Vers des Bâtiments Intelligents pour l’élevage de volailles

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur
et de la Recherche Scientifique UNIVERSITE SAAD DAHLEB DE BLIDA

Faculté des Sciences Département d’Informatique

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES

Pour l’obtention

Du Diplôme de Master en Informatique
Option : systèmes d’informatiques et réseaux THEME

Vers des Bâtiments Intelligents pour l’élevage de volailles
Vers des Bâtiments Intelligents pour l’élevage de volailles

ORGANISME D’ACCUEIL :
Laboratoire d’Informatique, Mathématiques et Physique pour l’Agriculture et les Forêts (LIMPAF). Université de Bouira

Réalisé par:

  • M. HAOUA Zakaria et M. MOHAMED MAHMOUD Othman
  • Promotrice : Mme LEILA OUAHRANI (Université de BLIDA)
  • Encadreur : M. BENNOUAR DJAMAL (Université de BOUIRA)
  • Président : M. BEN YAHIA MOHAMED (Université de BLIDA)
  • Examinateur : M. KAMECHE ABDALLAH HICHAM (Université de BLIDA)

Promotion 2018/2019

Dédicace et remerciement mémoire de fin d’études

Résumé :

Notre projet vise à moderniser le secteur avicole en Algérie en mettant en place un système de contrôle et de régulation automatique dans les bâtiments d’élevage de volailles.

Ce système permettra aux éleveurs, à travers internet, le contrôle efficace de leurs bâtiments d’élevage afin d’assurer d’une part une excellente production quantitative et qualitative et d’autre part réduire les coûts exploitation via l’automatisation et le contrôle automatique.

Pour concrétiser cette idée, nous avons divisé le projet en trois parties:

La première partie consiste à la mise en place d’un réseau de capteurs couvrant toute la surface d’élevage puis le raccorder à un centre de traitement, ce qui permet le suivi en temps réel de l’état des paramètres climatiques dans les bâtiments.

Dans la deuxième partie, nous avons développé une plateforme qui permet via internet de : visualiser les paramètres climatiques en temps réel et de les enregistrer dans une base de données, configurer les consignes du régulateur et intervenir manuellement sur les actionneurs de bâtiment…

Enfin nous avons réalisé un prototype d’un bâtiment d’élevage qui nous a permis de tester les performances et le bon fonctionnement de notre système.

Mots clés : secteur avicole, Système de contrôle, bâtiments d’élevage, réseau de capteurs, paramètres climatiques, application web, base de données, Prototype.

Abstract

Our project aims to update the Algerian poultry sector through achieving an automated control system for poultry farms. This system will allow breeders through the internet to effectively control poultry building to ensure excellent quantitative and qualitative production on one hand and reduce operation costs through automation and automated control. To achieve this idea we split the project into 3 parts:

First is to create a network of sensors to cover the entire breeding area and then link them to the treatment center, allowing real time monitoring of the climatic conditions and parameters in the breeding buildings.

Second we have developed a platform interface that enables through the internet to: see real time climate information on the main interface, store it in the database, adjust the control and performs manual intervention on the controls in the poultry building.

And last, we have created a prototype to test the performance and the conduct of the project.

KEYWORDS: poultry sector, control system, breeding building, sensor network, climate parameters, web application, database, prototype.

