Comités de citoyens et nez électroniques Étude de cas

 

 

L’étude de cas présentée dans les pages qui suivent a fait l’objet d’une intervention dans le cadre des rencontres ISOEN 2017 qui se sont tenues à Montréal dans l’enceinte de l’Université McGill à la fin du moi de mai 2017 (voir notre précédent numéro). La totalité de la présentation effectuée par le Professeur Andreas Schütze de l’Université de Saarlandes en Allemagne est disponible dans la section OdoMag Science du site OdoMag.com.

 

Depuis plusieurs années, les citoyens de la région de Warndt, en Allemagne, se plaignent de nuisances olfactives. La source présumée, située en France, de l’autre côté de la frontière, est une usine pétrochimique. Les mesures classiques effectuées selon les normes n'indiquaient aucune nuisance olfactive importante. Un ensemble de capteurs de type MOS (Metal Oxyde Sensor) très sensibles et peu coûteux a été déployé dans la région. Parallèlement, un réseau de citoyens a été créé afin de fournir des données de référence pour l’entraînement de ces capteurs. Les résultats d'une première période de surveillance couvrant trois mois indiquent que ces systèmes de capteurs pourraient être une solution appropriée. 

 

Illustration 1
Légende : 
Losange rose : site d’où proviennent les odeurs
Cercles jaune : Nez électroniques
Points bleus : Citoyens bénévoles 

 

Les nuisances causées par les émissions gazeuses sont évaluées en fonction de leur nature. Pour les polluants connus, les instruments analytiques fournissent des mesures techniques fiables. Les odeurs, cependant, doivent être évaluées par une analyse sensorielle humaine. Dans le cas étudié, la complexité est augmentée par la taille de la zone concernée et la rareté des occurrences. 

 

Cet article rapporte une étude pilote combinant un réseau de nez électroniques (capteurs MOS) et un ensemble de comités de citoyens. Ces comités sont formés de résidents bénévoles de la région touchée par des odeurs désagréables. Nous avons constaté que les données des citoyens peuvent être utilisées pour corriger la réaction des capteurs. Il s'agit d'une condition préalable importante pour l'étalonnage des réseaux de capteurs liés à la surveillance en ligne.

 

Nez électronique en situation

Capter les odeurs de manière fiable et objective présente un défi majeur pour les systèmes de capteurs. 

 

Une des raisons est la complexité des odeurs comprenant une multitude de substances, une autre raison est la perception humaine hautement subjective des odeurs qui dépend des caractéristiques physiologiques et psychologiques individuelles. L'olfactométrie est utilisée pour l'évaluation des odeurs objectivées en utilisant un panel de personnes testées ayant une perception olfactive validée. Toutefois, cette approche n'est ni applicable aux mesures en ligne, ni à l'observation en continue. 

 

Comités de citoyens

Au début du projet, tous les résidents de la région touchée ont reçu des questionnaires correspondant à la norme VDI 3883 ce qui a permi d’obtenir un aperçu de la situation. 

 

Ainsi a-t-on pu déterminer les meilleures périodes de la journée (tôt le matin, le soir), la météo (vent du sud-ouest, l'inversion atmosphérique), la qualité des odeurs (chimiques, doux, piquants) et les sites d'installation possibles des capteurs. 50 résidents de 8 villages ont participé aux comités de citoyens. Un formulaire Internet a été mis en place et les participants ont été invités à entrer au moins deux observations par jour sur les odeurs cibles connues. 

 

Au total, 8500 rapports d'odeurs ont été soumis pendant deux périodes d'acquisition au cours de l'hiver 2014/2015 (Période I) et l'été 2015 (Période II). Comme les rapports étaient plutôt rares dans la période I, une deuxième période a été effectuée, ce qui a permis une augmentation de la participation de plus de 100%.Cela a également permis d'examiner l'hypothèse d'une différence considérable entre les saisons. En hiver, les «autres odeurs» étaient plus fréquentes (poêles à bois et au charbon privés). En été, la corrélation entre l'odeur cible et les vents du sud-ouest est plus élevé.

 

Une analyse spatiale a abouti à un «hot spot» pour les rapports d'odeurs cibles composés de trois villages au nord-est de la source présumée. En ce qui concerne les directions principales du vent dans la région, cela semble plausible. Notez que le village le plus proche de la source, Lauterbach, n'a révélé aucun impact olfactif pertinent.

