Ozirma - Spectromètre pour le tri du plastique
Contexte
Ozirma consiste en un petit spectromètre infra-rouge capable de trier les différents types de plastique. L’enjeu est de faciliter le recyclage local et autonome des déchets plastiques.
Je porte ce projet depuis Janvier 2019, avec Mejdi NCIRI, Ingénieur Optique. Il a créé sa structure Impact Photonics.
Au-delà des défis d'ingénierie (optique, mécanique, électronique) qu’il représente, l’originalité du projet est de répondre à des besoins socio-économiques fondamentaux: - Design frugal: BOM ("Bill Of Material": coût de fabrication main d'œuvre et logistique exclu) inférieur à 200€ - Fabrication compatible avec les technologies des Fablabs : Impression 3D, Découpe laser, électronique CMS, fraisage numérique, thermoformage. - Hardware et firmware open-source: chacun est libre de copier, réparer, améliorer, modifier. - Bases de données spectrales et algorithmes d'analyse open-source: pérennité du système et garantie de la qualité du résultat
A peine 10% des déchets plastiques sont aujourd'hui recyclés. Le tri du plastique usagé constitue la 1 ère étape incontournable de son recyclage.
Les gros centres de recyclage utilisent une méthode de tri très efficace basée sur des spectromètres infra-rouge très rapides mais très onéreux (100k€+). Les petites structures décentralisées utilisent quant à elles des méthodes manuelles qualitatives qui ne permettent pas de trier efficacement tous les types de plastiques, ni les éclats de petite taille.
Aucun produit n'existe aujourd’hui pour trier le plastique à petite échelle et à très bas coût.
Depuis quelques années, plusieurs projets ont émergés visant à démocratiser les techniques de valorisation des déchets plastiques à plus petite échelle et à moindre coût; par exemple la communauté Precious Plastic ou l’expédition Plastic Odyssey.
Un capteur à bas coût permettrait à ces projets - ainsi qu'à des petits ateliers, aux fablabs et aux makers - de mieux trier les plastiques et donc d'en recycler davantage.
Fonctionnement
Les différents plastiques sont reconnaissables dans l'infrarouge. C'est à dire que leurs spectrogrammes seront différents, entre 1000nm et 1700nm.
Ces longueurs d'ondes ne sont pas visibles à l'oeil nu. Mais reconnaissable avec un matériel adéquoit.
Contrairement à la manière dont les spectromètres classiques fonctionnent, avec un "array" de photodiode, nous avons décidé, pour optimiser le coût de la BOM, d'avoir qu'un seul capteur (une photodiode) et de la déplacer le long du spectre.
En interne, on trouvera l'ensemble de la chaine d'un spectro :
- Sources de lumière (LEDs à 950nm, 1200nm, 1400nm, et 1650nm)
- Reflexion sur l'échantillon
- Passage dans les lentilles
- Passage dans un trou pour réduire le diamètre du faisceau
- Passage sur le réseau de diffraction
- et le capteur, monté sur un axe de rotation, l'angle du capteur donne donc la mesure à une longueur donnée.
(Je ne suis pas spécialisé en optique alors cette description fera bondir les pros ;)
et côté électronique : - Sources de courant pilotés par PDM (pour les LEDs) - Pilotage des moteurs pas à pas (pour l'angle de mesure, et la compensation en H) - Mesure : via un ampli à transimpédance (TIA) conçu en interne, - gain de 1GOhm - bande passante de ~1kHz - et Acquisition via un ADC.
Le tout est piloté par plusieurs cartes électroniques, avec communication USB.
Un logiciel interne permet de configurer et communiquer avec le hardware et de faire des mesures...
Statut du projet
Le projet est en pause depuis un moment, par manque de temps (moyens !)
MAIS : nous avons réussi à faire des mesures proches de la réalité, sur du PS et du PVC :
Nous avons lancé une campagne de financement partipatif qui n'a pas entièrement abouti, avec un premier jalon consistant à mettre au propre et liberer les sources.
Nous proposons néanmoins les sources ici :