<figure><img src="image_1.png" /></figure>

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# Caractérisations, tests, études, conception et développement d'une station instrumentée IoT low cost pour étudier les Gaz à Effet de Serre\_Projet ECOLOGGING.

Pierre Bordenave, Alexia Mathou, Frédéric Raspail, Philippe Chaumeil, Franck Salin, Arnaud Ducanchez, Pierre Trichet

## ► To cite this version:

Pierre Bordenave, Alexia Mathou, Frédéric Raspail, Philippe Chaumeil, Franck Salin, et al.. Caractérisations, tests, études, conception et développement d'une station instrumentée IoT low cost pour étudier les Gaz à Effet de Serre\_Projet ECOLOGGING.. INRAe UEFP. 2024. hal-04967053

HAL Id: hal-04967053

https://hal.inrae.fr/hal-04967053v1

Submitted on 26 Feb 2025

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Public Domain
# Conception et développement d'une station instrumentée pour étudier les Gaz à Effet de Serre

## Références :

https://doi.org/10.17180/f3nr-fw27 ; https://hal.inrae.fr/hal-04967053

* Pierre Bordenave<fnref n="1" />, Alexia Mathou<fnref n="1" />, Frédéric Raspail<fnref n="2" />, Philippe Chaumeil<fnref n="2" />, Franck Salin<fnref n="2" />, Arnaud Ducanchez<fnref n="3" />, Pierre Trichet<fnref n="4" />.

## Contacts :

pierre.bordenave@inrae.fr ; alexia.mathou@inrae.fr ; frederic.raspail@inrae.fr ; philippe.chaumeil@inrae.fr ;
franck.salin@inrae.fr, arnaud.ducanchez@supagro.fr et pierre.trichet@inrae.fr ;

## 1. Contexte

Le climat et les écosystèmes entretiennent une relation complexe et réciproque, influençant mutuellement leur régulation. Cette interdépendance est au cœur de phénomènes socio-économiques et culturels majeurs, en raison des impacts du changement climatique sur les activités humaines, les ressources naturelles et la biodiversité. Comprendre et caractériser ces influences est essentiel pour mieux anticiper les évolutions futures.

Pour cela, la mesure des paramètres environnementaux, notamment dans l'air, est cruciale. Parmi ces paramètres figurent les Gaz à Effet de Serre (GES) tels que le CO₂, le CH₄, les formaldéhydes, ainsi que les particules fines. Au sein d'INRAe, nous utilisons des analyseurs de gaz de marques reconnues comme Campbell Scientific ou LICOR, qui offrent des performances élevées dans l'acquisition de données environnementales.

Dans ce contexte, nous avons développé un équipement innovant : une station de mesure des Gaz à Effet de Serre destinée à compléter les données fournies par les équipements de haute précision existants. Cet outil répond à plusieurs exigences scientifiques :

1. **Modularité, transportabilité et évolutivité** : une station adaptable aux besoins scientifiques grâce à des capteurs interchangeables et renouvelables.

2. **Autonomie énergétique** : une conception permettant une utilisation dans des environnements isolés.

3. **Transmission fiable des données** : un système capable de s'adapter aux contraintes des lieux d'installation, notamment les zones éloignées ou mal desservies par les réseaux.

4. **Compromis optimal entre précision et coût** : garantir une qualité de mesure satisfaisante tout en maîtrisant les coûts de fabrication.

Pour répondre à ces critères, notre choix technologique s'est porté sur un microcontrôleur de type Arduino, connu pour sa facilité d'utilisation, sa communauté active, sa disponibilité en open source et son coût réduit, à la fois économique et énergétique, en comparaison au

<footnote n="1">¹ INRAe, UEFP 69 route d'Arcachon, 33610 Cestas, France</footnote>

<footnote n="2">² INRAe, UMR BIOGECO 69 route d'Arcachon, 33610 Cestas, France</footnote>

<footnote n="3">³ INRAe, UMR ITAP, 2 place Pierre Viala, 34060 Montpellier, France</footnote>

<footnote n="4">⁴ INRAe, UMR ISPA 69 route d'Arcachon, 33610 Cestas, France</footnote>
Raspberry Pi. De plus, la gestion du développement de cet instrument a été inspirée des méthodologies Agile, favorisant flexibilité et efficacité.

