Capteurs de gaz supplémentaires pour Project Aura AQ : applications pratiques

Quels capteurs pouvez-vous connecter ?

Cet article présente sept capteurs DFRobot Gravity : monoxyde de carbone, ammoniac, sulfure d'hydrogène, dioxyde de soufre, dioxyde d'azote, ozone et oxygène. Chaque module est prévu pour son gaz particulier. Ce sont des capteurs électrochimiques : le gaz provoque une réaction dans l'élément sensible, puis l'électronique la transforme en une valeur affichée à l'écran. Famille de capteurs de gaz DFRobot

Vous pouvez équiper Project Aura AQ d'un capteur de CO ou d'un capteur pour l'un des six autres gaz. Par exemple, vous pouvez choisir l'ammoniac pour une exploitation agricole.

Je maintiens la prise en charge de cette gamme : des modules faciles à trouver et des connexions simples comptent quand on construit soi-même son appareil. Project Aura AQ peut recevoir et afficher leurs données. Il faut néanmoins vérifier que le capteur est assez précis pour votre tâche et adapté à son lieu d'installation.

Cet article concerne uniquement les modèles SEN04xx cités ici. DFRobot propose aussi d'autres familles aux caractéristiques différentes, notamment des capteurs de formaldéhyde. Les conclusions sur une gamme ne s'appliquent pas à tout le catalogue.

Vous rencontrerez l'unité ppm, qui signifie « parties par million ». Par exemple, 10 ppm correspondent approximativement à 10 molécules du gaz mesuré pour un million de molécules du mélange gazeux. Pour un même gaz, une valeur plus élevée signifie qu'il est davantage présent dans l'air. En revanche, la même valeur pour des gaz différents ne signifie pas le même effet sur une personne.

Le CO à la maison : cheminées, poêles et chauffages à combustion

Vous passez une soirée en famille près de la cheminée. La pièce est chaude, et vous voulez savoir ce qui arrive à l'air pendant que le feu brûle. Un capteur de CO supplémentaire permet de suivre les valeurs de monoxyde de carbone : restent-elles à peu près stables ou commencent-elles à monter pendant la combustion ? Le chauffage domestique est une application parmi beaucoup d'autres.

La même question se pose dans une maison équipée d'un poêle à bois, d'une chaudière à gaz ou d'un chauffage à gaz ou à pétrole. Une combustion incomplète produit du CO, et un problème de tirage ou de conduit peut faire entrer les gaz de combustion dans la pièce. Le monoxyde de carbone est incolore et inodore : vos sens ne permettent pas de détecter sa présence. L'EPA sur les sources domestiques de CO

L'intérêt d'un capteur de CO dans Project Aura AQ est de voir les valeurs numériques et leur évolution dans le temps. Vous pouvez remarquer une hausse pendant le chauffage, suivre sa progression et vérifier quand elle a commencé. Le capteur peut aussi afficher des valeurs élevées de CO et aider à repérer une accumulation dangereuse. Le SEN0466 mesure de 0 à 1000 ppm. Caractéristiques DFRobot

Chez moi, il montre des variations même lorsque j'allume la cuisinière à gaz : les valeurs passent de 0 à environ 10 ppm. C'est une observation personnelle à la maison, qui explique pourquoi je trouve cette mesure supplémentaire utile. L'appareil permet de relier les valeurs à ce qui se passe dans la pièce.

Il faut un détecteur-avertisseur de CO certifié pour émettre une alerte sonore puissante, y compris la nuit, lorsque la famille dort. Sa réaction dépend de la concentration et de la durée d'exposition : il n'est pas censé sonner à chaque petite variation. La notice FireAngel donne un exemple de ces règles. Project Aura AQ complète cette protection par des valeurs et un historique, mais ne remplace pas un avertisseur séparé : DFRobot interdit d'utiliser ce module dans des systèmes dont dépend la sécurité des personnes. Restriction du fabricant

N'ignorez pas une valeur élevée de CO, même si l'alarme n'a pas sonné. Si vous soupçonnez une accumulation de monoxyde de carbone, sortez à l'air libre et contactez les services d'urgence compétents. Si vous vous sentez mal, demandez une aide médicale urgente. Conseils du NHS

Applications pratiques des autres gaz

Mesurer ces gaz peut être utile au-delà d'un appartement ordinaire. Les exemples suivants expliquent pourquoi on peut en avoir besoin. Lors du choix, vérifiez les concentrations attendues, les variations à repérer et les conditions de fonctionnement. L'évaluation de la sécurité au travail et la protection des personnes nécessitent des instruments conçus à cet effet.

