Brevet FR3035216A1 — publié le 20161021

Dispositif de comptage des particules fines dans l'air ambiant à l'aide d'un téléphone portable La présente invention se rapporte aux compteurs de particules fines en suspension dans l'air et notamment celles qui ont des diamètres inférieurs à 10 microns et qui peuvent provoquer une pollution néfaste pour la santé. ETAT DE LA TECHNIQUE Les instruments de comptage de particules fines en suspension dans l'air permettent de mesurer le taux de pollution de l'air ambiant. Différentes techniques sont connues pour effectuer ce comptage de particules (appelées aussi poussières) dans l'air, notamment la déviation ou la réflexion d'un faisceau de lumière laser qui traverse un flux d'air chargé en particules, ou le comptage au microscope des particules retenues par un filtre qui a été traversé par un flux d'air à analyser. Les appareils en question utilisent souvent des procédés optiques (laser, microscope) qui rendent ces appareils assez chers et peu portables. Or la connaissance du taux de pollution de l'air que nous respirons en permanence est une information importante pour la santé de chacun. L'intégration à moindre coût d'un dispositif de mesure de particules fines dans un appareil portable très répandu, notamment un téléphone mobile serait donc une innovation intéressante pour la prévention de la santé de tous. Des boîtiers de mesure portables existent déjà qui peuvent ensuite communiquer leurs résultats d'analyse à un téléphone mobile par l'intermédiaire d'une liaison sans fil. Mais ces boîtiers de mesure comprennent une optique complète et une électronique dédiée, ce qui fait qu'ils ne peuvent pas être aisément combinés avec un téléphone portable ou un autre appareil portable, car cela augmenterait l'encombrement et le coût de l'ensemble. BUT DE L'INVENTION L'invention a pour but de décrire un dispositif qui mesure la concentration de particules fines contenues dans un volume d'air ambiant en utilisant les composants optiques et informatiques d'un autre dispositif électronique portable, en particulier en réutilisant la fonction photographique d'un téléphone portable, ce qui 3035216 2 va réduire au final le coût global du dispositif et le rendra moins encombrant, donc plus portable. En outre, le téléphone portable étant de loin de dispositif électronique portable le plus utilisé par le public, l'intégration d'une fonction de mesure de concentration de particules dans un téléphone portable est assurée d'avoir l'impact 5 positif le plus élevé sur la santé du public. RESUME DE L'INVENTION Les termes «poussière» et «particule» sont ci-après utilisés indifféremment pour définir un corps solide de très faibles dimensions, éventuellement invisible à 10 l'oeil nu et d'une quelconque nature chimique. Le terme « téléphone portable » est utilisé à titre de simplification, non seulement pour les téléphones portables en tant que tels dans la mesure où ils sont pourvus d'une fonction de prise de photographies, mais pour tout autre dispositif électronique portable disposant d'une telle fonction, par exemple les tablettes 15 électroniques ou autres. L'invention a donc pour objet un dispositif de comptage de particules fines en suspension dans l'air ambiant, caractérisé en ce qu'il comporte: - un boîtier comprenant un moyen d'aspiration situé entre une entrée d'air et une sortie d'air et apte à générer un flux d'air, une surface de captation devant 20 laquelle passe ledit flux d'air chargé de particules fines et sur laquelle viennent se poser les particules fines de l'air aspiré, et des moyens optiques adaptés au grossissement de l'image des particules fines posées sur ladite surface ; - un téléphone mobile comprenant un appareil photo numérique pourvu d'une lentille optique disposée de manière à assurer la prise et l'affichage de photos 25 numériques de l'image agrandie des particules fines posées sur ladite surface. De façon avantageuse, le boitier peut être constitué par une coque de téléphone portable, connue en soi pour assurer la protection du téléphone contre les chocs ou rayures, mais modifié selon l'invention en y intégrant un moyen d'aspiration et des moyens optiques. 30 Dans un mode de réalisation avantageux, lesdits moyens optiques du boitier comportent une lentille convergente disposée en regard de la lentille optique du téléphone mobile, les lentilles étant choisies et agencées de manière à assurer la 3035216 3 netteté des photos numériques de l'image agrandie des particules fines posées sur ladite surface. Selon un mode de réalisation, la surface du boitier qui sert à capter les particules est plane et de couleur uniforme, mais d'autres configurations sont 5 possibles. Cette surface est notamment de couleur sombre ou claire afin que les particules photographiées se détachent de façon visible sur le fond formé par la couleur de la surface. Bien entendu, il sera possible d'optimiser la visibilité des particules fines sur