Chapitre 4. Implémentation, présentation et discussion des résultats.
Introduction
Dans ce dernier chapitre, il s’agit d’exposer les résultats de l’implémentation du système proposé dans cette étude, les exigences et l’estimation du coût pour sa mise en œuvre étant clairement ressorties. Ces résultats sont ensuite discutés par exposition des contributions théoriques et pratiques de l’étude, et des limites et perspectives d’avenir.
Présentation des résultats
Les résultats obtenus à l’issue de cette étude consistent en un système automatisé, non seulement de surveillance en temps réel des bovins dans les fermes, mais aussi de gestion quasi globale de l’élevage bovin à l’Université Catholique de Bukavu. En effet, en plus de permettre la surveillance santé et la géolocalisation animale, le système répertorie toutes les ressources d’élevage et les paramètres y relatifs et donne en sortie les statistiques périodiques de l’activité sous forme d’un tableau de bord. Ce système est ainsi composé de deux blocs, un bloc de transmission des informations mesurées sur les vaches et un bloc de réception de ces informations.
Bloc de transmission
Chaque bloc de transmission est un système embarqué dont le prototype physique est présenté à la figure 4.1. Ce dispositif alimenté par une batterie de 3Volts de différence de potentiel, est composé d’un microcontrôleur NodeMCU ESP8266 auquel sont branchés un capteur de température et humidité de la vache (DHT11), un capteur du rythme cardiaque (NB023) et un module GPS (NEO- 6M).
Figure 4.1. Bloc de transmission de la solution proposée.
Bloc de réception
Le bloc de réception du système, qui est constitué de l’application web nommée ici UCB Élevage, se présente comme suit. La page d’accueil de l’application est présentée à la figure 4.2. Cette page fournit des informations introductives sur les principales fonctionnalités qu’offre l’application.
Figure 4.2. Page d’accueil de l’application.
Le module de gestion des utilisateurs s’illustre à la figure 4.3. La liste des utilisateurs actuellement enregistrés y est présentée avec toutes les possibilités de gestion de ceux-ci.
Figure 4.3. Module de gestion des utilisateurs.
Le module de gestion des ressources bovines est présenté à la figure 4.4. Il reprend toutes les fonctionnalités de gestion des vaches, des fermes, des productions laitières, des disparitions bovines et des systèmes embarqués.
Figure 4.4. Module de gestion des ressources bovines.
La page des alertes émises sur les troubles sanitaires détectés sur la vache prise pour échantillon est présentée à la figure 4.5. Il ressort de cette figure que la vache testée développait une température corporelle anormale (soit 41.5°C) et respirait à un rythme cardiaque de 86 battements par minute, et donc au-delà du seuil acceptable.
Figure 4.5.Page des alertes.
La cartographie de géolocalisation des vaches est illustrée à la figure 4.6. Sur cette carte, un marqueur en rouge est placé pour indiquer la position en temps réel de la vache ayant servi d’échantillon.
Figure 4.6. Carte de géolocalisation des vaches.
Le tableau de bord présentant les statistiques périodiques de l’activité d’élevage en reprenant des graphiques exprimant le nombre de vaches en fonction des fermes, les productions laitières en fonction des fermes et les disparitions de vaches en fonction des causes qui les provoquent, avec possibilité de télécharger, pour chaque graphique, un fichier au format CSV, une image au format SVG ou PNG, est illustré à la figure 4.7.
Figure 4.7. Tableau de bord de l’élevage.
Exigences pour la mise en œuvre de la solution proposée
L’utilisation du système proposé dans cette étude requiert deux éléments. Il faut avant tout que l’application web développée ici soit hébergée sur des serveurs distants et accessibles à l’internet. Ensuite, pour que les différents terminaux, y compris le système embarqué, accèdent à cette application, ces derniers doivent être connectés à l’internet, faute de quoi, ils ne peuvent tirer profit de ses fonctionnalités. Le nom (SSID) et le mot de passe (la clé WPA) du réseau Wi-Fi auquel un système embarqué sera connecté, doivent être définis dès sa configuration.
