S'équiper d'un capteur-détecteur de CO2


S'équiper d'un capteur-détecteur de CO2
pour lutter contre la COVID19


Un guide pour vous aider à mieux arérer vos locaux, salles de réunion, salles de classe

mise à jour : 21-01-2021 | mail : eole.co2@gmail.com | https://twitter.com/LaFabrique





Ce projet, soutenu par le fab-lab la fabrique, est destiné à permettre la fabrication dans un fab-lab de détecteurs de CO2 fiables et robustes. Cela peut contribuer à une action de sensibilisation ou à une activité pédagogique. Des tests sont réalisés actuellement dans plusieurs établissements.

Vous trouverez également des informations sur des détecteurs du commerce que nous vous signalons et des conseils sur la mesure du taux de CO2 en vue de favoriser l'aération des locaux.

 A web-site in english dedicated to our CO2 detector "Neko" is available there

Pourquoi s'intéresser au CO2 ?
Fabriquer son détecteur pour l'aération
Acheter un détecteur à feux tricolores pour l'aération
Comment choisir la technologie de son capteur ?
Etalonner ou calibrer son capteur : une étape indispensable


Bonnes pratiques et conseils d'aération
Consulter d'autres ressources
D'autres projets d'établissements scolaires et de makers
Remerciements et contact


 
Pourquoi s'intéresser au CO2 ?


Le CO2 présent dans l'air d'un local ou d'une salle est un bon marqueur de l'état de confinement d'un lieu. Plus le taux de CO2 est élevé, plus le lieu est confiné et plus, potentiellement, l'éventuelle charge virale produite par ses occupants est importante. Pour limiter les risques, il faut éviter de rester dans un lieu trop confiné et il faut donc aérer, en grand, régulièrement. C'est l'un des gestes "barrières" importants.

Mesurer le taux de CO2 est donc un moyen pour mieux aérer les locaux en indiquant quand cela doit être réalisé.
Dans les systèmes que nous proposons, nous avons fait le choix de "surveiller" les seuils de taux CO2 suivants, exprimés en PPM (partie par millions) :
  • < 800 PPM : correspond à une qualite d'air excellente selon la norme NF EN 13779 et c'est une recommandation de nombreuses publications scientifiques pour les périodes épidémiques. Cela constitue donc une valeur "cible" à atteindre.
  • entre 800 et 1000 PPM : correspond à une qualite d'air moyenne selon la norme NF EN 13779
  • entre 1000 et 1500 PPM : correspond à une qualite d'air modérée selon la norme NF EN 13779
  • > 1500 PPM : correspond à une qualite d'air basse selon la norme NF EN 13779
Dans un lieu confiné, il n'est pas rare de dépasser le premier seuil au bout de quelques minutes. C'est le cas dans certaines salles de réunions ou salles de classes mal ventilées mais aussi dans un bureau seul comme l'exemple ci-dessous, donné à titre indicatif (pas de risque de contagion) mais permettant d'imaginer ce qu'il se passe dans un local confiné fréquenté par plusieurs personnes. Plus bas, vous trouverez un simulateur permettant d'évaluer l'augmentation du taux de CO2 dans de telles configurations avec adultes et/ou enfants. On notera aussi l'effet extrémement rapide d'une aération "en grand", qui permet de rapidement revenir à un taux de C02 bas.



Pour "surveiller" les seuils 800, 1000 et 1500 PPM, nous proposons d'utiliser un système à feux tricolores :



Certaines initiatives visent à installer de tels systèmes à feux tricolores comme cette dotation de la société SENSIRION qui va équiper 2500 salles de classe du canton de Zurich, voir le communiqué de presse.



Les propositions décrites sur le présent site sont des alternatives réalisables dans un fab-lab ou une structure équivalente, à moindre coût : entre 30 et 60 euro, selon le modèle retenu.

Ci-dessous, vous pouvez utiliser le formulaire de simulation de taux de CO2 pour évaluer l'évolution de ce taux dans un local. Pour plus d'informations sur les hypothèses et les calculs réalisés, veuillez consulter le fichier de calcul XLSX. Ce formulaire est le résultat d'un travail exploratoire en cours de maturation et il convient donc d'accueillir les résultats avec une certaine prudence et circonspection.

