WO2004010676A2 - Systeme de mesure de la qualite d'un environnement et balise locale pour le systeme de mesure. - Google Patents

Systeme de mesure de la qualite d'un environnement et balise locale pour le systeme de mesure. Download PDF

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WO2004010676A2
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constituent
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Bernard Besnainou
Daniel Iracane
Pierre Malvache
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0031—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector comprising two or more sensors, e.g. a sensor array
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link

Definitions

  • the invention relates to a system for measuring the quality of an environment.
  • the measurements relate, depending on the stations, to nitrogen oxides (NOx), ozone (0 3 ), sulfur dioxide (S0 2 ), benzene, toluene and xylene (BTX), carbon monoxide. carbon (CO), dust of different particle sizes (PM10, PM2.5, black smoke), etc.
  • Metals such as As, Cd, Ni, Pb and organic compounds are generally analyzed in the laboratory. The measurements carried out lead to the formation of an index which reflects the air quality.
  • index levels are defined for each pollutant, depending on its concentration in the air and the duration of exposure. These index levels vary by country and, for example, the table below gives the French air quality index (ATMO index) relating to four types of pollutants, namely S0 2 , 0 3 , N0 2 and dust.
  • ATMO index French air quality index
  • the ATMO index varies from 1 to 10 and the corresponding thresholds, for each of the pollutants, are expressed in ⁇ g / m 3 for a duration T:
  • the measurements are carried out for an area whose extent is typically of the order of several km 2 .
  • an individual seeking to know the level of pollution in an area or district can consult this information through various media (press, telephone, internet network, etc.).
  • the information it receives is representative of the area or neighborhood as a whole. If an individual is interested precisely in the level of pollution that is close to him, the information he receives does not represent - except exception - this level of pollution.
  • the measurements given by the network do not allow this individual to obtain an evolution in real time of the level of pollution that surrounds him.
  • the invention relates to a system for measuring the quality of an environment.
  • the system includes:
  • At least one reference device comprising means for establishing at least one measurement relating to the quantity of at least one reference constituent and at least one measurement relating to the quantity of at least one other constituent, different from the reference constituent and transmission means for transmitting said measurements to a communication center, at least one local tag containing at least one detector to establish at least one local measurement relating to the quantity of said reference constituent present near the local tag and transmission / reception circuits for transmitting the local measurement to the communication center, and - the communication center which comprises: first means for establishing, from the measurements carried out by the reference device, a mapping of levels, at different scales, of the estimated quantity of at least one reference constituent and at least one of said other constituents ants, second means for calculating a dilution factor from the local measurement of said reference constituent made by the local beacon and from data from said cartography relating to the reference constituent,
  • - third means for calculating an estimated local measurement of at least one of said other constituents from the dilution factor and data from said mapping relating to said other constituent, and - communication means for transmitting the estimated local measurement to the local beacon.
  • the means for establishing at least one local measurement relating to the quantity of said reference constituent comprise at least one microsensor for measuring the oxidizing power of the environment, the reference constituent then consisting of all the oxidizing gases present in one environment.
  • the microsensor for measuring the oxidizing power is based on semiconductor metal oxides.
  • the microsensor for measuring the oxidizing power consists of at least one metallic oxide semiconductor reactive with respect to reducing gases or oxidizing gases.
  • the reference device is consisting of at least one fixed or mobile collective beacon distant from the local beacon.
  • the reference device comprises at least one additional local beacon distant from the local beacon.
  • the local tag comprises:
  • the means for consolidating the local measurement comprise said transmission / reception circuits for receiving at least one consolidated local measurement originating from the exchange, the consolidated local measurement originating from the exchange being obtained on the basis for the execution, in the central office, of a consolidation program applied to local measurement.
  • the consolidation means comprise said transmission / reception circuits able to download consolidation data and processing circuits to locally execute at least one consolidation program based on the local measurement and consolidation data.
  • the consolidation means, the display means and the input interface are combined in a sub-assembly physically separate from the detector and the detector and the sub-assembly communicate with each other by transmission / reception means.
  • the consolidation means, the display means and the input interface are combined in the same sub-assembly and the detector plugs into an external port of the sub-assembly.
  • the consolidation means, the display means and the input interface are combined in the electronics of the same sub-assembly and the detector is directly integrated in the electronics of the subset.
  • the sub-assembly is a cell phone.
  • the system according to the invention advantageously offers each individual a service for assisting with behavior and judgment as regards environmental problems.
  • the system is advantageously distinguished, in cost, performance and dissemination, from known professional metrology.
  • the objective of an individual's understanding and acceptance of environmental risks involves trivializing the information that this individual receives.
  • the personalized environmental quality qualification system achieves this objective.
  • the system provides continuous (and not only event-specific) information, independent (outside the institutional circuit), and personalized (in a time and space scale which interests the individual).
  • the system allows, technically and economically, access for the greatest number to environmental measurement (air quality, radioactivity, etc.). This is done by implementing a triple break with existing measurement networks such as those mentioned above, namely:
  • the system according to the invention allows a qualification of the air quality.
  • measures can thus be envisaged, namely measurements of radioactivity, solar radiation, pollutant, allergen levels, pollen levels, etc.
  • the air quality management systems implemented in the various developed countries mentioned above require monitoring of the general level of pollution in cities.
  • the system according to the invention determines the local fluctuations in the pollution of cities and proposes to supplement the monitoring of the general level of pollution by an aid to the behavior of the individual in his relation to one environment.
  • the pollution of cities is a physical field which contains several scales of variation:
  • the network according to the invention is a distributed network which makes it possible to establish a map of levels of the estimated quantity of constituents of the environment at different scales and to juxtapose this map with a local measurement.
  • PDPi personal environment detector
  • the qualified medium is air. More generally, the invention applies to the qualification of any type of gaseous or even liquid environment.
  • FIGS. 1A and 1B represent two variants of a local beacon according to a first embodiment of the invention; - Figures 2A and 2B show two variants of a local tag according to a second embodiment of the invention;
  • FIG. 3 represents an example of a local beacon detector according to the invention;
  • - Figure 4 shows an example of a measurement system according to the invention.
  • the same references designate the same elements.
  • FIGS. 1A and 1B represent two variants of local beacon according to a first embodiment of the invention and FIGS. 2A and 2B represent two variants of local beacon according to a second embodiment of the invention.
  • a local DEPi beacon according to the invention is a fixed or mobile light device. It produces data on an individual local scale. It provides information that can be consulted in real time.
  • the DEPi tag includes a detector 1 and a sub-assembly or platform 2 comprising, among other things, transmission / reception circuits 3, a processing circuit 4, display means 5 and an input interface 6 ( keyboard, touch screen, voice control, etc.).
  • the power supply of the detector 1 can be supplied by the platform 2.
  • the detector 1 and the platform 2 are separated from one another.
  • the detector 1 and the platform 2 communicate with each other by means of transmission / reception 8, 9.
  • a transmitter 8 placed on the detector 1 transmits to a receiver 9 placed on the platform 2 a signal 7 representative of the measurements performed.