Toutefois, les terminaux des utilisateurs doivent avoir un processeur d’au-moins 1GHz de fréquence, une mémoire vive d’au-moins 2Mo de stockage et un navigateur web capable de comprendre et d’interpréter les scripts JavaScript.
Estimation du coût pour la mise en œuvre de la solution proposée
En appliquant la méthode de points de fonction, la charge de ce projet, exprimée en nombre de mois de travail par homme, est estimée suivant les étapes successives présentées de la manière suivante.
Étape 1. Identification des groupes de données : au regard du diagramme de classes présenté à la figure 3.9, le système compte dix groupes de données dont la ferme, le fermier, la vache, la production, la disparition, le capteur, le microcontrôleur, le système embarqué, l’alerte, et l’utilisateur.
Étape 2. Hypothèses de fonctionnalités : deux hypothèses sont émises. Hypothèse 1 : tous les groupes de données sont internes (GDI), ils sont tous gérés par le domaine lui-même. Il n’existe donc pas de groupe de données externes (GDE). Hypothèse 2 : à part la vache qui est de complexité moyenne, tous les groupes de données sont de complexité faible. Il existe ainsi neuf GDI de faible complexité et un seul de complexité moyenne.
Étape 3. Dénombrement des entrées (ENT) : en s’appuyant sur des données internes, le système offre neuf écrans de saisie des données, qui sont tous de complexité faible.
Étape 4. Dénombrement des sorties (SOR) : trois statistiques sont présentées en tableau de bord. Il s’agit du nombre de vaches par ferme, des productions laitières selon les années et des disparitions bovines en fonction des causes qui les provoquent. La première est de complexité moyenne tandis que la complexité de deux dernières est faible. Plus deux pages de complexité faible, l’une pour l’affichage des alertes et l’autre pour la carte de géolocalisation.
Étape 5. Dénombrement des interrogations (INT) : chaque groupe de données doit pouvoir être consulté. Ce qui donne dix interrogations de complexité faible. Plus trois listes croisées de complexité moyenne, notamment les vaches ayant disparu, les fermes ayant fourni des productions laitières et les systèmes embarqués ayant transmis des alertes.
Étape 6. Estimation de la charge : de cinq étapes précédentes, il ressort le tableau synthétique 4.1 qui exprime chaque entité avec son nombre de composants, la complexité et le poids de chaque composant, pour obtenir le nombre de points de fonction par entité et par ricochet calculer les points de fonction bruts (PFB).
Tableau 4.1. Estimation de la charge du logiciel.
| Entité | Complexité | Nombre de composants | Poids | Nombre de points de fonction |
| GDI | Faible | 9 | 7 | 63 |
| Moyenne | 1 | 10 | 10 | |
| GDE | Faible | 0 | 5 | 0 |
| Moyenne | 0 | 7 | 0 | |
| ENT | Faible | 9 | 3 | 27 |
| Moyen | 0 | 4 | 0 | |
| SOR | Faible | 4 | 4 | 16 |
| Moyenne | 1 | 5 | 5 | |
| INT | Faible | 10 | 3 | 30 |
| Moyenne | 3 | 4 | 12 | |
| PFB | 163 |
Du tableau 4.1, il se déduit que la taille du logiciel développé est de cent-soixante-trois (163) points de fonction. En prenant une valeur moyenne d’un jour par point de fonction, il résulte que la charge du projet est de cent-soixante-trois jours par homme (163*1=163 jours par homme), équivalent à 8.15 mois par homme pour un calendrier standard de vingt jours par mois. En acceptant que le développeur (ou la main d’œuvre) serait payé à huit-euros et cinquante-deux centimes (8.52 euros) par point de fonction, le coût en termes monétaires de l’application développée s’élèverait à mille trois-cent- quatre-vingt-huit-euros et septante-six centimes (1 388.76 euros).
En outre, le coût de différents outils matériels utilisés pour mettre en place un seul système embarqué proposé dans ce projet est détaillé dans le tableau 4.2 ci-après.
