OSCAR – Observation et Sensibilisation Citoyenne à la Qualité de l’air en Région

Janvier 2014 – 3 ans

Partenaires du projet

Laboratoire d’Informatique, Signal et Image de la Côte d’Opale, EA 4491,50 rue Ferdinand Buisson, BP 719, 62228 Calais Cedex, Gilles Roussel, Professeur, équipe Specifi, gilles.roussel@univ-littoral.fr

Inria Lille – Nord Europe, Parc scientifique de la Haute Borne, 40 avenue Halley, 59650 Villeneuve d’Ascq, Romain Rouvoy, Professeur, équipe Spirals, romain.rouvoy@inria.fr

ATMO Hauts de France, 55, place Rihour 59044 Lille Cedex, Isabelle Sagniez, i.sagnier@atmo-hdf.fr

Association Bâtisseurs d’Economie Solidaire, 1 rue Joseph Flipo, 59210 Coudekerque-Branche, Patrick Le Bellec

Présentation du partenariat

Le projet OSCAR a été réalisé grâce à un consortium équilibré de partenaires très complémentaires alliant laboratoires scientifiques et associations.

Le laboratoire LISIC, spécialisé en informatique et en traitement du signal, est chargé du développement d’un micro-capteur de qualité de l’air, des algorithmes d’étalonnage automatique et d’assimilation des données pour la cartographie.

L’équipe-projet Spirals de l’Inria, mène des activités de recherche dans le domaine des systèmes répartis et des sciences du logiciel. Elle apporte la compétence et l’outillage indispensables pour la collecte des données mobiles citoyennes et la stratégie d’anonymisation des mesures réalisées.

ATMO Hauts de France, est une association reconnue pour la surveillance de la qualité de l’air en région nord. Elle fournit les mesures fixes et étalonnées de la qualité de l’air.

L’association BES est impliquée dans le développement durable, l’économie sociale et solidaire et l’éducation populaire. Elle gère la sensibilisation, la promotion de la démarche de collecte citoyenne des mesures de la qualité de l’air en organisant la fabrication des boîtiers dans les établissements secondaires et supérieurs d’enseignement de la Côte d’Opale.

Présentation du projet

La surveillance de la qualité de l’air d’un milieu urbain est généralement réalisée via des mesures automatisées, qui nécessitent la maintenance d’un réseau de capteurs utilisés dans des conditions contraignantes et onéreuses. Ceci limite un déploiement de masse de la mesure fixe, et par conséquent réduit les possibilités d’une cartographie fine sans une modélisation très robuste, et à ce jour encore non atteinte. En effet, à l’échelle urbaine, la modélisation reste relativement imprécise. C’est donc par une intensification de la mesure (en utilisant une foule de capteurs à coût plus modéré) que ce projet vise la réalisation d’une cartographie plus proche de la réalité terrain. Pour favoriser le déploiement bas coût et l’engagement citoyen dans une collecte participative des mesures de la qualité de l’air, l’idée a été de proposer une version libre et bas coût de ces capteurs, réalisable par auto-construction à la portée de tous.

Cartographie par assimilation des données des capteurs mobiles

Ce projet a donc cherché à mettre en place une observation répartie de la qualité de l’air sur une zone d’intérêt, en l’occurrence Dunkerque, à travers une approche par mesure participative (le vocable crowd-sensing passe dans le langage courant) via une série de capteurs connectés à un smartphone. En incitant la population à mesurer la qualité de l’air dans son environnement et en utilisant la géolocalisation fournie par les données GPS, nous obtenons rapidement une base de données de grande dimension, permettant la cartographie des données mesurées avec une finesse inconnue aujourd’hui. Un des aspects importants du problème de la mesure citoyenne est aussi le respect de l’anonymat des porteurs, ce qui a été le principe mis en place dans la plate-forme de crowdsensing APISENSE®. Cependant, la masse d’informations à traiter doit faire face (i) à l’hétérogénéité de la qualité des données recueillies due à la disparité des composants de caractéristiques différentes, (ii) au non-calibrage a priori des capteurs recueillant les données et (iii) à l’échantillonnage irrégulier tant spatialement que temporellement. Ces défis ont nécessité le développement d’approches de traitement de l’information performantes, adaptatives et flexibles, propriétés pas complètement réunies dans les approches classiques de traitement des mesures physiques.

