Une main désigne un appareil de mesure de l'air avec des feux de signalisation
Qualité de l'air

Technologies de mesure de la qualité de l'air : Techniques innovantes, tendances & développements futurs

L'analyse de l'air nécessite une collecte et une évaluation précises et complètes des données. Nous examinons de plus près les technologies innovantes de mesure de la qualité de l'air, les tendances actuelles et les développements futurs possibles : des approches basées sur des capteurs aux techniques d'analyse avancées utilisant l'IA.

Auteur :

Undine Jaehne

Date

25.1.2024

Mesure de la qualité de l'air au moyen de capteurs optiques

Les capteurs optiques sont souvent utilisés dans les appareils de mesure de l'air pour détecter certains gaz ou particules dans l'air. Ils peuvent être utilisés soit pour la mesure infrarouge, soit pour la mesure de la fluorescence.

Ces valeurs de mesure peuvent être déterminées, entre autres, par des capteurs optiques : Poussières fines (PM₁ - PM₂,₅ - PM₁₀), dioxyde de carbone (CO₂), oxygène (O₂), méthane (CH₄), protoxyde d'azote) (N₂O).

Analyse de l'air par mesure infrarouge

La mesure infrarouge utilise une LED infrarouge et un détecteur qui sont séparés par une paroi dans l'instrument de mesure de l'air et qui ne se "voient" donc jamais directement. Le capteur infrarouge (également appelé capteur IR) utilise la lumière infrarouge, qui se situe en dehors du spectre de la lumière visible, pour détecter les changements dans son environnement. 

Lorsqu'une particule apparaît dans la lumière de la LED, le détecteur perçoit un flash et réagit aux rayons émis par l'émetteur (LED infrarouge). Le détecteur mesure la quantité de lumière infrarouge réfléchie ou émise. L'absorption des infrarouges en est la base. Certaines molécules absorbent certaines longueurs d'onde du rayonnement infrarouge. Le détecteur détermine ensuite la quantité de lumière absorbée à ces longueurs d'onde spécifiques.

Le capteur compte donc la fréquence des flashs lumineux. Pour une précision maximale, un deuxième faisceau de mesure (capteur de réflexion) peut surveiller l'intensité de la LED infrarouge, c'est-à-dire sa luminosité. Dans ce cas, le détecteur mesure le rayonnement réfléchi. Plus les éclairs sont clairs, plus les particules correspondantes sont grandes. Plus les éclairs apparaissent sombres, plus les particules sont petites. Les variations de l'intensité réfléchie indiquent donc la présence ou les propriétés des composants de l'air.

Analyse des polluants atmosphériques par fluorescence

Certaines substances peuvent devenir fluorescentes lorsqu'elles sont exposées à une lumière d'une certaine longueur d'onde, c'est-à-dire qu'elles émettent une lumière d'une autre longueur d'onde. En mesurant l'intensité de la fluorescence, le capteur optique peut en déduire la concentration de ces substances. La fluorescence mesurée peut être utilisée pour différentes applications, notamment la détection de molécules, de biomarqueurs, de polluants environnementaux ou d'autres substances. Où l'intensité, la longueur d'onde et la durée de la fluorescence fournissent des informations sur la quantité, la concentration ou la cinétique de réaction des substances analysées.

Capteurs électrochimiques

Les capteurs résistifs permettent de détecter et de quantifier différents gaz. Pour cela, le capteur électrochimique se compose typiquement de trois éléments principaux : une électrode de travail, une électrode de référence et une contre-électrode. Les électrodes de travail et de référence sont noyées dans un électrolyte qui favorise la conductivité ionique. Si des particules du gaz parviennent au capteur, une réaction électrochimique spécifique au gaz à détecter s'y produit. Cette réaction modifie la concentration en ions dans l'électrolyte à proximité immédiate des électrodes de travail et de référence. Chaque fois que des particules correspondantes "s'arriment" à la surface du capteur , les substances provoquent un petit courant dans le capteur - un signal électrique mesurable.

L'avantage de ces types de capteurs est l'étalonnage individuel de la sensibilité: différents capteurs électrochimiques sont donc spécifiques à différents gaz, car les réactions électrochimiques dépendent des gaz. C'est pourquoi des capteurs spéciaux sont utilisés pour la détection du monoxyde de carbone, du dioxyde de soufre, du méthane et d'autres gaz. L'inconvénient des capteurs électrochimiques est une éventuelle sensibilité croisée avec d'autres gaz. Ainsi, les capteurs respectifs peuvent également réagir à d'autres gaz et se déclencher en cas de présence de ces derniers.

Ces valeurs de mesure peuvent être déterminées, entre autres, par des capteurs électrochimiques : Dioxyde de soufre (SO₂), composés organiques volatils (COV), ammoniac (NH₃), chlore / chlore gazeux (Cl₂), dioxyde d'azote (NO₂), monoxyde de carbone (CO), ozone (O₃), formaldéhyde (CH₂O), hydrogène sulfuré (H₂S), hydrogène (H₂).

L'appareil de mesure de l'air air-Q avec application intelligente, qui devrait même mesurer les spores de moisissure à l'avenir

Moisissures & pollen : Futures mesures de l'air avec l'IA 

Jusqu'à présent, les spores de moisissure ou le pollen ne peuvent pas être détectés directement à l'aide d'un instrument de mesure de l'air, car ils ne se distinguent pas clairement d'autres particules comme la poussière. Actuellement, il est seulement possible de détecter les conditions qui favorisent le développement de moisissures, comme une humidité trop élevée et un échange d'air insuffisant. À l'avenir, nous voulons changer cela en utilisant une technique innovante. En collaboration avec l'université technique de Chemnitz, air-Q recherche donc un moyen de mesurer les moisissures et les pollens. Pour cela, nous développons nos capteurs et cherchons des solutions basées sur l'IA pour différencier les particules en fonction de leur type et de leur taille. L'intelligence artificielle doit permettre de traiter et d'analyser efficacement de grandes quantités de données provenant de différents capteurs et sources. Grâce à l'utilisation d'algorithmes d'apprentissage automatique et d'analyse des données, nous cherchons à identifier des modèles et des relations complexes dans les données relatives à la qualité de l'air et nous espérons obtenir des prédictions plus précises, des temps de réaction plus rapides et une meilleure précision dans la détection des polluants atmosphériques.

Références
Technologies de mesure de la qualité de l'air : Techniques innovantes, tendances & développements futurs
air-Q appareil de mesure de la qualité de l'air

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