Tableau 4.2. Estimation du coût d’un système embarqué.
| N° | Libellé | Prix Unitaire | Entreprise |
| 1 | Node MCU ESP8266 (Microcontrôleur) | 6.30 euros | Amazone [49] |
| 2 | DHT11 (Capteur de température et humidité) | 2.63 euros | AliExpress [50] |
| 3 | NB023 (Capteur du rythme cardiaque) | 3.02 euros | Kuongshun [51] |
| 4 | NEO-6M (Module GPS) | 2.51 euros | AliExpress [52] |
| 5 | Batterie LifePop4 3Volts | 1.38 euros | AliExpress [53] |
| 6 | Collier | 1.12 euros | Agro Direct [54] |
| 7 | Main d’œuvre | 8.52 euros | |
| Coût total par prototype | 28.48 euros |
Il ressort du tableau 4.2 que la mise en place d’un seul système embarqué proposé dans ce projet aurait coûté 28.48 euros. Proportionnellement à la taille du troupeau, ce coût se verrait donc multiplier par le nombre total de vaches à équiper dans les différentes fermes.
Ainsi, en combinant le coût de développement logiciel et le coût d’assemblage et configuration d’un système embarqué, le coût total de ce projet s’élèverait à mille quatre-cent-treize-euros et vingt-quatre centimes (1 413.24 euros).
Discussion des résultats
Le tableau comparatif 4.3 marque la distance entre la situation de l’élevage à l’existant et celle à la solution proposée, selon les critères bien établis et justifiés.
Tableau 4.3. Comparaison entre existant et solution proposée.
| Critères | À l’existant (2020) | À la solution proposée |
| Détection tardive des maladies | 7 morts enregistrées | 0 mort à enregistrer |
| Dépassement des limites | ±30 tentatives enregistrées | 0 évasion à enregistrer |
| Répertoire des ressources | Feuille Excel | Base de données distribuée |
| Rapports statistiques | Quasi-manuels | Automatiques |
| Prise de décisions | Retardée | Au moment opportun |
Contributions théoriques et pratiques
Sur le plan théorique, ce travail met en évidence l’application de l’internet des objets et des réseaux de capteurs sans fil dans le domaine de l’agriculture. Il contribue ainsi à l’essor et à la révolution de ces technologies clés, en étendant leur champ d’application dans le secteur de l’élevage et en montrant combien leur adaptation dans ce secteur est devenue une nécessité si pas une urgence. Grâce à la démarche méthodologique adoptée, le contenu de ce manuscrit constitue une littérature qui pourra être revue dans les recherches scientifiques futures désirant abonder dans le même sens.
Sur le plan pratique, les tests des résultats réalisés sur les vaches dans les fermes de l’Université Catholique de Bukavu, ont permis de confirmer l’hypothèse. Lors de ces expériences, (i) les fermiers n’avaient plus besoin d’avoir un œil sur l’ensemble de leurs troupeaux à travers leurs fermes respectives, mais ils pouvaient suivre la santé et la géolocalisation de leurs vaches à partir de leurs téléphones portables, et cela quelle que soit la taille de ces troupeaux, en recevant des alertes après chaque cinq secondes et la géolocalisation des vaches en temps réel, ce qui a comme conséquences directes la diminution du taux de pertes en vaches et l’évitement des conflits avec les cultivateurs ;
(ii) les différentes ressources bovines ont été répertoriées par le Préposé à l’élevage dans la base de
données à travers l’interface graphique fourni par l’application web développée ; (iii) le système décisionnel a pu voir les statistiques de l’activité en tableau de bord à travers l’application web, ce qui a pour conséquence la prise de décisions au moment opportun sur la viabilité de différentes fermes, et cela depuis son poste de travail.
De ces expériences ont surgi des comparaisons entre la situation d’avant et ce qu’elle sera à l’application de cette solution, les résultats s’annoncent satisfaisants. En effet, comme présenté dans le tableau 4.3, contrairement à la situation d’avant, la solution proposée fournit une nette amélioration des conditions de travail des fermiers par gain de temps et moindre effort, mais aussi une assurance du bien-être animal par intervention précoce en cas des troubles sanitaires chez les vaches.
