UrbaCaptor — Réseau de capteurs environnementaux LoRaWAN pour territoires complexes
Infrastructure open source de mesure environnementale distribuée. Particules fines, bruit urbain, température, humidité — conçue pour un réseau LoRaWAN en terrain côtier, valléen et urbain dense.
Nœud capteur — architecture de référence
La pile matérielle ci-dessous est en cours d'évaluation et de prototypage. Elle constitue l'architecture de référence pour les nœuds de mesure autonomes du réseau UrbaCaptor.
Mesure de particules PM1 / PM2.5 / PM10 par diffusion laser. Sélectionné pour sa stabilité à long terme et sa fiabilité en environnement extérieur.
Mesure de température, humidité et pression atmosphérique. Faible consommation et haute stabilité pour les mesures environnementales continues.
Microphone numérique I2S. Calcul des métriques Leq, Lmax, L10 et L90 directement sur le nœud ; l'audio brut n'est ni enregistré ni transmis.
Galileo, GPS, GLONASS, BeiDou. Géolocalise chaque mesure (précision < 2 m CEP) pour la cartographie spatiale et un déploiement des nœuds sans configuration manuelle.
MCU principal gérant les capteurs, le traitement local, la communication LoRa et la gestion basse consommation. Retenu pour sa grande PSRAM, le support OTA, le support I2S et sa puissance de calcul suffisante pour le traitement audio en temps réel.
Coût estimé par nœud capteur
Estimation selon la configuration de boîtier et d'alimentation. Coût variable selon les fournisseurs et les volumes commandés.
| Composant / Sous-ensemble | Fonction | Coût unitaire estimé |
|---|---|---|
| ESP32-S3-WROOM-1-N16R8 | Microcontrôleur bicoeur + 8MB PSRAM | ~10 € |
| Module LoRa SX1262 | Transceiver 868 MHz 14dBm | ~8 € |
| Sensirion SPS30 | Cellule optique laser PM1, PM2.5, PM10 | ~40 € |
| Bosch BME280 | Température, humidité relative, pression | ~5 € |
| u-blox MAX-M10S | Récepteur GNSS Galileo / GPS | ~10 € |
| Microphone MEMS SPH0645 | Capteur acoustique numérique I2S | ~6 € |
| Gestion d'alimentation (BQ24074 + buck) | Circuit de charge MPPT et régulation basse conso | ~15 € |
| Batterie Li-ion + Panneau solaire 5V | Cellule photovoltaïque 3-6W et accumulateur | ~20 € |
| Boîtier UV + Antenne LoRa | Châssis imprimé/injecté IP65 et connectique | ~20 € |
| Total estimé par nœud | ~110–140 € | |
Pourquoi une grille de mesure distribuée
Une station météorologique unique ne peut pas représenter l'ensemble d'une ville. Les phénomènes environnementaux sont hautement localisés — en particulier dans les territoires au relief marqué, les villes côtières et les centres urbains denses.
Station unique — Résolution insuffisante
Modèle ponctuel traditionnelUne station fixe mesure les conditions à un point précis. À quelques centaines de mètres, la concentration en PM2.5 peut différer d'un facteur 2 à 5 selon l'exposition au trafic, le canyon urbain ou l'inversion thermique locale.
Grille distribuée — Résolution spatiale continue
Approche UrbaCaptorUn réseau de nœuds espacés de 200 à 500 m permet de construire une cartographie continue par interpolation spatiale (krigeage, IDW). Chaque nœud contribue à une vision à haute résolution du territoire.
Brises marines, transport de particules sel et aérosols marins.
Accumulation et confinement des gaz d'échappement entre bâtis hauts.
Concentration nocturne des polluants bloqués au fond des vallées.
Gradient PM2.5 élevé aux abords immédiats des axes structurants.
Hétérogénéité acoustique fine non décelable sans grille dense.
Variations fortes de T° et HR sur de courtes distances en relief.
Architecture réseau LoRaWAN
Les nœuds capteurs n'assurent pas de relayage entre eux (pas de mesh consommateur d'énergie). Chaque nœud émet directement vers les passerelles. Plusieurs passerelles peuvent recevoir simultanément la même transmission.
Mesure + calcul DSP on-device. Mise en veille profonde entre les cycles.
8 canaux simultanés sur points hauts. Réception multi-passerelle résiliente.
Déduplication des trames, gestion du débit adaptatif (ADR), routage MQTT.
Séries temporelles, tableaux de bord et cartes interpolées (prévus).
