MQ4

Le module MQ-4 est un détecteur de gaz naturel et de méthane, à sortie analogique et numérique. Son élément sensible est un capteur à oxyde d’étain (SnO2) dont la conductivité grimpe dès que du méthane ou un autre gaz combustible apparaît dans l’air. Là où le module MQ-2 réagit à peu près à tout ce qui brûle, le MQ-4 est taillé pour le gaz de ville et le gaz naturel : il reste remarquablement insensible à l’alcool et aux vapeurs d’alcool, ce qui le rend bien plus stable dans une cuisine, un local de bouteilles ou un abri de chaudière.

La carte porte le capteur, un comparateur LM393 et un potentiomètre de réglage. Elle délivre deux signaux : une tension analogique continue qui suit la concentration, et une sortie numérique tout ou rien qui bascule au franchissement d’un seuil que vous fixez vous-même au tournevis — de quoi faire sonner un buzzer ou couper une électrovanne en quelques lignes de programme.

À quoi sert un module MQ-4 ?

• Surveillance d’une installation au gaz de ville — repérer une fuite sur une cuisine, une chaudière ou un chauffe-eau raccordés au réseau, là où le gaz est justement du méthane.
• Alerte de fuite sur bouteille de gaz naturel comprimé — un local de stockage ou un véhicule roulant au GNC se surveille avec ce capteur plutôt qu’avec un MQ-2.
• Déclenchement d’une ventilation — démarrer un extracteur par relais dès que le niveau dépasse le seuil, sans intervention.
• Mesure pédagogique — suivre en continu sur le moniteur série la réponse du capteur à un briquet non allumé, et comprendre la courbe d’un capteur à oxyde d’étain.
• Comparaison de sélectivité — mettre côte à côte un MQ-2 et un MQ-4 et observer lequel se laisse le plus facilement tromper par l’alcool, la fumée ou un aérosol.

Caractéristiques techniques

Les quatre broches du module

C’est la sérigraphie de la carte qui donne l’ordre des broches, et elle seule fait foi :

Comment le module fabrique sa mesure

Le capteur est chauffé en permanence : sa surface, portée à température, réagit avec l’oxygène de l’air et acquiert une résistance élevée. Quand du méthane arrive à son contact, cette résistance chute — d’autant plus que la concentration est forte. Le module transforme cette résistance en tension, et cette tension est exploitée deux fois.

La sortie analogique AO

Elle donne à lire en continu le niveau détecté, sur une échelle de 0 à 1023 avec le convertisseur 10 bits d’un Arduino. Cette valeur n’est pas une concentration en ppm : le constructeur publie une courbe qui relie la réponse du capteur à une concentration, mais elle ne vaut que dans des conditions de référence précises, à une température et une humidité données. Dans la pratique, on s’en sert comme d’un repère — la valeur au repos dans l’air propre d’un côté, celle obtenue près d’une source de l’autre, et le seuil se place entre les deux.

La sortie numérique DO et le réglage du seuil

Le comparateur LM393 compare en permanence la tension du capteur à une référence fixée par le potentiomètre. Dès que le seuil est franchi, la sortie numérique bascule et la LED de sortie s’allume. Le réglage prend trente secondes : approchez la source de gaz à la distance où vous voulez que l’alarme parte, puis tournez lentement le potentiomètre jusqu’à l’instant où la LED s’allume. Selon les cartes, DO peut passer au niveau bas quand le seuil est franchi ; c’est la LED, allumée dans tous les cas, qui reste le repère fiable.

Le choisir dans la famille MQ

Tous les modules de la série MQ partagent le même format de carte et le même brochage, mais chaque référence vise un gaz différent : le choix se fait uniquement sur le gaz à surveiller.

Si l’objectif est la sécurité des personnes dans un logement — le monoxyde de carbone ou un détecteur de fumée —, aucun module de cette famille ne remplace un appareil homologué.

Mini-projet : une alarme de gaz naturel avec buzzer

Un montage complet en une quinzaine de minutes : le module surveille l’air, l’Arduino affiche en continu le niveau et l’état du comparateur, et un buzzer se fait entendre dès que le seuil du programme ou celui du potentiomètre est franchi.