  • the signal 7 can be, for example, an acoustic signal, an electrical signal (wired connection), an infrared signal, a signal electromagnetic VHF or microwave, etc.
  • the detector 1 and the platform 2 are mounted on the same ' support.
  • the detector 1 can then consist of an extension plugged into an external port of the platform 2.
  • the detector can also be directly integrated with the electronics of the platform 2.
  • the DEPi tag can be a portable device by an individual or a fixed device placed in public or private premises. It can also be installed in a motor vehicle, measuring the air inside or outside the passenger compartment.
  • platform 2 is preferably a cell phone operating for example according to GSM (GSM for “Global System for Mobile communication.”), Or GPRS (GPRS for “General Packet Radio Service”, or UMTS (UMTS) protocols. for “Universal Mobile Telecommunications System”), in networks of established mobile telephony operators. These networks allow in particular the geolocation of the detector.
  • the detector 1 can also be coupled to the smart card (SIM card) connectors on the cell phone.
  • SIM card smart card
  • the local measurements made by the detector 1 can be used as such. They make it possible to judge the situation at the level of the detector 1.
  • a program for processing the local measurement is executed in the processing circuits 4.
  • the local tag DEPi receives estimated measures of concentration of constituents which are not directly measured by the local beacon as well as measures consolidated by consolidation data supplied by an external network. Consolidation data relate to the general situation of the environment (overall measures, trends, etc.). They may also relate, for example, to personalized advice.
  • Two embodiments are possible for implementing the consolidation of local measures with the consolidation data.
  • the local measurement data dL are transmitted to a central. C, via the means of transmission / reception 3.
  • a consolidation program is executed by the central C. This results in complete dLc information in terms of detailed interpretations (measurement consolidated local) which is transmitted to the DEPi tag.
  • the consolidation program is executed in the local tag.
  • the consolidation data dR is then received by the beacon, via the transmission / reception means 3.
  • the consolidation program is executed in the processing circuits 4. This results complete information in terms of detailed interpretations.
  • Treatment and consolidation programs for local measurement can be loaded a priori in a memory circuit of platform 2. They can also be downloaded from an external network.
  • the transmission / reception circuit 3 then allows the downloading of the program as well as its updating.
  • the consolidated local measurements are displayed on the display means 5.
  • the consolidated local measurements advantageously allow an overall assessment in terms of evolution and, therefore, behavioral assistance.
  • FIG. 3 represents an example of a beacon detector according to the invention.
  • the detector 1 comprises three chemical microsensors MCA1, MCA2, MCA3 capable of measuring the same constituent A and three chemical microsensors MCB1, MCB2, MCB3 capable of measuring the same constituent B different from A.
  • the constituents A and B can be, for example, one of the gases mentioned above (carbon monoxide, ozone, etc.).
  • Control electronics (not shown in the figure) ensure the operation of the detector on the basis of one of the microsensors MCA1, MCA2, MCA3, for example the microsensor MCA1, for the measurement of component A and one of the microsensors MCBl, MCB2, MCB3, for example the microsensor MCBl, for the measurement of component B.
  • microsensors MCA1 and MCBl In normal operation, measurement cycles are then carried out regularly, for example every minute, by the microsensors MCA1 and MCBl.
  • the microsensors MCA2, MCA3, MCB2 and MCB3 are not used to make the measurements.
  • the control electronics initiate a self-calibration procedure.
  • the self-calibration procedure according to the invention will now be described for the only microsensors MCA1 MCA2, MCA3. It is clear to a person skilled in the art that the same self-calibration procedure also concerns the microsensors MCB1, MCB2 and MCB3.
  • the control electronics initiate alternating operation, on the one hand, of the microsensor MCA1 and, on the other hand, of one of the reserve microsensors MCA2 or MCA3. The measurements obtained are then compared. If the microsensor MCA1 delivers signals which are substantially different from the signals delivered by the microsensor MCA2, this means that the microsensor MCA1 has drifted. Below a certain drift threshold, the control electronics modify the calibration curve of the MCA1 sensor to align it with that of the MCA2 microsensor. A recalibration program is used for this purpose. Above the drift threshold, recalibration is no longer possible and the microsensor for measuring component A becomes the microsensor MCA3.
  • such a system makes it possible to multiply by two or three the lifetime of a microsensor by successive recalibrations.
  • FIG. 4 represents an example of a measurement system according to the invention.
  • the system consists of three elements: - a BRC reference device comprising at least one collective tag Bk, - a personalized local beacon or DEPi personal environment detector,
  • a central unit C which is in communication with the reference device BRC and the local beacon DEPi in order to transmit data to the local beacon for obtaining consolidated local measurements.
  • a tag (individual DEPi or collective Bk) has all or part of the following characteristics:
  • - it delivers measurements (measurements of chemical pollutants such as ozone (0 3 ), carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx), sulfur oxides (SOx), oxidizing power, dust, pollen, alpha, beta, gamma, radon radioactivity, etc.) allowing the quantification of environmental parameters for an individual or a city by different types of devices (filters, pumps, micro-sensors, etc.), - it constitutes a communicating tool making it possible to transmit to one or more exchanges representative signals of the measurements carried out, processed or not, its location, its identifier, making it possible to receive measurement orders, programs, returnable information, information for the correct operation (test, etc.), communications being carried out by wired telephone links, or VHF, or JR, or by GSM, GPRS, UMTS, Bluetooth, etc. protocols. ; - it is a localizable tool allowing to determine the geolocation of the measurement (position X / Y ⁇ 2) by GSM triangulation systems, by GPS, ... or interactive
  • - it includes a display allowing information from the sensors to be read online or after processing by the central office, using a liquid crystal screen, by audible alarm, etc. ;
  • the collective reference device BRC which networks collective beacons Bk gives a representation of the pollution signal usable as a reference for the measurement of local pollution.
  • the collective Bk tags are deployable tags, for example, to a hundred copies. They deliver pollution data on a collective scale.
  • a collective tag Bk can be installed on a support ensuring its supply.
  • the support can be fixed (urban equipment) or mobile (non-dedicated vehicle such as bus, taxi, utility vehicles).
  • the mobile support technique advantageously makes it possible to acquire information where the population density is high.
  • the collective tag provides information that may relate to a wide variety of pollutants (NOx, S0 2 , 0 3 , radon, etc.).
  • the use of mobile collective beacons is an important factor in optimizing the sampling of measurements in space and in time.
  • a good quality measurement will be given, for example, by a mobile collective beacon which will have passed, less than an hour ago, near the place where the individual beacon makes the measurement (typically less than one km).
  • the collective tag accesses central C, for example by the GSM function, to deliver a complete service to the user in terms of detailed interpretations of the measurement and additional knowledge (general situation of the environment, trends, personalized advice, functioning tests, etc.).
  • the relevance of the measurement result is obtained by consolidating the local measurement of the DEPi tag concerned and information from the BRC network on a large scale.
  • Central C controls and manages communications with the BRC network and the local DEPi beacon.
  • Central C receives dBRC data from the BRC reference device and dDEPi data (dL, etc.) from the DEPi beacon. It sends to the DEPi tag consolidation data dC capable of consolidating the local measurement (dL ⁇ , dR, etc.).