NH₃ : élevages de volailles, écuries et industrie

Un élevage de volailles est l'un des nombreux lieux où mesurer l'ammoniac, NH₃, est utile. Il se forme lorsque les déjections se décomposent dans la litière au sol. L'University of Kentucky sur l'origine de l'ammoniac

Une litière humide produit davantage d'ammoniac, tandis que la ventilation aide à l'évacuer. Le responsable peut donc suivre l'évolution des valeurs après un nettoyage, un séchage de la litière ou un réglage de la ventilation. L'UGA sur la litière et l'ammoniac

L'University of Georgia décrit une situation possible : avec la ventilation en marche le jour, les concentrations sont de 10–15 ppm, mais elles peuvent atteindre 40–60 ppm si le renouvellement d'air diminue la nuit. Une inspection en journée peut manquer ce qui s'est passé pendant la nuit. Cet exemple décrit des conditions d'élevage ; ce n'est pas un résultat d'essai de Project Aura AQ. L'UGA sur les variations entre le jour et la nuit

Un historique permet de repérer ces hausses nocturnes et de voir si elles reviennent après des changements dans l'élevage. Après avoir séché la litière, vous pouvez par exemple comparer plusieurs nuits aux conditions de fonctionnement similaires : les hausses sont-elles plus faibles, et combien de temps les valeurs restent-elles élevées ? Le responsable voit ainsi si quelque chose a changé pendant les heures sans inspection.

L'ammoniac se mesure aussi dans d'autres contextes :

• Écuries. La décomposition de l'urine dans la litière libère de l'ammoniac. Enlever la litière mouillée réduit la source du gaz ; la ventilation aide à l'évacuer du bâtiment. Purdue University sur l'ammoniac dans les écuries, Penn State sur la ventilation des écuries
• Installations frigorifiques industrielles. Certaines laiteries, usines de glaces et chambres froides utilisent l'ammoniac comme fluide frigorigène, c'est-à-dire pour produire du froid. Le NH₃ se mesure dans l'air autour des équipements. L'OSHA sur la réfrigération à l'ammoniac
• Traitement des déchets organiques. Le compostage de matières riches en azote, comme l'herbe coupée, peut libérer de l'ammoniac. On peut comparer les valeurs entre différents lots de matières. Cornell University sur l'ammoniac dans le compost
• Stockage et transfert d'ammoniac destiné aux engrais. Le NH₃ se mesure dans l'air autour des réservoirs et des tuyauteries pendant les transferts et la maintenance. L'EPA sur les sites de stockage d'ammoniac pour engrais

Le SEN0469 peut être envisagé pour une surveillance supplémentaire après vérification des concentrations attendues, de ses mesures et des conditions d'installation. Dans une exploitation, il faut aussi prévoir une protection contre la poussière et l'humidité. Un capteur mesure l'air à son emplacement ; différentes zones d'un grand poulailler ou d'une écurie peuvent nécessiter des points de mesure distincts.

Dans les installations industrielles, les alarmes de protection et les automatismes de sécurité fonctionnent indépendamment des mesures supplémentaires de Project Aura AQ.

CO et NO₂ : moteurs, chariots élévateurs et extraction des gaz d'échappement

La surveillance des gaz d'échappement est l'un des nombreux usages des mesures de CO et de NO₂. Dans un atelier automobile ou un entrepôt, des moteurs de voiture et des chariots à combustion peuvent fonctionner à l'intérieur. Des mesures supplémentaires aident à voir quand les valeurs montent et combien de temps elles restent élevées après l'arrêt des équipements.