Ce qu’il faut

Le câblage

Le programme

À copier dans l’IDE Arduino, puis à téléverser sur la carte :

/*
 * Alarme gaz naturel et methane - module capteur MQ-4
 * Carte : Arduino Uno R3
 * Montage : module MQ-4 (AO et DO) et un buzzer actif
 *
 * Composants, brochage et fiche complete : www.marocproduits.com
 */
const byte PIN_DO     = 2;    // sortie numerique du module
const byte PIN_BUZZER = 8;    // buzzer actif
const byte PIN_AO     = A0;   // sortie analogique du module
int seuil = 400;              // a ajuster apres lecture du moniteur serie
void setup() {
  pinMode(PIN_DO, INPUT);
  pinMode(PIN_BUZZER, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Surveillance du methane en cours.");
  Serial.println("Laissez le module chauffer a l'air libre, relevez la valeur");
  Serial.println("de repos affichee, puis placez le seuil juste au-dessus.");
}
void loop() {
  int niveau = analogRead(PIN_AO);     // 0 a 1023
  int etatDO = digitalRead(PIN_DO);    // etat du comparateur du module
  Serial.print("niveau = ");
  Serial.print(niveau);
  Serial.print("   sortie numerique = ");
  Serial.println(etatDO);
  // Alarme si le seuil du programme OU celui du potentiometre est franchi.
  if (niveau >= seuil || etatDO == LOW) {
    digitalWrite(PIN_BUZZER, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(PIN_BUZZER, LOW);
  }
  delay(500);
}

Comment ça marche

• analogRead(PIN_AO) relit la tension de la sortie analogique, entre 0 et 1023. Plus la valeur monte, plus il y a de méthane dans l’air.
• digitalRead(PIN_DO) constate la décision du comparateur : le module a déjà tranché selon son potentiomètre, le programme ne fait que lire le résultat.
• Les deux conditions sont mises côte à côte : le seuil du programme se modifie depuis le code, celui du potentiomètre se règle au tournevis sans retéléverser. L’un ou l’autre suffit à déclencher.
• Le buzzer employé est un modèle actif : il contient son propre oscillateur, un simple niveau haut le fait sonner. Avec un buzzer passif, il faudrait appeler tone() en précisant la fréquence.
• La pause de 500 ms laisse le capteur respirer et garde le moniteur série lisible.

Régler le seuil

Laissez le module chauffer à l’air libre, puis relevez la valeur affichée par le moniteur série : c’est votre repère de repos. Placez le seuil du programme quelques centaines de points au-dessus, approchez ensuite une source de gaz — un briquet non allumé suffit — et vérifiez que le niveau monte franchement. Si vous préférez le potentiomètre, tournez-le jusqu’à l’instant où la LED de sortie s’allume, puis relâchez.

Variantes utiles

Afficher le niveau sur un écran

Pour suivre la mesure sans ordinateur, un afficheur LCD 16 × 2 en version I2C se câble sur deux fils seulement et affiche la valeur analogique en continu. Les montages de surveillance y ajoutent souvent la date et l’heure de la dernière alerte.

Couper plutôt que biper

Pour agir sur une électrovanne, une ventilation ou une alarme extérieure, la sortie numérique du module pilote l’entrée d’un module 1 relais 5 V : le contact du relais ouvre ou ferme la ligne à commander, en isolant complètement le circuit de puissance du circuit de commande. Comme pour tout montage en 230 V, coupez le disjoncteur avant d’intervenir, ne travaillez jamais sous tension et enfermez les bornes dans un boîtier isolant.

Alimenter le montage sans ordinateur

Le chauffage du capteur consomme à lui seul environ 150 mA. Un montage autonome branché sur un simple adaptateur USB devra donc compter ce courant, et une alimentation 5 V 2 A laisse la marge nécessaire au module, à la carte et à l’alarme.

