Utilisation de drones pour vérifier les polluants et la qualité de l'air

Utilisation de drones pour vérifier les polluants et la qualité de l'air

Les polluants dans l'air, autrement connus sous le nom de particules (PM), peuvent ruiner les gens. Les PM sont constitués d'un mélange de particules solides, liquides et gazeuses qui sont piégées dans l'air. Certaines de ces particules sont suffisamment grandes pour être visibles à l'œil nu, mais la plupart sont microscopiques. Lorsqu'elles sont en grande quantité, elles peuvent donner à l'air un aspect trouble. Une exposition à court terme aux particules peut provoquer des symptômes allergiques tels que maux de gorge, difficulté à respirer, démangeaisons des yeux, écoulement nasal et parfois nausées. Une exposition à long terme à de l'air riche en particules peut provoquer le cancer et entraîner la mort de millions de personnes dans le monde chaque année. Dans toutes les villes du monde, où les particules ont tendance à s'aggraver, des mesures sont prises pour réduire le nombre de particules. Cependant, il peut être très difficile de trouver des moyens précis de tester les particules.

Les stations d'échantillonnage d'air installent des dispositifs pour vérifier la qualité de l'air sur une base régulière. Bien que ces stations nous aient fourni de nombreuses données utilisables, elles posent également certains problèmes. La première est qu'ils utilisent principalement des appareils de surveillance lourds et fixes, et pendant que l'air se déplace, il est important de pouvoir le tester à différents endroits. L'autre problème est que ces systèmes de surveillance sont extrêmement coûteux. Ils peuvent coûter de 50 000 $ à 100 000 $ chacun et nécessitent des opérateurs spécialisés. Certaines entreprises ont également commencé à tester l'air avec des ballons ou des hélicoptères. Bien que les ballons soient bon marché, ils ne peuvent tester l'air que sur un axe vertical. Un hélicoptère peut également être trop cher, mais les pales perturbent également beaucoup l'air pour obtenir des échantillons de qualité. C'est pourquoi de nombreux chercheurs se tournent vers les technologies de drones pour tester l'air pour les niveaux de PM.

Professeur d'ingénierie électrique et informatique et de bio-ingénierie à l'Université de Californie à Los Angeles, Aydogan Ozcan a créé un nouvel appareil qui peut être utilisé avec des drones pour tester la qualité de l'air. Appelé C-Air, c'est un petit microscope aérien qui aspire les échantillons d'air. L'appareil pèse moins de 1,5 kg et scanne 13 litres d'air par minute, fournissant à Ozcan et à son équipe une lecture de précision de 93% des niveaux de PM. Yichen Wu, un doctorant travaillant sur le projet, a déclaré: "Notre technique rendra les détecteurs de pollution de l'air beaucoup plus portables et pratiques, à la fois très précis et pourraient avoir des avantages importants pour la santé publique." C-Air peut être monté sur un câble, au-dessus d'un bâtiment ou comme l'a dit Ozcan, "tout drone de taille moyenne, tel que le DJI Phantom, devrait convenir à notre application." Actuellement, Ozcan et son équipe ont le C-Air connecté à une roue de flamme DJI, un drone à rotor 4-6 robuste destiné aux joueurs de drones amateurs.

Pour tester C-Air, Ozcan a envoyé le drone à l'une des stations de surveillance de la qualité de l'air approuvées par l'EPA en Californie pendant plusieurs heures. La buse du C-Air aspirait de l'air qui passait automatiquement sur une lame adhésive. Des lumières LED rouges, vertes et bleues brillent sur la lamelle, permettant à un capteur d'image à semi-conducteur à oxyde métallique de couleur complémentaire de prendre des photos des particules fixées aux lamelles. Les images sont ensuite téléchargées sur un système cloud et peuvent être personnalisées pour numériser une large gamme de particules dans l'air. Les mesures effectuées par le drone C-Air correspondaient étroitement à celles prises par le dispositif stationnaire EPA.

Bien que l'appareil C-Air d'Ozcan soit le premier du genre, lui et son équipe ne sont pas les premiers à utiliser des drones pour tester les polluants atmosphériques. L'un des principaux problèmes rencontrés par ceux qui utilisent des drones pour tester les particules est que l'espace principal à tester se trouve dans un espace aérien limité comme celui autour d'un aéroport, des autoroutes congestionnées et des environnements urbains. Obtenir l'autorisation de la FAA pour piloter un drone dans ces zones peut être très difficile. C'est pourquoi un chercheur de l'Alaska montre de nombreuses promesses avec les tests de qualité de l'air des drones. En raison de l'éloignement de l'Alaska, il est facile de trouver des zones pour tester les drones.