Superficie du local :   m²
Hauteur sous plafond :   m
Nombre d'adultes :   adulte(s)
Nombre d'enfants :   enfant(s)
 
Aération de la salle avant votre arrivée :   faible (700 PPM à votre arrivée)
 moyenne (600 PPM à votre arrivée)
 excellente (500 PPM à votre arrivée)
 
 
Ventilation mécanique de la salle :    aucune ou faible
  dans la moyenne
  excellente
 



Taux de CO2 au bout d'une heure :   PPM
 
Délai préconisé entre deux aérations : 
pour rester sous 800 PPM    
 mn
 
Délai préconisé entre deux aérations : 
pour rester sous 1000 PPM    
 mn


Qualité de l'air

Taux de CO2 > 1500 PPM Basse qualité, une aération s'impose.
1000 PPM < Taux de CO2 < 1500 PPM Qualité modérée, il faut aérer.
Taux de CO2 < 1000 PPM Qualité moyenne, premier palier à atteindre.
600 PPM < Taux de CO2 < 800 PPM Excellente qualité, valeur cible à viser.
Taux de CO2 ~ 420 PPM Air frais, à l'extérieur.

 
Fabriquer son détecteur pour l'aération


Nous vous proposons différents modèles de détecteurs de CO2 "à feux tricolores" à fabriquer soi-même, dans un "fab-lab" ou ailleurs, répondant à des spécifications :
  • Koneko : solution simple et rapide avec affichage du taux de CO2 sur un smartphone via le bluetooth.
  • Neko : solution à feux tricolcores la plus simple et rapide à réaliser, du fait notamment qu'aucun circuit imprimé n'est nécessaire.
  • Kanaria : il nécessite la fabrication d'un circuit imprimé
  • Kujira : assemblage délicat à réaliser du fait de la géométrie retenue
  • Nezumi : détecteur de poche, en cours de développement
Modèle "Koneko"

Tutoriel de fabrication
Fabrication du boitier
Modèle "Neko"

Tutorial et fichiers pour fabrication (français et anglais)
Modèle "Kanaria"

Tutorial et fichiers pour fabrication
 
Modèle "Kujira"

Modèle CAO STEP
Modèles CAO STL
Modèle "Nezumi"

En cours de développement.
Cabler son prototype

Tutorial de cablage de différentes configurations

 
Acheter un détecteur à feux tricolores pour l'aération


Ci-dessous quelques capteurs que nous vous signalons du fait de la technologie employée, de leurs performances et de leur facilité d'emploi en vue de favoriser l'aération d'un local.

Modèle Watterott - 72 €

Rustique, sans boitier mais avec 4 leds très lumineuses et un signal sonore (persistant)
Modèle ARANET4 - 200 €

Semble faire l'unanimité chez de nombreux utilisateurs de part le monde...
Modèle CLASS'AIR - à partir de 300 €

Fabrication française et livré avec un certificat d'étalonnnage.

 
Comment choisir la technologie de son capteur ?

Les critères de choix d'un capteur sont :
  • Exactitude : différence entre la mesure et la valeur vraie du taux de CO2,
  • Plage de mesure : taux mini et maxi mesurables - pour notre application, entre 400 PPM et 2000 PPM suffisent,
  • Selectivité : capacité à identifier spécifiquement le CO2 sans être perturbé par d'autres composés présents dans l'air,
  • Temps de réponse : peu impactant pour notre application.
  • Facilité de mise en en oeuvre : pour permettre une intégration aisée dans un circuit électronique,
  • Disponibilité : il devra être disponible rapidement en France,

Pour une première approche des capteurs CO2, vous pouvez consulter cette page https://learn.kaiterra.com/en/air-academy/carbon-dioxide-sensors.

Trois grandes familles de capteurs sont disponibles :

Capteurs électrochimiques

Ils sont composés d'une anode et d'une cathode permettant une réaction électrochimique impliquant le CO2. Le capteur peut être plus ou moins discrimant, ce qui impacte son prix de vente.

Capteurs MOX

Ce sont des capteurs qui ne détectent pas directement le CO2 dans l'air mais propose un taux équivalent dit "eCO2". Ils sont peu chers, faciles à mettre en oeuvre mais sensibles à la présence d'autres composés dans l'air qui peuvent fausser la mesure équivalente de CO2. Les valeurs qu'ils renvoient sont souvent à prendre avec une grande prudence voire circonspection.

