Équipe 05 - Université Laval

Transcription

Équipe 05 - Université Laval
Pluvi-Tech : Système automatisé de récupération d’eau
de pluie pour utilisation domestique extérieure
Rapport de projet – version finale
présenté à
Robert Bergevin et Éric Poulin
par
Équipe 05 — Tortuga
matricule
nom
signature
111 048 356
Martin Boisvert
111 049 965
Françis Deraps
111 046 201
Sébastien Demers Tremblay
111 047 073
Gabriel Grenon
111 049 678
Joël Ruelens-Lepoutre
Université Laval
26 avril 2013
Historique des versions
version
1.0
1.1
1.2
1.3
date
12 février 2013
1 mars 2013
29 mars 2013
26 avril 2013
description
création du document
rapport version 1
rapport version 2
rapport version finale
Table des matières
Table des figures
v
Liste des tableaux
vi
1 Introduction
1
2 Description
2
3 Objectifs
3.1 Identification et résumé des besoins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.1 Captation et gestion de l’eau de pluie . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.2 Accès au système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.3 Sécurité et autonomie du système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.4 Gestion des données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 Définition des objectifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.1 Maximiser l’accumulation et l’efficacité de l’utilisation de l’eau de pluie
3.2.2 Simplifier et faciliter la configuration et l’utilisation du système . . .
3.2.3 Maximiser la sécurité et l’autonomie du système . . . . . . . . . . . .
3.2.4 Optimiser la gestion des données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.5 Optimiser l’entretien et les coûts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3 Hiérarchisation des objectifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
3
3
3
3
4
4
4
4
4
5
5
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4 Cahier des charges
4.1 Accumulation et gestion de l’eau de pluie (25%) . . . . . . . . . .
4.1.1 Capacité de stockage de l’eau (8%) . . . . . . . . . . . . .
4.1.2 Utilisation de l’eau lors de l’arrosage automatique (17%) .
4.2 Configuration et utilisation du système (31%) . . . . . . . . . . .
4.2.1 Facilité d’utilisation de l’interface (11%) . . . . . . . . . .
4.2.2 Accessibilité au terminal (8%) . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.3 Accessibilité à distance (7%) . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.4 Gestion de l’accès au système par une tierce personne (5%)
4.3 Système sûr et autonome (16%) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.1 Dangers potentiels aux utilisateurs et à leur propriété (6%)
i
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10
10
ii
TABLE DES MATIÈRES
4.4
4.5
4.6
4.3.2 Durabilité et robustesse (4%) . . . . . . . . . . .
4.3.3 Risques d’intrusions (3%) . . . . . . . . . . . . .
4.3.4 Durée de vie lors d’un disfonctionnement (3%) . .
Gestion des données (12%) . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4.1 Capacité de stockage (9%) . . . . . . . . . . . . .
4.4.2 Efficacité du système de gestion des données (3%)
Entretien et coûts (16%) . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.1 Mise en route et hivernage (4%) . . . . . . . . . .
4.5.2 Entretien (5%) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.3 Coût (5%) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.4 Entreposage (2%) . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Maison de la Qualité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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5 Conceptualisation et analyse de faisabilité
5.1 Diagramme fonctionnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2 Concepts de solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.1 Filtrer l’eau de pluie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.1.1 Le filtre osmose Komibright C150KSWP . . . . . . . . . . .
5.2.1.2 Le filtre céramique type DOULTON . . . . . . . . . . . . .
5.2.1.3 Le filtre stérilisateur UV2 PRO . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.1.4 Résumé de l’analyse de faisabilité du filtrage de l’eau de pluie
5.2.2 Stockage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.2.1 Waterfix C-90 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.2.2 Citerne acier reconditionnée 10 000L . . . . . . . . . . . . .
5.2.2.3 Cuve Polyéthylène CS-2400 . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.2.4 Résumé de l’analyse de faisabilité pour le stockage . . . . .
5.2.3 Traitement de données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.3.1 1769-L23E-QB1B CompactLogix . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.3.2 Arduino Mega . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.3.3 Raspberry Pi Modèle B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.3.4 Résumé de l’analyse de faisabilité pour le traitement de données
5.2.4 Archivage des données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.4.1 Disque dur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.4.2 Mémoire flash - Carte SD . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.4.3 Stockage en ligne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.4.4 Résumé de l’analyse de faisabilité pour l’archivage de données
5.2.5 Sécurisation des données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.5.1 Kaspersky ONE universal security . . . . . . . . . . . . . .
