Respiromètre Exsitu
Réf: IN-RESP
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Instrument d’évaluation de respiration basale du sol, par accumulation de CO2 dans des chambres d’incubation. L’invention comporte l’appareil de mesure : « respiromètre » et la chambre d’incubation, les deux éléments sont découplés. Il est ainsi possible de réaliser plusieurs incubations d’échantillons de sol dans différentes chambres, et de lire l’ensemble au moyen d’un appareil unique.
L’instrument fonctionne autour d’un capteur CO2 proche infra-rouge (Sensirion SCD30), permettant des mesures fiables à faible coût. Les chambres d’incubation sont adaptées de verrines du commerce au moyen d’une pièce imprimé en 3D.
SituResp®, l’indicateur de référence Biofunctool® pour la mesure de respiration basale, pâtit d’une certaine lourdeur opérationnelle. La préparation du gel et la conservation des cuvettes sont délicates, il y a nécessité d’effectuer deux lectures de chaque échantillon (t0 et t24h), le protocole est dépendant de matériel de laboratoire et d'un approvisionnement en fournitures (cuvettes, réactifs). La méthode de référence ISO16072:2002 (titration à la soude), n’est pas déployable sur le terrain et requiert quelques compétences de laboratoire, deux points incompatibles avec l’approche Biofunctool®. Les avancées technologiques dans le domaine de la mesure proche infrarouge (NIR), ont rendu accessible au grand public des capteurs CO2 destinés au suivi de qualité de l’air. Ces systèmes sont proposés à faible coût (moins de 100€) et sont suffisamment fiables pour réaliser des mesures de respiration. Les capteurs SensAir K30 ou Sensirion SCD30 ont ainsi déjà largement été détournés par des scientifiques pour réaliser des chambres de respiration InSitu et des incubateurs pour des mesures de flux. Ces systèmes connus utilisent cependant un capteur CO2 par chambre, ce qui est limitant sur le nombre d’échantillons analysables en parallèle ou alors sur le coût de chacune des chambres d’incubation, devant être équipée d’un capteur et d’un dispositif d’enregistrement des données. Ce type de chambres, équipées de capteurs, se prête donc mieux à des mesures de flux, relativement courtes (quelques minutes à quelques heures) et à fréquences moyennement élevées (plusieurs mesures par minutes). Dans cette configuration les échantillons sont traités les uns à la suite des autres, en série.
L’objectif de l’instrument développé ici, est d’effectuer une unique mesure de CO2 cumulative après un ou plusieurs jours d’incubation. Équiper chaque chambre d’un capteur semble donc démesuré et non adapté au nombre d’échantillons à traiter en parallèle (plusieurs dizaines). L’instrument présenté sépare donc l’incubation de l’échantillon de l’appareil de mesure.
L'instrument permet une mesure directe des émissions cumulées de CO2 en limitant les manipulations imposées par SituResp® ou par la méthode par titration à la soude.
Il permet aux opérateurs de gagner du temps et d'éviter d'avoir recours à diverses fournitures périssables ou à du matériel de paillasse.
Idéalement l'appareil nécessite une enceinte d'incubation. Un modèle de 20 L va venir compléter l'offre d'Eïwa shop.
Note: la préparation et l'incubation des échantillons sont expliqués ailleurs. Cette notice n'évoque que la manipulation de l'appareil de mesure.
Il est recommandé de calibrer le respiromètre avant chaque utilisation (une utilisation étant un ensemble de mesures) afin d’éviter une dérive du capteur CO2 dans le temps ou selon les conditions d’utilisation. Cette calibration prend comme référence la concentration CO2 moyenne actuelle de l’atmosphère (env. 400ppm).
Placer le switch sur la position "calibration"
Placer le respiromètre à l’extérieur dans un endroit sans pollution par des émissions directes de CO2.
Allumer le respiromètre.
Laisser le respiromètre à l’extérieur et s’éloigner pour éviter de contaminer l’environnement immédiat par votre respiration.
Après 2min, le buzzer émet un son. Il est alors possible de saisir le boitier et de commencer les mesures.
Pendant la série de mesures il est possible d'éteindre puis de rallumer l'appareil, veillez cependant à placer le switch en position "mesures". La calibration effectuée restera valable.