Capteurs NDIR (Non-Dispersive Infra Red)

Ces capteurs sont plus chers mais sont aussi plus performants. Ce sont ceux que l'on rencontre le plus souvent dans les systèmes dotés ou revendiquant de bonnes performances. Ils sont souvent recommandés et c'est ce type de capteurs que nous privilégions pour nos applications.


 
Etalonner ou calibrer son capteur : une étape indispensable


Un capteur doit être obligatoirement étalonné ou calibré; sans cette opération, la valeur qu'il va renvoyer pourra être erronnée, parfois dans de grandes proportions. Il convient de lire attentivement la notice d'utilisation du capteur utilisé.

Il existe trois principales façons d'étalonner un capteur :

Calibration en usine : le capteur arrive déjà étalonné et prêt à l'emploi; c'est la solution la plus simple et la plus robuste, mais aussi la plus coûteuse. Une "dérive" dans le temps peut être constatée, nécessitant une nouvelle calibration. Il faut donc se conformer aux recommandations du fabricant.

Calibration "manuelle" : à l'extérieur, on peut s'attendre à obtenir un taux de CO2 de 420 PPM qui est une valeur moyenne constatée. En plaçant votre appareil de mesure à l'extérieur, vous devriez donc obtenir cette valeur. C'est en suivant cette procédure que beaucoup de calibration "manuelle" se réalise : on place l'appareil à l'extérieur et on lui indique qu'il va mesurer un taux de 420 PPM, ce qu'il enregistre pour s'étalonner.

Calibration "automatique" : dans ce cas, le capteur est doté d'un mécanisme logiciel interne qui lui permet de se calibrer automatiquement; pour cela il est indipensable que le capteur mesure un taux relativement bas de CO2 sur une période de 24h. Il peut être fait l'hypothèse, par exemple, que la nuit, les locaux étant inoccupés, le taux de CO2 redescend à des niveaux bas. Une calibration automatique peut prendre plusieurs jours pour être effective.

Pour nos tests et vérifier l'exactitude de nos mesures, nous avons utilisé un capteur calibré en usine qui nous semble de très bonne facture et qui est livré avec un certificat d'étalonnage : le détecteur de CO2 Class'Air

Il existe également des appareils permettant de calibrer un capteur de CO2, comme celui présenté sur cette page.

La page CO2 sensor calibration : what you need to know fait un tour d'horizon des différents modes de calibration d'un capteur de C02.

Ci-dessous, un exemple de mesures réalisées sur plusieurs capteurs et faisant apparaitre des problèmes de calibration, parfois dûs à une calibration automatique mal réalisée ou en cours. Dans cet exemple, on relève une différence de 400 PPM entre les différents capteurs, ce qui peut faire passer d'une qualité de l'air considérée comme excellente (800 PPM) à une qualité modérée (1200 PPM).


 
Bonnes pratiques et des conseils d'aération


Les consignes d'aération telles que proposées par l'ADEME (source du document) :





Les consignes d'aération telles que proposées par le ministère de l'environnement allemand (source du document traduit par @flight_behav):



 
Consulter d'autres ressources


  • Comment bien aérer les pièces ?, article de "Pour la science"

  • Ecole'Air : Les outils pour une bonne gestion de la qualité de l’air dans les écoles de l'ADEME

  • Coronavirus SARS-CoV-2 : chauffage, aération, ventilation, préparation hivernale des bâtiments de la HCSP

  • COVID-19 Aerosol Transmission Estimator du Prof. Jose L Jimenez
    en anglais, simulateur extrêmement complet, pour évaluer de nombreuses situations

  •  
    D'autres projets d'établissements scolaires et de makers


    Lycée Richelieu de Rueil-Malmaison
    twitter.com/PierreMauborgne
    Lycée Vilgénis de Massy
    twitter.com/ATSVilgenis
    Lycée Berthelot de Toulouse
    twitter.com/lycee_berthelot
     
    twitter.com/M_Gadget_ Edulab / Univ. de Rennes Octopus

     
    Remerciements et contacts

    Merci à tous ceux sans qui ce projet n'aurait pas pu être réalisé et qui contribuent à le développer : enseignants-chercheurs, médecins, industriels, professionels de la santé-sécurité au travail, ...

    Pour toute question, suggestion ou proposition d'aide, merci d'adresser un message à l'adresse dédiée : eole.co2@gmail.com