Le HSE cite le CO et les oxydes d'azote parmi les composants des gaz d'échappement ; leur composition dépend du moteur et de son fonctionnement. Les CDC documentent aussi des accumulations de CO lors de l'utilisation de chariots à gaz en intérieur. Le NO₂, ou dioxyde d'azote, est une mesure distincte, mais même associé au CO, il ne décrit pas tout le mélange de gaz d'échappement. Le HSE sur les gaz d'échappement, Les CDC sur les chariots élévateurs

Supposons que les valeurs augmentent régulièrement lorsqu'un chariot précis fonctionne, puis mettent longtemps à retrouver leur niveau précédent après son arrêt. Comparer l'historique aux horaires de fonctionnement peut vous aider à décider de vérifier l'extraction dans cette zone. Après maintenance, il est utile de comparer des périodes de travail similaires : les hausses sont-elles moins fortes, les valeurs redescendent-elles plus vite ? Tenez compte de la durée d'utilisation, de l'ouverture des portes et du fonctionnement de la ventilation.

L'efficacité de la ventilation et la sécurité du lieu de travail doivent être évaluées avec du matériel prévu pour ces tâches.

H₂S : biogaz, élevages et procédés industriels

La station d'épuration illustrée représente un des nombreux lieux où mesurer le sulfure d'hydrogène, H₂S, est utile. Ces mesures sont aussi nécessaires ailleurs :

• Unités de méthanisation. Le lisier et les déchets alimentaires servent à produire du gaz pour l'énergie, et ce gaz peut contenir du H₂S. Ici, on surveille le H₂S dans l'air autour des équipements, à l'extérieur des conduites. L'EPA sur les installations de biogaz
• Élevages. Le sulfure d'hydrogène se forme lorsque le lisier se décompose sans oxygène. Le brassage et le pompage peuvent en libérer beaucoup plus. University of Minnesota
• Production de pâte à papier et de papier. Du H₂S peut apparaître pendant les procédés de fabrication. L'OSHA sur le H₂S dans l'industrie
• Sites géothermiques et sources chaudes. Le sulfure d'hydrogène peut être libéré naturellement. Les mesures aident à suivre son accumulation dans les bâtiments qui utilisent de l'eau thermale. WorkSafe sur les sources naturelles de H₂S

Dans ces projets, il est utile de comparer l'historique aux périodes de fonctionnement des équipements et de la ventilation : quand les hausses commencent-elles, combien de temps durent-elles et reviennent-elles après maintenance ? Cela montre les changements sur toute la période de travail, y compris pendant les heures sans inspection.

Le SEN0467 peut être envisagé pour une surveillance supplémentaire de l'air. Vérifiez les concentrations attendues, la sensibilité nécessaire et les conditions d'installation, notamment la poussière et l'humidité. Le suivi de très faibles concentrations associées à une odeur légère peut demander un instrument plus sensible. Analyser le biogaz lui-même dans une conduite, ou travailler dans une atmosphère potentiellement explosive, nécessite du matériel spécialisé.

O₃ : piscines, blanchisseries et production alimentaire

Une piscine dont l'eau est traitée à l'ozone est l'une des nombreuses applications de l'ozone, O₃. Ce gaz sert à désinfecter et à éliminer les odeurs. Mesurer l'ozone dans l'air autour des équipements peut être utile dans plusieurs contextes :

• Production de boissons et lavage des contenants. L'eau ozonée sert à traiter les bouteilles, les cuves et les tuyauteries. L'O₃ se mesure dans l'air à côté de la ligne de lavage. Xylem sur la production alimentaire
• Blanchisseries industrielles. Certains systèmes ajoutent de l'ozone à l'eau pour laver et désinfecter le linge. Les valeurs se comparent pendant le lavage et le rinçage. Systèmes à ozone dans les blanchisseries
• Piscines avec traitement de l'eau à l'ozone. L'air peut être surveillé dans le local technique qui abrite le générateur et les équipements d'alimentation en ozone. Applications Ozonetech
• Élimination des odeurs de l'air extrait. Dans les cuisines professionnelles, par exemple, de l'ozone est injecté dans le conduit d'extraction pour traiter les odeurs et les dépôts graisseux. On mesure l'ozone dans l'air du local autour des équipements. Ozonetech sur le traitement de l'air extrait des cuisines

Dans ces projets, vous pouvez comparer l'historique au mode de fonctionnement du générateur d'ozone et à la ventilation. Des hausses qui reviennent à la même étape justifient de vérifier les équipements concernés et l'extraction des gaz. Après maintenance, vous pouvez voir si le même schéma réapparaît dans les mêmes conditions.