 

Définition et identifications des événements

La sélection d'un ensemble de données de référence basé sur les rapports d'odeurs du réseau de citoyens s'est révélée difficile en raison des horaires définis. Une variance supplémentaire a été causée par la topographie, la répartition spatiale et les différences dans la perception individuelle.

 

Afin de générer des données d’entraînement fiables pour les capteurs, les rapports ont été regroupés dans des “événements”. Chaque “événement” comprend plusieurs rapports et indique s'il y avait une majorité claire “d’odeur cible", "pas d'odeur" ou "autre odeur" dans un laps de temps donné. 

 

Au cours de la période I, les événements devaient être extraits manuellement. Un événement cible provoqué par la source présumée devrait se propager dans la direction du vent et éventuellement se résorber.

 

Dans la période II, un algorithme a été utilisé pour traiter les données beaucoup plus denses et ensuite réduit manuellement pour optimiser le temps de chaque événement. Sur 136 événements identifiés, 31 ont été sélectionnés pour entraîner les capteurs et les autres ont été utilisés pour validation.

 

Entrainement des nez électroniques

 

Le résultat de l’entraînement des nez électroniques a été validé sur la base d'une série de séries temporelles continues.  L’illustration 3 montre une partie de cette série indiquant les événements de formation et de validation et un seuil d'alarme possible. 

Ce seuil peut être adapté pour obtenir soit des faux positifs (fausses alarmes), soit des résultats faussement négatifs (alarmes manquées).

 

Un cycle diurne peut être observé mais ne correspond pas aux enregistrements de référence de l'humidité ambiante. Par conséquent, des influences météorologiques supplémentaires telles que la température et l'irradiation semblent avoir une incidence sur la concentration atmosphérique des composés organiques volatils (COV).

 

Un autre aspect évident à partir de l’illustration 2 est la relation entre l'échelle spatiale et la réponse temporelle lors d'un événement d'odeur. Alors que les événements à grande échelle entraînent une variation lente de la valeur de sortie, les perturbations locales montrent des variations de fréquence élevée. 

 

Un barbecue à proximité et un feu de camp ont causé des fluctuations fortes et rapides de la réponse du capteur. L'écart de données précédent était dû à une panne de courant accidentelle.

 

Des résultats similaires ont été trouvés pour les quatre installations de capteurs à partir de la zone considérée "hot spot".

 

Ce que nous avons appris

 

Ce projet pilote a permis de comprendre principalement deux choses dans le domaine de la surveillance des odeurs ambiantes : premièrement, la sensibilité des capteurs MOS semble suffisante pour détecter les niveaux d'odeurs pertinents sur le site d'impact lorsqu'ils sont utilisés de manière adéquate. 

 

Deuxièmement, la nécessité d'avoir des points de référence appropriés pour l’entraînement des capteur à partir d'un algorithme basé sur des données du monde réel a pu être mené à bien avec succès grâce à l’implication des résidents concernés. Cependant, la résolution temporelle des observations des citoyens doit être améliorée.

 

Conclusions

Des travaux ultérieurs porteront sur l'applicabilité des réseaux de mesure dans l’impacts des odeurs. 

 

La performance et la connectivité des systèmes de capteurs doivent être améliorées pour inclure des substances d'odeur plus pertinentes. D'autre part, un réseau très dense, et les rapports de méta-données et d'odeurs correspondants génèrent une quantité énorme de données brutes. Le stockage, le  prétraitement et l'analyse de ces données dans un contexte d'application en temps réel nécessitent un cadre logiciel très flexible et polyvalent. Il conviendra également de prendre en compte l'accessibilité et la représentation des données sur différents niveaux d'expertise ainsi que la maintenance et le contrôle à distance des systèmes.

 

Une autre question importante est la comparabilité et la reproductibilité des résultats. Les efforts de normalisation en cours (en particulier la norme VDI 3518 Partie 3) devront tenir compte des lignes directrices pour les systèmes de surveillance des odeurs d'air ambiant, ainsi que des routines d'essai correspondantes.

 

Définition :
VDI 3883 : VDI est l’acronyme du nom de l’association des ingénieurs en Allemagne. La norme VDI 3883 porte sur les formulaires de recueille des informations concernant les odeurs. 
Voir ici https://goo.gl/6Jho5b