5.2.5.2 Folder lock 2013 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.5.3 KetuFile 2013 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.5.4 Résumé de l’analyse de faisabilité de la sécurisation des données
5.2.6 Accès à distance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.6.1 AirStation AC866 Dual Band Wireless USB Adapter . . . .
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11
11
11
11
12
12
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25
26
27
27
27
28
28
29
29
29
iii
TABLE DES MATIÈRES
5.2.7
5.2.8
5.2.6.2 BTD-V201 Micro Bluetooth Adapter USB 2.0 . . . . .
5.2.6.3 M-Play 202 Plus R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.6.4 Résumé de l’analyse de faisabilité de l’accès à distance
Distribution de l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Système palliatif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6 Étude Préliminaire
6.1 Plan d’analyse des concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2 Présentation des concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.1 Concept "Performance" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.1.1 Capacité de stockage d’eau . . . . . . . . . . . . . .
6.2.1.2 Utilisation de l’eau lors de l’arrosage automatique . .
6.2.1.3 Facilité d’utilisation de l’interface . . . . . . . . . . .
6.2.1.4 Accessibilité au terminal . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.1.5 Accessibilité à distance . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.1.6 Gestion de l’accès au système par une tierce personne
6.2.1.7 Dangers potentiels aux utilisateurs et à leur propriété
6.2.1.8 Durabilité et robustesse . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.1.9 Risques d’intrusions . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.1.10 Durée de vie lors d’un disfonctionnement . . . . . . .
6.2.1.11 Capacité de stockage de données . . . . . . . . . . .
6.2.1.12 Efficacité du système de gestion des données . . . . .
6.2.1.13 Mise en route et hivernage . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.1.14 Entretien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.1.15 Coût . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.1.16 Entreposage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.2 Concept "Économique" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.2.1 Capacité de stockage d’eau . . . . . . . . . . . . . .
6.2.2.2 Utilisation de l’eau lors de l’arrosage automatique . .
6.2.2.3 Facilité d’utilisation de l’interface . . . . . . . . . . .
6.2.2.4 Accessibilité au terminal . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.2.5 Accessibilité à distance . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.2.6 Gestion de l’accès au système par une tierce personne
6.2.2.7 Dangers potentiels aux utilisateurs et à leur propriété
6.2.2.8 Durabilité et robustesse . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.2.9 Risques d’intrusions . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.2.10 Durée de vie lors d’un disfonctionnement . . . . . . .
6.2.2.11 Capacité de stockage de données . . . . . . . . . . .
6.2.2.12 Efficacité du système de gestion des données . . . . .
6.2.2.13 Mise en route et hivernage . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.2.14 Entretien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.2.15 Coût . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.2.16 Entreposage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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42
43
43
43
43
44
44
44
44
iv
TABLE DES MATIÈRES
6.2.3
6.3
Concept "Hybride" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.3.1 Capacité de stockage d’eau . . . . . . . . . . . . . .
6.2.3.2 Utilisation de l’eau lors de l’arrosage automatique . .
6.2.3.3 Facilité d’utilisation de l’interface . . . . . . . . . . .
6.2.3.4 Accessibilité au terminal . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.3.5 Accessibilité à distance . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.3.6 Gestion de l’accès au système par une tierce personne
6.2.3.7 Dangers potentiels aux utilisateurs et à leur propriété
6.2.3.8 Durabilité et robustesse . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.3.9 Risques d’intrusions . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.3.10 Durée de vie lors d’un disfonctionnement . . . . . . .
6.2.3.11 Capacité de stockage de données . . . . . . . . . . .
6.2.3.12 Efficacité du système de gestion des données . . . . .
6.2.3.13 Mise en route et hivernage . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.3.14 Entretien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.3.15 Coût . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.3.16 Entreposage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Synthèse des résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 Concept Retenu
7.1 Matrice de décision . . . . . . . . . . . . . .
7.2 Analyse de la matrice 7.1 et prise de décision
7.3 Description du concept retenu . . . . . . . .
7.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Bibliographie
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50
50
50
52
53
54
Table des figures
3.1
Hiéarchisation des objectifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
4.1
Maison de la Qualité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
5.1
Diagramme fonctionnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
7.1
Diagramme Physique du concept économique . . . . . . . . . . . . . . . . . .
53
v
Liste des tableaux
4.1
Cahier des charges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
5.10
5.11
5.12
Aspects décisionnels du filtrage de l’eau de pluie . . .
Faisabilité des concepts de filtrage de l’eau de pluie .
Aspects décisionnels du stockage d’eau . . . . . . . .
Faisabilité des concepts de stockage . . . . . . . . . .
Aspects d’évaluation pour le traitement des données.