Cet article détaille les étapes clés du développement du projet **ECOLOGGING**, visant à mesurer les Gaz à Effet de Serre : choix et validation des capteurs, conception d'un système autonome en énergie, packaging, déploiement sur site, et transmission des données via la 4G.

## 2. Choix, validation et développement des capteurs

Les Gaz à Effet de Serre sont composés, en particulier, de CO₂ et CH₄ que nous cherchons à mesurer à travers leurs taux grâce à des capteurs low-cost. Nous nous intéressons également à l'acquisition d'un phénomène important comme les polluants de l'air ayant un impact sur le climat (Particules fines et HCHO (formaldéïdes)). Ainsi, la figure 1 présente l'ensemble des gaz que l'on souhaite mesurer dans ce projet.

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>**Figure 1.** Répartition des gaz à effet de serre mesurés dans le projet.</figcaption></figure>

### 2.1 Les capteurs de CO₂

Tout naturellement, nous nous sommes intéressés au capteurs de CO₂. Il en existe une multitude (Figure 2). Afin de sélectionner le capteur le plus adapté, nous avons réalisé, en collaboration avec l'Institut Agro Montpellier, une étude de répétabilité, de reproductibilité et de justesse avec une sélection de capteur (SCD30, SEN0220, Gravity Ref 35000 Gotronic (SEN0219), Gravity Grove 101020067 (MHZ)).
<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>**Figure 2.** Photos des différents capteurs de CO₂ étudiés.</figcaption></figure>

Comme illustré sur la figure 3, les capteurs étudiés fonctionnent avec la technologie NDIR qui est non dispersive. Cette technologie NDIR utilise une lampe infrarouge pour envoyer des ondes de lumières à travers un tube rempli d'air contenant du CO₂. Les molécules de CO₂ absorbent une partie spécifique de la lumière, qui est mesurée à l'autre bout du tube par un détecteur. Cette mesure est proportionnelle au nombre de molécules de CO₂ présent dans le tube. Le capteur convertit la mesure en un signal numérique utilisé par le microcontrôleur.

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>**Figure 3.** Schéma de fonctionnement d'un capteur utilisant la technologie NDIR.</figcaption></figure>

Le tableau 1 présente les caractéristiques techniques des capteurs de CO₂ qui sont étudiés.

<table><caption>**Tableau 1.** Caractéristiques techniques des capteurs de CO₂ étudiés.</caption><thead><tr><th>CAPTEUR</th><th>SEN0220</th><th>SCD30</th><th>MH-Z16</th><th>SEN0219</th></tr></thead><tbody><tr><th>VOLTAGE</th><td>4,5 ~ 5,5 V DC</td><td>3,3 ~ 5 V</td><td>4,5 ~ 6 V</td><td>4,5 ~ 5,5 V DC</td></tr><tr><th>ECHELLE DE MESURE</th><td>0 ~ 50 000 ppm</td><td>0 ~ 40 000 ppm</td><td>0 ~ 5 000 ppm</td><td>0 ~ 5 000 ppm</td></tr><tr><th>PRÉCISION</th><td>± (50 ppm + 5% de lecture)</td><td>± (30 ppm + 3% de lecture)</td><td>± (50 ppm + 5% de lecture)</td><td>± (50 ppm + 3% de lecture)</td></tr><tr><th>TEMPS DE CHAUFFAGE</th><td>3 min</td><td>7 jours (1h à l'air libre tous les jours)</td><td>10 s</td><td>3 min</td></tr><tr><th>TEMPS DE RÉPONSE</th><td>T90 &lt; 30s</td><td>T63 = 8 s</td><td>T90 &lt; 30s</td><td>120s</td></tr></tbody></table>

Des tests statistiques ont été réalisé à l'aide du logiciel R studio afin de valider les performances des différents capteurs. Le tableau 2 présente les résultats pour le capteur SEN0220 et le tableau 3 fait une synthèse des résultats de l'ensembles des capteurs testés.
<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>**Tableau 3.** Bilan des résultats des tests statistiques pour les différents capteurs de CO₂.</figcaption></figure>

<table><thead><tr><th></th><th>Test de reproductivité</th><th>Test de répétabilité</th><th>Test de justesse</th><th>Praticité</th></tr></thead><tbody><tr><td>SEN0220</td><td>-</td><td>+</td><td>++</td><td>+</td></tr><tr><td>SEN0219</td><td>?</td><td>++</td><td>++</td><td>-</td></tr><tr><td>SCD30</td><td>-</td><td>--</td><td>~</td><td>--</td></tr><tr><td>MH-Z16</td><td>-</td><td>-</td><td>--</td><td>+</td></tr></tbody></table>

A partir des résultats de cette étude, deux capteurs sortent du lot qui sont le SEN0220 et le SEN0219. Ainsi, et compte tenu des facilités d'utilisation du SEN0220, il a été décidé de continuer avec ce dernier.