Limites et perspectives d’avenir
Cette étude ne peut prétendre traiter de toute la matière de surveillance animale et de gestion de l’élevage. À part le défi général aux réseaux de capteurs, c’est-à-dire la difficulté dans la gestion de l’énergie, des limites spécifiques à ce travail sont évidentes, parmi lesquelles (i) la non surveillance des chaleurs et des vêlages chez la vache ; et (ii) l’absence d’un module qui permettrait à l’éleveur d’entrer en contact direct avec un vétérinaire en cas des troubles sanitaires sur les vaches.
Ces limites se transforment ainsi en perspectives d’avenir de ce projet et créent des pistes des recherches futures. La deuxième version du système proposé dans cette étude inclurait donc (i) un aspect de surveillance des chaleurs qui permettrait à l’éleveur de savoir quand faudrait-il appliquer l’insémination sur la vache ; (ii) un aspect de surveillance des vêlages qui permettrait à l’éleveur de savoir si la vache est prête à mettre bas afin de lui préparer un environnement confortable ; et (iii) un module qui permettrait à l’éleveur de consulter un vétérinaire en ligne pour plus de conseils à propos de son élevage.
Bilan du chapitre
À travers des illustrations, ce chapitre a mis en exergue les résultats obtenus après implémentation du système proposé dans cette étude. Ces résultats peuvent être résumés principalement en deux composants. D’une part un dispositif embarqué des capteurs capables de détecter les différents paramètres sur la vache, de les analyser et de transmettre l’information recherchée, et d’autre part une application web qui, en plus de fournir une gestion quasi globale des ressources bovines, reçoit l’information transmise, l’interprète et la stocke pour une éventuelle prise de décisions. Toutefois, malgré la complexité des outils utilisés pour la production de ce système, sa navigabilité reste d’autant plus facile. Cependant, pour tourner sur des terminaux des utilisateurs, l’application doit être hébergée et requiert un terminal avec une puissance d’au-moins 1GHz de processeur, 2Go de mémoire vive et un navigateur capable d’interpréter le langage JavaScript.
Conclusion générale
Ce travail sanctionne la fin d’études au cycle de licence en Sciences de l’informatique, réseaux et télécommunication. Il a porté sur la mise en place d’un système automatisé de surveillance temps réel en élevage bovin dans les fermes de l’Université Catholique de Bukavu.
Partant du constat selon lequel le système sous étude, étant quasi-manuel, ne répondait pas suffisamment aux besoins et attentes des gestionnaires, les problèmes majeurs ressortis ont été résumés en (i) l’augmentation de la taille du troupeau ; (ii) la détection tardive ou carrément la non détection des troubles sanitaires chez les vaches ; (iii) le grand risque de disparition des vaches qui vagabondent parfois au-delà des limites de la ferme et auraient pu échapper l’œil du fermier ; (iv) le danger d’entrer en conflit avec les cultivateurs, les vaches cherchant à se satisfaire des plantations au détriment des paysans cultivateurs ; (v) l’hétérogénéité spatiale entre l’organe décisionnel et l’organe opérant.
Ainsi, l’hypothèse définie a été telle que l’automatisation de ce système, sur base de l’internet des objets et/ou des réseaux de capteurs sans fil, aurait permis à l’Université Catholique de Bukavu de solutionner ces problèmes. L’objectif global restant celui de mettre à la portée des éleveurs, comme c’est le cas de l’Université Catholique de Bukavu, un système automatisé de géolocalisation et de surveillance santé bovine en temps réel.
Mais il a fallu adopter une approche méthodologique. La méthode d’interpolation, la méthode de processus unifié rationnel, la méthode expérimentale, la méthode comparative ainsi que la méthode de points de fonction, ont eu le mérite d’être appliquées dans cette étude.
Les principaux résultats obtenus sont en deux blocs. Un premier bloc de transmission d’alertes et de géolocalisation, composé d’un capteur de température et humidité corporelles de la vache, d’un détecteur du rythme cardiaque de la vache, d’un module GPS qui prélève la géolocalisation de la vache et d’un microcontrôleur traitant les signaux captés auquel un module Wi-Fi ESP8266 qui transmet les informations au serveur est intégré. Un deuxième bloc de réception qui est composé d’une application web permettant l’affichage des alertes et de la géolocalisation des vaches en temps réel sur la carte, et la gestion des ressources bovines. Après expérimentation, ces résultats ont permis de confirmer l’hypothèse émise.