  • the dBRC data includes all or part of the data measured by all of the Bk tags of the reference device.
  • the dBRC data also includes the measurements carried out by a set of portable beacons DEPj of other users j (j ⁇ i).
  • Bk tags are generally able to measure a large number of constituents present in the atmosphere such as 03, CO, NOx, SOx, dust, pollens, alpha radioactivity, beta, gamma, radon, etc.
  • Central C can also receive public or private dP data from, for example, institutional networks and making it possible to assess trends ' (data relating to road traffic, weather information, etc.).
  • Central C thus constitutes a set of consolidated information on the basis of all the dBRC, dDEPj (j ⁇ i) and dp data. It is then possible to establish a dynamic database relating to the mapping of pollution levels.
  • the sampling of tags is preferably chosen to be dense enough to be relevant with respect to variations in time and / or in space of the physical pollution field.
  • Central C also constitutes, over a limited period, for example a period of ten minutes, a "physical" database made up of data of interest obtained directly or by correlation in the relevant physical units with a consistency check. and a rejection of questionable data. Rejection filters are specified for this purpose.
  • central C From the “physical” database, central C builds the mapping of pollution levels at different scales and extrapolates on time trends and / or space.
  • the latter transmits its location to central C as well as a measurement carried out locally by the dDEPi mobile. From the location of the local measurement and the level mapping, the central C establishes a dilution factor for each component measured by the DEPi tag.
  • Central C receives all of the measurements made by Bk beacons and which relate to a large quantity of constituents. According to the invention, the central office C is advantageously able to transfer data relating to constituents which are not measured locally by the DEPi beacon to the local beacon DEPi.
  • the central unit C is thus able, for example, to estimate the local concentration of a constituent X present in the environment of the DEPi tag and not measured by the DEPi tag. This estimate is calculated from knowledge of the dilution factor present in the environment of the DEPi tag and collective measurements carried out on component X. This estimate can be transferred to the local tag.
  • the local measurements made by the DEPi beacon then relate to a reference constituent Y different from the constituent X.
  • the exchange C determines the dilution factor relating to the position of the individual equipped with the local DEPi beacon from the mapping of levels of Y and of the local measurement of Y. Knowledge of the dilution factor then makes it possible to deduce the concentration CX of the constituent X present at the level of the tag DEPi.
  • the consolidation data dC transmitted to the portable beacon DEPi can then contain data representative of the concentration CX thus determined.
  • the consolidation data dC capable of consolidating the local measurement can contain the consolidated measurement data dLc calculated in the central C (cf. the first embodiment, FIGS. 1A and 1B). They can also contain the dR consolidation data mentioned above (cf. the second embodiment, FIG. 2A and 2B), consolidated data on the quality of the personal environment, comparison data, trends, as well as advice. .
  • the local tag DEPi also measures environmental parameters such as temperature, pressure and humidity. These measurements are useful for the interpretation of signals and have an informative value for the user. They can be transmitted to the user.
  • a detector 1 comprises at least one microsensor.
  • a microsensor according to the invention measures one or more oxidizing gases, and / or one or more reducing gases, and / or carbon monoxide (CO), and / or gamma radiation relevant for the radon detection, and / or temperature, and / or hydrometry, etc.
  • the measurement relating to the reference constituent Y making it possible to determine the dilution factor is the measurement of the oxidizing power (simplicity, relevance, cost).
  • the oxidizing power is a measurable quantity, indicative of the presence, at different concentration levels, of polluting gases in atmospheric air.
  • the oxidizing power is a monotonic function of the concentrations of polluting gases such as, for example, nitrogen dioxide, sulfur dioxide, ozone, carbon monoxide, whether these gases are present alone or as a mixture in the air.
  • the oxidizing power is a combination of the oxidizing powers of the different polluting gases present in the mixture.
  • the oxidizing power measures the capacity of a gaseous mixture containing one or more polluting gases to modify the surface condition of a material judiciously chosen to be used as a reactive component.
  • the oxidizing power of a polluting gas remains a monotonous function of the concentration of the gas in the whole range of specified concentrations.
  • the corresponding generated signals are, therefore, for each polluting gas, a monotonic function of its concentration.
  • the table below is a representative example of the advantage of using oxidizing power as a measure to determine the dilution factor in order to estimate local concentrations which are not measured by the local DEPi tag.
  • the system for measuring the quality of the environment comprises a single beacon B1, a central station C and a portable beacon DEPi.
  • the reference tag Bl measures the oxidizing power P (A, B, C) relative to a mixture of three gases A, B, C as well as the individual concentrations CA, CB, CC of each of the three gases A, B, C.
  • the measurements of P (A, B, C), CA, CB and CC carried out by the tag Bl give respectively, for example, 100, 80, 10 and 10.
  • the local measurement of P (A, B, C) carried out by the DEPi tag gives 50, it is then possible to determine a dilution factor and to deduce the local concentrations XA, XB, XC of the respective constituents A, B, C which exist at the level of the local tag DEPi, namely 40, 5 , 5.
  • the local concentrations XA, XB, XC are thus calculated by the central C and transmitted to the portable beacon DEPi.
  • the choice of the oxidizing power as an indicator of pollution allows a local user to know, on the basis of a single measurement carried out locally, a set of local information which would otherwise require several additional local measures.
  • gases are classified into two categories, oxidizing gases and reducing gases, according to whether they lead to measured signals increasing or decreasing monotonic function of their oxidizing power. These two categories of gas can contribute to the indicator of oxidizing power of a gas mixture.
  • the quantification of the oxidizing power of a gaseous mixture is preferably based on a set of measurements, at least two, making it possible to discriminate the two categories of gas.
  • the system then relies on the use of several sensors and / or of several modes of operation of the sensors in order to measure at least two series of signals induced, respectively, by the oxidizing gases and by the reducing gases.
  • the materials whose surface condition depends on the oxidizing power of the ambient air can be semiconductors consisting of a metal oxide, a mixture of metal oxides or any other combination metal oxides and another constituent.
  • the surface condition of the aforementioned materials is modified by sorption of the gases and / or by chemical reactions (in particular by redox reaction) between the gases and the material.
  • the air quality measurement device integrates two categories of sensors, sensors using reactive semiconductor metal oxides toward oxidizing gases and sensors implementing reactive semiconductor metal oxides toward reducing gases.
  • FIG. 2 represents an example of a detector according to the invention able to carry out the calibration of the detector.

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Abstract

La présente invention concerne un système de mesure de la qualité d'un environnement. Le système comprend :- des dispositifs (BRC) pour mesurer la quantité d'un constituant de référence et d'un autre constituant différent du constituant de référence,- au moins une balise locale (DEPi) pour établir une mesure locale du constituant de référence, et- un central (C) qui comprend :- des moyens pour établir une cartographie de niveaux de quantité estimée des constituants mesurés,- des moyens pour calculer un facteur de dilution à partir de la mesure locale et de données cartographie relative au constituant de référence,- des moyens pour calculer une mesure locale estimée de l'autre constituant à partir du facteur de dilution et de données de cartographie relative à l'autre constituant, et des moyens pour transmettre la mesure locale estimée à la balise locale (DEPi).

