Fabriquer un détecteur de qualité d’air connecté avec purification automatique

La qualité de l’air intérieur est devenue une préoccupation majeure, particulièrement depuis que nous passons en moyenne 90% de notre temps dans des espaces clos. Les particules fines PM2.5 et le dioxyde de carbone peuvent considérablement dégrader notre environnement domestique et affecter notre santé. Plutôt que d’investir dans des solutions commerciales coûteuses, il est tout à fait possible de fabriquer soi-même un détecteur intelligent capable de surveiller la qualité de l’air et de déclencher automatiquement un système de purification.

Comprendre les enjeux de la qualité de l’air

Avant de se lancer dans la construction, il est essentiel de comprendre ce que nous allons mesurer. Les particules PM2.5 sont des particules fines dont le diamètre est inférieur à 2,5 micromètres. Elles proviennent de la combustion (tabac, cuisine, bougies), de l’usure des matériaux ou de la pollution extérieure. Ces particules sont particulièrement dangereuses car elles pénètrent profondément dans les poumons et peuvent traverser la barrière pulmonaire.

Le dioxyde de carbone (CO2), quant à lui, s’accumule naturellement dans les espaces fermés du fait de notre respiration. Au-delà de 1000 ppm, il provoque somnolence et diminution des capacités cognitives. Un taux supérieur à 1500 ppm indique un air vraiment confiné nécessitant une aération immédiate.

Matériaux et outils nécessaires

Pour réaliser ce projet, vous aurez besoin d’une carte de développement comme l’ESP32, particulièrement adaptée grâce à son module WiFi intégré et sa facilité de programmation. Le capteur SDS011 mesure efficacement les particules PM2.5 et PM10 avec une précision acceptable pour un usage domestique. Pour le CO2, le capteur MH-Z19B offre un excellent rapport qualité-prix avec une calibration automatique.

Côté composants électroniques, prévoyez un module relais 5V pour commander le purificateur, des résistances de tirage (pull-up) de 10kΩ, des câbles dupont mâle-femelle pour les connexions, une breadboard ou une plaque d’essai pour les premiers tests. Ajoutez un écran OLED 0,96″ pour afficher les mesures en temps réel, même sans smartphone.

L’outillage reste basique : un fer à souder avec de l’étain pour les connexions définitives, des pinces coupantes et à dénuder, un multimètre pour vérifier les connexions. Prévoyez également un boîtier plastique étanche IP65 pour protéger l’électronique, des passe-câbles étanches et de la mousse pour fixer les composants à l’intérieur.

Construction du circuit électronique

Commencez par réaliser le montage sur breadboard pour tester le fonctionnement avant de souder définitivement. L’ESP32 utilise une alimentation 3,3V mais ses entrées tolèrent généralement le 5V. Connectez le VCC du SDS011 sur le 5V de l’ESP32, le GND sur la masse, et les lignes de données RX/TX sur les broches GPIO16 et GPIO17 respectivement.

Le MH-Z19B se connecte de façon similaire : alimentation 5V et masse, puis RX/TX sur les GPIO2 et GPIO4. Ce capteur nécessite un temps de chauffe de 3 minutes avant de fournir des mesures fiables. L’écran OLED utilise le protocole I2C : VCC sur 3,3V, GND sur la masse, SDA sur GPIO21 et SCL sur GPIO22.

Pour le module relais, connectez le VCC sur 5V, GND sur la masse et la broche de commande sur GPIO5. Ce relais permettra de piloter votre purificateur d’air maison. Veillez à respecter la puissance maximale supportée par le relais, généralement 10A sous 250V, largement suffisant pour un purificateur domestique.

Une fois les connexions vérifiées au multimètre, procédez aux soudures. Utilisez un fer à souder de 30-40W, pas plus pour éviter d’endommager les composants. Soudez rapidement et proprement, en évitant les ponts de soudure entre les pistes. Vérifiez chaque connexion avant de passer à la suivante.

Programmation et configuration

La programmation de l’ESP32 s’effectue via l’IDE Arduino après installation du package ESP32. Le code doit gérer plusieurs tâches simultanément : lecture des capteurs, affichage sur l’écran, transmission WiFi des données, et logique de déclenchement du purificateur. Utilisez les interruptions et les tâches FreeRTOS pour optimiser les performances.

Pour la lecture du SDS011, implémentez une fonction qui interroge le capteur toutes les minutes. Ce capteur fournit directement les valeurs en μg/m³. Le MH-Z19B nécessite l’envoi d’une commande spécifique pour obtenir la mesure CO2 en ppm. Prévoyez un système de moyenne mobile sur 5 mesures pour lisser les valeurs aberrantes.

