C.E.S.N.A (association loi 1901)

Jean-Marc Duchenne, président né le 18/07/1959 à Auxerres (89) domicilié à Ameyzieu 01510 Artemare.

Agnès Thevenet, trésorier née le 12/04/1961 Lyon, publiciste, Domiciliée à 13 rue Francois Peissel 69300 Caluire et Cuire

Mademoiselle Christine Thevenet, sécrétaire, née le 24/05/1958, professeur, domiciliée à 01300 Massignieu-de-Rives

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mise à jour le 2003/02/09

"ET SI ON MESURAIT RÉGULIÈREMENT LA POLLUTION SONORE TOUT AUTOUR DU LAC POUR POUVOIR L'AMÉLIORER PAR LA SUITE?"

un exemple: schéma d'une balise de mesure de la pollution sonore

description détaillée des éléments

Idée (émise par Jean Thevenet, dans le cadre de l'association "Centre d'Étude du Spectre Naturel et Anthropologique" ):

donner un but concret aux écoles (domaines électronique, et informatique) tout en construisant un outil servant l'environnement dans le cadre du projet "Grand lac"
 

Projet:

Créer et gérer un réseau de dosimètres de pollution sonore dont le but est d'étudier, et quantifier statistiquement l'importance de la pollution sonore d'origine humaine, la santé "acoustique" d'un paysage. Des Balises équipées de circuit audio et d'émission à faible puissance, pour permettre l'analyse à distance du spectre sonore de la pollution sonore humaine subie en des lieux reculés. l'analyse statistiques de ces données étant l'affaire des informaticiens.

Ce projet ne date pas d'hier: en 1996 l'auteur avait tenté de le faire adopter à Cilaos (Île de la Réunion) pour évaluer la nuisance des hélicoptères de tourisme. Le bureau d'étude du Lycée du Tampon a commencé les circuits BF, puis ensuite, le projet a été abandonné par suite d'un "détournement" de motivation vers un projet lié directement à INTERNET, et puis peut être aussi parce que cela aurait trop "gêné" des lobbies bien installés...

Lieu idéal:

le tour du lac du Bourget, au bord, dessus le lac et en altitude (Charvaz et Chambotte): ce projet pourrait ensuite être étendue au vieux Rhône, aux marais de Lavours, à la Charvaz, et aux endroits à grand intérêt esthétique et biologique où sévissent à distance deux fléaux: les tondeuses à gazon et depuis 2001, les souffles feuilles... Préserver une qualité acoustique est indispensable pour conserver une intégrité réelle du paysage: pour vous en convaincre immaginez que vous regardiez le même film du lac avec deux bande son: la première avec un fond d'oiseaux, de vent dans les feuilles, et la deuxième avec le son de 45 bateaux à moteurs entretenant un grondement lointains ou ressorttent de tant à autre quelques moulinettes.... Des lieux magnifiques comme le lac du Bourget perdent beaucoup de valeur du fait d'une grande pollution sonore (hors bords, voie ferrée et grandes routes au bord). Un lac plus qu'ailleurs est un endroit de détente ou les gens se déplacent en majorité pour se reposer, non pour entendre un concerts de moteur... Le lac hélas est le milieu qui permet la meilleure propagation de ces bruits désagréables, et d'une façon capricieuse qui dépend du vent, de la température de l'air, de l'eau et des gradients de température verticaux...

pourquoi?

Les conditions météorologique, la température de l'eau, le climat en général, rendent inexploitables toute mesure ponctuelle dans le temps. La perturbation de propagation des ondes sonores provoque des variations de niveau de l'ordre de 1 pour 1000 (30dB). Seule une étude statistique permettra de mettre en évidence certains phénomènes plus ou moins fréquents (guides d'ondes acoustiques au dessus de l'eau, par exemple), et mesurer l'importance des améliorations, dont les résultats peuvent dépendre de détails souvent minimes dans la conception des moteurs (bateaux), routes et pneus (revêtements), accotements (passés au désherbant par exemple, jusqu'à 4 fois plus de bruit), et des types d'aménagement et réglementations touristique (choisir des horaires en fonction des statistiques, pour minimiser les nuisances des sports nautiques bruyants... la liste interminable sort du cadre de ce texte.

La recherche d'innovations en rapport avec l'écologie, associées au projet "grand lac" sont le contexte idéal pour mener à terme cette expérience.

Des retombées probables et relativement infinies.