Dans tous ces exemples, le capteur surveille l'ozone dans l'air. Mesurer l'ozone dissous et évaluer le traitement de l'eau demandent d'autres instruments. Instruments de mesure Xylem

Le SEN0472 peut être envisagé comme mesure supplémentaire s'il convient aux concentrations attendues, à la sensibilité requise et aux conditions d'utilisation. Il ne doit pas déterminer quand des personnes peuvent rentrer dans une pièce après un traitement au générateur d'ozone. Les systèmes de surveillance et de protection du procédé fonctionnent indépendamment de Project Aura AQ.

SO₂ : caves vinicoles, fruits secs et industrie

Une cave vinicole est l'un des nombreux endroits où mesurer le dioxyde de soufre, SO₂, est utile. Les producteurs s'en servent pour protéger le vin des changements indésirables dus au contact avec l'oxygène et des microorganismes qui peuvent l'altérer. Une partie du SO₂ dissous peut passer du vin dans l'air. Iowa State University sur le SO₂ dans le vin

Sur une ligne d'embouteillage, par exemple, un opérateur peut vouloir savoir si les valeurs augmentent pendant le fonctionnement et combien de temps elles restent élevées. L'historique se compare aux horaires d'embouteillage et au fonctionnement de l'extraction. Des hausses répétées à la même étape aident à identifier une zone à vérifier. Après maintenance, comparer des cycles similaires permet de voir si le schéma a changé. Guide SafeWork NSW pour les caves vinicoles, page 19

Ces mesures sont utiles dans d'autres contextes :

• Production de fruits secs, comme les abricots. Les abricots peuvent être traités au SO₂ avant séchage pour ralentir le brunissement et préserver leur couleur. Le gaz peut rejoindre l'air ambiant pendant ce procédé. L'EPA sur la production de fruits secs
• Production de pâte à papier et de papier. Certains procédés traitent le bois avec des solutions à base de SO₂ pour séparer les fibres. L'EPA sur le traitement du bois
• Chaudières industrielles au charbon ou au fioul lourd. La combustion d'un combustible contenant du soufre produit du SO₂. On peut surveiller l'air autour de la chaudière pendant le démarrage et les changements de charge. L'EPA sur les sources de SO₂

Le SEN0470 peut être envisagé pour une mesure supplémentaire de l'air après vérification des concentrations attendues et des conditions d'installation. Le comparer à un instrument plus précis est particulièrement important avant de le choisir : une étude publiée a relevé des limites sur ce module. Les détails figurent dans la partie de référence en fin d'article.

Le SO₂ dans le vin ou les fruits secs se mesure par une analyse séparée du produit. Les mesures directement dans un conduit de fumées nécessitent elles aussi un matériel adapté.

O₂ : stockage des récoltes et utilisation de gaz industriels

Le stockage des fruits est l'une des nombreuses applications des mesures d'oxygène, O₂. Même après la récolte, pommes et poires continuent de respirer : elles absorbent de l'oxygène et rejettent du dioxyde de carbone. Pour conserver la récolte plus longtemps, des chambres étanches maintiennent la température nécessaire et une composition de l'air différente. On réduit la proportion d'oxygène pour ralentir la respiration et le mûrissement des fruits. C'est le stockage sous atmosphère contrôlée. University of Maine sur la conservation des pommes et des poires

La mesure d'O₂ répond ici à une question simple : que se passe-t-il dans l'air du local ? On peut par exemple observer la diminution de l'oxygène pendant la préparation de la chambre, puis sa remontée quand de l'air ordinaire entre. Un historique aide à relier ces changements au fonctionnement des équipements.

