Pourquoi la calibration est-elle indispensable ?
La calibration des capteurs de qualité de l’air n’est pas un simple détail technique : c’est le fondement de la fiabilité des mesures environnementales, en particulier dans les systèmes IoT de surveillance environnementale, où les données sont exploitées à grande échelle et sur le long terme.
Sans calibration rigoureuse :
- Les données sont inexactes et peuvent induire en erreur.
- Les mesures ne sont pas comparables entre sites, entre capteurs, ni avec les références réglementaires.
- Les décisions stratégiques basées sur ces mesures (alertes pollution, politiques environnementales, gestion industrielle, gestion des nuisances olfactives) peuvent être coûteuses ou dangereuses pour la santé et l’environnement.
Dans ce contexte, la calibration constitue un prérequis des Factory Acceptance Tests (FAT) et des Site Acceptance Tests (SAT) des dispositifs IoT ELLONA, garantissant que chaque instrument est conforme avant et après son déploiement sur le terrain.
Les enjeux clés de la calibration :
- Précision : Assurer que les valeurs mesurées reflètent exactement la concentration réelle des polluants (gaz, particules, odeurs).
- Linéarité : Garantir une réponse proportionnelle sur toute la plage de mesure, indispensable pour les analyses réglementaires et comparatives.
- Transférabilité : Permettre la comparaison fiable des données entre différents sites, instruments et campagnes de mesure.
- Robustesse : Maintenir la fiabilité des capteurs dans des conditions environnementales variables et sur le long terme (température, humidité, dérive, pollution complexe).
En résumé : Des mesures précises exigent une calibration sans compromis. Calibrer, c’est garantir la confiance de chaque donnée !
La calibration au cœur de la fiabilité
Chez ELLONA, la calibration n’est pas une option, c’est une exigence scientifique et industrielle, intégrée dès la phase de FAT (Factory Acceptance Tests) IoT.
Chaque capteur installé sur la carte électronique des WT1 est calibré individuellement afin de garantir :
- Précision : les mesures reflètent exactement les concentrations réelles des polluants.
- Linéarité : les valeurs sont proportionnelles à la concentration réelle sur toute la plage de mesure.
- Transférabilité : les données sont comparables entre sites et conformes aux standards internationaux.
- Robustesse : la fiabilité est maintenue dans des conditions environnementales extrêmes et sur le long terme.
Pour encadrer ce processus, ELLONA a développé deux procédures opératoires standard (SOP), directement alignées avec les exigences FAT/SAT des systèmes IoT :
- SOP usine (FAT) : garantit l’étalonnage initial, la validation multipoint, la vérification des dérives initiales et la conformité fonctionnelle avant livraison.
- SOP terrain (SAT) : décrit les opérations de réétalonnage, de compensation de dérive et d’adaptation aux conditions réelles après installation sur site. Le réétalonnage doit en effet être réalisé régulièrement, en fonction de la nature des capteurs et surtout du type d’environnement.
Nos dispositifs WT1 ont été reconnus pour leur excellence lors d’évaluations indépendantes :
- Challenge Airlab de Airparif 2021 : Meilleur capteur multi-polluants
- Challenge Airlab de Airparif 2023 : Meilleur capteur pour le NO₂
Ces résultats confirment que la méthodologie ELLONA, combinant calibration usine (FAT), algorithmes embarqués, et recalibration terrain (SAT), fournit des mesures fiables, précises et traçables dès le déploiement.
Sélection des capteurs déployés sur nos cartes électroniques
- Chaque capteur (électrochimique, particules, odeurs) est testé individuellement avant intégration sur une carte électronique.
- Seuls les capteurs répondant à des critères stricts de précision, linéarité, répétabilité et stabilité sont retenus.
- Chaque instrument ELLONA respecte des FAT spécifiques aux technologies IoT environnementales :
- FAT gaz électrochimiques (zéro, span, linéarité, sensibilités croisées),
- FAT particules (répétabilité, stabilité, cohérence inter-capteurs),
- FAT odeurs (répétabilité des signatures, dérive, temps de réponse).
- ELLONA sélectionne exclusivement des capteurs issus de fabricants de référence, reconnus pour leur performance et leur stabilité à long terme.
- Les cartes électroniques et capteurs non conformes sont systématiquement écartés.
Avantage :
Cette approche permet une calibration fine et individualisée, garantissant un contrôle scientifique complet dès la conception du dispositif IoT.
