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Entraînements FAULHABER utilisés dans les moniteurs de pollen entièrement automatiques

Des études prévoient qu’à l’avenir, jusqu'à 50% de la population sera affectée par le pollen. Par ailleurs, le réchauffement de la planète et le changement climatique font que la période de floraison et donc les périodes de forte concentration en pollen changent. « Lors d'hivers doux, notre surveillance a révélé la présence de pollen de noisetier dès la fin du mois de novembre. Normalement, ce pollen est prévu en janvier », explique Jörg Haus, Gestion des produits Instruments chez Helmut Hund GmbH. L'ambroisie en particulier, qui fleurit de juillet à octobre, est un problème majeur pour les personnes allergiques. Leur potentiel allergique est cinq fois plus élevé que celui des graminées. «11 grains de pollens dans un mètre cube d'air sont déjà considérés comme une forte charge. » Cela peut entraîner des rhinites, une sensibilité à la lumière, des maux de tête, un essoufflement ou un asthme sévère. En outre, les plantes importées peuvent aussi devenir un problème inattendu, ajoute M. Haus : « Les oliviers que beaucoup de gens aiment mettre sur leur balcon ou leur terrasse sont très allergènes et se trouvent en tête de liste dans les pays du Sud. »

Entraînements FAULHABER utilisés dans les moniteurs de pollen entièrement automatiques
Le site internet de Helmut Hund GmbH présente les informations sur les pollens mesurés avec le BAA500 pour les villes de Berlin, Fribourg, Leipzig, Wiesbaden, Wetzlar et Munich. Il est possible de sélectionner les données pour un mois, une semaine calendaire ou même des jours individuels. Les données sont accessibles à l’adresse : t1p.de/PIN.

Évaluation retardée

Il est donc d'autant plus important de savoir quand quel pollen se trouve dans l'air et à quelle concentration. Le piège dit de Burkhard est standard dans de nombreux pays européens. Un volume d'air défini est constamment aspiré par un ventilateur dans le sens du vent et passe devant un tambour qui tourne lentement. Sur ce tambour est fixée une bande adhésive sur laquelle viennent se déposer le pollen et d’autres particules aspirées. Les 14,4 m³ d'air aspirés au cours d’une journée correspondent au volume qu'un adulte respirerait au repos. La bande adhésive doit être remplacée et analysée au plus tard au bout de sept jours. À l’aide de microscopes et d’un livre d’identification, des compteurs de pollen spécialement formés obtiennent généralement un résultat après 2 ou 3 jours, parfois seulement des semaines plus tard. Étant donné que les pollens changent en fonction de la saison et des conditions climatiques, des erreurs peuvent se produire lors de l'analyse, ce qui entraîne des taux de classification erronée de l'ordre de quelques pourcentages à deux chiffres. Néanmoins, cette méthode a toujours le statut de référence absolue pour le comptage des pollens.
L'avantage est que l'on obtient des données relativement précises en termes de charge pollinique pour chaque heure du jour. À partir de ces données, des modèles sont ensuite calculés pour une région au cours d'un certain mois ou d'une saison.
« Malheureusement, de par le mode de fonctionnement du système, les données datent d'au moins deux jours lorsqu'elles sont disponibles. Pour une personne allergique, cela n'est pas d'une grande utilité. Si je prévois une activité de plein air aujourd'hui parce que le soleil brille ou si je veux savoir si j'ai besoin d’emporter mon spray contre l'asthme, par exemple, les données d'il y a 2 jours, alors qu'il pleuvait peut-être, ne m'aideront pas vraiment, explique Jörg Haus pour résumer le problème de la méthode la plus utilisée jusqu'à présent. Nous avons donc réfléchi à une manière de la rendre plus intelligente. »

Entraînements FAULHABER utilisés dans les moniteurs de pollen entièrement automatiques
Au coeur du capteur de pollen, le module d’évaluation et d’analyse

Surveillance du pollen en temps réel

En 2003, un prototype d'analyse automatisée des pollens a été mis au point en coopération avec l'Univer sité de Fribourg et l'Institut Fraunhofer local. Pour une telle solution, il a été clair très vite que des entraînements électriques seraient nécessaires, par exemple pour le transport des porte-échantillons, la mise au point de la caméra ou le balayage. « La conception du prototype n'était pas optimale et ne pouvait pas être industrialisée. Chez Helmut Hund GmbH, nous avons donc décidé de mettre en oeuvre le produit de manière indépendante et en colla boration avec un nouveau partenaire.
» Avec l'Institut Fraunhofer pour les technologies de l'information appliquées FIT à Sankt Augustin, l'entreprise de Wetzlar a trouvé un nouveau partenaire. La solution, le capteur de pollen BAA500, a été développée dans un effort commun. « BAA est l'abréviation de « bio-aerosol analyzer » (analyseur de bio-aérosols), ce qui combine nos expertises en matière de mécanique de précision, d'optique et d'électronique », raconte M. Haus. L'appareil climatisé et protégé des intempéries permet d'effectuer entre quatre et huit prélèvements par jour, un prélèvement durant environ trois heures, et ce, de manière autonome pendant jusqu'à six mois. « Avec le BAA500, il est possible de prévoir quasiment en temps réel quel pollen se trouve dans l'air et à quelle concentration. »

Pour effectuer une analyse, le dispositif aspire environ 60 m³ d'air par heure et extrait le pollen sur des porte-échantillons. Comme le pollen change en fonction des conditions météorologiques et qu'il sèche, il a tendance à se ratatiner. Une couche de gel sur les porte-échantillons leur permet de se regonfler et de s'arrondir. « Cette étape requiert déjà une grande précision. Une analyse automatisée doit être capable de détecter de petites différences de taille ou de structure interne », souligne Haus. Des poussoirs, entraînés par des micromoteurs C.C. FAULHABER de la série 1727… C series, C, déplacent ensuite les échantillons sous un microscope entre le condenseur et la lentille. Une cartouche chauffante chauffe légèrement le gel. Chaque échantillon est ensuite scanné selon trois axes. « Avec un diamètre d’environ 20 μm, le pollen est très petit. Cela correspond à environ un quart de cheveu humain. Le microscope optique ne voit donc qu'une zone de moins de 0,5 par 0,5 mm par photo. La profondeur de champ n'est pas très élevée ici, puisque nous avons besoin d'une haute résolution », note le chef de produits Microscopie.

