détecter des gaz, polluants et fumées

Cette page rassemble les modules capteurs de gaz de la famille MQ : huit références, une même carte, un même principe, mais chacune sensible à des gaz différents. Elle sert à choisir la bonne référence pour ce que vous voulez surveiller — un gaz combustible, une fuite de bouteille, des vapeurs d’alcool, du monoxyde de carbone — puis à comprendre ce que ces modules savent réellement faire, et ce qu’ils ne savent pas faire.

Un module MQ, c’est un capteur à oxyde d’étain monté sur une petite carte qui le rend directement exploitable : deux sorties, un seuil réglable au tournevis, quatre broches au pas de 2,54 mm. Chaque référence se vend à l’unité ; le tableau qui suit dit laquelle prendre.

Quel module pour quel gaz

Ces plages sont celles des capteurs du constructeur, relevées dans des conditions de référence ; elles donnent un ordre de grandeur et non une précision de mesure. La famille MQ compte d’autres références — qualité de l’air, ammoniac, ozone, sulfure d’hydrogène — que la boutique ne propose pas : cette page s’en tient aux huit modules ci-dessus.

Ce que les huit modules ont en commun

• Le même élément sensible — une couche d’oxyde d’étain (SnO2) déposée sur un tube de céramique chauffé, enfermée sous une grille métallique. Dans l’air propre, sa résistance est élevée ; elle chute dès qu’un gaz réducteur arrive à son contact, d’autant plus fortement que la concentration est grande.
• La même électronique de carte — le capteur, un comparateur LM393, un potentiomètre de réglage, deux LED (alimentation et sortie) et un connecteur de quatre broches mâles.
• Les deux mêmes sorties — une tension analogique continue qui suit le niveau détecté, et une sortie numérique tout ou rien qui bascule au franchissement du seuil réglé au potentiomètre. La première sert à observer une évolution, la seconde à déclencher une alarme ou un relais.
• La même alimentation — 5 V pour le circuit et pour le chauffage du capteur, qui est la partie gourmande : comptez de l’ordre de 150 mA par module sous 5 V, un peu plus pour certains modèles.
• La même dépendance à l’air ambiant — la réponse du capteur se déplace avec la température et l’humidité. Les constructeurs ne garantissent leurs courbes qu’aux alentours de 20 °C et 65 % d’humidité relative, soit une pièce tempérée ordinaire.

Lire la sérigraphie avant de brancher

Le principe est identique sur les huit références, mais l’ordre des quatre broches change d’une carte à l’autre : sur certaines, la sortie numérique précède l’analogique, sur d’autres c’est l’inverse. La sérigraphie imprimée près du connecteur est la seule référence qui fait foi ; un module câblé à l’envers ne donne rien, et une inversion de l’alimentation peut l’endommager.

Le préchauffage décide de tout

C’est la contrainte que l’on découvre après avoir monté son premier module. Un capteur à oxyde d’étain n’est stable qu’après une longue chauffe : les fiches du constructeur parlent de 48 heures de préchauffage avant d’exploiter les courbes de sensibilité, et de quelques minutes seulement pour un essai rapide. Tant que cette chauffe n’est pas faite, la valeur au repos dérive lentement, et le seuil réglé trop tôt finit par déclencher tout seul le lendemain, ou par ne plus rien détecter du tout.

Deux conclusions pratiques : laissez le module sous tension pendant toute la durée de l’étalonnage, et refaites le réglage sur un capteur chaud plutôt que de faire confiance à une valeur relevée dans les premières secondes qui suivent la mise sous tension.