Description

SYSTEME DE MESURE DE LA QUALITE D'UN ENVIRONNEMENT ET BALISE LOCALE POUR LE SYSTEME DE MESURE
Domaine technique et art antérieur L'invention concerne un système de mesure de la qualité d'un environnement.
Dans la plupart des pays développés, la législation impose, dans les grandes villes, la mise en place de systèmes de gestion de la qualité de l'air aptes à fournir aux institutions et au public des informations relatives à la qualité de l'air.
Les mesures portent, selon les stations, sur les oxydes d'azote (NOx) , l'ozone (03) , le dioxyde de soufre (S02) , le benzène, le toluène et le xylène (BTX) , le monoxyde de carbone (CO) , les poussières de différentes granulométries (PM10, PM2,5, fumée noire), etc.. Les métaux comme As, Cd, Ni, Pb et les composés organiques sont, eux, généralement analysés en laboratoire. Les mesures effectuées conduisent à la formation d'un indice qui traduit la qualité de l'air.
Typiquement, différents niveaux d'indice sont définis pour chaque polluant, en fonction de sa concentration dans l'air et de la durée d'exposition. Ces niveaux d'indice varient selon les pays et à titre d'exemple, le tableau ci-dessous donne l'indice français de qualité de l'air (indice ATMO) relatif à quatre types de polluants, à savoir S02, 03, N02 et les poussières. L'indice ATMO varie de 1 à 10 et les seuils correspondants, pour chacun des polluants, sont exprimés en μg/m3 pour une durée T :
Figure imgf000004_0001
Les mesures sont effectuées pour une zone dont l'étendue est typiquement de l'ordre de plusieurs km2. A l'heure actuelle, un individu qui cherche à connaître le niveau de pollution d'une zone ou d'un quartier peut consulter cette information par l'intermédiaire de différents média (presse, téléphone, réseau internet, etc.). L'information qu'il reçoit est représentative de la zone ou du quartier dans son ensemble. Si un individu est intéressé précisément par le niveau de la pollution qui est proche de lui, l'information qu'il reçoit ne représente pas -sauf exception- ce niveau de pollution. D'autre part, les mesures données par le réseau ne permettent pas à cet individu d'obtenir une évolution en temps réel du niveau de la pollution qui l'entoure.
Par ailleurs, il apparaît aujourd'hui que les politiques industrielles et environnementales sont de plus en plus dépendantes de la perception du public. De ce point de vue, le système actuel de communication des informations relatives à l'environnement ne répond que partiellement a l'attente du public. Il est ainsi difficile pour le public d'appréhender correctement les informations qu'il reçoit, voire même de considérer ces informations comme crédibles. L'invention ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus.
Exposé de l'invention
En effet, l'invention concerne un système de mesure de la qualité d'un environnement. Le système comprend :
- au moins un dispositif de référence comprenant des moyens pour établir au moins une mesure relative à la quantité d'au moins un constituant de référence et au moins une mesure relative à la quantité d'au moins un autre constituant, différent du constituant de référence et des moyens d'émission pour transmettre lesdites mesures vers un central de communication, au moins une balise locale contenant au moins un détecteur pour établir au moins une mesure locale relative à la quantité dudit constituant de référence présent à proximité de la balise locale et des circuits d'émission/réception pour transmettre la mesure locale vers le central de communication, et - le central de communication qui comprend : des premiers moyens pour établir, à partir des mesures effectuées par le dispositif de référence, une cartographie de niveaux, à différentes échelles, de la quantité estimée d'au moins un constituant de référence et d'au moins un desdits autres constituants, - des deuxièmes moyens pour calculer un facteur de dilution à partir de la mesure locale dudit constituant de référence effectuée par la balise locale et de données de ladite cartographie relative au constituant de référence,
- des troisièmes moyens pour calculer une mesure locale estimée d'au moins -un desdits autres constituants à partir du facteur de dilution et de données de ladite cartographie relative audit autre constituant, et - des moyens de communication pour transmettre la mesure locale estimée à la balise locale.
Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, les moyens pour établir au moins une mesure locale relative à la quantité dudit constituant de référence comprennent au moins un microcapteur pour la mesure du pouvoir oxydant de l'environnement, le constituant de référence étant alors constitué de l'ensemble des gaz oxydants présents dans 1' environnement . Selon encore une caractéristique supplémentaire de l'invention, le microcapteur pour la mesure du pouvoir oxydant est à base d'oxydes métalliques semiconducteurs .
Selon encore une caractéristique supplémentaire de l'invention, le microcapteur pour la mesure du pouvoir oxydant est constitué d'au moins un oxyde métallique semi-conducteur réactif vis-à-vis de gaz réducteurs ou de gaz oxydants.
Selon encore une caractéristique supplémentaire de l'invention, le dispositif de référence est constitué d'au moins une balise collective fixe ou mobile distante de la balise locale.
Selon encore une caractéristique supplémentaire de l'invention, le dispositif de référence comprend au moins une balise locale supplémentaire distante de la balise locale.
Selon encore une caractéristique supplémentaire de l'invention, la balise locale comprend :
- des moyens de consolidation de la mesure locale pour l'obtention d'au moins une mesure locale consolidée,
- des moyens d'affichage, et
- une interface de saisie.
Selon encore une caractéristique supplémentaire de l'invention, les moyens de consolidation de la mesure locale comprennent lesdits circuits d'émission/réception pour recevoir au moins une mesure locale consolidée en provenance du central, la mesure locale consolidée en provenance du central étant obtenue sur la base de l'exécution, dans le central, d'un programme de consolidation appliqué à la mesure locale.
Selon encore une caractéristique supplémentaire de l'invention, les moyens de consolidation comprennent lesdits circuits d'émission/réception aptes à télécharger des données de consolidation et des circuits de traitement pour exécuter localement au moins un programme de consolidation sur la base de la mesure locale et des données de consolidation.
Selon encore une caractéristique supplémentaire de l'invention, les moyens de consolidation, les moyens d'affichage et l'interface de saisie sont rassemblés dans un sous-ensemble physiquement séparé du détecteur et le détecteur et le sous-ensemble communiquent entre eux par des moyens d'émission/réception.
Selon encore une caractéristique supplémentaire de l'invention, les moyens de consolidation, les moyens d'affichage et l'interface de saisie sont rassemblés dans un même sous-ensemble et le détecteur s'enfiche dans un port externe du sous-ensemble.
Selon encore une caractéristique supplémentaire de l'invention, les moyens de consolidation, les moyens d'affichage et l'interface de saisie sont rassemblés dans l'électronique d'un même sous-ensemble et le détecteur est directement intégré dans l'électronique du sous-ensemble. Selon encore une caractéristique supplémentaire de l'invention, le sous-ensemble est un téléphone cellulaire.
Sur la base des mesures locales estimées et/ou consolidées, le système selon l'invention offre avantageusement à chaque individu un service d'aide au comportement et au jugement quant aux problèmes d'environnement.
Le système se distingue avantageusement, en coût, en performance et en diffusion, de la métrologie professionnelle connue.