Contrôler les valeurs de concentration de CO2 sur l'écran et/ou lancer l’application Sensision My Ambiance, s’assurer le que Bluetooth du téléphone est actif, et allumer le respiromètre (interrupteur ON sur le côté).
Dans l’application choisir « SCD-Gadget xx :xx » puis dans l’onglet « dashboard » (fig. 9) et vérifier que l’instrument indique une concentration CO2 cohérente
o Il faut jusqu’à 30-60s pour stabiliser la mesure
o En extérieur la concentration devrait être 400±35ppm ; en intérieur entre 400 et 1000 selon l’aération de la pièce.
Éteindre l’instrument (interrupteur OFF). Il perd alors la communication avec le téléphone.
Après le temps d'incubation, sortir l’ensemble des chambres de l’incubateur.
Après avoir calibré l'appareil pour une série de mesures, prendre une chambre et enlever le tuyau reliant l’entrée et la sortie du passe-parois.
Emmancher immédiatement les deux tuyaux du respiromètre sur le passe paroi : l’entrée du respiromètre (tuyau coté interrupteur) vient sur l’entrée de la chambre (« IN »).
Allumer le respiromètre (interrupteur sur ON) , lisez la valeur affichée à l'écran ou ouvrir l’application MyAmbiance.
Allez dans l'onglet "plot" puis "co2" et "live"
Zoomer avec deux doigts pour obtenir une échelle de ~2min
Observer l’évolution de la courbe CO2 et attendre que la concentration se stabilise (env. 1-2min) fig. 37 et 38
Une fois la valeur stabilisée, lisez la concentration à l'écran du boitier ou retournez sur l'onglet "dashboard" et enregistrez cette valeur "plateau", c'est votre résultat de mesure à 35 ppm près.
Déconnecter le respiromètre de la chambre et attendre que la concentration de CO2 redescende à celle de la pièce (~30-60sec) pour purger l’instrument !
Éteindre le respiromètre (interrupteur sur OFF)
Répéter l’ensemble de ces étapes pour l’échantillon suivant. La zone de graphique devrait conserver l’échelle ~2min paramétrée la première fois.
MyAmbiance offre la possibilité d'exporter la série de mesures dans des fichiers csv.
L’instrument comporte ainsi deux éléments distincts :
• Un appareil de lecture
• Une, ou plusieurs, chambre d’incubation
L’appareil de lecture fonctionne autour des composants principaux suivants :
• Un capteur CO2 NIR, Sensirion SDC30
• Un microcontrôleur ESP32, carte uPesy wroom Low Power DevKit 1.2
• Une mini pompe à air 3-5V, 0.8L/min
• Une batterie LiPo 2000mAh
L'appareil peut se connecter en bluetooth à l'application du constructeur de capteur.
La carte uPesy wroom Low Power DevKit 1.2 permet de gérer la charge de la batterie pour alimenter le microcontrôleur, la pompe à air et le capteur.
A l'allumage l'écran indique la tension de la batterie pour anticiper une mise en charge. La charge se fait à l'aide d'un cordon USB C branché sur un chargeur de smartphone.
Mettre en charge la batterie aussitôt que la tension est inférieure à 3.7 v pour éviter de l'endommager.
Ne jamais souffler dans les tuyaux avec la bouche, vous risquez de rendre hors d'usage le capteur à CO2 en dépassant sa valeur maximale de concentration en CO2 admise (10 000 ppm).
Ne pas exposer à des sources de chaleur (derrière une vitre ensoleillée p ex) sous peine de voir le boitier se déformer
Ne pas exposer l'appareil à des ambiances corrosives
Manipulez le boitier avec précaution .
Vérifier la tension et la polarité du chargeur que vous utilisez. (câble usb C sur chargeur de smartphone)
Les surfaces extérieures de l'appareil peuvent être nettoyées avec un chiffon humidifié et un détergeant doux. N'utilisez pas de solvant, de produits chimiques agressifs, d’ammoniaque ou d'agents de nettoyage abrasifs.
SCOP SAGNE en 2019 pour la V1 - prototype
SCOP SAGNE et IRD en 2023 pour la V2 - version non aboutie
SCOP SAGNE juillet 2024 pour la version actuelle du Respiromètre Exsitu
attribution
Respiromètre Exsitu © 2024 by SCOP SAGNE is licensed under CC BY-NC-SA 4.0