Catherine Cahill est professeur de chimie atmosphérique aux Fairbanks de l'Université de l'Alaska. Elle est également directrice du Alaska Center for UAS Integration et gère le Pan-Pacific UAS Test Range Complex (l'un des 7 sites de test officiels de la FAA UAS). Au cours des 30 dernières années, le professeur Cahill a analysé les particules dans l'environnement de l'Alaska. Récemment, elle et son équipe ont commencé à utiliser plusieurs drones différents pour collecter des échantillons d'air pour les tests. Il a déclaré: «Les avions sans pilote offrent des capacités incroyables de surveillance de la pollution. Nous pouvons suivre des panaches, voler dans l'Arctique et élaborer des cartes pour améliorer les schémas de distribution de la pollution. L'un des problèmes environnementaux uniques en Alaska sont les inversions de température dans lesquelles une couche d'air chaud se dépose sur une couche d'air froid. Dans la plupart des régions du monde, ce serait le contraire, car l'air se refroidit à mesure qu'il monte. Ces inversions peuvent piéger les particules au sol comme à Fairbanks, la deuxième plus grande ville d'Alaska.

À Fairbanks, l'un des problèmes qui entraîne une augmentation des niveaux de particules est lorsque les gens brûlent du bois et d'autres matériaux. Cahill a poursuivi en disant: "Nous avons eu des problèmes de surveillance et de modélisation des inversions dans le passé, donc une chose que nous espérons faire en hiver est d'utiliser des avions sans pilote, très probablement le lagopède, pour obtenir des profils verticaux de l'atmosphère à basse d'altitude pendant les pires moments, lorsque les gens brûlent du bois et que beaucoup de fumée est piégée. "Le Rock Ptarmigan n'est qu'un des modèles de drones utilisés par Cahill. Ce drone est un drone hexarotor à opérateur unique et mesure 31,5 pouces de long. Il est idéal pour une utilisation dans des environnements froids et peut transporter une charge utile d'un peu plus de 3 livres pendant environ 20 minutes à la fois. Le prochain drone qu'ils utilisent est de 75 pouces de long, deux opérateurs, un drone à rotor unique appelé le Répondeur. Le répondant peut transporter une charge utile de 6,6 lb pendant 35 minutes et peut prendre en charge des opérations complètement autonomes. Enfin, Cahill et son équipe utilisent également le drone à voilure fixe pour Scan Eagle longue portée. Scan Eagle a une envergure de 10 pieds, peut transporter une charge utile de plus de 7 livres et rester en l'air jusqu'à 18 heures.

Tous les drones que le professeur Cahill utilise en Alaska peuvent être équipés de différents capteurs et caméras pour la collecte de données. Il est évident qu'il pourrait facilement utiliser l'appareil C-Air du professeur Ozcan, tant qu'il peut résister aux conditions météorologiques extrêmes de l'Alaska. La météo doit toujours être prise en considération pour Cahill. "Dans le froid, le plastique peut devenir cassant, vous pouvez donc briser les rotors: à la place, passons à la fibre de carbone", a déclaré Cahill. "Le givrage est également un grand défi pour nous, et nous travaillons en fait avec des gens pour placer des drones dans une soufflerie glacée, expérimentant des revêtements antigel et des systèmes de dégel actifs qui éliminent la glace en vol."

Alors que de nombreuses villes ont adopté des politiques et des mesures d'assainissement de l'air, tester la qualité de l'air est indispensable. Ces tests doivent être effectués en continu pour savoir exactement pourquoi et d'où proviennent les concentrations de PM. Avec l'utilisation d'appareils tels que C-Air et les drones, ces pratiques de test peuvent facilement devenir une seconde nature. Ils sont faciles à utiliser, peuvent fonctionner sans formation spécialisée, sont pratiques et, surtout, fournissent une image précise des niveaux de pollution. Pour Cahill, c'est une réalité, alors que pour Ozcan qui travaille en milieu urbain, la FAA continue de traiter la logistique. Comme l'a dit le professeur Cahill, l'objectif avec des drones capables de tester les polluants atmosphériques est d'obtenir la permission de la FAA pour "survoler les villes en toute sécurité, afin qu'elles puissent être exploitées à leur plein potentiel. De cette façon, nous pouvons obtenir les informations aériennes dont nous avons besoin pour protéger les gens. "

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