L'objectif de compréhension et d'acceptation par un individu des risques environnementaux passe par une banalisation de l'information que reçoit cet individu. Le système personnalisé de qualification de qualité de l'environnement selon l'invention permet d'atteindre cet objectif. Le système fournit une information continue (et non pas seulement . événementielle sur crise) , indépendante (hors circuit institutionnel) , et personnalisée (dans une échelle de temps et d'espace qui intéresse l'individu).
La sensibilité des mesures donne avantageusement de la relativité aux différentes sources de signaux perçues comme des nuisances
(comparaison aux niveaux naturels, variations géographiques, etc.).
Le système permet, techniquement et économiquement, l'accès pour le plus grand nombre à la mesure de l'environnement (qualité de l'air, radioactivité, etc.). Ceci s'effectue par la mise en œuvre d'une triple rupture avec les réseaux de mesures existants tels que ceux mentionnés plus haut, à savoir :
- une densification de l'échantillonnage des mesures de pollution, - la production d'une mesure personnelle à l'échelle de l'environnement immédiat d'un individu,
— la mise en communication et la consolidation de ces différentes échelles pour acquérir et diffuser une intelligence globale et locale de la pollution et de son évolution.
Le système selon l'invention permet une qualification de la qualité de l'air. Une grande variété de mesures peuvent ainsi être envisagées, à savoir des mesures de radioactivité, de rayonnement solaire, de polluant, de taux d' allergènes, de taux de pollens, etc. Les systèmes de gestion de la qualité de l'air mis en place dans les différents pays développés et mentionnés ci-dessus imposent une surveillance du niveau général de pollution des villes. Le système selon l'invention détermine les fluctuations locales de la pollution des villes et propose de compléter la surveillance du niveau général de pollution par une aide au comportement de l'individu dans sa relation à 1' environnement . La pollution des villes est un champ physique qui contient plusieurs échelles.de variation :
1 km (à cette échelle, le champ physique est très dépendant de la météo) ,
100 m (c'est l'échelle du quartier, le champ physique est ici très dépendant des sources de pollution) ,
10 m (c'est l'environnement proche, le champ physique est très dépendant de la capacité d'évacuation des polluants ; par exemple, les rues « canyon » emprisonnent la pollution) , - 1 m (c'est l'environnement immédiat d'un individu, le champ physique est très dépendant de la localisation de l'individu et des capacités locales de dilution des polluants ; par exemple, la proximité des voitures ou la hauteur par rapport au sol sont autant de facteurs influents) .
Le réseau selon l'invention est un réseau distribué qui permet d'établir une cartographie de niveaux de la quantité estimée de constituants de l'environnement à différentes échelles et de juxtaposer cette cartographie à une mesure locale.
Les balises de mesures locales individuelles, désignées ci-après « détecteur d'environnement personnel » (DEPi), permettent d'acquérir des mesures personnalisées qui prennent en compte des phénomènes locaux comme, par exemple, le facteur de dilution. Les données à échelle locale sont signifiantes en elles- mêmes, par exemple pour suivre des variations spatiales et/ou temporelles locales d'un niveau de pollution. Cependant, sans la mise en relation de ces données avec des données provenant d'un réseau global, il n'est pas possible pour un utilisateur d'obtenir une perception d'ensemble lui permettant de se situer correctement dans son environnement. Sans cette mise en relation, les données locales fournissent à l'utilisateur une aide au comportement limitée. Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, le milieu qualifié est l'air. De façon plus générale, l'invention s'applique à la qualification de tout type d'environnement gazeux ou même liquide.
Brève description des figures les figures 1A et 1B représentent deux variantes d'une balise locale selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - les figures 2A et 2B représentent deux variantes d'une balise locale selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; la figure 3 représente un exemple de détecteur de balise locale selon l'invention ; - la figure 4 représente un exemple de système de mesure selon l'invention. Sur toutes les figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments.
Description détaillée de modes de mise en œuyre de 1' invention
Les figures 1A et 1B représentent deux variantes de balise locale selon un premier mode de réalisation de l'invention et les figures 2A et 2B représentent deux variantes de balise locale selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
Une balise locale DEPi selon l'invention est un dispositif léger fixe ou mobile. Elle produit des données à une échelle locale individuelle. Elle donne une information consultable en temps réel. La balise DEPi comprend un détecteur 1 et un sous-ensemble ou plate-forme 2 comprenant, entre autres, des circuits d'émission/réception 3, un circuit de traitement 4, des moyens d'affichage 5 et une interface de saisie 6 (clavier, écran tactile, commande vocale, etc.). L'alimentation électrique du détecteur 1 peut être fournie par la plate-forme 2.
Selon une première variante de l'invention (cf. figures 1A et 2A) , le détecteur 1 et la plateforme 2 sont séparés l'un de l'autre. Le détecteur 1 et la plate-forme 2 communiquent entre eux par des moyens d' émission/réception 8, 9. Un émetteur 8 placé sur le détecteur 1 transmet à un récepteur 9 placé sur la plate-forme 2 un signal 7 représentatif des mesures effectuées. Le signal 7 peut être, par exemple, un signal acoustique, un signal électrique (liaison filaire) , un signal infrarouge, un signal électromagnétique VHF ou micro-ondes, etc.
Selon une deuxième variante de l'invention (cf. figures 1B et 2B) , le détecteur 1 et la plateforme 2 sont montés sur un même' support . Le détecteur 1 peut alors être constitué d'une extension enfichée dans un port externe de la plate-forme 2. Le détecteur peut également être directement intégré avec l'électronique de la plate-forme 2.
La balise DEPi peut être un dispositif portable par un individu ou un dispositif fixe placé dans des locaux publics ou privés. Il peut également être implanté dans un véhicule automobile, mesurant l'air intérieur ou extérieur à l'habitacle.
De type mobile, la plate-forme 2 est preférentiellement un téléphone cellulaire fonctionnant par exemple selon les protocoles GSM (GSM pour « Global System for Mobile communication. ») , ou GPRS (GPRS pour «General Packet Radio Service», ou UMTS (UMTS pour «Universal Mobile Télécommunication System») , dans des réseaux d'opérateurs de téléphonie mobile établis. Ces réseaux permettent en particulier la gëolocalisation du détecteur. Dans le cas où la plate-forme est un téléphone cellulaire, le détecteur 1 peut également être couplé aux connecteurs de la carte à puce (carte SIM) du téléphone cellulaire.
Les mesures locales effectuées par le détecteur 1 sont exploitables en tant que telles. Elles permettent de juger de la situation au niveau du détecteur 1. Un programme de traitement de la mesure locale est exécuté dans les circuits de traitement 4. Selon l'invention, la balise locale DEPi reçoit des mesures estimées de concentration de constituants qui ne sont pas directement mesurées par la balise locale ainsi que des mesures consolidées par des données de consolidation fournies par un réseau extérieur. Les données de consolidation sont relatives à la situation générale de l'environnement (mesures d'ensemble, tendances, etc.). Elles peuvent également concerner, par exemple, des conseils personnalisés.
