Surveillance de la qualité de l'air intérieur dans les bâtiments modernes avec des capteurs intégrés avancés

Entre la maison, le bureau et l'école, nous passons une grande partie de notre temps à l'intérieur. Selon l'Agence des États-Unis pour la protection de l'environnement (EPA), les Américains passent environ 90 % de leur temps à l'intérieur, où la concentration de polluants est deux à cinq fois plus élevée qu'à l'extérieur. Toujours selon l'EPA, la plupart des polluants affectant la qualité de l'air intérieur (QAI) proviennent de sources internes à ces bâtiments, bien que certains puissent également provenir de l'extérieur.

La qualité de l'air étant directement liée à la santé et au bien-être humains, la surveillance de la qualité de l'air intérieur est devenue de plus en plus importante et répandue. Les exigences réglementaires renforcent l'intérêt pour ces solutions, grâce aux progrès réalisés dans le domaine des capteurs de qualité de l'air.

Sources de pollution intérieures et extérieures

Les sources typiques contribuant à la pollution de l'air intérieur incluent la fumée de tabac, les appareils à combustible, les cheminées à bois et à charbon, les matériaux de construction et le mobilier, ainsi que les produits ménagers tels que les détergents, les peintures et les désodorisants. Alors que la fumée et le feu peuvent libérer du monoxyde de carbone (CO), des oxydes d'azote (NOx) et des matières particulaires (PM) directement dans l'environnement intérieur, les produits ménagers peuvent introduire de nombreuses substances chimiques différentes directement dans l'air intérieur, y compris des composés organiques volatils (COV).

L'humidité relative (HR) et la température sont également considérées comme des paramètres QAI importants car elles ont un impact sur le confort, la santé et les niveaux d'autres polluants dans l'air.

Depuis l'extérieur, les polluants atmosphériques comme la fumée des cheminées peuvent pénétrer dans les habitations par les fenêtres, les systèmes de ventilation et les fissures des structures, tandis que le radon provenant des fondations des bâtiments peut également s'infiltrer par des fissures ou des interstices. Les substances chimiques volatiles présentes dans les réserves d'eau peuvent également polluer l'air intérieur lorsque les occupants d'un bâtiment utilisent cette eau pour se doucher, cuisiner et faire le ménage. De plus, en entrant dans les bâtiments, les personnes déposent involontairement de la terre et de la poussière présentes sur leurs chaussures et leurs vêtements, ainsi que des polluants qui adhèrent à ces particules.

En outre, l'air intérieur contient des contaminants biologiques tels que des virus et des bactéries, des squames animales, de la poussière, des acariens et du pollen, produits par les humains, les animaux et les plantes.

Risques sanitaires liés à la pollution atmosphérique

Une bonne qualité de l'air est essentielle à la santé humaine. Une mauvaise qualité de l'air peut entraîner des problèmes allant des maladies respiratoires à la fatigue et aux allergies, notamment des irritations des yeux, du nez et de la gorge. Les maladies cardiaques et certaines formes de cancer sont d'autres problèmes de santé graves associés aux polluants de l'air intérieur.

Le lien entre les polluants intérieurs courants tels que le radon, le CO, les bactéries Legionella et les problèmes de santé est bien établi. Par exemple, le radon, un cancérogène humain connu, est la principale cause de cancer du poumon chez les non-fumeurs. Une exposition de courte durée à des niveaux élevés de CO en environnements intérieurs peut également être mortelle. De plus, des épisodes de légionellose, une forme de pneumonie causée par l'exposition aux bactéries Legionella, ont été associés à des bâtiments dont les systèmes de climatisation ou de chauffage, les jacuzzis et la plomberie étaient mal entretenus.

Normes et conformité en matière de construction saine

Plusieurs normes ont été établies au fil des ans pour encadrer la surveillance et le maintien de la qualité de l'air intérieur. Il est important que les propriétaires d'immeubles résidentiels et commerciaux s'y conforment autant que possible afin de garantir le bien-être des occupants.

Les organismes qui fournissent de telles directives incluent l'EPA aux États-Unis, l'Organisation mondiale de la santé (OMS), l'Occupational Safety and Health Administration (OSHA), l'American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning (ASHRAE) et le WELL Building Institute. Les normes de construction bien connues qui exigent des systèmes de surveillance et de maintien d'une bonne qualité de l'air intérieur comprennent le California Title 24 (CA 24), élaboré par la California Energy Commission, et le système d'évaluation Leadership in Energy and Environmental Design (LEED) de l'U.S. Global Building Council (USGBC). La norme RESET Air Standard, en particulier, est une référence mondialement reconnue pour la surveillance et la certification QAI, axée sur la mesure en temps réel des paramètres de qualité de l'air intérieur importants.

