Un détecteur de CO2 pour s'intéresser à la qualité de l'air dans une salle de classe.

Les élèves du Lycée passent 30 heures par semaine dans des salles fermées.

D’après un article du ministère de la Transition Ecologique : lien, la qualité de l’air joue sur (la santé et donc sur) l’absentéisme, la concentration dans les écoles. Il est donc préconisé d’aérer les salles de classe afin d’en renouveler l’air. L’aérosolisation, c’est-à-dire le déplacement des particules dans l’air, dans le cas du coronavirus donne une plus grande importance à la nécessité de renouveler l’air dans des pièces fermées.


Encart d’information - Le décret n° 2015-1000 du 17 août 2015 relatif aux modalités de surveillance de la qualité de l’air a fixé les échéances : 1er janvier 2018 pour les écoles maternelles, élémentaires et crèches, 1er janvier 2020 pour les accueils de loisirs et les établissements d’enseignement du second degré et 1er janvier 2023 pour les autres établissements.


C’est dans ce cadre que l’Atelier scientifique a décidé de se lancer sur le problème du renouvellement de l’air dans une salle de classe. Le CO2 nous a semblé être un « bon  critère ».
Nous sommes en contact avec La Fabrique Supélec qui nous a fourni un détecteur de CO2 SC30.

 

Idée générale : Il n'y a bien sûr aucun rapport direct entre le CO2 et le SARS-CoV-2. Mais les 2 sont expulsés dans l’air par le corps (le SARS-CoV-2 via des gouttelettes/aérosols). Donc on peut penser que mesurer l’évolution de concentration de l’un (CO2) permet de mesurer l’autre (SARS-CoV-2).

1 – Prise en main du détecteur
Le 27/11/2020 nous avons reçu notre capteur
il a fallu réaliser le montage. Nous avons ajouté un écran LCD au shield pour pouvoir lire les données. Ainsi les élèves pouvaient suivre les résultats dans les salles de classes. Ce choix permet de réaliser des mesures sans avoir besoin d’un PC (qui devrait être branché ou disponible à chaque prise de mesure) et de déplacer le capteur selon les besoins des expériences.

Depuis ce jour, nous exploitons les données, réalisons des nuages de points sur un tableur, indiquons les différents événements qui peuvent influencer nos résultats  (entrée des élèves, fenêtres ouvertes...)

Nous avons étalonné l’appareil en le mettant dehors. Le vent a beaucoup gêné les mesures. Il a fallu trouver un point abrité.

Nous avons comparé les données de notre appareil avec deux détecteurs « class air »

Les essais avec le capteur de CO2 ont commencé le 24 novembre.

L'importance de l'ouverture des fenêtres et vite apparue. Mais il faut refaire les mesures un certain nombre de fois. Il faudra mettre ces données en parallèle avec la température extérieure.

Vérifier la fiabilité de notre produit.

Les essais sont réalisés en G502 dont voici le plan ci-dessous. Les mesures doivent être réalisées à 1,5 m de hauteur loin des portes et des élèves.

Une semaine de résultats nous a amené à constater que notre appareil présentait des résultats satisfaisants.

Vocabulaire : 400 ppm signifie 400 molécules parmi un million de molécules d’air.

2 – Etablir un protocole
Objectif 1 : Réaliser des mesures pour voir l’influence du nombre d’élèves sur la quantité de CO2 dans une salle de classe fermée
Objectif 2 : Comment faire baisser cette quantité de CO2
Détecteur positionné à l’horizontale sur une table, devant ou au fond de la classe, le plus éloigné des élèves.
Il est nécessaire d’avoir assez de données pour approximer notre nuage de points par une droite. Les premiers essais nous font penser qu’il faut que l’essai dure au moins 30 minutes, sans modification des conditions ( Porte ouverte, mouvement ….), pour calculer le taux d’évolution de CO2 par minute
Les premières mesures se font sur la table près de l’ordinateur du professeur. (Photo salle G502)
Les dimensions de la salle sont les suivantes
G502( dimensions :hauteur :2.80m, longueur :8.50, largeur : 6.50)

3 – Effectuer les mesures.
a) Ouvrants fermés

Première mesure dans une salle fermée, on évalue l’influence du nombre d’élèves, de la température intérieure et extérieure.
Dans la salle avec 18 élèves, l’évolution de CO2 est de 25 ppm par min. Alors qu’avec 28 élèves elle est d’environ 35 ppm/min

La température extérieure ne semble pas intervenir.
La température intérieure n’influe pas sur le taux de variation de CO2 par minute – sauf si elle est inférieure à 14°C. Cette température de salle est froide pour travailler, nous n’allons donc pas travailler sur ce cas.

Première conclusion :
En partant d’un début de cours où la mesure initiale est de 800 ppm, au bout de 2 h de cours, le niveau passe à 800+35x120 soit pour une classe 28 élèves
Soit 5000 ppm, ce qui est beaucoup trop élevé selon les normes internationales.


 

b) Influence des ouvrants

On évalue l’influence d’une porte ouverte, d’une fenêtre ouverte, de deux fenêtres ouvertes, de leur position
Lorsque les élèves quittent la salle, les mesures baissent de plus de 1000 ppm en moins de 2 minutes.
Avec deux fenêtres éloignées l’une de l’autre c’est encore plus rapide.

Si on ouvre les fenêtres en hiver, il risque de faire rapidement froid. Il faut trouver un équilibre. C’est un des objectifs de nos travaux.

Les températures étant fraiches nous décidons de déterminer l’influence d’une porte ouverte sur l’évolution des données.
Nous constatons qu’avec une porte ouverte, les mesures atteignent un plateau avant de baisser.
Les mesures sont réalisées dans deux salles G502 et G503

Au lieu d’obtenir porte fermée une augmentation de 1400 ppm par heure pour 18 élèves, nous obtenons une augmentation entre 300 et 500 ppm, sauf dans un cas où nous obtenons une augmentation de 800 ppm, mais avions eu des difficultés à faire baisser le niveau de CO2 en début de cours.

Nous avons constaté que le niveau baissait rapidement en début d’heure, avant de faire rentrer les élèves, si la porte du bâtiment était ouverte.

Mesure dans l’Atelier des MIC (14x9x4 m^3 : en deux heures les données fluctuent de 650 à 800 ppm)
La salle est vaste et la hauteur de plafond est importante. Pas de soucis avec le taux de CO2, il n’est pas nécessaire d’installer des détecteurs.

c) Position des détecteurs dans la salle
La position a peu d’influence sur les données  - nous avons noté un écart maximal de 100 ppm selon les positions dans la salle. Si la salle adjacente disposant d’une porte communicante est occupée, cela peut augmenter les données de 100ppm.


d) Hauteur du détecteur
Nos premières mesures indiquaient une influence de la hauteur  du détecteur sur les mesures. Mais cela était dû à la proximité des élèves.


4 – Aller plus loin
Pour obtenir plusieurs détecteurs, nous allons demander l’autorisation à l’administration et faire monter les détecteurs par les secondes MIC.

L’objectif est de faire tester ce projet par des collègues.
Pour cela il faut un protocole simple et un objectif réalisable. :

Avant le cours, le matin ouvrir la porte et faire cours porte ouverte.
A la récréation ouvrir la fenêtre 2 minutes et demander à ce que la porte du bâtiment soit bloquée le temps de l’entrée et la sortie des élèves pendant cette période.
Objectif moins de 1400 ppm.

Ci-dessous quelques mesures en vrac

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