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Capteurs et crowdsourcing pour cartographier la pollution de l’air

<p>Capteurs et crowdsourcing</p>
<p>pour cartographier</p>
<p>la pollution de l’air</p>
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La mesure de la pollution de l’air repose jusqu’à une période récente sur le déploiement de capteurs fixes dans les villes. Dresser une cartographie en temps réel de la pollution exige un grand nombre de ces capteurs traditionnels. Plusieurs initiatives visent désormais à concevoir des capteurs à coût réduit couplés aux smartphones. Le recueil collaboratif de données (crowdsourcing) permet ainsi de tirer parti de la généralisation des smartphones pour démultiplier les observations et les mesures. La démarche des sciences participatives, déjà a l’œuvre dans les domaines des sciences naturelles (pour dresser une cartographie de la biodiversité), dans la météorologie ou encore dans la mesure de la pollution sonore, trouve un nouveau domaine d’application avec la mesure de la pollution de l’air.

Les pionniers : le projet EIP

Une association écologiste californienne, le West Oakland Environmental Indicators Project (EIP) avait entrepris en 2010, avec l’appui des équipes de recherche du constructeur Intel, de mettre au point des capteurs mobiles pour mesurer les particules émises par les automobiles ou l’industrie en suspension dans l’air. EIP et Intel Labs anticipaient deux types d’usages : les personnes équipées de capteur pourraient se rendre en différents endroits pour mesurer intentionnellement l’air ou se contenter d’autoriser leur appareil à procéder « passivement » à de telles mesures tout au long leurs déplacements. Ce projet a donné lieu à la conception d’une « micro-station de surveillance de l'air » embarquée dans les véhicules de nettoyage à San Francisco, le “GIS dust tracker”. 

Pays Bas : 5 000 mesures de la qualité de l’air réalisées par des citoyens

Des scientifiques de l'université de Leyde ont entrepris de mettre à disposition des citoyens un accessoire qui transforme le smartphone en capteur capable de mesurer la concentration de particules fines en suspension dans l’air. Cet accessoire se fixe sur l'objectif de la caméra du smartphone permet de repérer les “couleurs” des particules fines : issues des gaz d'échappement, des rejets industriels ou encore de l'incinération des déchets, celles-ci changent la composition des couleurs du jour, chaque type de particules fines laissant une “empreinte” unique.

En juillet 2013, des milliers de Néerlandais équipés de ce capteur étaient sortis pour mesurer la qualité de l'air avec leurs smartphones : près de 5 000 mesures avaient été réalisées au cours de cette journée. ». Grâce à une application, les données mesurées à deux moments distincts de la journée avaient été aux chercheurs pour obtenir une « photographie » des polluants présents dans l’atmosphère. Dans le même temps, les scientifiques du projet Ispex utilisaient des spectromètres professionnels pour effectuer les mêmes mesures et déterminer la fiabilité des mesures réalisées à partir des smartphones et le type d’informations supplémentaires qu’ils apportent (Ispex).

Compenser la moindre précision des capteurs par la démultiplication des mesures

L’Institut de technologie de Karlsruhe, pour sa part, travaille à la mise au point d’un dispositif assez proche du projet néerlandais Ispex : un accessoire fixé par aimant au smartphone et qui tire parti de la caméra et du flash du smartphone pour « prendre une photographie » des particules en suspension : une application convertit la luminosité des pixels en mesure de la concentration des particules. Ces images sont interprétées par une application spécifique ou transmises à aux ordinateurs de l’institut qui combinent ces données avec d'autres mesures pour ajuster l’analyse. La précision de mesures est aujourd’hui de l'ordre du microgramme par mètre cube : outre l’amélioration des algorithmes, l’institut envisage d’accroître la précision des mesures en fixant une lentille hémisphérique sur la caméra du smartphone. « Si les capteurs de smartphones sont moins précis que les instruments spécialisés, ils sont nettement moins chers que les stations de mesure (fixes) des agences de l’environnement : une plus grande densité des mesures compense la moindre précision et permet de corriger les erreurs de mesure » expliquent les chercheurs de l’Institut (SourceScienceDaily).