D'autres exemples où mesurer l'oxygène est utile :

• Stockage hermétique des céréales et des légumineuses. Une faible teneur en oxygène dans un stockage fermé aide à limiter les insectes nuisibles. On mesure la proportion d'oxygène dans le gaz provenant de l'intérieur. Un capteur à côté d'un contenant fermé mesure l'air du local, pas son contenu gazeux. Recherche de Purdue University
• Congélation des aliments à l'azote liquide. L'azote permet un refroidissement rapide. En s'évaporant, il devient gazeux et, s'il s'accumule dans le local, réduit la proportion d'oxygène de l'air. Air Products sur la congélation à l'azote liquide
• Zones de soudage utilisant de l'argon. L'argon protège la soudure du contact avec l'air. S'il s'accumule dans un espace fermé, il déplace l'air et la teneur en oxygène diminue. Le HSE sur les gaz de soudage

Le SEN0465 peut être envisagé pour suivre en complément des variations nettes de la proportion d'oxygène, après vérification de ses mesures et des conditions d'installation.

Les analyseurs de gaz et les commandes propres à la chambre maintiennent les conditions précises dont les fruits ont besoin : les valeurs adaptées dépendent de la variété, et réduire excessivement l'oxygène peut endommager la récolte. University of Maryland sur le contrôle de l'atmosphère de stockage

Pour surveiller une atmosphère de stockage, prévoyez comment amener le gaz au capteur et le protéger de la condensation. Il faut des instruments distincts et adaptés pour signaler un manque dangereux d'oxygène et vérifier l'air avant l'entrée de personnes. Project Aura AQ les complète avec des valeurs et un historique.

Plage, résolution et précision : quelle différence ?

Ces modules mesurent les petites quantités de gaz en ppm et l'oxygène en pourcentage du volume du mélange gazeux. Pour choisir, il faut comprendre les concentrations prévues et la précision des mesures.

Quatre caractéristiques décrivent des choses différentes :

• Plage de mesure : la concentration minimale et maximale pour laquelle le capteur est conçu. Par exemple, de 0 à 1000 ppm.
• Résolution : le plus petit pas affichable. Par exemple, 1 ppm ou 0,1 ppm.
• Précision : l'écart possible entre la valeur affichée et la quantité de gaz réellement présente.
• Répétabilité : l'obtention de résultats similaires quand on répète la mesure dans les mêmes conditions.

Pour cette gamme, DFRobot demande de calculer deux valeurs : 10% de la mesure et 5% de la limite supérieure de la plage. L'écart autorisé est la plus grande des deux valeurs, dans les deux sens. Le fabricant appelle cette limite supérieure « pleine échelle ». Caractéristiques DFRobot

Supposons qu'un capteur de CO affiche 10 ppm. Dix pour cent de cette valeur donnent 1 ppm ; cinq pour cent de la limite supérieure de 1000 ppm donnent 50 ppm. La formule donne donc un écart autorisé de ±50 ppm.

Cela ne signifie pas que le module CO ne détecte le gaz qu'à partir de 50 ppm, ni qu'il se trompe exactement de 50 ppm à chaque mesure. Cette tolérance ne signifie pas non plus que les valeurs fluctuent au hasard sur tout cet intervalle. Un capteur particulier peut aussi montrer des variations plus petites de façon répétée.

Le tableau rassemble les caractéristiques des sept modules. La dernière colonne donne le calcul de 5% de la pleine échelle. C'est un élément du calcul d'erreur, pas la plus petite quantité de gaz détectable.

Pour le capteur d'oxygène, une mesure de 20,9% donne une tolérance calculée de ±2,09 points de pourcentage. Un point de pourcentage représente l'écart entre deux pourcentages : par exemple, entre 20% et 21%, il y a un point de pourcentage.

Un pas affiché de 1 ppm ne prouve pas à lui seul une précision de ±1 ppm. Si vous devez distinguer 2 ppm de 5 ppm avec confiance, comparez le capteur à un instrument plus précis ou à un mélange gazeux de concentration connue.

La répétabilité compte aussi pour un historique. Lors de comparaisons d'événements similaires, tenez compte de la température, de l'humidité, des autres gaz et de la dérive : une variation des mesures avec le temps alors que les conditions restent identiques.