Cadre réglementaire LoRa en France (ARCEP & CPCE)
Limite de 25 mW sur les sous-bandes principales (868,0–868,6 MHz). Conforme à la norme européenne ETSI EN 300 220 et au Code des postes et des communications électroniques (CPCE).
Temps d'émission plafonné à 36 secondes par heure sur la sous-bande g1. Contrainte gérée automatiquement par le protocole LoRaWAN.
Conformité à la directive 2014/53/UE (Radio Equipment Directive). Obligatoire pour tout équipement mis sur le marché européen.
Une ville déploie 20 capteurs UrbaCaptor sur ses feux de signalisation. Elle conclut une convention avec le gestionnaire de voirie, équipe les capteurs de modules LoRa homologués CE, et déploie sa propre passerelle hébergée en mairie (réseau privé). Aucune démarche auprès de l'ARCEP n'est nécessaire. Le respect du duty cycle est assuré automatiquement par le firmware LoRaWAN. La collectivité reste responsable de l'absence d'interférence et de la maintenance du réseau.
Surveillance acoustique respectueuse de la vie privée
Le nœud UrbaCaptor intègre un microphone MEMS I2S pour la surveillance continue de la pollution sonore urbaine. Tout le traitement numérique du signal s'effectue localement sur l'ESP32-S3 — seules des métriques statistiques agrégées sont calculées et transmises.
L'audio brut n'est jamais enregistré ni transmis. Le nœud calcule les indicateurs sonores localement ; il ne peut pas être utilisé comme dispositif d'écoute.
Niveau de pression acoustique moyen sur une fenêtre temporelle.
Pic sonore le plus élevé enregistré durant l'intervalle (sirènes, klaxons, freinages d'urgence).
Niveau dépassé pendant 10 % du temps d'observation. Caractérise les passages répétés de véhicules.
Niveau acoustique résiduel de base présent 90 % du temps, révélateur du confort de quartier.
Prototype matériel en cours
Les visuels ci-dessous représentent le premier prototype du nœud UrbaCaptor, actuellement en phase de développement. Il s'agit d'une maquette de travail — non d'un produit finalisé — destinée à valider l'intégration mécanique et électronique avant la conception du PCB définitif.
Faites glisser pour orbiter · Pincez ou molette pour zoomer · Clic droit pour déplacer · Modèle exporté d'EasyEDA (5 octobre 2026) : PCB, composants, sérigraphie et pistes.
Version du 10 septembre 2026 · Cliquez sur l'image pour ouvrir le schéma en PDF (vectoriel, zoomable)
Schéma électronique
Schéma complet du prototype (version du 10 septembre 2026) : alimentation, capteurs, module GNSS, connecteurs et liaisons.
downloadTélécharger le PDFÀ propos de ce prototype
- — Prototype à tester sur breadboard. PCB non définitif.
- — Forme du boîtier en cours de conception.
Projet Open Source & Espace Makers
UrbaCaptor est conçu comme un commun technologique au service de la résilience territoriale. Construisez votre propre station d'expérimentation et contribuez à l'amélioration de la chaîne logicielle.
Nomenclature (BOM)
Liste des références matérielles du prototype (MCU, capteurs, alimentation solaire, boîtier).
Développement firmware
Gestion d'énergie (Deep Sleep), acquisition I2C/I2S et stack LoRaWAN, en cours de développement dans un dépôt privé. La licence open source sera précisée à l'ouverture du dépôt.
Modèle 3D & schémas
Modèle 3D et schéma électronique du prototype, schéma en PDF. La forme du boîtier est en cours de conception.
Progression du projet (8 étapes)
Analyse topographique QGIS, simulation de couverture radio et budgétisation énergétique des capteurs.
Assemblage physique des premiers modules, tests LoRa point-à-point et calibration comparative.
Gestion fine du Deep Sleep, FFT locale pour l'analyse acoustique et implémentation LoRaWAN OTA.
Installation de concentrateurs SX1302 sur points hauts communaux pour valider les bassins de visibilité.
Routage PCB définitif et injection/impression de boîtiers résistants aux UV et embruns marins.
Évaluation en conditions réelles (autonomie sans soleil, tenue aux variations climatiques).
Routage InfluxDB, cartographie d'interpolation Grafana et exports ouverts pour services techniques.
Extension vers d'autres collectivités territoriales et maintenance collégiale du réseau de capteurs.
Rejoindre l'expérimentation territoriale UrbaCaptor
Collectivité souhaitant mener une étude pilote, laboratoire de recherche ou contributeur bénévole en électronique/firmware : décrivez votre contexte.