Caractérisation en laboratoire et calibration multipoint en usine (FAT)
Chaque capteur est soumis à une campagne complète de FAT en laboratoire, couvrant des conditions proches du terrain réel.
- Les capteurs sont testés sous conditions environnementales extrêmes (température, humidité, pression, gaz croisés), afin d’anticiper les comportements observés en environnement réel (zones industrielles, climats chauds ou froids, atmosphères complexes).
- Les chambres capteurs des WT1 intègrent des capteurs de température et d’humidité relative, permettant une compensation dynamique de dérive.
- Plusieurs concentrations connues sont générées à l’aide d’un banc de dilution haute précision (MFC), permettant :
- la calibration multipoint des capteurs électrochimiques (gaz),
- la validation fonctionnelle des capteurs d’odeurs (MOX / nez électroniques)
- Chaque courbe de réponse est établie capteur par capteur, puis WT1 par WT1.
- Les coefficients de calibration sont tracés, sécurisés et cryptés dans le système WT1.
Ainsi, chaque station WT1 est livrée avec son certificat d’étalonnage usine, validé dans le cadre des FAT.
Impacts :
- Mesures stables, précises et linéaires dès la mise en service.
- Forte robustesse environnementale.
- Transférabilité maximale des données entre stations et territoires.
Calibration et corrections sur site (SAT)
Après la calibration multipoint réalisée en usine dans le cadre des FAT, une adaptation aux conditions réelles de déploiement est indispensable. Les environnements réels (composition chimique de l’air, climat, sources locales, interférences) ne peuvent être totalement reproduits en laboratoire.
ELLONA a donc développé trois méthodes complémentaires, activables indépendamment ou combinées, afin de garantir la continuité métrologique, la robustesse et la transférabilité des données tout au long du cycle de vie des stations WT1.
Co-localisation avec une station de référence – (Recalibration terrain de type SAT – méthode de référence)
Principe :
La co-localisation consiste à installer temporairement une station ELLONA WT1 à proximité immédiate d’une station de mesure réglementaire (réseau officiel ou laboratoire agréé), mesurant les mêmes polluants dans des conditions strictement identiques.
Les deux systèmes collectent des données simultanément sur une période représentative (généralement de 7 à 30 jours), couvrant différents régimes de pollution (fond, pics, variations météorologiques).
Paramètres ajustés :
- Sensibilité (gain) des capteurs électrochimiques
- Linéarité réelle sur la plage de concentrations observée
- Correction des biais systématiques
- Ajustement des modèles algorithmiques embarqués (régression, compensation croisée)
Spécificités par type de capteur :
- Gaz électrochimiques : recalibration complète (zéro + span + pente)
- Particules : ajustement des facteurs de correction environnementaux (humidité, saisonnalité)
Avantages :
- Méthode la plus robuste et la plus reconnue scientifiquement
- Alignement direct avec les standards réglementaires
- Excellente transférabilité des données
Contraintes :
- Mobilisation logistique
- Indisponibilité temporaire de la station
- Stations de référence parfois limitées en polluants (H₂S, NH₃, odeurs)
Cas d’usage privilégiés :
- Démarrage de projets sensibles
- Audits réglementaires
- Sites industriels fortement contraints
- Validation initiale de nouveaux réseaux IoT
Toutefois, elle nécessite le démontage temporaire de l’instrument, entraîne une indisponibilité des données pendant plusieurs jours ou semaines, et certaines stations de référence ne mesurent pas certains gaz comme le H₂S ou le NH₃.
Calibration avec gaz certifiés – CalBox – (Calibration terrain de type ALPHA 2 – traçabilité métrologique)
La CalBox ELLONA est un système portable de calibration conçu exclusivement pour les capteurs électrochimiques. Elle permet l’injection contrôlée de gaz étalons certifiés ISO/NIST (National Institute of Standards and Technology) directement sur site, sans démontage de la station WT1.
Elle reproduit, à l’échelle terrain, les conditions de calibration usine réalisées lors des FAT, garantissant la traçabilité métrologique des mesures pour les capteurs électrochimiques.
Capacités techniques :
- Régulateur de débit à double canal haute précision pour générer une large gamme de concentrations et débits, adaptés aux capteurs simples ou multiples.
- Banc de dilution portable multi-gaz, permettant d’analyser jusqu’à 4 gaz différents et plus, grâce à des cylindres de gaz commutables.
