Perception de l'environnement urbain à l'aide d'une flotte de capteurs sur des vélos : application à la pollution de l'air

Perception of the urban environment with sensors aboard bicycles : application to air pollution

• Auteur / Autrice : Christophe Bertero
• Direction : Jean-François Léon, Matthieu Roy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 12/06/2020
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Systèmes (Toulouse ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (Toulouse ; 1968-....) - Laboratoire d'Aérologie (Toulouse ; 1983-....)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Pierre Gleizes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Léon, Matthieu Roy, Marie-Pierre Gleizes, Hervé Rivano, Sébastien Payan, Sonia Ben Mokhtar, Isabelle Chiapello, Matthieu Roy-Barman, Gilles Trédan
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Hervé Rivano, Sébastien Payan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Villes intelligentes

Pollution -- Mesure

Réseaux de capteurs (technologie)

Mots clés libres

Vélo intelligent

Réseau de capteurs et systèmes répartis

Modélisation

Pollution de l'air

Pollution urbaine

Capteur MOx

Mobilité humaine

Smart bike

Sensor network and distributed systems

Modeling

Air pollution

Urban pollution

MOx sensor

Human mobility

Résumé

Cette thèse s'inscrit dans le contexte des « villes intelligentes », où le traitement de l'information améliore la qualité de vie. Elle étudie la perception de l'environnement, et plus particulièrement la perception de la pollution de l'air en ville, à l'aide de capteurs sur vélos. Le premier chapitre introduit les défis techniques et scientifiques, en terme de collecte de l'information et de modélisation, appliqués au domaine de l'aérologie. Le deuxième chapitre s'intéresse à la conception d'une flotte d'instruments mobiles de mesure de la pollution de l'air. Nous caractérisons la forme du réseau de capteurs nécessaire à la modélisation, d'une part à l'aide de la littérature et d'autre part via une simulation. Le troisième chapitre expose notre réalisation d'un tel instrument. Nous l'avons articulé autour d'un micro-capteur à métal-oxyde semi-conducteur (capteur MOx) de NO2 et CO, le MiCS-4514, et évalué ses performances en milieux contrôlés. Le quatrième chapitre présente les deux déploiements de cet instrument dans la ville de Toulouse, d'abord auprès d'une association de location de vélos puis avec des « vélo-taffeurs » de notre laboratoire, et le jeu de données collecté. Enfin, nous estimons les niveaux de pollution en NO2 et en CO dans la ville.

This thesis takes place in the context of ''smart cities'', where the information processing improves the quality of life. It studies the perception of the environment and especially the perception of air pollution in the city using sensors on bikes. The first chapter introduces the technical and scientific challenges in terms of information collection and modeling applied to aerology. The second chapter presents the design of a fleet of mobile instruments for measuring air pollution. We characterize the shape of the sensor network needed for modeling, on the one hand using the literature and on the other hand using a simulation. The third chapter deals with the development of such an instrument. We have built our instrument around a semiconductor metal oxide micro-sensor (MOx sensor) of NO2 and CO, the MiCS-4514, and evaluated its performance in controlled environments. The fourth chapter presents the two deployments of this instrument in the city of Toulouse in France, first with a bicycle rental association and then with bikers from our laboratory, and the dataset collected. Finally, we estimate the pollution levels in NO2 and CO in the city.