Deux modes de réalisation sont possibles pour mettre en œuvre la consolidation des mesures locales avec les données de consolidation.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention (cf. figures 1A, 1B) , les données de mesure locale dL sont transmises à un central. C, via les moyens d'émission/réception 3. Sur la base des mesures locales et de données de consolidation, un programme de consolidation est exécuté par le central C. Il en résulte une information dLc complète en terme d' interprétations circonstanciées (mesure locale consolidée) qui est transmise à la balise DEPi.
Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention (cf. figures 2A, 2B) , le programme de consolidation est exécuté dans la balise locale. Les données de consolidation dR sont alors reçues par la balise, via les moyens d'émission/réception 3. Sur la base des mesures locales et des données de consolidation, le programme de consolidation est exécuté dans les circuits de traitement 4. Il en résulte une information complète en terme d'interprétations circonstanciées. Les programmes de traitement et de consolidation de la mesure locale peuvent être chargés a priori dans un circuit mémoire de la plate-forme 2. Ils peuvent également être téléchargés à partir d'un réseau extérieur. Le circuit d'émission/réception 3 permet alors le téléchargement du programme ainsi que sa mise à jour.
Les mesures locales consolidées s'affichent sur les moyens d'affichage 5. Les mesures locales consolidées permettent avantageusement une appréciation globale en terme d'évolution et, partant, d'aide au comportement.
La figure 3 représente un exemple de détecteur de balise selon l'invention. Le détecteur 1 comprend trois microcapteurs chimiques MCA1, MCA2, MCA3 susceptibles de mesurer un même constituant A et trois microcapteurs chimiques MCBl, MCB2 , MCB3 susceptibles de mesurer un même constituant B différent de A. Les constituants A et B peuvent être, par exemple, l'un des gaz mentionnés précédemment (monoxyde de carbone, ozone, etc.). Une électronique de commande (non représentée sur la figure) assure le fonctionnement du détecteur sur la base de l'un des microcapteurs MCA1, MCA2, MCA3, par exemple le microcapteur MCA1, pour la mesure du constituant A et de l'un des microcapteurs MCBl, MCB2, MCB3, par exemple le microcapteur MCBl, pour la mesure du constituant B.
En fonctionnement normal, des cycles de mesures sont alors effectués régulièrement, par exemple toutes les minutes, par les microcapteurs MCA1 et MCBl. Les microcapteurs MCA2, MCA3, MCB2 et MCB3 ne sont pas utilisés pour faire les mesures.
Sur un rythme plus lent, par exemple une fois par semaine, l'électronique de commande déclenche une procédure d'auto-calibrage. Pour des raisons de commodité, la procédure d' auto-calibrage selon l'invention va maintenant être décrite pour les seuls microcapteurs MCA1 MCA2 , MCA3. Il est clair pour l'homme du métier qu'une même procédure d'auto- calibrage concerne également les microcapteurs MCBl, MCB2 et MCB3.
Lors de la procédure d'auto-calibrage, l'électronique de commande déclenche un fonctionnement alterné, d'une part, du microcapteur MCA1 et, d'autre part, de l'un des microcapteurs de réserve MCA2 ou MCA3. Les mesures obtenues sont alors comparées. Si le microcapteur MCA1 délivre des signaux sensiblement différents des signaux délivrés par le microcapteur MCA2, cela signifie que le microcapteur MCA1 a dérivé. En dessous d'un certain seuil de dérive, l'électronique de commande modifie la courbe d'étalonnage du capteur MCA1 pour l'aligner sur celle du microcapteur MCA2. Un programme de ré-êtalonnage est utilisé à cette fin. Au- dessus du seuil de dérive, un ré-étalonnage n'est plus possible et le microcapteur de mesure du constituant A devient le microcapteur MCA3.
Avantageusement, un tel système permet de multiplier par deux ou trois la durée de vie d'un microcapteur par ré-étalonnages successifs.
La figure 4 représente un exemple de système de mesure selon l'invention. Le système est constitué de trois éléments : - un dispositif de référence BRC comprenant au moins une balise collective Bk, - une balise locale personnalisée ou détecteur d'environnement personnel DEPi,
- un central C qui est en communication avec le dispositif de référence BRC et la balise locale DEPi afin de transmettre à la balise locale des données pour l'obtention de mesures locales consolidées.
De façon générale, dans la suite de la description, une balise (individuelle DEPi ou collective Bk) possède, en tout ou partie, les caractéristiques suivantes :
- elle délivre des mesures (mesures de polluants chimiques tels que l'ozone (03) , le monoxyde de carbone (CO) , les oxydes d'azote (NOx) , les oxydes de soufre (SOx) , du pouvoir oxydant, de poussières, de pollens, de radioactivité alpha, bêta, gamma, radon, etc.) permettant de quantifier des paramètres d'environnement pour un individu ou une ville par différents types de dispositifs (filtres, pompes, micro-capteurs etc.), — elle constitue un outil communiquant permettant d'émettre vers un ou plusieurs centraux des signaux représentatifs des mesures effectuées, traitées ou non, sa localisation, son identifiant, permettant de recevoir des ordres de mesures, des programmes, des informations restituables, des informations pour le bon fonctionnement (test, etc.), les communications s'effectuant par des liaisons téléphoniques filaires, ou VHF, ou JR, ou par des protocoles GSM, GPRS, UMTS, Bluetooth, etc. ; — elle est un outil localisable permettant de déterminer la geolocalisation de la mesure (position X/ Yι 2) par des systèmes de triangularisation GSM, par GPS, ... ou de façon interactive et l'instant t de la mesure;
— elle comprend un affichage permettant une lecture des informations des capteurs en ligne ou après traitement par le central, à l'aide d'un écran à cristaux liquides, par alarme sonore, etc. ;
— elle comprend une interface permettant un contrôle, une saisie, une interrogation locale à l'aide d'un clavier, d'un système tactile ou vocal, etc. ;
— elle permet de traiter des données primaires
(filtrages, moyennes, seuils, comparaisons, contrôles de validité, etc.), de dérouler des séquences et des programmes, de mettre en forme des données, le traitement étant effectué par microprocesseur.
Le dispositif de référence collective BRC qui met en réseau des balises collectives Bk donne une représentation du signal de pollution utilisable comme référence pour la mesure de pollution locale. Les balises collectives Bk sont des balises déployables, par exemple, à une centaine d'exemplaires. Elles délivrent des données sur la pollution à une échelle collective.
Une balise collective Bk peut être implantée sur un support assurant son alimentation. Le support peut être fixe (matériel urbain) ou mobile (véhicule non dédié tel que bus, taxi, véhicules utilitaires) . La technique du support mobile permet avantageusement d'acquérir des informations là où la densité de population est élevée. La balise collective fournit des informations pouvant concerner une grande variété de polluants (NOx, S02, 03, radon, etc.).