- Génération de concentrations programmables
- Calibration possible de plusieurs capteurs électrochimiques simultanément avec le même dispositif, augmentant ainsi la polyvalence et la fiabilité des calibrations sur site.
- Pilotage via ELLONASOFT (PC) pour une gestion fluide et une mise à jour automatique des paramètres du capteur.
Paramètres ajustés pour les capteurs électrochimiques :
- Zéro et span (vérification et l’ajustement de la sensibilité)
- Vérification de la répétabilité
- Validation des temps de réponse
- Mise à jour automatique des coefficients dans le WT1
Avantages :
- Pas de démontage ni retour usine
- Continuité de service quasi totale
- Méthode rapide, précise et reproductible
- Parfaitement adaptée aux environnements industriels
Cas d’usage privilégiés :
- Maintenance préventive planifiée
- Sites éloignés ou difficiles d’accès
- Environnements agressifs (H₂S, solvants, humidité élevée)
- Réseaux IoT étendus nécessitant une standardisation des interventions
Compensation de dérive à distance par traitement avancé des données –(Corrections de type BETA – continuité opérationnelle)
Principe :
Lorsque la recalibration terrain immédiate n’est pas possible, ELLONA applique des corrections algorithmiques avancées basées sur l’analyse des données historiques, des tendances environnementales et du comportement typique des capteurs.
Attention : Ces méthodes ne remplacent pas une calibration avec référence externe, mais permettent de maintenir la cohérence des données entre deux opérations de recalibration. Ces corrections n’ajustent pas la sensibilité, mais uniquement la ligne de base.
- BETA 1 – Correction manuelle de la ligne de base :
- Ajustement du point zéro à partir des données historiques
- Déclenchée par détection de dérive lente
- Validation par un expert ELLONA
- BETA 2 – Correction automatique de la ligne de base (ABC) :
- Algorithme embarqué détectant automatiquement les périodes de bruit de fond
- Correction continue sans intervention humaine
- BETA 3 – Correction certifiée particules (MCERTS) :
- Application des facteurs de correction issus de la certification MCERTS
- Utilisation exclusive de capteurs certifiés
- Prise en compte de l’humidité et de la taille des particules
Gestion et supervision à distance via ELLONASOFT
Grâce à la plateforme ELLONASOFT et à l’équipe Customer Success, l’ensemble du processus de calibration, de correction et de suivi des capteurs peut être réalisé à distance, sans intervention sur site.
Fonctionnalités principales :
- Suivi en temps réel : état des capteurs, anomalies, batterie, performances.
- Gestion complète de la calibration : étalonnage à distance, corrections de la ligne de base, mises à jour automatiques.
- Historique complet : toutes les opérations sont enregistrées pour audits, traçabilité et conformité réglementaire.
Impact :
- Garantit une traçabilité complète et des données fiables en temps réel.
- Offre un niveau de sécurité, de flexibilité et de performance maximal, tout en minimisant les interventions sur le terrain.
Permet d’optimiser la robustesse, la précision et la transférabilité des mesures WT1, même dans des environnements complexes et variés.
Synthèse des points forts ELLONA
ELLONA propose une approche complète et rigoureuse de la calibration des capteurs de qualité de l’air, garantissant des données précises, linéaires, transférables et robustes.
- Sélection des capteurs : seuls les capteurs les plus performants du marché et conformes aux FAT internationaux sont intégrés.
- Laboratoire et calibration : tests sous conditions extrêmes, compensation de dérive en ligne et courbes de réponse établies sur banc de dilution haute précision.
- Calibration et recalibration sur site : co-localisation avec stations de référence, étalonnage avec gaz certifiés via CalBox, corrections de dérive en absence de référence.
- Supervision et maintenance à distance : suivi en temps réel, gestion complète des calibrations et corrections via ELLONA Cloud.
- Performances prouvées : meilleur capteur multi-polluants Airparif 2021, meilleur capteur NO₂ Airparif 2023.
Conclusion
Des mesures précises exigent une calibration sans compromis. Calibrer, c’est garantir la confiance de chaque donnée. ELLONA adopte une approche scientifique, rigoureuse et entièrement traçable pour la calibration des capteurs de qualité de l’air. Du choix des capteurs les plus performants à la supervision à distance via ELLONA Cloud, chaque étape est conçue pour garantir des mesures précises, linéaires, fiables et robustes, même dans les environnements les plus exigeants.