Étalonner sans gaz de référence

Les constructeurs expriment la sensibilité en rapport de résistances : Rs, la résistance du capteur dans le gaz, divisée par R0, sa résistance dans l’air propre. Exploiter cette courbe suppose de connaître R0, donc de mesurer un capteur chaud dans un air réellement propre — ce qui n’est pas à la portée d’un montage amateur, et encore moins dans une cuisine. Pour un projet d’alarme, une méthode plus modeste suffit :

• laisser chauffer le module à l’air libre et relever la sortie analogique sur le moniteur série : c’est le repos de ce capteur, dans cette pièce, à ce moment ;
• placer le seuil du programme une marge au-dessus de ce repos — 150 points sur l’échelle de 0 à 1023 est un point de départ, à ajuster selon les fausses alertes ;
• vérifier avec une source réelle et inoffensive — un briquet non allumé, un chiffon imprégné d’alcool — que la valeur monte franchement au-dessus du seuil ;
• refaire le relevé à un autre moment de la journée pour voir de combien le repos se déplace : c’est cette amplitude qui fixe la marge utile.

Une conséquence souvent négligée : deux exemplaires du même modèle n’ont pas le même R0. Le seuil relevé sur un module ne se recopie pas sur le suivant ; chaque carte demande son propre relevé, ce qui justifie le programme ci-dessous.

Mini-projet : un seuil étalonné au démarrage

Plutôt que d’écrire un seuil en dur dans le programme, celui-ci le calcule lui-même : à la mise sous tension, il relève la valeur de repos de l’air ambiant pendant trente secondes, en déduit le seuil, puis surveille. Le même programme fonctionne avec n’importe lequel des huit modules, puisqu’ils partagent le brochage et les sorties.

Ce qu’il faut

Le câblage

Le programme

À copier dans l’IDE Arduino, puis à téléverser sur la carte. La diode de la carte clignote pendant le relevé, puis reste allumée tant que le seuil est franchi :

/*
 * Etalonner un module capteur de gaz de la famille MQ, puis surveiller
 * Carte : Arduino Uno R3
 * Montage : module MQ en 5 V, sortie AO sur A0, sortie DO sur D2
 * Fonctionne avec MQ-2, MQ-3, MQ-4, MQ-5, MQ-6, MQ-7, MQ-8 et MQ-9 :
 * meme brochage, meme principe de sortie.
 *
 * Composants, brochage et fiche complete : www.marocproduits.com
 */
const byte PIN_AO     = A0;   // sortie analogique du module
const byte PIN_DO     = 2;    // sortie numerique du comparateur
const byte PIN_VOYANT = 13;   // diode deja montee sur la carte Arduino
const int NB_MESURES = 30;    // 30 releves espaces d'une seconde
const int MARGE      = 150;   // ecart place au-dessus du repos de l'air propre
long somme = 0;
int  repos = 0;
int  seuil = 0;
void setup() {
  pinMode(PIN_DO, INPUT);
  pinMode(PIN_VOYANT, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Etalonnage : laissez le module a l'air libre, sans source de gaz.");
  Serial.println("Releve de la valeur de repos pendant 30 secondes.");
  somme = 0;
  for (int i = 0; i != NB_MESURES; i++) {
    somme += analogRead(PIN_AO);
    digitalWrite(PIN_VOYANT, HIGH);   // la diode clignote pendant le releve
    delay(100);
    digitalWrite(PIN_VOYANT, LOW);
    delay(900);
  }
  repos = somme / NB_MESURES;         // reference de ce capteur, dans cette piece
  seuil = repos + MARGE;              // seuil du programme, une marge au-dessus
  Serial.print("Valeur de repos = ");
  Serial.println(repos);
  Serial.print("Seuil d'alerte  = ");
  Serial.println(seuil);
  Serial.println("Approchez une source de gaz pour verifier le declenchement.");
}
void loop() {
  int niveau = analogRead(PIN_AO);    // 0 a 1023
  int etatDO = digitalRead(PIN_DO);   // decision du comparateur du module
  Serial.print("niveau = ");
  Serial.print(niveau);
  Serial.print("   repos = ");
  Serial.print(repos);
  Serial.print("   sortie numerique = ");
  Serial.println(etatDO);
  // L'alerte part si le niveau atteint le seuil calcule au demarrage,
  // ou si le potentiometre du module a deja bascule sa sortie numerique.
  if (niveau >= seuil || etatDO == LOW) {
    digitalWrite(PIN_VOYANT, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(PIN_VOYANT, LOW);
  }
  delay(500);
}