l'image photographiée, soit en ajustant les paramètres de l'image photographiée, soit 10 en sélectionnant la couleur de la surface, de manière à assurer une bonne visibilité des particules fines par rapport à l'aspect de la surface. Le dispositif selon l'invention comporte en outre un programme informatique apte à analyser lesdites photos numériques de manière à repérer, dimensionner et compter les particules fines qui se sont déposées sur ladite surface de captation et 15 qui apparaissent sur lesdites photos comme des pixels dont la luminosité est contrastée par rapport à la luminosité des pixels de ladite surface de captation. De préférence, la surface de captation est soumise à un champ électrostatique de manière à attirer et déposer sur la surface les poussières qui passent à sa proximité sous l'effet du flux d'air. 20 De préférence, les moyens optiques et le programme informatique sont configurés pour capter et détecter des particules ayant d'une part des diamètres compris entre 10 et 5 microns ou entre 5 et 2,5 microns ou entre 2,5 et 1 microns, et d'autre part des diamètres supérieurs à la taille d'un pixel afin que lesdites particules soient identifiables par ledit programme informatique. 25 Dans un mode de réalisation préférentiel, le boîtier du dispositif comporte une batterie électrique qui est rechargeable par une surface photovoltaïque qui est positionnée sur une des faces externes dudit boîtier. Selon un autre mode de réalisation préférentiel, la surface de captation et les poussières qui se sont déposées dessus sont éclairées par une lampe qui est soit 30 intégrée audit boîtier soit intégrée audit téléphone. Cette lampe est idéalement constituée par la lampe du flash de l'appareil photographique dudit téléphone. L'invention prévoit que le boîtier est amovible et peut se déplacer ou se dissocier totalement du téléphone portable pendant les périodes de non utilisation de 3035216 4 la fonction de détection de particules, afin de dégager la vue à la lentille optique du téléphone et permettre audit téléphone mobile de prendre des photos en mode normal. Le boitier est relié au téléphone portable par une connexion filaire et/ou 5 d'ondes électromagnétiques de manière à échanger avec lui des informations ou des commandes nécessaires soit au comptage des particules, soit à la transmission des résultats des mesures à des dispositifs situés à distance aptes à centraliser les mesures et à les exploiter au niveau statistique. Les informations ou commandes échangées entre le téléphone et le boitier 10 incluent le débit et le temps d'aspiration du volume d'air, le déclenchement de la lampe d'éclairage et/ou de la prise de vue d'une photo numérique de la surface de captation, le choix d'une mesure instantanée ou d'une mesure relative du nombre de particules déposées sur ladite surface, la nécessité ou non de nettoyer cette surface plane. 15 L'invention prévoit que le programme informatique est configuré pour calculer la concentration des particules photographiées par taille, par poids et par unité de volume d'air aspiré. En outre, il peut être configuré pour lancer un calcul de concentration de particules suite à une demande manuelle ponctuelle de l'utilisateur, ou de façon automatique, répétitive et programmée. 20 Le dispositif selon l'invention comporte une fonction de mémorisation, d'affichage sur l'écran du téléphone et de transmission à distance par un réseau de communication, notamment téléphonique, des mesures de concentration de particules qu'il a effectuées. Une telle transmission par un grand nombre de téléphones permettra notamment d'obtenir une image quasiment en temps réel de la 25 situation de pollution par particules dans une zone, là où les systèmes actuels ne permettent qu'un faible nombre de mesures ponctuelles au niveau de stations dédiées. Le dispositif selon l'invention prévoit en principe l'association d'un téléphone mobile et d'un boitier de captation et de mesure des particules fines, ce boitier étant 30 fixé par un moyen quelconque, par exemple par clipsage sur le téléphone. Mais une variante plus intégrée pourra prévoir de modifier le téléphone mobile pour intégrer les moyens de captation, de photographie et de mesure des particules, directement dans le boitier du téléphone portable. 3035216 5 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention est maintenant décrite plus en détails à l'aide de la description des figures 1 à 2 indexées. 