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>**Figure 4.** Photo du capteur de CO₂ (SEN0220) ref 35002.</figcaption></figure>

Pour confirmer la validité et les performances de ce capteur, nous avons mené des tests de reproductibilité et de répétabilité sur trois capteurs de CO₂ identiques, référence SEN020, à l'aide d'une bouteille de gaz standard fournie par Air Liquide (mélange SAPHIR à 410 mol/ppm, réf. SM190086427). Les capteurs de CO₂ ont été installés dans une canalisation en acier inoxydable, permettant d'orienter le flux dynamique du gaz étalon pour un balayage homogène.
<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>**Figure 5.** Photo de la canalisation en acier inox pour le balayage du Gaz étalon.</figcaption></figure>

Lors de chaque expérience, nous relevons la température et l'humidité de l'air ambiant afin de collecter un maximum d'informations sur l'environnement. Les résultats de cette étude sont présentés à partir de la figure 6.

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>**Figure 6.** Résultats des tests en extérieur du SEN0220 avec flux de CO₂ pure étalon à 410mol/ppm.</figcaption></figure>

Le capteur SEN0220 n°1 a fourni des données complètement aberrantes, c'est pourquoi nous n'avons pas inclus ses résultats dans cette analyse.

À la lecture des graphiques, nous pouvons conclure que le capteur de CO₂ SEN0220 est beaucoup plus stable dans une plage d'humidité relative comprise entre 40 % et 95 %.

Les diagrammes en boîte (box plots) montrent que lorsque la température augmente et que l'humidité relative diminue, les données mesurées deviennent plus stables et se rapprochent des 410 mol/ppm de la bouteille de gaz étalon (cela suggère que les données sont concentrées autour de la médiane).

Lorsque l'humidité relative est supérieure à 95%, les box plots indiquent qu'il y a une grande variation des données. Il reste toutefois indispensable de vérifier les capteurs avant chaque déploiement.
## 2.2 Les capteurs de CH$_4$

Après de nombreuses recherches, le seul capteur disponible présentant un bon compromis entre coût et plage de mesure adaptée à nos besoins est le modèle SEN0565 (figure 7) de chez Gotronic. Ses caractéristiques principales sont présentées dans le tableau 4 ci-dessous.

<table><caption>**Tableau 4.** Caractéristiques techniques du capteur de CH$_4$ ref 38445.</caption><thead><tr><td>Capteur CH4</td><td>Plage de mesure</td><td>Durée de vie</td><td>Température de service</td><td>Humidité de fonctionnement</td></tr></thead><tbody><tr><td>SEN0565</td><td>0 à 10000ppm</td><td>5ans</td><td>-10 à 50°C</td><td>15 à 90%</td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>**Figure 7.** Photo du capteur de CH$_4$ (SEN0565) ref 38445.</figcaption></figure>

C'est le seul capteur pouvant réaliser des mesures de CH$_4$ de 0 à 10000ppm.

Pour valider ce capteur, nous avons réalisé l'expérience suivante : quatre capteurs SEN0565 ont été installés dans une canalisation en acier inoxydable. Cette canalisation permet de concentrer le flux dynamique des gaz étalons (10 mol/ppm, 100 mol/ppm et 500 mol/ppm) fournis par Air Liquide sur les capteurs. Cette configuration vise à vérifier leur bon fonctionnement et à évaluer leur répétabilité.

Voici les résultats obtenus à 10mol/ppm (figure 8), 100mol/ppm (figure 9) et enfin à 500mol/ppm (figure 10).

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>**Figure 8.** Résultats des tests en extérieur du SEN0565 avec flux de CH$_4$ à 10mol/ppm.</figcaption></figure>
<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>**Figure 9.** Résultats des tests en extérieur du SEN0565 avec flux de CH₄ à 100mol/ppm.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>**Figure 10.** Résultats des tests en extérieur du SEN0565 avec flux de CH₄ à 500mol/ppm.</figcaption></figure>

Nous constatons que les capteurs de CH₄ ne sont pas stables. En effet, ils varient beaucoup trop et ils ne peuvent donc pas être utilisés pour ce type d'application.