L'utilisation de balises collectives mobiles est un facteur important pour optimiser l'échantillonnage des mesures dans l'espace et dans le temps. Une mesure de bonne qualité sera donnée, par exemple, par une balise collective mobile qui sera passée, il y moins d'une heure, près de l'endroit où la balise individuelle fait la mesure (typiquement à moins d'un km) . La balise collective accède au central C, par exemple par la fonction GSM, pour délivrer un service complet à l'utilisateur en terme d'interprétations circonstanciées de la mesure et de connaissances complémentaires (situation générale de l'environnement, tendances, conseils personnalisés, tests de bon fonctionnement, etc.). La pertinence du résultat de mesure est obtenue par la consolidation de la mesure locale de la balise DEPi concernée et des informations du réseau BRC à grande échelle. Le central C pilote et gère les communications avec le réseau BRC et la balise locale DEPi.
Le central C reçoit des données dBRC provenant du dispositif de référence BRC et des données dDEPi (dL, etc.) provenant de la balise DEPi. Il émet vers la balise DEPi des données de consolidation dC aptes à consolider la mesure locale (dLσ, dR, etc.).
Les données dBRC comprennent tout ou partie des données mesurées par l'ensemble des balises Bk du dispositif de référence. Selon un perfectionnement de l'invention, les données dBRC comprennent également les mesures effectuées par un ensemble de balises portables DEPj d'autres utilisateurs j (j≠i) . Les balises Bk sont généralement aptes à mesurer un grand nombre de constituants présents dans l'atmosphère tels que 03, CO, NOx, SOx, les poussières, les pollens, la radioactivité alpha, bêta, gamma, le radon, etc. Le central C peut également recevoir des données publiques ou privées dP issues, par exemple, de réseaux institutionnels et permettant d'évaluer des tendances' (données relatives au trafic routier, aux informations météo, etc. ) .
Le central C constitue ainsi un ensemble d'informations consolidées sur la base de l'ensemble des données dBRC, dDEPj (j≠i) et dp. Il est alors possible d'établir une base de données dynamique relative à la cartographie des niveaux de pollution. L'échantillonnage de balises est preférentiellement choisi suffisamment dense pour être pertinent par rapport aux variations dans le temps et/ou dans l'espace du champ de pollution physique. Le central C constitue également, sur une durée limitée, par exemple une durée d'une dizaine de minutes, une base de données « physiques » constituée de données d'intérêt obtenues directement ou par corrélation dans les unités physiques pertinentes avec un contrôle de cohérence et un rejet des données douteuses. Des filtres de rejet sont spécifiés à cette fin.
A partir de la base de données « physiques », le central C construit la cartographie des niveaux de pollution à différentes échelles et effectue des extrapolations sur les tendances temporelles et/ou spatiales.
Le principe de l'utilisation du facteur de dilution pour compléter la mesure locale va maintenant être décrit. Lorsqu'un utilisateur interroge son mobile
DEPi, ce dernier transmet vers le central C sa localisation ainsi qu'une mesure effectuée localement par le mobile dDEPi . A partir de la localisation de la mesure locale et de la cartographie de niveaux, le central C établit un facteur de dilution pour chaque constituant mesuré par la balise DEPi.
Le central C reçoit l'ensemble des mesures effectuées par les balises Bk et qui sont relatives à une grande quantité de constituants. Selon l'invention, le central C est avantageusement apte à transférer vers la balise locale DEPi des données relatives à des constituants qui ne sont pas mesurés localement par la balise DEPi.
Le central C est ainsi apte, par exemple, à estimer la concentration locale d'un constituant X présent dans l'environnement de la balise DEPi et non mesuré par la balise DEPi . Cette estimation est calculée à partir de la connaissance du facteur de dilution présent dans l'environnement de la balise DEPi et de mesures collectives effectuées sur le constituant X. Cette estimation peut être transférée à la balise locale. Les mesures locales effectuées par la balise DEPi sont alors relatives à un constituant de référence Y différent du constituant X. Le central C détermine le facteur de dilution relatif à la position de l'individu équipé de la balise locale DEPi à partir de la cartographie de niveaux de Y et de la mesure locale de Y. La connaissance du facteur de dilution permet alors de déduire la concentration CX du constituant X présent au niveau de la balise DEPi. Les données de consolidation dC transmises à la balise portable DEPi peuvent alors contenir des données représentatives de la concentration CX ainsi déterminée.
De façon plus générale, les données de consolidation dC aptes à consolider la mesure locale peuvent contenir les données de mesure consolidées dLc calculées dans le central C (cf. le premier mode de réalisation, figures 1A et 1B) . Elles peuvent également contenir les données de consolidation dR mentionnées précédemment (cf. le deuxième mode de réalisation, figure 2A et 2B) , des données consolidées sur la qualité de l'environnement personnel, des données de comparaison, de tendances, ainsi que de conseils.
Selon un perfectionnement de l'invention, la balise locale DEPi mesure également des paramètres d'environnement tels que la température, la pression et l'humidité. Ces mesures sont utiles à l'interprétation des signaux et ont une valeur informative pour l'utilisateur. Elles peuvent être transmises à l'utilisateur. Un détecteur 1 comprend au moins un microcapteur. A titre d'exemples non limitatifs, un microcapteur selon l'invention mesure un ou des gaz oxydants, et/ou un ou des gaz réducteurs, et/ou du monoxyde de carbone (CO) , et/ou un rayonnement gamma pertinent pour la détection de radon, et/ou la température, et/ou l'hydrométrie, etc. Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, la mesure relative au constituant de référence Y permettant de déterminer le facteur de dilution est la mesure du pouvoir oxydant (simplicité, pertinence, coût).'
Le pouvoir oxydant est une grandeur mesurable, indicatrice de la présence, à différents niveaux de concentration, de gaz polluants dans l'air atmosphérique. Le pouvoir oxydant est une fonction monotone des concentrations des gaz polluants tels que, par exemple, le dioxyde d'azote, le dioxyde de soufre, l'ozone, le monoxyde de carbone, que ces gaz soient présents seuls ou en mélange dans l'air. Dans le cas d'un mélange de gaz, le pouvoir oxydant est une combinaison des pouvoirs oxydants des différents gaz polluants présents dans le mélange.
Le pouvoir oxydant mesure la capacité d'un mélange gazeux contenant un ou des gaz polluants à modifier l'état de surface d'un matériau judicieusement choisi pour être utilisé en tant que composant réactif. Dans les dispositifs de mesure proposés selon l'invention, le pouvoir oxydant d'un gaz polluant reste une fonction monotone de la concentration du gaz dans toute la gamme de concentrations spécifiées . Les signaux générés correspondants sont, de ce fait, pour chaque gaz polluant, une fonction monotone de sa concentration.
Le tableau ci-dessous est un exemple représentatif de l'avantage qu'il y a à utiliser le pouvoir oxydant comme mesure permettant de déterminer le facteur de dilution afin d'estimer des concentrations locales qui ne sont pas mesurées par la balise locale DEPi.
Pour des raisons de simplicité, le système de mesure de qualité de l'environnement selon l'exemple choisi comprend une seule balise Bl, un central C et une balise portable DEPi.