5 La figure 1 est un schéma général du dispositif (P) vue en coupe. La figure 2 représente trois images numériques (2A, 2B, 2C) différentes prises par l'appareil photo du téléphone mobile (1) du dispositif (P). En référence au schéma général du dispositif (P) de la figure 1, un téléphone portable (1) comprend un appareil de prises de vues photographiques 10 numériques qui utilise une lentille optique (3) et permet de visualiser les photos sur un écran d'affichage numérique (2). Un boîtier (4) comprend un dispositif (10) d'aspiration (12) et de refoulement (11) de l'air ambiant qui est chargé en poussières (6). Ledit boîtier (4) comprend aussi une surface de préférence plane (7) et de couleur uniforme sur laquelle viennent se déposer les poussières (8) qui passent à 15 proximité et qui sont contenues dans l'air ambiant aspiré. L'attirance des poussières (6,8) vers ladite surface plane (7) est provoquée par un champ électrostatique (non illustré) éventuellement créé par une batterie électrique (5). Afin de mieux détecter les particules posées sur la surface (7), il est préférable que celle-ci soit de couleur uniforme et mate, non réflective, sur laquelle 20 les particules seront visibles par réflexion, quelle que soit leur couleur. En éclairant les particules de façon appropriée, on verra donc une surface noire mate sur laquelle se détacheront des particules brillantes. Ledit boîtier (4) comprend aussi une lentille convergente (9) qui est positionnée entre la lentille optique (3) du téléphone (1) et ladite surface plane (7), 25 les deux lentilles (3 et 9) étant alignées suivant leur axe optiques (A), de sorte que la diminution de la focale résultant de ce couplage optique (3,9) permette un grossissement de l'image des particules (8) sur le fond d'image uniforme de la surface plane (7). Ce grossissement, qui peut être supérieur à 300 fois, permet à un programme informatique connu en soi de repérer et de comptabiliser les particules 30 (8) qui se sont accrochées à la surface plane (7) durant un certain temps de fonctionnement de l'aspiration, et d'en déduire la concentration de particules d'une dimension donnée, par unité de volume d'air. Le contraste de l'image des particules peut être amélioré en éclairant les particules par une lumière (non illustrée) alors que 3035216 6 le fond de l'image, qui est celui de la surface plane (7), reste sombre. Le contraste de l'image peut aussi être amélioré par un traitement informatique approprié de ladite image. Dans un mode de réalisation particulier le boitier (4) peut être rendu 5 autonome en énergie électrique grâce à la charge de la batterie électrique (5) par un capteur solaire photovoltaïque (13) placé sur une des faces dudit boîtier (4). La figure 2 montre l'écran (2) du téléphone portable (1) qui affiche trois images photographiques différentes (2A, 2B, 2C) qui représentent chacune ladite surface plane (7) qui est de couleur uniforme (fond d'écran noir) et une pluralité de 10 particules (taches et points blancs) présentant des densités surfaciques différentes. Une application informatique intégrée au téléphone (1) et connue de l'homme de métier, permet de comptabiliser ces particules par granulométrie et d'en déduire une concentration statistique et massique de particules par unité de volume d'air ambiant. 15 EXEMPLE DE REALISATION Un exemple de réalisation du dispositif (P) est composé d'un téléphone mobile (1) qui est apte à prendre des photos avec une résolution de 16 MégaPixels et de les afficher sur l'écran (2). Une lentille optique complémentaire (9) de type 20 sphérique de 2 mm de diamètre est comprise dans un boîtier (4) d'aspiration d'air et permet à l'appareil photo du téléphone portable (1) de prendre des photos nettes d'une surface plane (7) de couleur noire uniforme ayant des dimensions de 4 x 4 mm, soit une surface de 16 mm2. La résolution de l'appareil photo permet alors de discerner en théorie des poussières (8) d'une surface de 16 / 16.000.000 mm2 soit 25 d'environ 1 micron de diamètre. Le contraste des images est amélioré en éclairant la surface plane (7) et les poussières qui sont déposées dessus par une lampe LED blanche (non représentée) alimentée électriquement par une batterie rechargeable de 3,6 V intégrée dans ledit boîtier (4). La surface plane (7) de couleur noire de 4 x 4 mm est chargée en tension électrostatique de 7kV à partir de ladite batterie 30 rechargeable (5) de 3,6 V et par l'intermédiaire d'un amplificateur de tension électronique. L'aspiration de l'air dans le boîtier (4) se fait par une mini pompe ayant une section d'entrée de 20 x 46 mm, alimentée sous 3V et qui fournit un débit de 70 ml/mn. 3035216 7 AVANTAGES DE L'INVENTION En définitive l'invention répond bien aux buts fixés en permettant de calculer 5 la concentration de particules fines contenues dans un volume d'air ambiant en utilisant les composants optiques et informatiques de la fonction photographique d'un téléphone portable. REVENDICATIONS1- Dispositif (P) de comptage de particules fines (6) en suspension dans l'air ambiant, caractérisé en ce qu'il comporte: - un boîtier (4) comprenant un moyen d'aspiration (10) situé entre une entrée d'air (12) et une sortie d'air (11) et apte à générer un flux d'air, une surface (7) devant laquelle passe ledit flux d'air chargé de particules fines et sur laquelle viennent se poser les particules fines de l'air aspiré, et des moyens optiques (9) adaptés au grossissement de l'image des particules fines (6) posées sur ladite surface (7) ; - un téléphone mobile (1) comprenant un appareil photo numérique pourvu d'une lentille optique (3) disposée de manière à assurer la prise et l'affichage de photos numériques (2A, 2B ou 2C) de l'image agrandie des particules fines (6) posées sur ladite surface. 