Toutefois, cette étude ne prétend pas finir toute la matière de surveillance animale, elle laisse plutôt libre cours aux recherches futures désireuses d’abonder dans le même sens. Dans les versions suivantes de la solution proposée, différentes fonctionnalités restent susceptibles d’être implémentées, entre autres la détection des chaleurs et des vêlages chez les vaches, ainsi qu’une mise en contact des éleveurs avec des vétérinaires en cas des troubles sanitaires constatés sur les vaches.
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Annexe : Guide d’entretien avec le Préposé à l’élevage de l’UCB
Monsieur l’Administrateur Général de l’Université Catholique de Bukavu, Monsieur le Préposé à l’élevage de l’Université Catholique de Bukavu,
Nous, Gilbert Amisi Lumona, étudiant en deuxième licence à la faculté des Sciences, département de l’informatique, option des réseaux et télécommunications, à l’Université Catholique de Bukavu, avons l’honneur, dans le cadre de notre mémoire de licence portant sur « Système automatisé de surveillance temps réel en élevage bovin. Cas des fermes de l’Université Catholique de Bukavu », sous la direction du Prof. Dr. Ing. Thomas Djotio Ndié et du Chef des travaux Youen Mugisho Mushegerha, de venir auprès de votre responsabilité, demander des renseignements pouvant nous permettre de mener à bon port nos recherches.
| N° | Question | Réponse |
| Partie 1. Présentation de l’élevage bovin à l’UCB | ||
| 1 | En quelle année l’activité d’élevage bovin fut lancée ? | |
| 2 | De quelle nature est cet élevage bovin ? | Élevage laitier Élevage à chair Élevage laitier et à chair |
| 3 | De combien de fermes disposez-vous actuellement ? | |
| 4 | Où se situent cette (ces) fermes ? | |
| 5 | Quelle distance sépare-t-elle le lieu d’exploitation du lieu de pilotage ? | |
| 6 | Quel est le périmètre de chacune des fermes ? | |
| 7 | Avec quel capital initial en nombre de vaches l’élevage a été lancé ? | |
| 8 | Combien de vaches comptiez-vous respectivement en 2010, 2015 et 2020 ? | |
| 9 | Combien de fermiers surveillent-ils chaque ferme ? | |
| Partie 2. Évaluation du risque lié au système existant de surveillance bovine | ||
| 10 | Avez-vous déjà enregistré des cas de troubles sanitaires chez les vaches depuis le lancement de l’activité ? | Oui Non |
| 11 | En se référant à la question N°10, quelles troubles sanitaires sont endémiques ? | Fièvre Diarrhée Difficulté à respirer Difficulté à marcher Autres ………… |
| 12 | En se référant à la question N°10, quels mécanismes de détection des troubles sanitaires utilisez-vous ? | Observation du fermier Thermomètre Capteur e. Autres …………… |
| 13 | En se référant à la question N°13, Comment appréciez- vous ces mécanismes ? | Médiocres Bons Suffisants e. Efficients |
| 14 | Arrive-il de fois que les vaches vagabondent au-delà des limites de la ferme ? | Oui Non |
| 15 | Avez-vous déjà enregistré une évasion bovine ? | Oui Non |
| 16 | Quels mécanismes de géolocalisation des vaches utilisez-vous ? | Œil du fermier Caméra de surveillance Satellites e. Autres……………………… |
| 17 | En se référant à la question N°17, Comment appréciez- vous ces mécanismes ? | Médiocres Bons Suffisants e. Efficients |
| 18 | Comment se fait l’échange d’informations entre le lieu d’exploitation et le pilotage ? | Par téléphone mobile Par déplacement Par internet d. Autre ………………………… |
| Partie 3. Appréciation de la solution proposée | ||
| 19 | Recevriez-vousunsystèmeautomatisépourla surveillance santé et la géolocalisation en temps réel des bovins dans vos fermes ? | Oui Non |
| 20 | Comment jugeriez-vous une dépense de 30 euros de plus par vache pour faire de votre élevage, celui de précision ? | Passable Très cher Insupportable |