 

Boitier capteur n°1

Boitier capteur n°2

Les apports du projet à la thématique environnementale

Le projet OSCAR a permis d’explorer les multiples facettes d’un problème dont l’objectif environnemental a fédéré facilement les efforts individuels pour progresser dans la connaissance et l’action. Ce projet a la particularité de pouvoir associer un volet de science prospective (ULCO, Inria) élaboré en laboratoire et un volet expérimental de terrain pris en charge par le citoyen directement à travers le milieu associatif (ABES) ou encore une association de surveillance de qualité de l’air (ATMO) qui adhèrent à la notion de science participative. Chaque entité a ainsi pu progresser dans ses connaissances, soit par la prise en compte des difficultés à gérer les multiples interactions, soit en cherchant les parades aux divers obstacles ou difficultés rencontrés.

Sur le plan technologique, la mise au point du module d’acquisition mobile de pollution de l’air s’est heurté à de nombreuses contraintes qu’il a fallu contenir : le choix des composants, la miniaturisation, la portabilité du dispositif, l’autonomie, la communication des données et l’adaptation des systèmes de communication à l’hétérogénéité des plateformes (smartphones ou capteurs), l’anonymisation de l’usager.

Sur le plan scientifique, la recherche de solutions algorithmiques permettant de compenser la mauvaise calibration et la dérive des capteurs bas coûts a ouvert de nombreuses pistes qui ont pu être évaluées. Elle a aussi engendré de nouvelles idées visant à déterminer conjointement la calibration et l’assimilation des données pour la cartographie. Ces travaux initient de nouvelles problématiques comme la prise en compte de grandes masses de données obligeant ainsi à optimiser les algorithmes version Big Data.

Sur le plan sociétal, le projet a mis en évidence les approches possibles pour capter l’adhésion du public citoyen. En s’adressant à un public jeune, lycéens et étudiants, cette approche a une double mission de sensibilisation à la cause environnementale, mais aussi une recherche des ressorts psychologiques de motivation et d’acceptation des contraintes pour une contribution collective. Au-delà d’une participation active à la construction personnelle du module de capteurs qui rend le jeune citoyen acteur de la solution, il y a la notion d’adhésion à une expérience innovante, utile et instructive. La difficulté tient plus de trouver les leviers pour permettre la pérennisation du dispositif de mesures citoyennes qui peut s’essouffler faute d’effacement de certaines contraintes par l’avancée technologique.

Groupe d’étudiants participant à la mesure citoyenne avec l’enseignant chercheur Matthieu Puigt

Enfin, une mutation des systèmes d’observation visant l’augmentation des points de mesure en zone urbaine obligera les AASQA à faire évoluer le mode de fonctionnement de leurs unités pour prendre en compte une participation de plus en plus présente des dispositifs de mesures citoyennes. Ce projet a été un premier terrain d’expérimentation préfigurant les prochaines évolutions. Cela bien entendu oblige de participer à des groupes de travail nationaux et européens visant une normalisation des micro-capteurs. Par leur expérience croissante, les AASQA pèseront pour faire évoluer les décisions des politiques publiques dans la définition des cahiers des charges des missions réglementaires qu’elles effectuent.

L’ensemble des travaux ont été valorisés par une thèse de doctorat, 8 publications avec comité de lecture, 14 conférences sans acte, 3 stages et 2 projets de master. Ce projet est également un levier puissant pour prolonger les travaux grâce à de nouveaux projets.

Cartes électroniques soudées par les étudiants

Une séance de construction de cartes par des étudiants de1 ère année IUT

Nous remercions la Région Hauts de France, pour leur soutien déterminant dans la réalisation de ce projet.

Les acteurs de ce projet sont : Isabelle Sagnier (ATMO), Cyril Gaillard, Louis Monteyne, Patrick Le Bellec (BES), Clément Dorffer, Matthieu Puigt, Gilles Delmaire, Gilles Roussel (LISIC), Romain Rouvoy (Inria)