Figure imgf000024_0001
UTILISATION DU POUVOIR OXYDANT COMME INDICATEUR DE POLLUTION
La balise de référence Bl mesure le pouvoir oxydant P(A, B, C) relatif à un mélange de trois gaz A, B, C ainsi que les concentrations individuelles CA, CB, CC de chacun des trois gaz A, B, C. Les mesures de P(A, B, C) , CA, CB et CC effectuées par la balise Bl donnent respectivement, par exemple, 100, 80, 10 et 10. La mesure locale de P(A, B, C) effectuée par la balise DEPi donne 50, il est alors possible de déterminer un facteur de dilution et de déduire les concentrations locales XA, XB, XC des constituants respectifs A, B, C qui existent au niveau de la balise locale DEPi, à savoir 40, 5, 5. Les concentrations locales XA, XB, XC sont ainsi calculées par le central C et transmises à la balise portable DEPi.
Avantageusement, le choix du pouvoir oxydant comme indicateur de pollution permet à un utilisateur local de connaître, sur la base d'une seule mesure effectuée localement, un ensemble d'informations locales qui, sans cela, nécessiteraient plusieurs mesures locales supplémentaires.
De façon générale, les gaz sont classés en deux catégories, les gaz oxydants et les gaz réducteurs, selon qu'ils conduisent à des signaux mesurés fonction monotone croissante ou décroissante de leur pouvoir oxydant. Ces deux catégories de gaz peuvent contribuer à l'indicateur de pouvoir oxydant d'un mélange gazeux. Dans le système de mesure de la qualité de l'air proposé selon l'invention, la quantification du pouvoir oxydant d'un mélange gazeux repose preférentiellement sur un ensemble de mesures, au minimum deux, permettant de discriminer les deux catégories de gaz. Le système repose alors sur l'utilisation de plusieurs capteurs et/ou de plusieurs modes d'exploitation des capteurs afin de mesurer au minimum deux séries de signaux induits, respectivement, par les gaz oxydants et par les gaz réducteurs . A titre d'exemple, les matériaux dont l'état de surface dépend du pouvoir oxydant de l'air ambiant, peuvent être des semi-conducteurs constitués d'un oxyde métallique, d'un mélange d'oxydes métalliques ou de toute autre combinaison d'oxydes métalliques et d'un autre constituant. En présence d'un mélange gazeux contenant des gaz polluants, l'état de surface des matériaux précités est modifié par sorption des gaz et/ou par réactions chimiques (notamment par réaction d'oxydo-réduction) entre les gaz et le matériau. Preférentiellement, le dispositif de mesure de la qualité de l'air intègre deux catégories de capteurs, des capteurs mettant en œuvre des oxydes métalliques semi-conducteurs réactifs vis-à-vis de gaz oxydants et des capteurs mettant en œuvre des oxydes métalliques semi-conducteurs réactifs vis-à-vis de gaz réducteurs .
L'interprétation des signaux de mesure issus du détecteur 1 est obtenue par calibration et apprentissage expérimental. L'utilisation d'un nombre de capteurs identiques supérieur à 2 améliore la robustesse du calibrage. La figure 2 représente un exemple de détecteur selon l'invention apte à réaliser la calibration du détecteur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de mesure de la qualité d'un environnement, caractérisé en ce qu'il comprend : - au moins un dispositif de référence (BRC) comprenant des moyens pour établir au moins une mesure relative à la quantité d'au moins un constituant de référence (Y) et au moins une mesure relative à la quantité d'au moins un autre constituant (X), différent du constituant de référence et des moyens d'émission pour transmettre lesdites mesures vers un central de communication (C) , au moins une balise locale (DEPi) contenant au moins un détecteur (1) pour établir au moins une mesure locale relative à la quantité dudit constituant de référence présent à proximité de la balise locale et des circuits d' émission/réception (3) pour transmettre la mesure locale vers le central de communication (C) , et - ledit central de communication (C) qui comprend : des premiers moyens pour établir, à partir des mesures effectuées par le dispositif de référence, une cartographie de niveaux, à différentes échelles, de la quantité estimée d'au moins un constituant de référence et d'au moins un desdits autres constituants, des deuxièmes moyens pour calculer un facteur de dilution à partir de la mesure locale dudit constituant de référence effectuée par la balise locale et de données de ladite cartographie relative au constituant de référence, des troisièmes moyens pour calculer une mesure locale estimée d'au moins un desdits autres constituants à partir du facteur de dilution et de données de ladite cartographie relative audit autre constituant, et - des moyens de communication pour transmettre la mesure locale estimée à la balise locale (DEPi) .
2. Système de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur (1) comprend au moins un microcapteur (MCAl, MCA2, MCA3) pour la mesure du pouvoir oxydant de l'environnement, le constituant de référence étant alors constitué de l'ensemble des gaz oxydants présents dans l'environnement.
3. Système de mesure selon la revendication 2, caractérisé en ce que le microcapteur (MCAl, MCA2, MCA3) pour la mesure du pouvoir oxydant est à base d'oxydes métalliques semi-conducteurs .
4. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3 , caractérisé en ce que le microcapteur (MCAl, MCA2, MCA3) pour la mesure du pouvoir oxydant est constitué d'au moins un oxyde métallique semi-conducteur réactif vis-à-vis de gaz réducteurs ou de gaz oxydants.
5. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de référence (BRC) est constitué d'au moins une balise collective fixe ou mobile (Bk) distante de la balise locale.
6. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de référence (BRC) comprend au moins une balise locale supplémentaire (DEPj) distante de la balise locale (DEPi) .
7. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la balise locale comprend : - des moyens de consolidation (3, 4) de la mesure locale pour l'obtention d'au moins une mesure locale consolidée,
- des moyens d'affichage (5), et
- une interface de saisie (6) .
8. Système de mesure selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de consolidation de la mesure locale comprennent lesdits circuits d'émission/réception (3) pour recevoir au moins une mesure locale consolidée (dLc) en provenance du central, la mesure locale consolidée en provenance du central étant obtenue sur la base de l'exécution, dans le central (C) , d'un programme de consolidation appliqué à la mesure locale.
9. Système de mesure selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de consolidation comprennent lesdits circuits d' émission/réception (3) aptes à télécharger des données de consolidation (dR) et des circuits de traitement (4) pour exécuter localement au moins un programme de consolidation sur la base de la mesure locale et des données de consolidation.
10. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les moyens de consolidation (3, 4), les moyens d'affichage (5) et l'interface de saisie (6) sont rassemblés dans un sous-ensemble (2) physiquement séparé du détecteur
(1) et en ce que le détecteur (1) et le sous-ensemble (2) communiquent entre eux par des moyens d'émission/réception (8, 9).
11. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les moyens de consolidation (3, 4), les moyens d'affichage (5) et l'interface de saisie (6) sont rassemblés dans un même sous-ensemble (2) et en ce que le détecteur (1) s'enfiche dans un port externe du sous-ensemble (2) .
12. Système selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les moyens de consolidation (3, 4), les moyens d'affichage (5) et l'interface de saisie (6) sont rassemblés dans l'électronique d'un même sous-ensemble (2) et en ce que le détecteur (1) est directement intégré dans l'électronique du sous-ensemble (2).
13. Système selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que le sous- ensemble (2) est un téléphone cellulaire.
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