Points d’attention

• Ce module n’est pas un appareil de sécurité. Il ne porte aucune homologation et ne remplace ni un détecteur de gaz normalisé ni un détecteur de fumée certifié. Pour la protection des personnes, l’appareil homologué reste indispensable ; le module sert à expérimenter et à automatiser.
• Il détecte, il ne dose pas. La sortie analogique est un niveau relatif, qui dérive avec la température et l’humidité ambiantes. Aucun résultat en ppm ne peut être annoncé sans étalonnage au gaz de référence, ce qu’un montage amateur ne peut pas faire de façon fiable.
• Le préchauffage n’est pas une précaution de confort. Un capteur à peine mis sous tension affiche une valeur qui continue de dériver pendant des heures. Le constructeur parle de plusieurs dizaines d’heures de chauffe pour une mesure sérieuse ; pour un simple essai, laissez au moins quelques minutes et refaites le réglage à froid.
• Sa sélectivité est un avantage, pas une garantie. Le MQ-4 résiste bien mieux à l’alcool et aux solvants que le MQ-2, mais une forte concentration d’autres gaz combustibles ou de fumée épaisse le fait réagir aussi. Il ne distingue pas la source : c’est à vous de placer le capteur là où une fausse alerte est improbable.
• L’échauffement fait partie du fonctionnement. Le capteur chauffe réellement. Ne l’enfermez pas dans un boîtier clos, ne le collez pas à un plastique sensible à la chaleur et prévoyez une alimentation capable de fournir ce courant en plus du reste du montage.
• Un module chaud attire l’attention des enfants et des animaux. Pour un montage définitif, fixez la carte à l’abri des mains et des museaux, et éloignez-la de tout textile.

Questions fréquentes

Peut-on connaître la concentration exacte en gaz ?

Pas de façon exploitable avec ce seul module. La réponse du capteur dépend de la température, de l’humidité, de l’âge du capteur et du gaz présent, et le constructeur ne garantit une correspondance qu’en conditions de référence. Un étalonnage sérieux exige un gaz de concentration connue, donc un équipement de laboratoire.

Quelle différence avec le MQ-2 ?

Le MQ-2 est plus large : il réagit aux fumées, au GPL, à l’hydrogène et à beaucoup d’autres vapeurs. Le MQ-4 est plus étroit mais plus sélectif sur le méthane et le gaz naturel, et il ignore largement l’alcool. Si le gaz à surveiller est le gaz de ville ou du GNC, le MQ-4 donne moins de fausses alertes ; si l’on veut balayer le plus de gaz possible, le MQ-2 est le choix polyvalent.

Pourquoi la valeur affichée descend-elle lentement le premier jour ?

Parce que le capteur est en cours de préchauffage et que sa résistance de repos n’est pas encore stabilisée. C’est le comportement normal d’un capteur à oxyde d’étain, et non un défaut de la carte. Le réglage du seuil ne devient fiable que lorsque la valeur de repos cesse de dériver.

Fonctionne-t-il en 3,3 V ?

Non, pas correctement. Le chauffage est prévu pour 5 V, et une alimentation en 3,3 V le fait chauffer insuffisamment : les mesures deviennent erratiques et la sortie analogique plafonne. Sur une carte en 3,3 V, alimentez le module en 5 V et adaptez le niveau du signal si votre microcontrôleur n’accepte pas cette tension en entrée.

Détecte-t-il aussi le monoxyde de carbone ?

Il n’est pas prévu pour cela et n’offre aucune garantie sur ce gaz, même s’il peut y réagir faiblement comme à la plupart des gaz réducteurs. Le monoxyde de carbone est un gaz sans odeur qui tue : sa surveillance relève d’un appareil homologué ou d’un capteur dédié, pas d’un module généraliste.

Combien de temps faut-il pour que l’alarme se déclenche ?

Le capteur réagit en quelques secondes à une forte concentration, et en quelques dizaines de secondes à une faible concentration. Ce délai dépend de l’air ambiant et de la distance à la fuite, et aucune temporisation interne ne le raccourcit : c’est la ventilation du local autour du capteur qui fait la différence.

Comment savoir si le module fonctionne ?

La LED de mise sous tension s’allume dès l’alimentation, et la valeur analogique doit évoluer quand vous approchez un briquet non allumé. Si rien ne bouge, vérifiez d’abord l’ordre des broches sur la sérigraphie, puis l’alimentation en 5 V, puis laissez le capteur chauffer plus longtemps : un module froid se comporte comme un module muet.

À combiner avec

Le module se câble directement sur une carte à entrée analogique. Pour démarrer, une carte Arduino Uno R3 avec son câble USB suffit, posée sur une plaque d’essai de 400 points et reliée avec un jeu de câbles Dupont — quatre fils pour le module, deux pour l’alarme.

Pour l’alarme elle-même, un buzzer actif se met à sonner dès sa mise sous tension, sans réglage de fréquence. Et si vous cherchez à couvrir plusieurs risques à la fois, le MQ-2 de la famille MQ complète bien ce module : l’un surveille le méthane, l’autre les fumées et les gaz combustibles.