Faisabilité des concepts de traitement des données . .
Aspects décisionnels des solutions de stockage . . . .
Faisabilité des concepts de l’archivage des données . .
Aspects décisionnels de la sécurisation des données .
Faisabilité des concepts de sécurisation des données .
Aspects décisionnels pour l’accès à distance . . . . . .
Faisabilité des concepts d’accès à distance . . . . . .
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22
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27
29
29
31
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
6.8
6.9
Plan de développement concernent l’accumulation et la gestion de l’eau . . .
Plan de développement concernant la configuration et l’utilisation du système
Plan de développement concernant la sécurité et l’autonomie du système . .
Plan de développement concernant la gestion des données . . . . . . . . . . .
Plan de développement concernant l’entretien et les coûts . . . . . . . . . . .
Coûts associés au concept performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Coûts associés au concept économique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Coûts associés au concept hybride . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sythèse des résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33
34
35
35
36
40
44
47
49
7.1
Matrice décisionnelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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vi
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Chapitre 1
Introduction
L’eau est à la base de toutes activités humaines. Que ce soit pour utilisation domestique,
industrielle ou tout simplement une question de survie, il faut de l’eau. Bien que la Terre
en soit couverte, il n’y a qu’un faible pourcentage de ces étendues qui sont de l’eau douce.
À cause de notre consommation d’eau douce assez peu conservatrice, cette ressource devient
de plus en plus rare et donc de plus en plus importante à protéger. Une solution possible
pour réduire notre consommation d’eau dans le milieu domestique est l’utilisation de l’eau de
pluie récupérée. Le mandat de la firme Tortuga consiste donc en la première phase du projet
Pluvi-Tech, soit la conceptualisation de ce système récupérant l’eau de pluie afin d’évaluer
sa faisabilité.
C’est à nous que revient la tâche de créer un système qui réutilise cette eau. Ci-dessous se
trouvent la description de notre système, suivie par les besoins auxquels notre système doit
répondre, les objectifs à atteindre, notre cahier des charges, la conceptualisation, une analyse
de faisabilité, une étude préliminaire ainsi que le concept retenu.
1
Chapitre 2
Description
Le projet doit récupérer et stocker l’eau de pluie, via les goutières de la maison, pour
une utilisation domestique extérieure telle que l’arrosage régulier de pelouse, remplissage de
piscine et nettoyage de voiture. Le réservoir a pour obligation de capter un minimum de 25%
de l’eau de pluie par mois, tout en limitant l’utilisation de l’eau provenant de l’aqueduc.
Le client a à sa disposition des interfaces simples pour la configuration et la programmation du système, qui doit être automatisé dans le but de gérer l’accumulation de l’eau ainsi
que de son utilisation. Ce système permet aussi la sauvegarde des données d’utilisation de
l’eau pour une période de cinq ans ou plus, de façon journalière. Ces données servent à la
production de rapports sur la consommation d’eau de pluie et d’appoint.
2
Chapitre 3
Objectifs
La section suivante fait une précision de la description faite précédement 2. Également, il
sera question de la hiérarchisation des objectifs fixés.
3.1
Identification et résumé des besoins
Le client souhaite accumuler de l’eau de pluie de façon automatique pour utilisation
domestique exterieure.
3.1.1
Captation et gestion de l’eau de pluie
1. Accumulation d’au moins 25% des precipitations mensuelles
2. Accumulation d’assez d’eau pour subvenir mensuellement aux besoins d’arrosage régulier sans alimentation d’appoint
3. Distribution automatique pour les besoins réguliers d’utilisation d’eau
4. Modification de la routine d’arrosage selon les conditions météorologiques actuelles
3.1.2
Accès au système
1. Accès manuel pour les besoins ponctuels d’utilisation d’eau
2. Accès à distance
3. Donner accès à une tierce personne
4. Interface configurable et programmable
3.1.3
Sécurité et autonomie du système
1. Prévention de piratage
2. Prévention des dangers aux utilisateurs et à la propriété
3
CHAPITRE 3. OBJECTIFS
4
3. Accès à l’aqueduc municipal pour les besoins d’eau d’appoint
4. Fermeture sécuritaire du système en fin de saison et après 20 minutes d’autonomie lors
de pannes électriques
3.1.4
Gestion des données
1. Archivage de données journalières pendant 5 ans ou plus
2. Production de rapports de consommation d’eau de pluie et d’eau d’appoint
3.2
3.2.1
Définition des objectifs
Maximiser l’accumulation et l’efficacité de l’utilisation de
l’eau de pluie
1. Maximiser la capacité de stockage de l’eau
2. Utiliser la bonne quantité d’eau lors de l’arrosage en tenant compte des données météorologiques
Le client demande d’abord que l’eau utilisée par le système soit de l’eau de pluie, captée
à partir du toit et des gouttières. Dans l’optique de rendre le système le plus efficace possible
et de toujours éviter le gaspillage d’eau, il faut maximiser la capacité de stockage d’eau. En
ce qui concerne l’utilisation de l’eau, le système doit pouvoir bien quantifier la quantité d’eau
nécessaire à l’arrosage en tenant compte des conditions météorologiques et de l’humidité de
la terre.
