Le CO2, indicateur de confinement

Mineurs de fond tenant un canari en cage capable d'alerter sur la qualité de l'air à l'époque
Mineurs tenant un canari en cage capable d'alerter sur la qualité de l'air dans les mines à l'époque

La concentration de certains gaz dans l’air que nous respirons mérite d’être surveillée, pour des raisons fort différentes : monoxyde de carbone (CO), dioxyde de carbone (CO2), composés organiques volatiles de différentes natures (VOC), etc. Attardons-nous ici sur le cas du CO2, ou ‘’gaz carbonique’’.

Impact sur le réchauffement climatique

Difficile de faire l’impasse sur ce sujet, même s’il n’est pas au cœur du thème que nous souhaitons traiter ici.

Contrairement à ce que l’on pense parfois, le dioxyde de carbone est très peu présent dans l’atmosphère terrestre (dans son état actuel) : environ 0,04%, très loin derrière l’azote (78%), l’oxygène (21%) et l’argon (1%). L’effet de son augmentation dans l’atmosphère libre n’est donc pas de nous empêcher de respirer, mais de modifier la température moyenne et donc le climat, à travers le phénomène d’effet de serre qui limite la capacité de radiation thermique de la Terre.

Composition actuelle de l'atmosphère

Composition actuelle de l’atmosphère

 

Un enchaînement de phénomènes, essentiellement liés à l’activité humaine (déforestation et feux de forêts, production d’énergie à partir de matières fossiles, etc.) provoque depuis plus d’une centaine d’années l’augmentation rapide du taux de CO2, dont la moyenne annuelle dépasse déjà les 400 ppm (partie par millions, en volume), en croissance de 2 ppm/an.

Pour les amateurs, le modèle élaboré par l’économiste japonais Yoichi Kaya donne une idée de la contribution de différents facteurs sur le taux atmosphérique de CO2 (‘’équation de Kaya’’).

équation de Kaya

Taux mensuel de CO2 dans l’atmosphère, mesuré à Mauna Loa (Hawaï) depuis 1960 – Scripps Institution of Oceanography

 

Un bon détecteur de confinement

De façon générale, une bonne aération diminue les risques de maladie respiratoire. D’autre part, une concentration en CO2 supérieure à 1 000 ppm entraîne une diminution (réversible) des facultés cognitives.

En contexte Covid-19, la qualité de l’aération en intérieur devient donc essentielle. Le Sars-Cov-2 peut se transmettre par des aérosols, microgouttelettes émises lors de la respiration et lorsque l’on parle. Ces aérosols se propagent sur des distances supérieures à 2m. Une méthode simple et efficace pour réduire la contamination par aérosol consiste à aérer efficacement les locaux.

En lieu clos, le CO2 est produit en grande partie par la respiration humaine et la quantité de CO2 dans l’air indique la qualité de l’aération. Plus le taux de CO2 est élevé, moins le local est aéré et plus l’éventuelle charge virale produite par ses occupants est importante.

A l’air libre, la concentration en CO2 est comprise entre 350 ppm et 450 ppm (partie par millions). En prenant une moyenne de 400 ppm, le lien entre la qualité de l’air dans une pièce et sa concentration en CO2 est précisée par les valeurs suivantes (cf. norme EN 16798-1, ventilation des bâtiments, publiée en 2019) :

  • En dessous de 950 ppm : correspond à une qualité d’air excellente ;
  • Entre 950 et 1200 ppm : correspond à une qualité d’air moyenne ;
  • Entre 1200 et 1750 ppm : correspond à une qualité d’air modérée ;
  • Au-dessus de 1750 ppm : correspond à une qualité d’air basse.

 

Des seuils encore plus stricts pendant la crise de la Covid

Dans un lieu confiné, il n’est pas rare de dépasser le premier seuil au bout de quelques minutes, par exemple dans des espaces accueillant du public, salles de réunions ou classes peu ventilées.