Table des matières

  • INTRODUCTION GENERALE 1
  • 1. Contexte général 2
  • 2. Problématique 2
  • 3. Objectifs 3
  • 4. Organisation de Mémoire 4
  • Chapitre 1: Les concepts d’Internet Des Objets 5
  • I. Introduction 6
  • II. Internet des objets 6
  • 1. Evolution du Web et de l’Internet 6
  • 2. Définition de l’IoT… 7
  • 3. Technologies utilisées dans l’IoT… 9
  • 4. Domaines d’applications de l’IoT… 13
  • 5. Travaux existants dans l’IoT… 15
  • 6. Travaux futurs 16
  • 7. Risques de l’IoT pour la sécurité 17
  • III. Conclusion 17
  • Chapitre 2 : La filière avicole en Algérie 18
  • I. Introduction 19
  • II. La filière avicole 19
  • 1. L’évolution de la filière avicole en Algérie 19
  • 2. L’élevage de poulets de chair 21
  • 2.1 Bâtiment d’élevage de poulet 21
  • 2.1.1 Présentation du bâtiment d’élevage 21
  • 2.1.2 Les équipements d’un bâtiment d’élevage 22
  • 2.2 Les conditions d’ambiance climatique dans le bâtiment d’élevage 24
  • 2.3 Cycle de production 27
  • 3. Vers une aviculture intelligente 32
  • III. Conclusion 34
  • Chapitre 3 : Etude de la partie matérielle du projet 35
  • I. Introduction 36
  • II. Etude de la partie matérielle 36
  • 1. Présentation des choix de la solution 36
  • 1.1 Carte Arduino 37
  • 1.2 Carte NodeMCU 37
  • 1.3 Carte Raspberry Pi 38
  • 1.4 Les Critères de choix de la solution 38
  • 1.5 Etude comparative 39
  • 1.6 La Carte ESP32 40
  • 2. Capteurs / Accessoires utilisés 42
  • 2.1 Capteur de Luminosité LDR 42
  • 2.2 Capteur de température / humidité DHT11 42
  • 2.3 Capteur de CO2 SEN0159 43
  • 2.4 Capteur de qualité de l’air MQ-135 44
  • 2.5 Module GSM SIM800L 45
  • 2.6 Module Relais 46
  • 2.7 Ventilateur 47
  • 2.8 Autres composants 47
  • 3. Etude socioéconomique 48
  • III. Conclusion 49
  • Chapitre 4 : Analyse & Conception du système 50
  • I. Introduction 51
  • I I. Spécification des besoins 51
  • 1. Besoins Fonctionnels 51
  • 1.1. La Supervision 51
  • 1.2. Gestion Des Lieux 52
  • 1.3. Gestion Des Alertes 52
  • 2. Les besoins Techniques 52
  • III. Démarche de modélisation 53
  • IV. Choix du modèle de conception 53
  • 1. Conception 53
  • 1. La conception software 54
  • 1.1 Identification les acteurs du système 54
  • 1.2 Diagramme de cas d’utilisation 54
  • 1.2.1 Diagramme de cas d’utilisation Globale 55
  • 1.2.2 Diagramme de cas d’utilisation « Gestion des lieux » 55
  • 1.2.3 Diagramme de cas d’utilisation « Gestion des Alertes » 56
  • 1.2.4 Diagramme de cas d’utilisation « Consulter l’historique » 56
  • 1.2.5 Diagramme de cas d’utilisation « Gérer les bâtiments d’élevages » 57
  • 1.3 Diagramme de classes 57
  • 1.3.1 Classe Centre d’alerte 59
  • 1.3.2 Classe Equipement 59
  • 1.3.3 Classe capteur 60
  • 1.3.4 Classe évènement 60
  • 1.3.5 Classe SmartFerme 60
  • 1.4 Diagrammes de séquence 61
  • 1.4.1 Diagramme de séquence « Superviser l’état des bâtiments d’élevages » 61
  • 1.4.2 Diagramme de séquence « Gestion des lieux » 62
  • 1.4.3 Diagramme de séquence « Scénario d’Alarme » 64
  • 1.4.4 Diagramme de séquence « Consulter l’historique » 65
  • 1.4.5 Diagramme de séquence « gérer les bâtiments d’élevage » 65
  • 2. Le déploiement du système 67
  • 2.1 Architecture Du Système 67
  • 2.2 La conception des composants électronique 68
  • 2.2.1 Schéma du système de détection de température et d’humidité 68
  • 2.2.2 Schéma du système de détection de Gaz Ammoniac 69
  • 2.2.3 Schéma du système de détection de Gaz CO2 70
  • 2.2.4 Schéma du système de détection de luminosité 70
  • 2.2.5 Schéma du système d’envoi des Messages 71
  • 2.2.5 Schéma du système du branchement des différents équipements 71
  • V. Conclusion 72
  • Chapitre 5 : Implémentation et Tests 73
  • I. Introduction 74
  • I I. Présentation de la plateforme 74
  • 1. Module Tableau de bord 75
  • 2. Module Historique 76
  • 3. Module Command 77
  • 4. Module Gestion de la ferme 79
  • 5. Module Alerte 80
  • III. Test & Evaluation du système 82
  • 1. Test de fonctionnalité de système 82
  • 2. Evaluation des performances du système 83
  • IV. Environnement ET Outils de développement 86
  • V. Conclusion 89
  • Conclusion Générale 90
  • Bibliographie 93

