Conception et réalisation d'un système multicapteurs portable intelligent en vue de la détection des gaz polluants N02, H2S et S02 en mélange de faible concentration

Abstract

Les systèmes multicapteurs intelligents de gaz (nez électroniques) connaissent actuellement un développement accru pour de nombreux domaines d'applications. Inscrit dans le large domaine de la lutte contre la pollution atmosphérique, notre travail a pour but principal la réalisation et la validation d'un nez électronique portable et autonome. Après avoir situé ce besoin dans le cadre de la mesure en continu des polluants atmosphériques et présenté le principe de nez électronique, nous établissons les propriétés requises du prototype à concevoir. Pour répondre aux critères de flexibilité, faible coût, robustesse et portabilité, nous justifions le choix des capteurs de gaz (six capteurs à oxydes métalliques), de l'unité intelligente (microcontrôleur et mémoire Compact Flash), ainsi que des autres composants et leur assemblage. Le prototype réalisé a été validé en laboratoire pour la détection de trois gaz polluants : H2S, NO2 et SO2 seuls ou en multiples mélanges, en faible concentration correspondant à une pollution industrielle près de sources émissives. Plusieurs paramètres représentatifs des différentes phases et variations des réponses temporelles des capteurs ont été sélectionnés. Une base d'apprentissage est constituée à partir de ces paramètres et exploitée à l'aide d'une méthode de classification supervisée (Analyse Factorielle Discriminante). Nous avons obtenu une très bonne classification de la composition des atmosphères gazeuses étudiées, ainsi que des concentrations de chaque constituant. Les règles de décision établies et implantées dans la mémoire du prototype ont permis l'identification avec succès des échantillons inconnusThe intelligent gas sensor array systems (electronic nose) present an increasing development in many fields of applications. Concerning the campaign against the atmospheric pollution, the principally aim of our work is to realize and to validate a portable and autonomous electronic nose. After a state of the art on real time measurement of pollutant gases and the presentation of the principle of an electronic nose, a nomination of requirements for the engineering of a prototype is indicated. In order to fulfil the criteria of flexibility, cheapness, robustness and portability, we justify the choice of the six metal oxide gas sensors and the intelligent unit (microcontroller and Compact Flash memory) as well as the other components and their assembly. The realized prototype has been validated in laboratory for the detection of three pollutants gases: H2S, NO2 and SO2 in isolated state or in various mixtures with the small concentrations of industrial pollution near of emission sources. We have chosen multiple representative parameters of different phases and variations of the response of all the sensors. These parameters constitute a learning base and they are explored by a supervised classification method (Discriminant Factorial Analysis). We obtain a very good classification of the studied gas atmospheres as well as the concentrations of each atmospheric component. The obtained decision rules, which have been established in the memory of the prototype, allow the successfully identification of unknown gas composition samplesMETZ-SCD (574632105) / SudocSudocFranceF