Introduction

L’air est indispensable à la vie. Ce mélange de gaz est composé essentiellement de diazote (N2) à 78 % et de dioxygène (O2) à 21 %. À ces deux gaz s’ajoutent des gaz rares (1 %) et une série de gaz qui, lorsque non contrôlés, affectent la qualité de l’air. Les principaux gaz pouvant polluer l’air par leur concentration élevée sont le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4), le monoxyde de carbone (CO), l’ozone (O3), le dioxyde de soufre (SO2), les différents types d’oxydes d’azote (NOx), les composés organiques volatils (COV), les fines particules de poussière (PM), le radon (Rn) et les micro-organismes (la moisissure par exemple)[1].

L’air que nous respirons est normalement incolore, invisible et inodore. Cependant, il devient pollué et affecte notre santé lorsque les concentrations de certains gaz polluants augmentent au-delà des normes établies.

L’impact de la pollution de l’air

En 2016, l’Organisation mondiale de la Santé (OMS) a déclaré que 92 % des habitants de la planète respirent de l’air qui n’est pas conforme aux normes[2]. Il en résulte des taux de maladies et de décès importants surtout chez les personnes âgées, chez celles qui ont des problèmes de voies respiratoires et chez les jeunes enfants vivant dans des villes polluées.

Dans un article publié dans la revue Nature le 16 septembre 2015, des chercheurs de l’Institut Max Planck, de l’Institut Cyprus et de l’Université Harvard ont établi qu’environ 7 millions de personnes sont décédées dans le monde en 2010 à cause de la pollution de l’air[3]. En 2050, le nombre estimé de décès sera de 10 millions de personnes si la pollution de l’air poursuit sa tendance actuelle.

Le CO2 et la productivité

Le CO2 est un gaz indispensable à la vie. Il permet aux plantes de croître[4]. Toutefois, ce gaz a des effets néfastes sur la productivité. Une étude réalisée par le Dr Joe Allen de l’Université Harvard en juin 2016 a démontré que des concentrations de 1 400 PPM de CO2 pouvaient réduire de plus de la moitié les fonctions cognitives d’étudiants exposés à ce composant de l’air dans des salles de classe[5].

Démarche des gouvernements pour réduire la pollution

Selon les spécialistes du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC), les gaz à effet de serre, produits en grande quantité par les humains, causent le réchauffement de la planète[6]. Depuis 1998, plusieurs gouvernements ont choisi d’intervenir auprès des grands pollueurs de leur pays afin de les inciter à réduire la pollution qu’ils émettent. L’Accord de Paris signé en avril 2016 par 195 pays se concentre sur la réduction des gaz à effet de serre comme le CO2 et le CH4[7]. Pourtant, le graphique ci-dessous montre que cette stratégie n’a pas réussi à infléchir l’ascension constante de ces gaz émis par les grandes entreprises.

Mesure des polluants de l’air

Quelques types de polluants de l’air peuvent être perçus sans instruments de mesure. Le smog en est un, constitué surtout de particules fines et d'ozone[8]. Les jours de smog, une couche brunâtre apparaît dans le ciel des villes, rendant floue la vue lointaine des bâtiments.

Cependant, d’une manière générale, l’air pollué est difficilement détectable sans instrument de mesure. La plupart du temps, les humains ne peuvent pas se fier à leur odorat pour savoir si l’air ambiant est de bonne qualité ou non. Il faut donc être muni d’instruments pouvant mesurer les différents polluants et déterminer la qualité de l’air ambiant en temps réel.

Le projet NyX-R

NyX-R, Inc. est une entreprise créée en 2015 et dirigée par Darine Ameyed, spécialiste en informatique omniprésente et détentrice d’un Ph. D. en génie obtenu à l’ÉTS . La mission de NyX-R est d’offrir à notre clientèle une solution intelligente de gestion de la qualité de l’air pour améliorer la productivité, la santé et réduire la consommation d’énergie.

NyX-R, Inc. est une entreprise en démarche de qualification « Industrie 4.0 » qui, dans le développement de ses produits, utilise les neuf technologies de la plateforme Industrie 4.0 pour développer un système intelligent pouvant aider à réduire les émissions de polluants atmosphériques.

