Des chercheurs ont mis au point un « nez électronique » pour surveiller les odeurs dans les stations d'épuration
Des chercheurs espagnols ont conçu un nez électronique portable (e-nose), dont la finesse de détection des odeurs de station d'épuration est presque équivalente à celle du nez humain. Associé à un drone, ce nez électronique léger peut mesurer la concentration de différentes odeurs, prédire leur intensité et établir en temps réel une carte olfactive de l'usine pour faciliter la gestion.
Habituellement, l'odeur d'une station de traitement des eaux usées est mesurée par olfactométrie dynamique : un groupe de personnes sent et analyse des sacs d'air prélevés sur le site. Bien que cette méthode soit considérée comme la référence, le processus est coûteux, lent et peu fréquent, ce qui ne permet pas aux opérateurs de réagir rapidement aux problèmes ni d'identifier la cause des mauvaises odeurs.
« Je vis à deux kilomètres d'une station d'épuration, et il arrive parfois qu'on ne puisse même pas ouvrir la fenêtre tant l'odeur est atroce. Nous ne devons pas sous-estimer l'impact sur la qualité de vie des personnes vivant à proximité de ces installations, ni les conséquences physiques et psychologiques de l'exposition aux odeurs désagréables »
Pour mieux contrôler les émissions d'odeurs des stations d'épuration, Marco et son équipe ont mis au point un nez électronique portable permettant de surveiller et de visualiser les données en temps réel grâce à l'intelligence artificielle. L'équipe a prélevé des sacs d'air sur les installations et entraîné le nez électronique à « sentir » des substances chimiques corrosives telles que le sulfure d'hydrogène, l'ammoniac et le dioxyde de soufre, dont les odeurs rappellent respectivement les œufs pourris, l'urine et les allumettes brûlées.
Le nez électronique est également équipé d'un capteur de dioxyde de carbone et d'un indicateur d'activité bactérienne. En laboratoire, il fonctionne presque aussi bien qu'un nez humain. Les chercheurs ont ensuite fixé à un drone le nez électronique, d'un poids de 1,3 kg, et l'ont envoyé survoler une station d'épuration de taille moyenne située dans le sud de l'Espagne, de janvier à juin. En survolant les différentes zones de l'usine, le « drone au nez » aspirait l'air à travers un tube de dix mètres et l'analysait dans la chambre du capteur.
« La difficulté de mesurer une odeur tient au fait qu'il s'agit d'une perception humaine, qui n'est pas parfaitement définie. Nous ne cherchons pas seulement à quantifier les différents composants des émissions, mais aussi à prédire l'intensité des odeurs perçues par les humains »
Les résultats montrent que le nez électronique monté sur drone peut être utilisé pour surveiller les odeurs des eaux usées. Lors des essais de terrain portant sur les mêmes échantillons d'air, 10 des 13 mesures du nez électronique concordaient avec les évaluations d'un jury humain. Grâce à la mobilité du drone et à l'algorithme d'intelligence artificielle, l'équipe a également établi une carte de la concentration des odeurs dans le temps et dans l'espace, et prédit pour la première fois l'intensité des odeurs à partir de mesures prises par drone.
Marco a déclaré : « Nous sommes très satisfaits des résultats, mais des tests supplémentaires sont nécessaires pour rendre l'appareil plus fiable en conditions réelles dans une usine. » L'équipe prévoit d'alléger le nez électronique et de mettre au point un processus standardisé pour cette méthode. Elle souhaite également optimiser davantage l'appareil face à l'influence de la température, de l'humidité et d'autres conditions environnementales susceptibles d'affecter la précision.
« Ce travail pourrait également être pertinent pour d'autres installations, comme les décharges, les usines de compostage, voire les grandes exploitations d'élevage de bovins et de porcs, réputées pour produire toutes sortes de mauvaises odeurs »
« La quantification des émissions d'odeurs dans les stations d'épuration est essentielle pour réduire l'impact des odeurs sur les communautés environnantes. Les mesures d'odeurs dans ces installations sont généralement réalisées soit à l'aide de détecteurs olfactométriques de sulfure d'hydrogène, coûteux et discontinus, soit au moyen de nez électroniques fixes. Nous proposons un nez électronique portable et léger, spécialement conçu pour surveiller les odeurs en temps réel dans les stations d'épuration à l'aide de petits drones », indique l'étude.
Le nez électronique baptisé RHINOS permet de mesurer les odeurs avec une haute résolution spatiale, et sa précision n'est que légèrement inférieure à celle de l'olfactométrie dynamique. L'appareil a été calibré à l'aide d'échantillons d'odeurs prélevés pendant six mois dans une station d'épuration espagnole, puis validé dans cette même station trois semaines après la calibration.
Les résultats prometteurs confirment que l'outil proposé permet d'identifier les sources d'odeurs les plus émettrices, ce qui peut constituer une indication utile pour les responsables de l'installation dans le contrôle et la suppression des odeurs.
Les nez électroniques, également appelés réseaux de capteurs ou systèmes instrumentaux de surveillance des odeurs (IOMS), sont actuellement considérés comme les outils les plus prometteurs pour la surveillance environnementale des odeurs. Un nez électronique est un système de mesure chimique reposant sur un ensemble de capteurs chimiques non spécifiques (généralement de 5 à 20 capteurs), présentant une sensibilité supplémentaire à un large éventail de composés organiques volatils et de gaz inorganiques.
Les capteurs les plus couramment utilisés dans la surveillance environnementale sont les semi-conducteurs à oxyde métallique, bien que les systèmes existants intègrent de plus en plus des capteurs semi-spécifiques supplémentaires (par exemple des cellules électrochimiques) pour le H2S (sulfure d'hydrogène) ou le NH3 (ammoniac). En considérant le mélange d'odeurs dans son ensemble plutôt que ses composants individuels, l'appareil peut mieux corréler la concentration d'odeur que toute autre méthode instrumentale.