## 2.3 Les capteurs de HCHO (formaldéïdes)

Quant aux capteurs de formaldéïdes HCHO (figure 11), la validation est réalisée par la société CHROMATOTEC spécialisée en chromatographie et sur les gaz rares. Les caractéristiques des capteurs à l'étude sont présentées dans le tableau 5.

<table><caption>**Tableau 5.** Caractéristiques techniques du capteur de HCHO ref 33612.</caption><thead><tr><td>Capteur HCHO</td><td>Plage de mesure</td><td>Résolution</td></tr></thead><tbody><tr><td>HCHO grove 101020001</td><td>1 à 50ppm</td><td></td></tr><tr><td>HCHO SEN0231</td><td>0 à 5ppm</td><td>0,01ppm</td></tr></tbody></table>
<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>**Figure 11.** Photos des capteurs de HCHO (a) ref 33612 et (b) 35407.</figcaption></figure>

Le formaldéhyde d'une bouteille de gaz à 1,3 ppm a été dilué avec de l'air zéro provenant d'un générateur de gaz sec. Les mesures ont été effectuées en air sec, à des concentrations en formaldéhyde allant de 0 à 133 ppb, ce qui correspond à la gamme cible pour l'air ambiant intérieur. L'air ambiant extérieur présente généralement des concentrations de l'ordre de 1-10 ppb. Les capteurs de formaldéhyde ont été exposés au même mélange qu'un analyseur de référence (AirmoF, Chromatotec). Les capteurs testés étaient 4 HCHO grove 101020001 (HCHOA0, HCHOA2, HCHOA4, HCHOA6), et un Gravity SEN0231. L'ensemble des résultats sont présentés sur les figures 12 et 13. Pour des concentrations allant de 0 à 102 ppb, le HCHOA0, HCHOA2, HCHOA4 ont mesuré entre 210 et 5208 ppb, et HCHOA6 a mesuré entre 1160 et 11862 ppb. Les signaux formaient des paliers et aucune tendance n'a été observée à ces valeurs, démontrant que ces concentrations se trouvent en dessous de la limite de détection du capteur. A 133 ppb, les réponses de HCHOA0, HCHOA2, HCHOA4, HCHOA6 étaient significativement différentes, avec des valeurs mesurées de 12143 ppb (HCHOA6) à 16836 ppb (HCHOA0) et une variabilité de l'ordre de 10 à 15%. Ainsi, on a pu observer que ces capteurs ne sont pas capables de fournir de mesures en dessous de 102 ppb et que leur calibration était erronée d'un facteur 80-130. Le capteur Gravity SEN0231, quant à lui, n'a répondu à toutes les concentrations d'exposition que par une unique valeur : 65303 ppb. Il ne semble donc pas fonctionnel dans les conditions testées.

<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>**Figure 12.** Comparaison de la Chronologie des signaux de l'analyseur de référence aux capteurs testés.</figcaption></figure>
<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>Figure 13. Courbe de réponse des capteurs testés entre 7 et 133 PPB.</figcaption></figure>

## 2.4 Les capteurs de particules fines

En ce qui concerne le capteur de particules fines, nous avons choisi le capteur réf. 36275 (figure 14), car il offre la résolution la plus fine ainsi qu'une plage de température et d'humidité de fonctionnement particulièrement adaptée à nos besoins de mesure en extérieur. Ses caractéristiques techniques sont données dans le tableau 6.

<table><caption>Tableau 6. Caractéristiques techniques du capteur de HM3301 ref 36275.</caption><thead><tr><td>Capteur de qualité de l'air</td><td>Plage de mesure</td><td>Résolution</td><td>Température de service</td><td>Humidité de fonctionnement</td></tr></thead><tbody><tr><td>HM3301 ref 36275</td><td>1 à 500µg/m³</td><td>1µg/m³</td><td>-10 à 60°C</td><td>10 à 90%</td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>Figure 14. Photo du capteur de particules fines ref 36275.</figcaption></figure>

Pour valider ce capteur, nous ne disposons pas de bouteilles de gaz étalon. Pour pallier à ce problème, nous avons donc déployé l'installation en extérieur afin d'effectuer des mesures, puis de les comparer aux données issues de sites observatoires tels qu'ATMO Bordeaux ou IGAIR.