2 - Dispositif (P) selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens optiques (9) du boitier (4) comportent une lentille convergente (9) disposée en regard de la lentille optique (3) du téléphone mobile (1), les lentilles (3,9) étant choisies et agencées de manière à assurer la netteté des photos numériques (2A, 2B ou 2C) de l'image agrandie des particules fines (6) posées sur ladite surface. 3 - Dispositif (P) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ladite surface (7) du boitier (1) est plane et de couleur uniforme. 4 -Dispositif (P) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que qu'il est configuré pour permettre d'optimiser la visibilité des particules fines sur l'image photographiée, soit en ajustant les paramètres de l'image photographiée, soit en sélectionnant la couleur de la surface, de manière à assurer une bonne visibilité des particules fines par rapport à l'aspect de la surface. 5 - Dispositif (P) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un programme informatique apte à analyser lesdites photos numériques (2A, 2B, 2C) de manière à repérer, 3035216 9 dimensionner et compter les particules fines (8) qui se sont déposées sur ladite surface (7) et qui apparaissent sur lesdites photos comme des pixels dont la luminosité est contrastée par rapport à la luminosité des pixels de ladite surface plane (7). 5 6 - Dispositif (P) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite surface (7) est soumise à un champ électrostatique de manière à attirer et déposer sur sa surface (7) lesdites poussières (8) qui passent à sa proximité sous l'effet du flux d'air. 10 7 - Dispositif (P) selon l'une quelconque des revendications (5,6), caractérisé en ce que lesdites particules (6,8) ont d'une part des diamètres compris entre 10 et 5 microns ou entre 5 et 2,5 microns ou entre 2,5 et 1 microns, et d'autre part des diamètres supérieurs à la taille d'un pixel afin que lesdites particules (6,8) 15 soient identifiables par ledit programme informatique. 8 - Dispositif (P) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit boîtier (4) comporte une batterie électrique (5) qui est rechargeable par une surface photovoltaïque (13) qui est positionnée sur une des 20 faces externes dudit boîtier (4). 9 - Dispositif (P) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite surface (7) et les poussières (8) qui se sont déposées dessus sont éclairées par une lampe qui est soit intégrée audit boîtier (4) soit 25 intégrée audit téléphone (1). 10 - Dispositif (P) selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite lampe est constituée par la lampe flash de l'appareil photographique dudit téléphone (1). 30 11 - Dispositif (P) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit boîtier (4) est amovible et peut se déplacer ou se dissocier totalement du téléphone portable (1) pendant les périodes de non fonctionnement 3035216 10 afin de dégager la vue à ladite lentille optique (3) et permettre audit téléphone mobile (1) de prendre des photos. 12 - Dispositif (P) selon l'une quelconque des revendications précédentes, 5 caractérisé en ce que ledit boîtier (4) est relié au téléphone portable (1) par une connexion filaire et/ou d'ondes électromagnétiques de manière à échanger avec lui des informations ou des commandes nécessaires au comptage des particules (6,8). 13 - Dispositif (P) selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdites 10 informations ou commandes échangées entre le téléphone (1) et le boitier (4) incluent le débit et le temps d'aspiration du volume d'air, le déclenchement de la lampe d'éclairage et/ou de la prise de vue de ladite photo numérique (2A, 2B ou 2C), le choix d'une mesure instantanée ou d'une mesure relative du nombre de particules déposées sur ladite surface plane (7), la nécessité ou non de nettoyer ladite surface 15 plane (7). 14 - Dispositif (P) selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit programme informatique est configuré pour calculer la concentration de particules par taille, par poids et par unité de volume d'air aspiré. 15 - Dispositif (P) selon la revendication 14, caractérisé en ce que ledit programme informatique est configuré pour lancer une mesure de concentration de particules suite à une demande manuelle de l'utilisateur, ou de façon automatique et programmée. 16 - Dispositif (P) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une fonction de mémorisation, d'affichage sur l'écran dudit téléphone (1) et de transfert à distance par un réseau de communication téléphonique des données de concentration de particules qu'il a effectuées. 20 25 30