Comment ça marche

• Pendant les trente premières secondes, analogRead() est appelé trente fois et les valeurs sont additionnées dans somme. La division par NB_MESURES donne repos : la moyenne de l’air ambiant, propre à ce capteur et à cette pièce.
• seuil = repos + MARGE place la barre 150 points au-dessus. L’échelle va de 0 à 1023, et la marge se règle en une ligne si les fausses alertes sont trop fréquentes ou si le montage manque de sensibilité.
• La boucle principale affiche le niveau, le repos et l’état du comparateur, puis décide : soit la mesure dépasse le seuil calculé, soit le potentiomètre du module a déjà basculé sa sortie numérique. Les deux chemins mènent à la même diode.
• digitalRead(PIN_DO) ne fait que lire la décision du module. Le seuil du potentiomètre se règle au tournevis, sans retéléverser le programme ; celui du code se modifie dans l’IDE, sans toucher au matériel. Utiliser les deux est volontaire : l’un rattrape l’autre.
• La diode de la broche 13 est déjà sur la carte, avec sa résistance : ce programme se teste donc sans aucun composant supplémentaire. Pour une alarme sonore, elle se remplace par un buzzer, branché entre la broche 8 et la masse.
• La pause de 500 ms laisse le capteur respirer et garde le moniteur série lisible ; les trente relevés d’étalonnage ne rallongent le démarrage que de trente secondes.

Régler la marge

La marge est le seul réglage qui compte. Trop faible, le montage déclenche quand la pièce se réchauffe ou quand une porte s’ouvre ; trop grande, il attend une concentration forte. Procédez par étapes : relevez le repos une première fois, laissez le module branché quelques heures, notez la nouvelle valeur, et prenez une marge qui couvre la dérive observée plus une marge de sécurité. Un journal sur une carte à mémoire se révèle utile pour voir le repos varier sur une journée.

Le cas particulier du MQ-7

Le monoxyde de carbone ne se mesure pas comme les autres gaz de la famille. La fiche du constructeur du MQ-7 prescrit un chauffage alterné : 5 V pendant 60 secondes, puis 1,4 V pendant 90 secondes, cycle répété. C’est pendant la phase basse que la mesure se relève, et c’est ce cycle qui rend la lecture du CO exploitable.

Sur un module à quatre broches, rien ne pilote ce cycle : le chauffage est alimenté en permanence par VCC tant que la carte est sous tension. La lecture d’un MQ-7 reste donc une tendance — utile pour observer l’air d’un local, insuffisante pour annoncer une concentration. Pour surveiller réellement le monoxyde de carbone dans un logement, cela ne remplace pas un appareil homologué.

Points d’attention

• Ces modules ne sont pas des appareils de sécurité. Ils ne portent aucune homologation et ne remplacent ni un détecteur de gaz normalisé, ni un détecteur de fumée certifié. Ils servent à expérimenter, à instrumenter un local et à automatiser ; la protection des personnes relève d’appareils conçus pour cela.
• Ils détectent, ils ne dosent pas. La sortie analogique est un niveau relatif, qui se déplace avec la température, l’humidité et l’âge du capteur. Un résultat en ppm ne peut être annoncé qu’après un étalonnage au gaz de référence, hors de portée d’un montage amateur.
• Tous les gaz réducteurs se ressemblent pour eux. Alcool, vapeurs de solvant, aérosols, fumée de cigarette et gaz d’un briquet provoquent la même réaction. Un module posé dans une cuisine déclenchera sur la friture, et c’est normal : à vous de choisir la référence et l’emplacement en conséquence.
• Le chauffage consomme en permanence. Un montage autonome doit compter environ 150 mA par module, en plus du reste. Ne l’enfermez pas dans un boîtier clos et évitez tout plastique sensible à la chaleur à son contact.
• Une alarme qui n’est pas entendue ne sert à rien. Le capteur doit être placé là où le gaz s’accumule — au sol pour du butane plus lourd que l’air, en hauteur pour du gaz naturel ou de l’hydrogène — et à un endroit d’où le signal sonore ou lumineux parvient réellement à quelqu’un.
• Le capteur vieillit. Sa résistance de repos se déplace avec le temps et les vapeurs adsorbées. Un montage en service demande un étalonnage refait périodiquement, sinon le seuil perd son sens.
• Une installation au gaz ne se répare pas soi-même. Un montage électronique se teste à l’air libre, avec un briquet non allumé. La recherche d’une fuite sur une installation réelle, le remplacement d’un détendeur ou d’un flexible relèvent du professionnel.