A savoir que d'autres capteurs participants aux Gaz à Effet de Serres existent. Ils n'ont pu être testés par manque de temps et de finances. Par contre, ils sont programmés et donc utilisables,
comme par exemple les capteur d'O₂ (Ref 37681 ; 37018 et 34026), un capteur d'O₃ (Ref 37711) et de NO₂ (Ref 37710 et Ref 38451).

De plus, la plupart des capteurs testés et validés possèdent une humidité de fonctionnement comprise en 10 et 90%. Pour pouvoir travailler dans des conditions extérieures qui peuvent être comprises entre 90 et 100 d'humidité, il faut penser à un système qui pourra passivement sécher une partie de l'échantillon.

## 3. Le packaging et les premiers résultats

Nous avons développé deux stations instrumentées autonomes : l'une dédiée aux mesures des Gaz à Effet de Serre (GES) et l'autre, aux mesures météorologiques, couplées aux mesures de GES.

Dans cette section consacrée à la présentation du projet, nous détaillerons l'étude énergétique réalisée, le descriptif des stations, ainsi que les premiers résultats obtenus et quelques comparatifs.

### 3.1. Développement de l'alimentation des deux stations et leurs autonomies en énergie

Nous avons étudié la consommation en énergie de ces deux équipements en utilisant un module USB qui permet de connaitre en temps réel la tension, le courant et la consommation sur la durée (Ref Gotronic 36115). Ceci nous permet de faire un bilan énergétique.

Nous présentons dans un premier temps, le bilan énergétique des deux stations à travers le tableau 7.

<table><caption>Tableau 7. Bilan énergétique des deux stations.</caption><thead><tr><td>Consommation Electrique :</td><td>VDC</td><td>A</td><td>P en W</td></tr></thead><tbody><tr><td>Ecologging GES + 4G</td><td>5,01</td><td>0,50</td><td>2,48</td></tr><tr><td>Ecologging GES + Météo + 4G</td><td>5,36</td><td>0,723</td><td>3,80</td></tr></tbody></table>

Dans un second temps, nous présentons le temps d'autonomie des deux stations à partir de la figure 15.

<figure><img src="image_17.png" /><figcaption>Figure 15. Temps d'autonomie des deux stations.</figcaption></figure>
Nous constatons que la station GES + météorologie possède une autonomie moins importante que le station GES seul, ce qui est due à une plus grande consommation électrique des équipements qui sont en plus.

Les stations sont autonomes en énergie (sur panneau solaire) et nous utiliserons une batterie à décharge lente de type 12VDC et 50Ah. Pour la régulation de charge nous utilisons un régulateur de type SOL10UC3 qui consomme peu d'énergie <6mA. Voir schéma de câblage ci-dessous.

Le schéma de la figure 16 présente le câblage électrique pour l'alimentation énergétique des deux stations.

<figure><img src="image_18.png" /><figcaption>**Figure 16.** Schéma de câblage de l'alimentation énergétique des deux stations.</figcaption></figure>

Le système énergétique associé à ces deux stations a déjà été déployé et testé. Il s'est révélé robuste. Cependant, pour un déploiement sur des périodes plus longues, il sera nécessaire d'utiliser une batterie d'environ 75 Ah. De plus, pour maximiser la recharge de la batterie, il est essentiel que les panneaux solaires soient placés dans un environnement ouvert et dégagé.

## 3.2. Le packaging

Pour effectuer des mesures de gaz à effet de serre (GES), les capteurs sont intégrés dans un système comprenant une canalisation en acier inoxydable, un tube en PTFE (Téflon, utilisé pour acheminer l'échantillon d'air à analyser), une tête d'aspiration (fournie par LiCor) et une petite pompe à vide fonctionnant en 5 VDC. Cette pompe à vide permet de créer un flux dynamique.

Nous avons choisi ces matériaux en raison de leur adaptation spécifique à la technologie du vide primaire et/ou secondaire. L'acier inoxydable offre une excellente résistance aux
intempéries, tandis que le Téflon ne se déforme pas sous l'effet de la chaleur, résiste aux rayons du soleil et, surtout, ne libère pas de composés volatils.

Le schéma de la figure 17 illustre le système de canalisation et la chambre d'analyse.