Liste des Abréviations

  • RFID: Radio Frequency Identification.
  • NFC: Near Field Communication.
  • FTP: File Transfer Protocol.
  • HTTP: HyperText Transfer Protocol.
  • URI: Uniform Resource Identifier. WSN: Wireless Sensor Network. QOS: Quality Of Service.
  • ONAB : Office national des aliments du bétail ORAC : Office Régional Aviculture du Centre. ORAVIE : Office Régional Aviculture de l’Est. ORAVIO : Office Régional Aviculture de l’Ouest. PPM: Partie par million.
  • GPIO: General Purpose Input/Output.
  • RAM: random access memory.
  • ROM: read only memory.
  • EPROM: Erasable Programmable Read-Only Memory TCP/IP: Transmission Control Protocol/Internet Protocol. WPA: Wi-Fi Protected Access.
  • WiFi: Wireless Fidelity.
  • GPS: Global Positioning System.

INTRODUCTION GENERALE :

1. Contexte général

La filière avicole connaît depuis plusieurs années, un développement important dans tous les pays concernés par la volonté d’augmenter la qualité et la quantité de ces produits avicoles, destinés à la consommation alimentaire des populations.

Les avancées technologiques ont pu créer ce qu’on appelle aujourd’hui l’aviculture intelligente et digitale.

En Algérie, La filière avicole a aussi connu un développement notable depuis les années 1980 grâce à l’intervention de l’Etat, et a permis d’améliorer la ration alimentaire du point de vue protéique et de faire vivre plus de deux millions d’employés , Mais malheureusement le fonctionnement de cette filière reste toujours en dessous des normes internationales avec des niveaux technologiques relativement dépassés au regard des standards technologiques en vigueur dans le monde.

Ceci se traduit ensuite par des surcoûts à la production, influe sur les prix à la consommation et entrave toute tentative de développement de cette filière.

Aujourd’hui, le chalenge est de procurer aux éleveurs, un cadre de travail organisé afin d’améliorer la conduite d’élevage, d’augmenter la production et de mettre à la disposition du consommateur un produit sain de bonne qualité à des prix raisonnables et disponibles le long de l’année.

Dans ce contexte, notre contribution consiste à développer un système informatique pour le contrôle des bâtiments d’élevage en vue d’avoir une ferme intelligente et autonome à basse consommation avec la possibilité de gestion à distance.

Ceci doit permettre aux éleveurs de piloter, contrôler et de surveiller en temps réel l’état de leurs bâtiments d’élevage de volaille. Cette amélioration de l’efficacité technique tente d’apporter un développement considérable dans la filière avicole algérienne en améliorant les rapports coûts/qualités par rapport aux éleveurs et aux consommateurs en même temps.

2. Problématique

Malgré tous les efforts fournis par l’état à travers différents programmes de développent, à ce jour le fonctionnement du secteur avicole reste archaïque.

En effet, une simple inspection dans les endroits de production montre que la grande partie des fermes d’élevage est à caractère privé non évolutif et très classique dans les modèles de production(ventilation statique, défaillances d’équipement, maîtrise insuffisante des conditions d’ambiance climatique, les boîtiers de régulation ne fonctionnent pas le plus souvent , la régulation se fait donc d’une façon manuelle et par l’observation de l’éleveur…).

