Un système de surveillance peu coûteux avec des pièces imprimées en 3D et des capteurs à faible coût pourrait ne pas durer aussi longtemps qu'un système commercial, mais ça peut être tout aussi précis, les chercheurs ont trouvé.

Partout aux États-Unis, des stations météorologiques composées d'instruments et de capteurs surveillent les conditions qui produisent nos prévisions locales, comme la température de l'air, vitesse du vent et précipitations. Ces systèmes ne sont pas seulement des moniteurs météo, ce sont également des outils puissants pour la recherche sur des sujets allant de l'agriculture à la production d'énergie renouvelable.

Les stations météorologiques commerciales peuvent coûter des milliers de dollars, limitant à la fois leur disponibilité et donc la quantité de données climatiques pouvant être collectées. Mais l'avènement de l'impression 3D et des capteurs à faible coût ont permis de construire une station météo pour quelques centaines de dollars. Est-ce que ces bon marché, les versions maison fonctionnent aussi bien que leurs homologues plus chers ?

La réponse est oui, jusqu'à un certain point, selon les chercheurs, qui a mis à l'épreuve une station météo imprimée en 3D dans l'Oklahoma. Adam K. Theisen, un scientifique de l'atmosphère et de la Terre au Laboratoire national d'Argonne du Département de l'énergie des États-Unis (DOE), conduit le projet, qui a comparé la station imprimée à une station de qualité commerciale pendant huit mois pour voir si elle était précise et dans quelle mesure elle pouvait résister aux éléments.

L'impression tridimensionnelle utilise des modèles numériques pour produire des objets physiques à la volée. Son faible coût et la possibilité d'imprimer des pièces partout où vous pouvez trimballer une imprimante pourraient aider à augmenter le nombre de ces stations, contribuer à amener la collecte de données dans des zones reculées et à former les chercheurs de demain.

Une équipe de l'Université de l'Oklahoma a suivi les conseils et les plans open source développés par l'initiative 3-D-Printed Automatic Weather Station (3-D-PAWS) de l'University Corporation for Atmospheric Research pour imprimer plus de 100 pièces de station météo. Au lieu d'utiliser de l'acide polylactique, plus couramment utilisé en impression 3D, ils se sont tournés vers l'acrylonitrile styrène acrylate, un type de filament en plastique considéré comme plus durable à l'extérieur. Couplé à des capteurs à faible coût, les pièces imprimées en 3D constituent la base de ces nouveaux systèmes, que l'Initiative 3-D-PAWS a établi comme prometteur dans des expériences antérieures.

"Pour que cela soit adopté plus largement, il doit passer par des études de vérification et de validation comme celle-ci, " a déclaré Theisen.

Alors que le système imprimé en 3D a commencé à montrer des signes de problème environ cinq mois après le début de l'expérience, le capteur d'humidité relative s'est corrodé et a échoué, et certaines parties se sont finalement dégradées ou se sont cassées - ses mesures étaient comparables à celles d'une station de qualité commerciale dans le Mesonet de l'Oklahoma, un réseau conçu et mis en œuvre par des scientifiques de l'Université d'Oklahoma et de l'Oklahoma State University.

"Je ne m'attendais pas à ce que cette station fonctionne aussi bien qu'elle l'a fait, " a déclaré Theisen. " Même si les composants ont commencé à se dégrader, les résultats montrent que ces types de stations météorologiques pourraient être viables pour des campagnes plus courtes."

Theisen, qui était basé à l'Université de l'Oklahoma lorsque la recherche a commencé, a continué à superviser l'effort après avoir rejoint Argonne.

Dans l'expérience, les capteurs à faible coût mesurent avec précision la température, pression, pluie, UV et humidité relative. A l'exception de quelques instruments, la matière plastique a résisté aux intempéries de l'Oklahoma de mi-août 2018 à mi-avril de l'année suivante, une période qui a vu de fortes pluies, neige et des températures allant de 14 à 104 degrés F (-10 à 40 degrés C). Un anémomètre imprimé en 3D, qui mesure la vitesse du vent, n'a pas aussi bien fonctionné, mais pourrait être amélioré en partie avec une meilleure qualité d'impression.

Le projet, dirigé par des étudiants de premier cycle de l'Université d'Oklahoma, a confirmé à la fois la précision d'une station météo imprimée en 3D et sa valeur en tant qu'outil pédagogique.

« Les élèves ont acquis des compétences qu'ils n'auraient pas acquises en classe, " Theisen a dit. " Ils ont développé la proposition, conçu le cadre, et a fait la plupart de l'impression et du câblage."

La possibilité d'imprimer des composants spécialisés pourrait rendre les stations météorologiques plus réalisables dans les régions éloignées, car les pièces de rechange pourraient être fabriquées immédiatement en cas de besoin. Et même si un capteur moins cher tombe en panne au bout de quelques mois, le calcul fonctionne toujours pour un petit budget.

« Si vous envisagez de remplacer deux ou trois de ces capteurs bon marché plutôt que de maintenir et de calibrer un 1 $, 000 capteurs chaque année, c'est un rapport coût-bénéfice important à considérer, " a noté Theisen.

L'étude a été publiée dans la revue Techniques de mesure atmosphérique , 4 septembre 2020.