<figure><img src="image_19.png" /><figcaption>**Figure 17.** Schéma de la canalisation « chambre d'analyse » pour les GES.</figcaption></figure>

Les capteurs sont insérés dans la chambre d'analyse de manière à ce que l'échantillon d'air analysé les traverses. Les câbles (d'alimentation et de communication) passent par des passages (traversées) étanches, assurant une parfaite étanchéité pour éviter toute contamination environnementale de l'échantillon. Par ailleurs, des systèmes d'accroche spécifiques pour les capteurs ont été conçus (voir photos figure 18).

<figure><img src="image_20.png" /><figcaption>**Figure 18.** Photos du Système de centrage pour les capteurs dans la canalisation.</figcaption></figure>

Le système peut être utilisé seul ou couplé à la station météorologique. La station enregistre les données sur une carte micro SD, avec une acquisition effectuée toutes les 10 ou 20 secondes. Une moyenne horaire est calculée pour le système GES + météo, tandis qu'une moyenne toutes les 30 minutes est réalisée pour la station GES seule.
Les données sont transmises via un réseau 4G et récupérées à l'aide du logiciel Node-Red.

<figure><img src="image_21.png" /><figcaption>**Figure 19.** Photos de la station instrumentée météorologique et GES.</figcaption></figure>

La station GES fonctionnera de la même façon sauf que nous pourrons réaliser une moyenne toutes les 30min ou 15min ou toutes les heures en fonction de nos besoins. Les photos de la figure 20 présentent la station GES.

<figure><img src="image_22.png" /><figcaption>**Figure 20.** Photos de la station instrumentée GES.</figcaption></figure>

Avant le déploiement en extérieur, nous avons voulu nous assurer le bon fonctionnement de la station instrumentée (les capteurs, la transmission, l'acquisition, sauvegarde...) et nous avons obtenu ces graphiques sous Node-Red (figure 20). Nous avons fait bruler à différents moments du carton en (2) et fait fonctionner un briquer (1).
<figure><img src="image_23.png" /><figcaption>**Figure 20.** Graphique sous Node-Red station GES.</figcaption></figure>

Nous observons bien des variations de concentration en fonction des émissions de fumées. Selon les fiches techniques et nos résultats de vérification, les capteurs fonctionnent dans une plage d'humidité relative comprise entre 0 % et 90 %, voire 95 %. Cependant, en extérieur, le taux d'humidité peut souvent dépasser 90 %, notamment pendant la nuit où il peut atteindre 100 %.

Pour remédier à cela, nous avons conçu une canne d'aspiration équipée d'un by-pass manuel. Ce by-pass permet de fonctionner soit avec l'humidité ambiante, soit avec un tube de Nafion utilisé comme déshumidificateur pour l'échantillon à analyser.

<figure><img src="image_24.png" /><figcaption>**Figure 21.** Photos de la canne d'aspiration avec son by-pass.</figcaption></figure>

Dans la prochaine partie, nous allons présenter les premiers déploiements de la station GES et GES + météorologique dans le Parc de l'INRAe de CESTAS Pierroton.
## 3.3. Les premiers résultats

La Station GES et météorologique a été déployée du Lundi 09 Juillet au Lundi 16 Juillet inclus dans le Parc de l'INRAe de CESTAS Pierroton dans le but d'étudier son comportement et de voir les mesures obtenues pour les différentes variables acquises. Et une deuxième session de mesure a été réalisée avec juste la station GES du 29 Juillet au 05 Aout 2024.

<figure><img src="image_25.png" /><figcaption>**Figure 22.** Photo du déploiement de la station GES + météorologie.</figcaption></figure>

Puis la station GES a été déployée du 29 Juillet au 05 Aout 2024. Les données ont été acquises toutes les 30min.

<figure><img src="image_26.png" /><figcaption>**Figure 23.** Photo du déploiement de la station GES.</figcaption></figure>
Nous avons visualisé pendant le déploiement les données en temps réel avec le logiciel Node-Red.

<figure><img src="image_27.png" /><figcaption>**Figure 24.** Visualisation des données du 29 Juillet au 05 Aout 2024 sous Node-Red pour la station GES.</figcaption></figure>

Nous avons profité de ce déploiement pour présenter les premiers résultats les plus intéressant (Ceci concerne que le Capteur de CO2 SEN0220) et aussi comparer le capteur de Particules fines aux données des sites observatoires sur la criticité de l'air (Figures 25 et 26).