Capteurs tout-en-un pour la surveillance précise de la pollution atmosphérique

Pour les fabricants de capteurs comme Sensirion, le respect des normes de construction en vigueur est indispensable pour répondre aux attentes du marché. C'est pourquoi ils conçoivent et fabriquent des produits compatibles avec les normes RESET, WELL, CA24 et LEED. De plus, contrairement aux produits traditionnels qui requièrent plusieurs capteurs pour la surveillance des paramètres QAI, Sensirion a simplifié la tâche en développant une solution intégrée dans un module compact facile à mettre en œuvre, la plateforme de capteurs SEN6x (Figure 1).

Grâce à des algorithmes intégrés, elle est capable de mesurer jusqu'à neuf paramètres environnementaux : PM1, PM2.5, PM4, PM10, humidité relative, température, indice COV, NOx, dioxyde de carbone (CO₂) et/ou formaldéhyde (HCHO).

Figure 1 : La plateforme de capteurs tout-en-un SEN6x est capable de mesurer jusqu'à neuf paramètres environnementaux. (Source de l'image : Sensirion AG)

Le composant clé du module SEN6x est son unité de détection de matières particulaires basée MEMS (microsystème électromécanique) miniaturisée, appelée SPS6x. Sa disposition géométrique brevetée, ses systèmes MEMS avancés et ses techniques de conditionnement permettent d'intégrer la source lumineuse, le détecteur, le traitement des signaux et l'algorithme dans une solution compacte et économique pour les mesures PM1, PM2.5, PM4 et PM10. Les algorithmes embarqués analysent la lumière diffusée pour déterminer la distribution granulométrique et la concentration massique des particules. La détection innovante des matières particulaires à l'échelle de la puce, associée à l'écoulement en gaine breveté, permet aux capteurs SEN6x d'offrir une longévité et une protection contre la poussière inégalées tout en consommant très peu d'énergie.

Le modèle principal disponible dans cette série est le SEN66, qui peut mesurer les matières particulaires, l'humidité relative, la température, les COV, les NOx et le CO₂. Pour permettre aux utilisateurs d'obtenir une lecture de température plus rapide et plus fiable à partir du module de capteur intégré, le SEN66 utilise le moteur Sensirion Temperature Acceleration Routine (STAR) propriétaire. Ce moteur estime dynamiquement la valeur de température avant que le produit final n'atteigne un état thermiquement stable.

Pour le développement d'applications, Sensirion propose le kit d'évaluation SEK-SEN66 (Figure 2). Il est fourni avec le nœud de capteurs SEN66 pour la mesure de plusieurs polluants, un câble adaptateur et un jeu de fils de raccordement pour le prototypage.

Figure 2 : Le kit d'évaluation SEK-SEN66 inclut le module de capteur intégré, un câble adaptateur et un jeu de fils de raccordement pour le prototypage. (Source de l'image : Sensirion AG)

Pour utiliser le logiciel convivial ControlCenter de Sensirion, l'utilisateur doit acheter séparément le SEK-SensorBridge (Figure 3), qui fournit l'interface entre le capteur et un ordinateur hôte.

Figure 3 : Le SEK-SensorBridge est l'outil d'interface universel de Sensirion pour l'évaluation des capteurs de l'entreprise. (Source de l'image : Sensirion AG)

Le guide technique SEK-SensorBridge explique la connexion physique de la carte d'évaluation du capteur au SensorBridge à l'aide du câble adaptateur, ainsi que la connexion à un PC via le câble USB.

Capteurs QAI discrets

Sensirion propose également plusieurs capteurs discrets de CO₂, d'humidité relative et de température. Pour la surveillance du CO₂, deux modèles se distinguent : le SCD43 et le STCC4 (Figure 4). Alors que le SCD43 est un capteur de CO₂ photoacoustique infrarouge non dispersif (NDIR), le STCC4 met en œuvre des techniques de détection de conductivité thermique. Présenté comme un capteur de CO₂ nouvelle génération, le STCC4 offre l'empreinte la plus compacte disponible chez le fournisseur (4 mm x 3 mm x 1,2 mm), ce qui permet de l'intégrer dans des petits dispositifs électroniques.

Figure 4 : Le STCC4 offre l'un des facteurs de forme les plus compacts pour les dispositifs électroniques. (Source de l'image : Sensirion AG)

Pour les applications axées sur les paramètres d'humidité relative et de température intérieures, la série SHT4x discrète offre une haute précision avec une consommation d'énergie réduite. Conçue pour les dispositifs mobiles fonctionnant sur batterie, elle est également conforme aux normes RESET et WELL.

Conclusion

Pour simplifier l'évaluation et l'application des moniteurs de qualité de l'air intérieur, Sensirion, expert en capteurs, a développé des solutions tout-en-un qui intègrent plusieurs capteurs avec des algorithmes et des logiciels. Ces solutions permettent de mesurer avec précision un large éventail de paramètres de qualité de l'air à l'aide d'un seul module compact. En plus de réduire les coûts et les délais de mise sur le marché, les modules de capteurs intégrés consomment également moins d'énergie. Parallèlement, Sensirion propose des capteurs discrets qui se distinguent par leur format compact, leur haute précision, leur stabilité à long terme et leur facilité d'intégration.