C’est pourquoi, en période de pandémie de Sars-Cov-2, les seuils sont encore plus stricts. Dans son avis du 28 avril 2021, le Haut Conseil à la Santé Publique préconise un seuil encore plus faible :

« Une concentration en CO2 supérieure à un seuil de 800 ppm doit conduire dans tous les cas à ne pas occuper la salle et à agir en termes d’aération/renouvellement d’air et/ou de réduction du nombre de personnes admises dans les locaux d’un ERP (Etablissement Recevant du Public) ».

 

Comment fonctionne un détecteur de CO2 ?

La technique principale est de type capteur infrarouge non dispersif (appelée aussi capteur NDIR).

Le détecteur compare l’absorption du faisceau infrarouge de son émetteur (calé sur une longueur d’onde judicieusement choisie, typiquement 4,26 micromètres pour le CO2) entre l’air ambiant et une référence.

Par exemple une capsule contenant le gaz que l’on souhaite détecter (ou une valeur réglée en usine). Après filtrages et traitements, on en déduit la concentration recherchée.

Mesures CO2

 

Variation du taux de CO2 en espace clos

Un dessin vaut mille mots… ci-dessous un exemple de la variation de la concentration en CO2 (captée depuis la solution Agora Software) dans une salle de réunion les lundi 13 et mardi 14 décembre (donc en hiver). Il y a environ 20 personnes dans la salle et le pas de mesure est de 30 minutes.

On constate que le taux ‘’à vide’’ (400 ppm) est bien atteint pendant la nuit du dimanche 12 au lundi 13, puis que la courbe suit assez précisément la présence du public, avec une pause déjeuner bien marquée et une descente assez lente pendant la nuit (sans doute liée à une absence de ventilation). Quant aux valeurs hautes (3300 ppm), elles le sont beaucoup trop au regard des recommandations.

 

Mesures CO2 Agora Software

 

Mesurer c’est bien, agir c’est (beaucoup) mieux

Une fois le capteur installé, se pose la question de l’utilisation de l’information. Une première réponse consiste à la stocker dans une base (« un lac ») de données, puis de générer des rapports périodiques récapitulant l’évolution des valeurs mesurées.

Ces rapports permettront de déterminer les locaux ayant des problèmes récurrents et, dans certains cas, de programmer des travaux d’amélioration de l’aération.

Deux problèmes subsistent :

1) quelqu’un doit avoir la charge d’exploiter les rapports sur une base régulière

2) les situations immédiates ne sont pas traitées, les personnes restant exposées au confinement

Il est pourtant possible d’agir rapidement en cas de franchissement des zones critiques, en prévenant des personnes capables d’agir localement ou encore en pilotant directement un système de ventilation lorsque le local en est équipé.

Un exemple simple de scénario appliqué à une école consiste à sensibiliser le responsable technique sur le franchissement d’un premier seuil, puis le professeur chargé de la classe, dès que le niveau le requiert, en lui demandant tout simplement d’ouvrir la fenêtre.

Et s’il n’a pas confirmé cette action après quelques minutes, demander au responsable technique d’effectuer l’opération par lui-même.

 

 Scénario Agora Software

Scénario simple (studio no-code Agora Software), permettant une action locale immédiate grâce à l’activation en langage naturel des personnels sur place.

 

Les effets de la concentration excédentaire en dioxyde de carbone dans l’atmosphère sont plus que problématiques. Toutefois, sa mauvaise réputation ne doit pas nous empêcher de l’utiliser, à l’image du canari dans les mines de charbon, comme un bon détecteur de confinement : rapide à mettre en place, fiable et peu coûteux. A condition de tendre l’oreille…

 

Si cet article vous a intéressé pour pourriez lire La Malédiction du dernier Km ou aller directement sur notre page dédiée aux Villes et Territoires.

Retrouvez-nous sur notre page LinkedIn

Téléchargez également notre livre blanc Cas d’usages et découvrez nos autres cas d’emplois dans divers secteurs d’activité.

livre blanc - cas d'usage

Livre blanc

Cas d'usages

Exemples de collaboration entre IoT, applications, services web et utilisateurs dans différents secteurs d’activité.

Souhaitez-vous aller plus loin et découvrir comment la combinaison [langage naturel + processus no-code] peut contribuer au succès des projets de transformation digitale et IoT de votre organisation ?