<figure><img src="image_28.png" /><figcaption>**Figure 25.** Mesure de CO₂ avec la station GES + météo du 08/07/2024 au 15/07/2024.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_29.png" /><figcaption>**Figure 26.** Mesure de CO₂ avec la station GES du 29 07 2024 au 03 08 2024.</figcaption></figure>
Lors du déploiement des deux stations, nous constatons une fluctuation des données de CO₂ en ppm. Ces variations correspondent bien au cycle jour/nuit des plantes, caractérisé par les échanges gazeux : la photosynthèse durant la journée et le dégazage de CO₂ pendant la nuit.

<figure><img src="image_30.png" /><figcaption>**Figure 27.** Comparaison des particules fines de la station GES + météorologique au site observation IQAIR Nouvelle aquitaine du 09 07 2024 au 16 07 2024.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_31.png" /><figcaption>**Figure 28.** Comparaison des particules fines de la station GES + météorologique au site observation IQAIR Nouvelle aquitaine du 29 07 2024 au 03 08 2024.</figcaption></figure>

En ce qui concerne l'étude des particules fines (PM2.5, PM10) et leur comparaison avec les données des sites d'observation de la qualité de l'air d'IQAIR Nouvelle-Aquitaine, les mesures acquises à l'aide du capteur HM3301 (réf. 36215) s'avèrent totalement aberrantes et ne présentent aucune corrélation observable.

Nous pouvons en conclure que le seul capteur déployé fournissant des données exploitables et interprétables est le capteur de CO₂ SEN0220.
## 4. Conclusion

Deux systèmes ont été déployés sur le site de CESTAS Pierroton (33). Ce déploiement nous a permis de tester l'efficacité, la modularité et de valider le développement définitif de ces deux stations, dans le but d'obtenir des résultats aussi précis que possible.

Les résultats obtenus pour les stations « GES » et « GES + météo » montrent que le cahier des charges a été respecté :

* Le capteur de Gaz à Effet de Serre opérationnel est le capteur de CO₂. Cependant, il devra être vérifié régulièrement avec une bouteille de CO₂ étalon.

* La transmission des données via le réseau 4G est efficace.

* Les données sont sauvegardées à distance à l'aide du logiciel Node-Red, qui permet également un monitoring en temps réel pour visualiser les données collectées sur le site étudié.

* Les données sont également enregistrées localement sur une carte microSD.

* L'autonomie énergétique des stations est de 140 heures pour la station GES seule et de 98 heures pour la station GES+météo.

* L'équipement est léger, pesant seulement 12 kg pour la station GES et 15 kg pour l'ensemble GES+météo. Il est facilement transportable, rapide et simple à installer. De plus, il est évolutif, modulable et son emballage est optimisé.

* Le système d'étude des Gaz à Effet de Serre peut fonctionner de manière autonome ou en combinaison avec la station météorologique, en fonction des besoins spécifiques. Cette configuration permet de collecter des informations précieuses sur la dynamique et l'orientation des Gaz à Effet de Serre.

* La chambre d'analyse est étanche au vide, garantissant des mesures fiables.

* Le coût total est de 1350 euros pour l'ensemble GES+météo et de 1000 euros pour le système GES seul.

Ces systèmes instrumentés, développés à faible coût, répondent à des besoins scientifiques précis tout en s'inscrivant dans un contexte de pression budgétaire croissante dans le domaine de la recherche publique. Leur modularité et leur simplicité d'utilisation permettent d'envisager un déploiement à plus grande échelle, même dans des zones isolées ou difficilement accessibles.

Sur le plan socio-économique, ces stations offrent un outil efficace pour mieux comprendre les interactions complexes entre le climat et les écosystèmes. Elles contribuent à évaluer l'impact des Gaz à Effet de Serre sur les écosystèmes et les activités humaines, telles que l'agriculture, la foresterie ou l'urbanisation. Ces informations sont essentielles pour développer des politiques publiques adaptées aux défis environnementaux, climatiques et économiques.