Systèmes de capteurs NyX-R

La première étape de développement de produits de NyX-R, Inc. a consisté à concevoir un système de capteurs devant mesurer la qualité de l’air. Le système de capteurs NyX-R est de petit format pour faciliter le transport, suffisamment précis, abordable et peut être calibré. Il mesure la majorité des polluants de l’air et de l’environnement : la température, la pression atmosphérique, l’humidité, la lumière et le son.

NyX-R, Inc. a reçu une subvention du Fonds de développement durable de l’Association étudiante de l’ÉTS (FDDAÉÉTS) qui l’a aidé à concevoir quatre différentes versions du système de capteurs.

Prototype 1 du système de capteurs

Le premier prototype nous a permis de fabriquer un premier ensemble de capteurs transmettant des données sur l’infonuage.

Le deuxième prototype comprenait les mêmes capteurs. La taille a été réduite du tiers. Les données de deuxième système de capteurs peuvent être transmises par les modes de communications Wi-fi et Bluetooth. Cinq exemplaires ont été conçus pour le FDD et ce pour assurer le suivi du QA dans l’objectif de simuler des modèles de gestion des systèmes HVAC du bâtiment A, B et E de l’ÉTS.

Le troisième prototype a été conçu pour être déployé et expérimenté dans la résidence étudiante STAR-ÉTS dans le cadre d’un projet de résidence intelligente dirigé par le professeur Mohamed Cheriet. Ils vont mesurer l’ensemble des polluants de l’air et les données environnementales associées au confort. Les étudiants pourront connaître en temps réel la qualité de l’air à l’aide d’une application mobile. Ce projet cherchera à réduire la consommation d’énergie sans modifier le confort des résidents.

Le 4^e prototype, en phase de développement, pourra mesurer les paramètres suivants pour la qualité de l’air : CO, CO2, O3, SO2, NO2, COV, PM en plus des paramètres associés à l’environnement. Nous pensons être en mesure de réduire sensiblement le format de ce système de capteurs.

Remerciements

Nous aimerions remercier le Fonds de développement durable de l’Association étudiante de l’ÉTS (FDDAÉÉTS) qui a contribué financièrement à réaliser nos prototypes. Nous aimerions aussi remercier les professeurs Kim khoa Nguyen et Mohamed Cheriet du laboratoire Synchromedia pour leur soutien indéfectible à ce projet : Merci!

Références

[1] Olivier Fournet (2010). Composition de l’air. Site web consulté le 5 mars 2018. http://olivier.fournet.free.fr/science_et_physique/air.htm

[2] Organisation mondiale de la Santé (2017). WHO releases country estimates on air pollution exposure and health impact. Site web consulté le 5 mars 2018. http://www.who.int/mediacentre/news/releases/2016/air-pollution-estimates/en/

[3] J. Lelieveld, J. S. Evans, M. Fnais, D. Giannadaki and A. Pozzer (2015).The contribution of outdoor air pollution sources to premature mortality. Nature volume 525, 17 September 2015, pages 367–371. https://www.nature.com/articles/nature15371; https://www.dkrz.de/mms/pdf/workshop_2015/poster_0062.pdf

[4] Andrew D. B. Leakey, Elizabeth A. Ainsworth, Carl J. Bernacchi, Alistair Rogers, Stephen P. Long and Donald R. Ort (2009). Elevated CO2 effects on plant carbon, nitrogen, and water relations: six important lessons from FACE. ournal of Experimental Botany, Volume 60, Issue 10, 1 July 2009, Pages 2859–2876, https://academic.oup.com/jxb/article/60/10/2859/576781

[5] J. G. Allen et al. (2016). Associations of Cognitive Function Scores with Carbon Dioxide, Ventilation, and Volatile Organic Compound Exposures in Office Workers: A Controlled Exposure Study of Green and Conventional Office Environments. Environmental Health Perspectives • volume 124 | number 6 | June 2016, pp. 805 - 812.  

[6] GIEC. Site web consulté le 5 mars 2018. http://www.ipcc.ch/home_languages_main_french.shtml

[7] United Nations Climate Change (2014). L’Accord de Paris. Site web consulté le 5 mars 2018. http://unfccc.int/portal_francophone/accord_de_paris/items/10081.php

[8] Gouvernement du Canada (2014). Smogs : causes et effets. Site web mis à jour le 15 juillet 2014 consulté le 5 mars 2018. https://www.canada.ca/fr/environnement-changement-climatique/services/pollution-atmospherique/enjeux/smog-causes-effets.html