Outre le contrôle de la qualité acoustique de l'environnement qui devrait permettre de poser des garde-fous lors du projet Grand lac, les acquis pourront servir à bien d'autres projets de ce type, même dans d'autre domaines (capteurs chimiques pour l'air et l'eau, capteurs météo pour l'étude précise des microclimats avec une maille d'étude inférieure au Km (contre les 50Km actuels), ceux-ci par exemple pouvant apporter de précieuses information à l'agriculture de type biologique. L'intérêt non moindre est un faible coût de ces réseaux de capteurs et la participation des écoles à leur conception.

Le point de vue technique et éducatif:

Un tel projet semble idéal pour donner un but de travaux pratiques à des étudiants en électronique, en mécanique, en électricité, et en informatique, sans oublier la pratique de la radioélectricité!!! L'avantage de ce projet est aussi de permettre à des centres de formations de divers domaines d'apporter leur "pierre" lors de sa réalisation.

Électronique: circuits BF,

Mesure à faible dérive, intégrateurs numériques, analyseurs de spectre à balayage de fréquence ou par division d'un signal en plusieurs canaux de mesure.

Limite entre électronique et informatique: programmation d'EEPROM et bascules logiques afin de numériser les mesures et moduler le signal en tout ou rien pour envoyer à l'émetteur de la balise...

Radioélectricité:

Propagation des ondes métriques et centimétriques, antennes à gain, faisceaux hertzien.

Utilisation du protocole AX25, notion d'agilité de modulation et de largeur de canal occupé, étude de différentes solutions telle que sous porteuse en FM (1200 bauds), modulation directe en PSK (9600 bauds), pour transmettre les données des balises vers un poste central. Des répéteurs peuvent relayer des balises n'étant pas directement à portée radio du PC central. Ces relais radio peuvent permettre d'étendre le projet à l'infini, grâce à un réseau Packet-radio par exemple, l'investissement informatique est minime (un vieux 386 20MHz suffit largement!).

Conception des blindages, choix et utilisation de la connectique (impédances)

Informatique...

Récupération et traitement des données: cela serait l'occasion pour les étudiants d'écrire un logiciel spécial permettant la récupération, sauvegarde et interprétation de ces données sous formes de graphiques, pour le PC central, grâce à des ordinateurs LINUX par exemple.

Électricité:

Mise en place de panneaux solaires, de circuits de régulation de charge, d'accumulateurs, de sécurités, de gestion de la charge. Conception de circuits le plus économes possibles, résistance aux intempérie.

Mécanique:

construction des boîtiers étanches et solides pour les balises, Respect de la connectique compatible avec les hautes fréquences (blindages).

construction des antennes à gain dans certains cas.

Si ce projet vous concerne, contactez nous!

Jean Thevenet et Marc de Filippis

Un exemple:
À quoi pourrait ressembler concrètement une balise de mesure?
Planqué dans une bouée de ligne de rive, un petit circuit comprenant circuits audio, et de mesures, éventuellement un petit accumulateur pour fournir de l'énergie en cas de nuages, un émetteur de 0.1 mW en VHF (on voit l'antenne au centre), des micros, capsules électret seront sans doute les plus adaptés pour être discrets et solides. On devra veiller à permettre le passage du son tout en les isolant des intempérie (et aussi des sons transmis par l'eau, par le plastique de la bouée). Le cahier des charges devra prévoir une très faible consommation, afin d'être compatible avec une alimentation solaire: L'émetteur par exemple n'entre en action que quelques secondes toutes les 10mn, devrait nécessiter une puissance d'énergie inférieur au milliwatt, le temps de transmettre des paquets de données mémorisée dans une mémoire vive. Les circuits BF devraient exiger très peu d'énergie, les plus gourmand seront sans doute les composants de calculs, et de mesure.

Les panneaux solaires pourront capter de l'énergie à travers un plastique les masquant à la vue (translucide).
Sans alimentation solaire, des grosses piles RL6 devraient alimenter de tels circuit pour bien 1 an, ce qui nécessiterait un faible entretien encore. Cela est à envisager pour des raisons de solidité par exemple.

Jean Thevenet f5rhs






Description du projet:

Discussion du 2000/06/04 avec f5dfn Georges: Il serait trop compliqué de faire de la conversion analogique numérique et de l'interprétation de données directement dans la balise: les circuits numériques seraient trop gourmand en énergie. Il est préférable de directement transmettre le son continuellement en FM. Seule la bande de fréquence concernée par la pollution sonore humaine serait à transmettre: à savoir les graves (0 à 1000Hz). Nous pouvons envisager de transmettre cette bande de fréquence audio directement en FM étroite en utilisant le mode 11F3 ou même plus étroit encore. Un émetteur est facile à construire à partir d'un quartz.