En outre, en fournissant des données précises et accessibles, ces systèmes peuvent servir de base pour sensibiliser les décideurs et le grand public aux enjeux des écosystèmes et du changement climatique. L'étude des écosystèmes, dans ce contexte, prend une dimension cruciale, non seulement pour la préservation de la biodiversité, mais également pour le développement de solutions durables face aux perturbations socio-économiques globales.
## Remerciements :

Je tiens tout particulièrement à remercier le département ECODIV qui a financé le développement du projet ECOLOGGING dans le but de développer de nouvelles acquisitions de mesures sur les écosystèmes en IoT.

Mais aussi, ce projet a bénéficié de l'apport financier de l'infrastructure nationale ANAee France au travers du programme d'actions initiatives des infrastructures nationales de l'AllEnvi en lien avec le Ministère chargé de la recherche (MESRI) pouvant me permettre de continuer de développer ce projet.

Je tiens aussi à remercier Pierre TRICHET, Frédéric BERNIER et Alexia MATHOU qui m'ont poussé, encouragé, soutenu à continuer de faire évoluer ce projet.

Régis BURLETT avec qui j'ai pu échanger sur le développement du système.

Arnaud DUCANCHEZ avec qui j'ai travaillé en collaboration sur des projets PEI de l'Institut Agro Montpellier (tous les étudiants qui ont participé aux projets).

Georges CHOLLON du LCTS (UMR Laboratoire des composites Thermostructuraux) et les acteurs de chez AIR LIQUIDE (Guillaume LADUYE, Madame BOURDIER et Mr GEOFFROY) qui m'ont conseillé pour les gaz.

Olivier RAVEL et Clément PIEL (Ecotron de Montpellier) qui m'ont conseillé pour les sécheurs à base de NAFION.

La société CHROMATOTEC qui m'a aidé à valoriser les capteurs pour le HCHO (Mr AMIET, Mme GRANDJEAN et Mr BOURGAIN).

La société Gotronic, cryotherm et Dgmeca (Gradignan 33) avec qui j'ai pu échanger sur divers points.

Frédérique GENERALE, Alexia MATHOU et Arnaud DUCANCHEZ pour l'aide à la relecture.

## Références bibliographiques :

### Pour un article en ligne :

https://www.gotronic.fr/art-capteur-de-gaz-hcho-grove-101020001-22956.htm

https://wiki.seeedstudio.com/Grove-HCHO_Sensor/

https://www.gotronic.fr/art-detecteur-de-ch4-sen0565-37672.htm

https://wiki.dfrobot.com/SKU_SEN0565_Fermion_MEMS_CH4_Sensor_breakout

https://www.gotronic.fr/art-capteur-de-qualite-de-l-air-101020613-29281.htm
https://wiki.seeedstudio.com/Grove-Laser_PM2.5_Sensor-HM3301/

https://github.com/tomoto/Arduino_Tomoto_HM330X

https://www.gotronic.fr/art-capteur-de-c02-infrarouge-sen0220-25726.htm

https://wiki.dfrobot.com/Infrared_CO2_Sensor_0-50000ppm SKU SEN0220

https://www.gotronic.fr/art-capteur-d-o2-grove-101990680-32549.htm

https://wiki.seeedstudio.com/Grove-Gas_Sensor-O2/

https://www.gotronic.fr/art-capteur-d-ozone-gravity-sen0321-32238.htm

https://wiki.dfrobot.com/Gravity_IIC_Ozone_Sensor (0-10ppm)%20SKU SEN0321

GitHub - Seeed-Studio/Seeed_SCD30: carbon dioxide sensor

CD_AN_SCD30_Design-In_Guidelines_D2.pdf (seeedstudio.com)

GitHub - SandboxElectronics/NDIRZ16: NDIR CO2 Sensor with UART/I2C Interface

https://www.gotronic.fr/art-capteur-de-c02-infrarouge-gravity-sen0219-25725.htm

https://wiki.dfrobot.com/Gravity_ANALOG_Infrared_CO2_Sensor For Arduino SKU SEN0219

https://www.accuweather.com/fr/fr/bordeaux/131913/air-quality-index/131913

https://www.iqair.com/fr/france/nouvelle-aquitaine/bordeaux

https://www.atmo-nouvelleaquitaine.org/air-commune/Bordeaux/33063/indice-atmo

Pour un Projet tuteuré :

UE-D “Expérimentation “ (2023) Sup Agro Montpellier rapport projet tuteuré : rapport
technique sur l’étude de différents capteurs de CO2

PEI N°27 (2022) Sup Agro Montpellier rapport projet tuteuré : rapport technique sur la programmation Station GES