence à celles correspondant à des capteurs de particules
normalisés (de mesure précise), par exemple des capteurs fixes ponctuels
disposés sur le circuit venant compléter et contrôler le réseau mobile
embarqué.
L'invention concerne également un procédé de mesure et d'affichage et/ou
enregistrement des particules et/ou de la densité des gaz NOx dans l'air au
moyen d'au moins un capteur 3 de particules et/ou de la densité des gaz NOx
dans l'air, apte à dénombrer un nombre de particules de dimension comprise
entre des valeurs déterminées dans un volume d'air et/ou la densité des gaz
NOx,
et au moyen d'un dispositif 7, 15, 17 d'affichage et/ou d'enregistrement dudit
nombre et/ou densité en corrélation à un lieu déterminé, l'ensemble étant en
outre
configuré pour être embarqué et fonctionner à bord d'un véhicule 2, le procédé
comprenant une saisie dudit nombre et/ou densité en des points d'un circuit de
mesure à bord dudit véhicule.
L'enregistrement de valeurs peut être séquencé à une durée déterminée
entre deux points consécutifs de mesure, dans un avancement donné du véhicule
correspondant à une distance parcourue donnée de manière à obtenir un
affichage ponctuel régulier desdites valeurs de particules et/ou densité des
gaz
NOx sur le circuit du véhicule.
Le fonctionnement du dispositif est simple et accessible au plus grand
nombre. Le dispositif 1 est activé depuis le tableau de commande du véhicule.
Il
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s'agit de maintenir le fonctionnement sur le circuit de mesure préétabli en
suivant
l'évolution de la mesure affichée pour compléter éventuellement le circuit en
fonction de la pertinence des valeurs lues. Un enregistrement terminal est
opéré à
demeure au moyen de l'ordinateur domestique 15.
De multiples variantes de réalisation de l'invention peuvent être envisagées
en mettant en oeuvre les diverses caractéristiques énoncées précédemment,
seules ou en combinaison.
L'invention apporte ainsi une possibilité de connaître en temps réel, voire
de prévoir dans le temps (sur une courbe d'évolution), afficher en direct et
enregistrer les densités de particules et/ou gaz NOx dans l'air d'une zone
géographique donnée, notamment une zone urbaine polluée sensible.