Questions fréquentes

Peut-on brancher plusieurs modules sur une même carte ?

Oui, et c’est une des raisons d’être de cette gamme : chaque module occupe une entrée analogique (A0, A1, A2…) et, s’il est utilisé en tout ou rien, une entrée numérique. La limite n’est pas le nombre de broches mais le courant : chaque chauffage consomme de l’ordre de 150 mA, quand un port USB n’en fournit que 500 mA. Deux modules passent, quatre ne passent pas. Au-delà, il faut alimenter les capteurs par une alimentation 5 V séparée, en gardant les masses communes.

Faut-il une bibliothèque pour lire la valeur ?

Non. Une entrée analogique et analogRead() suffisent pour tout ce qui est décrit ici. Il existe des bibliothèques qui convertissent la tension en ppm à partir de la courbe du constructeur : elles ne font que rejouer cette courbe, dans les mêmes conditions de référence, et n’améliorent pas la précision du capteur.

Ces modules mesurent-ils une concentration en ppm ?

Pas de façon exploitable. La sortie analogique est un niveau relatif, dont la correspondance avec une concentration n’est garantie qu’en conditions d’étalonnage. En pratique on compare : la valeur au repos, puis la valeur en présence de la source. Une mesure exprimée en ppm suppose un gaz de concentration connue pour l’étalonnage.

Pourquoi ma valeur au repos ne ressemble-t-elle pas à celle d’un tutoriel ?

Parce que chaque capteur a son propre R0, que chaque carte a son propre réglage de comparateur, et que la valeur dépend de la pièce, de la température et de l’état de chauffe. Un relevé sur un module donné ne se transpose pas à un autre : c’est précisément pour cela que le programme ci-dessus mesure le repos avant de surveiller.

Lequel choisir pour la cuisine ?

Pour une cuisine au gaz de ville, le MQ-4 est le plus adapté au méthane, avec l’avantage d’être peu sensible à l’alcool et aux vapeurs de cuisson. Pour une bouteille de butane, prenez plutôt le MQ-5 ou le MQ-6. Pour couvrir large sans choisir, le MQ-2 réagit à presque tout, mais c’est aussi celui qui déclenchera le plus facilement sur autre chose que du gaz.

Faut-il débrancher le module quand on ne s’en sert pas ?

Un module hors tension ne détecte rien, mais il ne s’use pas non plus. Pour un montage d’essai, débranchez-le entre deux séances et refaites l’étalonnage à la mise sous tension : le programme ci-dessus est fait pour cela. Pour un montage en service, laissez-le alimenté et notez la date du dernier étalonnage.

À combiner avec

Un module MQ se câble directement sur une carte à entrée analogique : une carte Arduino Uno R3 avec son câble USB suffit pour démarrer, posée sur une plaque d’essai de 400 points. Le module se teste seul, avec la diode de la carte ; pour une vraie alarme, un buzzer actif se met à sonner dès sa mise sous tension, sans réglage de fréquence.

Si le montage doit agir au lieu de prévenir, la sortie numérique pilote l’entrée d’un module 1 relais 5 V qui commande une ventilation ou une alarme extérieure, en isolant le circuit de puissance du circuit de commande. Et comme chaque chauffage réclame son courant, un montage autonome ou équipé de plusieurs modules gagne à être alimenté par une alimentation 5 V 2 A plutôt que par le seul port USB.