La logique de déclenchement doit être paramétrable. Par exemple : déclencher si PM2.5 > 35 μg/m³ ou CO2 > 1200 ppm. Ajoutez une hystérésis pour éviter les commutations intempestives : arrêt si PM2.5 < 25 μg/m³ ET CO2 < 1000 ppm. Cette logique peut être affinée selon vos besoins spécifiques.

Pour la connectivité, utilisez un serveur web simple hébergé sur l’ESP32 ou envoyez les données vers un service cloud gratuit comme ThingSpeak ou Blynk. Ces plateformes permettent de créer facilement des tableaux de bord et des alertes sur smartphone.

Assemblage du purificateur maison

Le purificateur peut être construit à partir d’un ventilateur d’extraction 120mm et de filtres HEPA de rechange pour aspirateur. Utilisez un boîtier en bois ou en plastique d’au moins 30cm de côté. Fixez le ventilateur sur une face avec des vis et des joints d’étanchéité. Montez les filtres en série : pré-filtre grossier, filtre à charbon actif, puis filtre HEPA.

L’entrée d’air doit être opposée à la sortie pour créer un flux laminaire efficace. Ajoutez des grilles de protection contre les doigts et pour améliorer l’esthétique. Le débit d’air optimal pour une pièce de 20m² est d’environ 200 m³/h, soit un renouvellement toutes les 30 minutes.

Intégrez le relais dans le circuit d’alimentation du ventilateur. Si vous utilisez un ventilateur 12V, ajoutez une alimentation dédiée. Pour un ventilateur 230V, respectez scrupuleusement les règles de sécurité électrique et utilisez un boîtier isolé pour le relais. En cas de doute, faites vérifier l’installation par un électricien.

Installation et calibration

Positionnez le détecteur à hauteur de respiration, loin des sources directes de pollution comme la cuisine ou les bouches d’aération. Évitez les emplacements trop confinés qui fausseraient les mesures. Une distance minimum d’1 mètre des murs est recommandée pour une bonne circulation d’air autour des capteurs.

La calibration du MH-Z19B s’effectue automatiquement après 24h de fonctionnement, en considérant que la valeur minimale mesurée correspond à l’air extérieur (environ 400 ppm). Vous pouvez forcer cette calibration en exposant le capteur à l’air extérieur pendant 20 minutes puis en envoyant une commande spécifique.

Pour le SDS011, la calibration est plus complexe. Vous pouvez comparer vos mesures avec les données officielles de qualité de l’air de votre région, disponibles sur les sites des associations de surveillance. Un coefficient correcteur peut être appliqué dans le code si nécessaire.

Application smartphone et surveillance

Développez une application simple avec MIT App Inventor ou utilisez des applications génériques comme Blynk. L’interface doit afficher les valeurs actuelles, l’historique sur 24h, et permettre de modifier les seuils de déclenchement. Ajoutez des notifications push en cas de dépassement critique des seuils.

Implémentez un système d’alertes graduelles : notification simple à partir de 25 μg/m³ de PM2.5, alerte rouge au-delà de 50 μg/m³. Pour le CO2, première alerte à 1000 ppm, alerte critique à 1500 ppm. Ces seuils correspondent aux recommandations de l’Organisation Mondiale de la Santé et des agences environnementales.

Prévoyez un mode manuel pour forcer le fonctionnement du purificateur, utile lors du ménage ou de la cuisine. Un minuteur automatique peut arrêter le purificateur après une durée prédéfinie, évitant un fonctionnement inutilement prolongé.

Les erreurs à éviter

Ne placez jamais le détecteur trop près du purificateur, cela créerait une boucle de régulation instable avec des déclenchements intempestifs. Respectez une distance minimum de 3 mètres entre les deux appareils.

Évitez de surdimensionner le purificateur par rapport au volume de la pièce. Un débit excessif crée des turbulences qui remettent en suspension les particules déjà déposées. Calculez le débit optimal selon la formule : volume de la pièce × 3 à 5 renouvellements par heure.

Ne négligez pas l’entretien des filtres. Un filtre saturé devient inefficace voire contre-productif en relarguant les polluants capturés. Changez le pré-filtre mensellement, le filtre à charbon tous les 3-6 mois selon l’utilisation, et le filtre HEPA annuellement.

Attention aux faux contacts sur les connexions des capteurs. Un mauvais contact provoque des mesures erratiques qui peuvent déclencher le purificateur de façon anarchique. Vérifiez régulièrement la qualité des soudures et utilisez de la gaine thermo-rétractable pour protéger les connexions.

N’oubliez pas de calibrer régulièrement vos capteurs, particulièrement après une coupure de courant prolongée ou un déménagement. Les capteurs de gaz comme le MH-Z19B dérivent naturellement et nécessitent un étalonnage périodique pour maintenir leur précision.