Reconnaissance intelligente des images

Pour identifier le pollen, Hund s'appuie sur une méthode d’empilement : des images sont superposées à l'aide d'un logiciel. Cette technique est également utilisée par les astronomes amateurs, par exemple. Grâce à cette technique, une image globale avec une profondeur de champ étendue est générée à partir de plusieurs images de la pile d'images (chacune ayant une faible profondeur de champ). Le logiciel identifie ensuite les pollens individuels à l'aide d'un algorithme basé sur les caractéristiques. Actuellement, le système peut reconnaître 38 types de pollen et autres allergènes tels que les spores fongiques. « Il faut d’abord programmer la reconnaissance d'images, en fonction des différences locales et des conditions météorologiques. Pour ce faire, nous avons plusieurs dizaines de milliers d'images dans les bagages.
Nous voulons sortir, mesurer et reconnaître automatiquement, il nous faut donc un maximum d'exemples et d’espèces. » Après avoir été analysé, l'échantillon est transporté dans un chargeur. Cela permet une évaluation et une validation ultérieures des résultats, par exemple par des scientifiques. En théorie, cela est même possible des mois plus tard. Grâce à l'évaluation au microscope optique et à la conservation des échantillons, le BAA500 présente un avantage unique par rapport aux autres systèmes comparables. Pendant l'archivage, un second micromoteur C.C. FAULHABER de la série 1727…C assure le mouvement et la précision nécessaires.
« L'ambroisie, ajoute Jörg Haus, ressemble un peu à une boule hérissée de piquants, le pin à Mickey Mouse. Cela peut paraître facile à distinguer, mais les choses se compliquent lorsque l'on veut clairement discerner des floraisons précoces voisines. » Un autre problème est celui des pollens qui ne sont pas encore reconnus. Ces pollens sont comparés à la base de données et catégorisés provisoirement, puis un opérateur les vérifie et les classifie. « De cette façon, nous pouvons en registrer de nouvelles espèces, mais aussi apporter des corrections si une espèce semble différente, comme lors du printemps froid de cette année. » Le suivi en temps réel apporte également des résultats très intéressants. « Jusqu'à présent, les aérobiologistes partaient notamment du principe qu'il n'y avait pas de pollen dans l'air par temps froid. Mais nos mesures ont montré la présence de pollen en plein mois froid de janvier. »

Un réseau puissant

L'État libre de Bavière a été tellement impressionné par le système qu'il a commencé à mettre en place un réseau d'information électronique sur les pollens (ePIN) dès 2019. La sélection des sites s'est faite sur la base d'une étude du Centre pour les allergies et l'environnement (ZAUM) de l'Université technique de Munich et du centre de recherche Helmholtz Zentrum München. Divers paramètres climatiques et la densité de population ont été pris en compte pour obtenir la meilleure répartition possible de huit stations de mesure. En plus de Munich, des appareils de Hund ont été installés à Garmisch-Partenkirchen, Feucht, Viechtach, Marktheidenfeld, Altötting, Mindelheim et Hof-sur-Saale. « Le ministère bavarois de la santé a investi deux millions d'euros dans ce premier réseau électronique d'information sur les pollens de ce type au monde. C’est un très bon investissement, puisque 50 % des deux millions d’allergiques en Bavière réagit au pollen », explique la ministre bavaroise de la Santé, Melanie Huml, à l'occasion du lancement de 2019.
« Un dispositif comme celui-ci n'est vraiment performant qu'en réseau, ajoute M. Haus, on peut alors faire des prévisions très précises en combinant les données des différentes stations d'analyse du pollen et les données météorologiques. » En plus des sites ePIN bavarois, au total 20 appareils sont installés à Berlin, Wetzlar, Leipzig ou encore Wiesbaden. Le choix du bon emplacement est très important, car la suie de diesel ou l'abrasion des pneus, par exemple, peuvent modifier les résultats. « Cela n’aurait aucun sens d’installer un dispositif au milieu d'un champ de colza, vous n’auriez que du pollen de colza. Nos stations de mesure sont situées à une hauteur d'environ 12 mètres sur les toits des cliniques ou des instituts. »
Les données peuvent être récupérées en temps réel, 24 heures sur 24, en ligne ou via une application. Les cabinets médicaux et les allergologues aiment également utiliser ce service pour traiter au mieux leurs patients. « Notre dispositif à Wetzlar est notre unité de test : chaque fois que nous voulons essayer une nouvelle fonction, nous l’arrêtons. Lorsque nous réalisons un tel test, nous recevons tout à coup de nombreux appels de personnes demandant les données. Cela montre à quel point nos analyses sont importantes pour beaucoup. C'est également la raison pour laquelle nous avons choisi les entraînements FAULHABER : ils sont fiables, précis et durables."

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