C’est ainsi qu’un grand retard technologique est remarqué au niveau des différents processus de production.

Malheureusement ces processus ne répondent pas aux normes zootechniques, et entrainent par la suite, une faible productivité avec des surcoûts de produit pour le consommateur.

Aujourd’hui, nous pensons que la production de volaille en Algérie peut être améliorée grâce à l’utilisation de solutions dites «Smart».

Parallèlement à la production, d’autres facteurs peuvent être améliorés comme le confort des employés et leur sécurité ainsi que la fiabilité des équipements et leur bonne marche.

3. Objectifs

L’objectif de notre projet de fin d’études est de réaliser un système informatique qui permettrait le contrôle efficace et optimal des paramètres d’un environnement d’élevage de volaille.

L‘environnement est souvent représenté par un garage dans lequel évolue un nombre important de sujet (poulet, dinde etc..).

Le contrôle efficace de l’environnement d’élevage de volaille assure d’une part une excellente production quantitative et qualitative et d’autre part réduire les coûts d’exploitation via l’automatisation et le contrôle automatique des activités quotidiennes dans les bâtiments d’élevage.

Dans sa forme finale, ce système doit permettre aux éleveurs via l’internet de :

  • * Controller l’état des paramètres climatiques des différents bâtiments d’élevage de la ferme en temps réel (avec alerte via SMS/Appel dans les cas anormaux).
  • * Configurer les consignes du régulateur selon le type de sujet (poulet, dinde etc…).
  • * Possibilité de l’intervention manuelle sur les actionneurs et choisir le type de commande automatique.
  • * Exploitation des historiques des paramètres climatiques enregistrés sur une base de données et la visualisation de l’analyse de ces données sur des graphes.
  • * Suivi de l’élevage des différents bâtiments.

4. Organisation de Mémoire

Le premier chapitre est consacré à la notion de l’internet des objets, nous y parlerons des technologies utilisées ainsi que les domaines d’application; ainsi que les difficultés et obstacles.

Dans le deuxième chapitre, nous faisons une analyse sur l’évolution de la filière avicole en Algérie avec une description détaillée du bâtiment d’élevage, ses équipements, son processus de production, et enfin les conditions d’ambiance climatiques les plus importants dans la croissance des volailles.

Cette analyse est réalisée suite à plusieurs visites que nous avons réalisées dans différentes fermes d’élevage.

Le troisième chapitre englobe une description de la partie matérielle du projet, en identifiant le choix du microcontrôleur le plus adapté, ainsi que le choix des capteurs et actionneurs que nous allons utiliser.

Le quatrième chapitre est la représentation des besoins et des exigences qui ont incité au développement de ce Système ainsi que la conception que nous avons adopté pour sa réalisation.

La réalisation de notre Système est présentée, dans le cinquième chapitre, qui regroupe la présentation de l’environnement de développement et les différentes étapes de la construction du notre prototype, le montage des divers composants, et enfin l’interprétation des résultats des tests effectués.

Nous terminons ce rapport par une conclusion générale récapitulative des différentes phases de notre travail, signalant les côtés bénéfiques du projet et énonçant les perspectives du travail élaboré.

Sommaire :

  1. Définition de l’IoT : Internet des objets

  2. Les technologies utilisées dans l’IoT

  3. Domaines d’applications de l’IoT

  4. Bâtiment d’élevage de poulet : la filière avicole en Algérie

  5. Le climat, le bâtiment d’élevage et le cycle de production

  6. Vers une aviculture intelligente : ChickenBoy, Eggs Iting…

  7. L’automatisation électronique  des bâtiments d’élevage

  8. Capteurs et accessoires du contrôle des paramètres climatiques

  9. Les bâtiments Intelligents : besoins et attentes des éleveurs

  10. Conception des composants électronique et Architecture Du Système

  11. Les techniques du contrôle de différents bâtiments d’élevage

  12. Module Gestion de la ferme intelligente

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