La liaison devrait permettre une dynamique de 40dB: avec 10mW, cela est réalisable à plus de 100km quand aucun obstacle gêne la réception. Dans le cas du lac du Bourget, un récepteur dont l'antenne est placé sur un toit d'un batiment par exemple recevrait toutes les balises avec un signal suffisant. Alors il faut un réglage automatique de niveau pour espérer atteindre 70dB de plage de mesure. Mais si le niveau BF est modifié, alors il nous faut un signal étalon de référence pour conserver une possibilité de mesure: nous pouvons inclure un signal de fréquence 1200 Hz, ou autre fréquence en dehors du spectre d'étude, injecté dans la chaîne BF. Son intensité suivra alors la variation de CAG. Au lieu de mesurer seulement l'intensité du signal BF reçu, on mesurera alors une différence de niveau entre le signal audio retransmis et le niveau de cette tonalité de fréquence fixe et de niveau fixe. Le niveau de cette tonalité pourrait être choisie à -40dB en dessous du 100% de modulation, précisons, en l'absence d'action du Control Automatique de Gain.

lorsque la CAG ajoute un Gain de +30 dB, ce signal étalon serait alors reçu à -10dB par rapport au 100% de modulation.

Fréquence d'émission: probablement dans la bande 430 MHz ou même 1200 MHz: ces fréquences permettent des grands gains à la réception, dans des bandes de fréquences propres et quasi exemptes de perturbations de propagation. La bande 144MHz est trop emcombrée.

Dans le cas d'une émission dans les bandes radioamateurs, la balise pourrait obtenir un indicatif, ou utiliser celui du radio amateur qui en prend la responsabilité, qu'elle devra transmettre périodiquement en télégraphie, en modulant la tonalité étalon par exemple. Il existe des circuits logiques simples pour envoyer un code morse.

Consommation probable. Un émetteur de 10 mW plus les circuits BF: à peu près 20mA sous 12V. Alimenté par des piles RL6, la balise devrait être rechargée tous les 20 jours. Il faudrait augmenter l'autonomie à 3mois en mettant 4 packs de piles RL6 alcalines en parallèle...

Les panneaux solaires sont chers et trop fragiles.

Les batteries gélifiées peuvent être une solution.

Placer la balise dans une bouée de ligne de rives; dangereux: les bateaumobilistes les vandalisent à répétition: les planquer à 10m de haut dans un arbre de la côte sauvage est plus sûr. En outre, la balise placée dans l'eau retransmettrait les sons venant par l'eau, ferait donc involontairement office d'hydraphone (quoique.. cela pourrait être intéressant!

Les données seraient reçues alors et stockées via une bonne carte son d'un ordinateur. On peut alors utiliser un logiciel d'analyse de fourrier qui mesure le signal reçu dans plusieurs bandes, programmer l'ordinateur pour stocker un fichier wave par heure (en mono, échantillonné à 8KHz,8 bits 29Mo par heure, 670 par jour.

Cela ferait vite une masse de donnée ingérable: il faut analyser ces waves à mesure et les effacer.

Nous pouvons imaginer de ne garder que l'image représentant le sonogramme de l'heure précédente et d'effacer les waves à mesure, ce qui ferait de l'ordre de 1Mo de données par heure, un peu plus d'un CD par mois, c'est correct.

Autrement il serait envisageable d'archiver les données sous formes de tables numériques... mais ce serait moins visuel... par contre ce genre de données sont suffisamment petites pour être transmises en AX25.

Des logiciels de météo et les périphériques associés peuvent être modifiés pour remplir cette fonction.


Jean Thevenet F5RHS et Georges Zanotto F5DFN


Mesurer par la même ocasion la hauteur des vagues.

Le signal étalon est de fréquence fixe avait t'on dit auparavant. Nous pouvons enviseager de le moduler en fréquence, par exemple de 1500 à 2000 Hz, en fonction de la hauteur de l'eau autour d'une valeur fixée. L'analyse fine du signal reçu, ou l'étude des sonogrammes archivés renseigerais alors sur la hauteur instantanée de l'eau à l'instant T. Par exemple 10 cm = variation de 10 Hz. Les vagues plus hautes aparaitrons comme des ondulations Faire varier de 1500 à 2000 Hz fait une plage de mesure de +-2.50 m.

Cette idée est encore plus intéressante pour surveiller le rhône. Un simple talki walki plus fréquencemètre plus abaque permet de faire la mesure


Jean Thevenet 20000619