Les capteurs de CO2

Rédigé par Kevin Sartor - -

On parle beaucoup de qualité de l'air et du CO2 dans les espaces publics ou privés (surtout depuis le dernier CODECO du 17/11/21). Voici quelques conseils sur le choix des capteurs disponibles sur le marché afin de pouvoir mesurer ce gaz.

Les capteurs de CO2 vs eCO2

Il existe deux "grands" types de capteurs "nus": les capteurs de CO2 de type NDIR (infrarouge non dispersif) et d'eCO2. Les capteurs d'eCO2 (pour équivalent CO2) sont généralement moins chers (~20 €) que les capteurs de CO2 traditionnels (~50 €). Cependant, ces capteurs d'eCO2 ne mesurent pas directement le CO2 mais d'autres gaz et ils en extrapolent la valeur du CO2. Ce type de mesure étant tributaire d'autres composants présents dans l'air elle est beaucoup moins stable et moins précise et il est donc déconseillé d'utiliser ce type de capteurs pour des mesures précises (régulation par exemple).

Les capteurs de CO2 les plus courants dans le domaine de l'électronique reposent en général sur un capteur infrarouge qui mesurent le nombre de particules qui absorbent une lumière d'une longueur d'onde déterminée. Toutefois, un nouveau (mi 2020) type de capteur repose sur la mesure d'une onde photoacoustique (en anglais) a fait son entrée sur le marché. Il possède l'avantage, comme il n'est pas optique, d'être moins sensible aux "particules" présentes dans l'air.

Plage de mesure

En général, on choisira un capteur allant de 0 à 2 000 ppm ou à 5 000 ppm dans le cadre de la ventilation des locaux. En pratique, au delà de 2 000 ppm, il est souhaitable d'aérer le local et donc si l'utilisation du capteur est seulement d'indiquer à l'utilisateur que l'air est chargé en CO2, une gamme de mesure jusqu'à 2 000 ppm est suffisante. Dans le cas où l'on veut estimer les pics de CO2 dans un local peu ventilé, une gamme de mesure jusqu'à 5 000 voire 10 000 ppm est alors préférable.

En automobile et dans le domaine de la combustion, il existe des capteurs mesurant plusieurs pourcents de CO2 présents dans un mélange gazeux. Pour rappel 1 % est égal à 10 000 ppm

Erreur de mesure

L'erreur de mesure des capteurs NDIR n'est toutefois pas négligeable. Voici un tableau reprenant les erreurs de mesure en fonction de capteur "nu" c'est-à dire vendu en tant que composant électronique à implémenter dans un dispositif commercial. Celle-ci se compose d'une erreur fixe et d'une erreur variable proportionnelle à la valeur mesurée:

Capteur Gamme Erreur fixe [ppm] Erreur variable %V
MH-Z19 0-5000 50 5%
Sensirion SCD30 400-10000 30 3%
CU-1106SL-N 0-5000 100 5%
CU-1106H-NS  0-10000 30 3%
CU-1106LS  400-5000 50 5%
CU-1106 0-5000 50 5%

Grâce à ces valeurs, on peut donc déterminer l'erreur absolue en fonction de la valeur qui est lue par le capteur. Ici j'ai regardé les erreurs absolues (en ppm) commises pour une mesure de 500, 900 (valeur recommandée pour la ventilation des lieux durant le COVID) et 1200 ppm (maximum dans les lieux de travail):

Capteur 500 900 1200
MH-Z19 ±75 ±95 ±110
Sensirion SCD30 ±45 ±57 ±66
CU-1106SL-N ±125 ±145 ±160
CU-1106H-NS  ±45 ±57 ±66
CU-1106LS  ±75 ±95 ±110
CU-1106 ±75 ±95 ±110

On peut constater que l'erreur absolue est de l'ordre de 11 à 30 % de la valeur mesurée pour une mesure de 500 ppm et est de 7 à 13% dans le cas d'une mesure de 1200 ppm, ce qui est loin d'être négligeable vu que ce sont des ordres de grandeur des mesures pratiquement rencontrées dans les groupes de ventilation.

Il est important de souligner que la mesure est également dépendante de la température et de la pression auxquelles s'effectuent la mesure. Il est donc conseillé de se renseigner sur les facteurs correctifs à appliquer afin de corriger la valeur.

Dérive et étalonnage

La dérive consiste en une variation constante des résultats en fonction du temps alors que le capteur se trouve dans les mêmes conditions. C'est pour cette raison qu'il convient d'étalonner le capteur à intervalles réguliers. Dans le cas de capteurs commerciaux (c'est à dire des capteurs nus implémentés dans un boitier), ce processus peut être automatique, manuel ou réalisé par le fabricant. S'il est réalisé par le fabricant, cela implique un cout annuel plus important du capteur et une non disponibilité si celui-ci doit être renvoyé au fournisseur.

Dans le cas d'un étalonnage manuel, il convient de mentionner que la pratique la plus courante consiste à placer le capteur à l'extérieur. La valeur lue est alors assimilée à une concentration de 400 ppm (valeur généralement admise pour l'air extérieur). Toutefois, la concentration de l'air extérieur peut varier en fonction de l'environnement (ville / campagne / ...) mais également en fonction du moment de la mesure.

Dans le cas d'un étalonnage automatique, il est nécessaire que le capteur soit soumis à une concentration de 400 ppm de manière assez fréquente (par exemple une fois par jour ou par semaine). En général, dans les locaux ventilés par un groupe de ventilation dédié, cela ne pose pas problème puisque l'air est renouvelé avec de l'air extérieur. Par contre dans le cas de locaux ventilés naturellement et fortement étanche, il se peut que l'étalonnage automatique induise une erreur significative si celui-ci s'effectue lors d'une concentration plus élevée. De plus, comme dans le cas de l'étalonnage manuel, il est probable que le moment où la concentration la plus faible de CO2 soit mesurée ne soit pas exactement de 400 ppm en fonction des conditions évoquées (environnement, moment de la mesure) mais aussi en fonction de la ventilation naturelle ou forcée du local.

Où placer ces capteurs

En principe la concentration de CO2 d'un local est homogène mais en fonction des ouvrants, des cloisons..., celle-ci peut varier. Il est recommander de placer le capteur:

- A une hauteur comprise entre 1.2 et 1.8 m (hauteur "humaine")

- Éloigné d'un ouvrants ou d'une bouche d'aération

- Éloigné d'un utilisateur dont le souffle, chargé en CO2, peut faire varier significativement la concentration mesurée

 Edit: Références

Après quelques recherches voici quelques sources qui confirment les conseils évoqués dans cet article:

https://emploi.belgique.be/sites/default/files/content/documents/Coronavirus/CapteursCO2.pdf

http://lafabrique.centralesupelec.fr/webinaireco2/document/BS_20210204_WebinaireCO2.pdf

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