Pourquoi l'ozone extérieur demande une autre approche

Quand l'ozone figure dans les possibilités de Project Aura AQ, il est naturel de penser qu'on peut aussi surveiller l'air extérieur. J'aurais dû préciser dès le départ les niveaux d'ozone pour lesquels le capteur pris en charge est conçu et les situations qui nécessitent un autre instrument. Je ne l'ai pas expliqué assez clairement auparavant.

Prenons un exemple hypothétique : l'air extérieur contient 0,03 ppm d'ozone, soit 30 ppb. L'unité ppb signifie parties par milliard. Le SEN0472 annonce un pas d'affichage de 0,1 ppm, et l'une des composantes de sa tolérance vaut 0,5 ppm. Ces caractéristiques ne permettent pas de promettre des mesures précises de concentrations ou de variations aussi faibles. Caractéristiques DFRobot

La surveillance de l'ozone extérieur est un objectif tout à fait valable. Les concentrations peuvent monter les jours ensoleillés, car la lumière déclenche des réactions entre oxydes d'azote et composés organiques volatils dans l'atmosphère. Mesurer précisément de faibles concentrations de fond nécessite un instrument conçu et vérifié pour ce niveau de mesure. Explication de l'EEA

Le SEN0472 peut être envisagé pour d'autres applications de l'ozone, par exemple le suivi supplémentaire de procédés aux concentrations plus marquées.

Obtenir des mesures utiles

Un capteur peut réagir à d'autres substances que le gaz visé. DFRobot indique par exemple que les valeurs du capteur d'ozone SEN0472 peuvent varier en présence de NO₂ et de chlore. C'est la sensibilité croisée. Une hausse ne suffit donc pas à identifier avec certitude le gaz ou la cause d'un événement. Tableaux de sensibilité croisée DFRobot

Avant les mesures, le module a besoin du préchauffage prévu dans sa notice, surtout après stockage. Respectez les limites de température et d'humidité ; évitez les forts courants d'air, les solvants, les huiles et les concentrations excessives. Pour certains anciens adaptateurs V1.0, le fabricant signale aussi des valeurs incorrectes après un fonctionnement prolongé. Vérifiez la version de la carte si le comportement paraît inhabituel. Instructions DFRobot

Je veux aussi parler de l'étalonnage, c'est-à-dire de l'ajustement des valeurs par rapport à une référence connue. Le fabricant le réalise déjà en usine pour la sortie numérique. Exécuter une nouvelle commande d'étalonnage sans mélange de concentration connue peut effacer les données d'usine. La fumée, un briquet, les gaz d'échappement et un air qui semble propre ne conviennent pas à cette procédure.

Pour vos observations à la maison, installez l'appareil à un endroit fixe adapté, notez les heures des événements et vérifiez si la réaction se répète dans des conditions similaires. Le guide de placement du moniteur présente les principes de base. Pour un projet en milieu professionnel, comparez aussi ses mesures à celles d'un instrument vérifié et assez précis pour la tâche.

Par où commencer pour choisir un capteur ?

Décidez ce que vous voulez comprendre : l'accumulation nocturne d'ammoniac, le lien entre les variations de CO et les équipements à combustion, ou le comportement d'un procédé particulier. Vérifiez ensuite quelques points :

1. Quelle source de gaz est présente, et quelles concentrations attendez-vous ?
2. Quelles variations devez-vous distinguer, et avec quelle précision ? La plage convient-elle, quel est le pas d'affichage et à quelle vitesse le capteur réagit-il ?
3. Comment la température, l'humidité, les contaminants et les autres gaz pourraient-ils influencer les valeurs ?
4. Comment vérifierez-vous le résultat et qu'en ferez-vous ?

Dans une maison avec cheminée, poêle ou chauffage à combustion, le CO peut apporter un suivi supplémentaire utile. Choisissez NH₃, H₂S, SO₂, NO₂, O₃ ou O₂ en posant une question tout aussi précise sur votre local ou procédé. La prise en charge de ces modules permet d'assembler la configuration nécessaire. Si vous avez déjà un capteur, évaluez-le selon la tâche qu'il remplit et son comportement dans vos conditions.

La page Project Aura AQ présente les modèles et les connexions possibles.