États-Unis : le concours «My Air , My Health» (mon air, ma santé)

Quatre organismes publics américains ; l’agence de protection de l’environnement (EPA), le ministère de la Santé (DHHS), l’institut national des sciences de l’environnement et de la santé [NIEHS) et le Coordonnateur national des technologies de l'information pour la santé (ONC) s’étaient associés en 2012 pour lancer le défi Mon air, ma santé (Challenge My Air My health), doté de 100 000 $. Ce défi avait pour objectif de faire émerger des solutions qui associent données sur la qualité de l'air et données physiologiques. La combinaison de ces 2 types de données, recueillies en temps réel par des capteurs et des dispositifs mobiles, devrait permettre de mieux comprendre et de cartographier l’impact de l’environnement sur la santé.

Le défi était conçu en 2 phases. Dans une première phase, les candidats devaient proposer « un lien plausible entre les observations relatives aux polluants atmosphériques et les paramètres physiologiques » et proposer un prototype et le plan de développement d'un système de gestion intégré des capteurs et des données. La seconde phase portait sur la réalisation d’un pilote afin de démontrer la faisabilité du projet. (Source : Challenge.gov).

Le projet lauréat, Conscious Clothing system, est un système « portable » (wearable) qui analyse le nombre de particules inhalées par une personne. Le dispositif associe un capteur qui mesure le volume d’air aspiré (des sangles qui s'enroulent autour de la poitrine) et des capteurs qui mesurent les particules présentes dans l’air. Les données sont recueillies, croisées et interprétées par une application mobile. Selon les organisateurs du concours, « une vague technologique est en passe de banaliser l’usage des capteurs : elle permettra de mieux comprendre les impacts de la pollution de l'air sur la santé des gens » (Source : Cnet

Paris : un incubateur pour « respirer dans la ville »

Paris Incubateurs et le i-Lab, le laboratoire des nouvelles idées du groupe Air Liquide, se sont associés pour créer incubateur de jeunes entreprises innovantes sur le thème « Respirer dans la Ville ». Les start-ups sélectionnées pourront s’appuyer sur les experts d’Air Liquide. « À travers cette démarche, Air Liquide souhaite renforcer ses liens avec des start-ups, de détecter des technologies innovantes et de mettre en place de nouveaux partenariats ».
 

OpenHardware, « capteurs » et partage de mesures environnementales

Aux États-Unis, l’association HabitatMap a développé un outil baptisé AirCasting. Fonctionnant avec une carte Arduino, ce capteur mesurer la température, l’humidité, le taux de monoxyde de carbone (CO) et de dioxyde d’azote (NO2). HabitatMap propose sur son site l’ensemble des plans permettant de produire soi-même, avec une imprimante 3D, cet accessoire. 

En 2013, Sensemakers, qui réunit des pionniers de la “captologie citoyenne” (citizen sensors) s’est tournée vers la plateforme de financement participatif Kickstarter pour financer la production d’Air Quality Egg, un dispositif en forme d’œuf, muni d’un capteur relié à l’internet et capable de partager les données pour cartographier les niveaux de pollution atmosphérique. Le projet a recueilli 120 000 $ US § pour un objectif initial de 39 000 $). Le dispositif utilise une variété de techniques électromagnétiques, chimiques et optiques pour détecter les concentrations de monoxyde de carbone et de nitrogène dioxyde, mesurer la température. Les données sont partagées sur un serveur où elles peuvent être consultées ou projetées sur une carte. http://airqualityegg.com/
(SourceKickstarter).

En France, l’association Citoyens Capteurs se propose « de mettre entre les mains des habitants, des associations ou des collectivités locales des technologies de captation de leur environnement, à rendre accessible l’intelligibilité des données mesurées et à garantir l’ouverture du savoir local ainsi produit par les usagers des capteurs communicants et connectés. En partenariat avec un FabLab, cette association a développé un capteur de mesure de la pollution de l’air. Une interface, baptisée CitizenAir.io permettant de stocker et de visualiser les données envoyées par le capteur. Les données apparaissent ainsi simultanément sur une carte (OpenStreet Map) et sur une ligne de temps. 


Voir aussi :

Dossier : des capteurs connectés pour cartographier la qualité de l’eau

Météorologie sur mobiles et crowdsourcing

Dossier : Technologies mobiles et objets connectés au service de la lutte contre le paludisme

Météorologie et science participative sur mobile

Science et partage de la puissance des processeurs des smartphones (2)

Science et partage de la puissance des processeurs des smartphones

Les smartphones au service de la science

Un logiciel pour convertir les ordinateurs portables en sismographe

Séismes, smartphones et science participative

Des applications mobiles et collaboratives au service de la biodiversité