3.2.2
Simplifier et faciliter la configuration et l’utilisation du système
1. Simplifier l’utilisation de l’interface
2. Maximiser l’accessibilité au terminal
3. Maximiser la distance d’accès au système
4. Gérer de façon adéquate l’accès au système de tierces personnes
Le client veut que le système soit simple à utiliser. Il faut donc que l’interface soit intuitive
et toujours facilement accessible, que ce soit sur place ou à distance. D’ailleurs, si le propriétaire part en voyage, il faut que le système puisse reconnaître et bien gérer l’accès d’une tierce
personne autorisée, sans pour autant lui autoriser toutes les fonctions de contrôle.
3.2.3
Maximiser la sécurité et l’autonomie du système
1. Maximiser la durabilité et la robustesse
CHAPITRE 3. OBJECTIFS
5
2. Limiter les risques d’intrusions
3. Limiter les dangers potentiels aux utilisateurs et à la propriété
4. Maximiser la durée de vie lors d’une panne électrique
Afin d’éviter les dangers pouvant nuire au système et ceux qu’il peut lui-même causer
à l’entourage immédiat, le système doit être à la fois sécurisé et sécuritaire. Lors de certaines situations incontournables, telles que des pannes de courant, le système doit être assez
autonome pour rester en marche pendant un certain temps.
3.2.4
Optimiser la gestion des données
1. Maximiser l’espace d’archivage de données
2. Maximiser l’efficacité du système de gestion de données
Le client demande aussi que le système puisse enregistrer et stocker des données journalières pendant 5 ans. Une quantité d’espace nécessaire doit donc être allouée à l’archivage de
ces données. De plus, le système doit bien gérer les données pour y avoir accès rapidement,
afin de produire les rapports efficacement.
3.2.5
Optimiser l’entretien et les coûts
1. Faciliter la mise en route et l’hivernage du système
2. Faciliter l’entretien et le nettoyage
3. Faciliter l’entreposage
4. Favoriser l’accessibilité aux pièces de remplacement
5. Minimiser les coûts
Pour faciliter son entretien, le système doit pouvoir se mettre en marche et s’arrêter
facilement. De plus, son entretien et sa réparation doivent être simple et rapide, et les pièces
de remplacement doivent être facilement accessibles. Le tout doit être le moins coûteux
possible. Finalement, les morceaux à entreposer doivent pouvoir être transportés au plus par
deux personnes.
CHAPITRE 3. OBJECTIFS
3.3
Hiérarchisation des objectifs
Figure 3.1 – Hiéarchisation des objectifs
6
Chapitre 4
Cahier des charges
Ce chapitre permet une évaluation qualitative et quantitative des objectifs mentionnés
dans la section précédente, par une méthode exhaustive permettant la mesure de la qualité
du système. Cette méthode consiste à utiliser un barème qui cote chaque critère relatif à
chacun des objectifs. L’importance de ces objectifs a tout d’abord été évaluée en pourcentage,
par rapport à la totalité du projet, pour obtenir une hiérarchisation générale. L’objectif
ayant la plus grande importance est la configuration et l’utilisation du système, avec une
pondération de 31%. Cet objectif est considéré supérieur aux autres, puisqu’il regroupe les
critères qualifiant l’usage du système. L’objectif d’accumulation et gestion de l’eau de pluie est
le deuxième dans la hiérarchie, avec une pondération de 25%, parce que c’est cet objectif qui
gère tout ce qui concerne l’eau à receuillir. D’ailleurs, c’est la définition même de ce que doit
faire le système, soit récolter l’eau de pluie pour un usage automatisé domestique extérieur.
Les deux prochains objectifs sont premièrement d’assurer un système sûr et autonome, et
deuxièmement la combinaison de l’entretien et des coûts, ayant tout deux le poids de 18%.
Ces deux objectifs sont considérés comme équivalent, puisqu’ils comprennent la majorité
des critères permettant une utilisation du système à son plein potentiel, tels que limiter les
dangers potentiels aux utilisateurs et à leur propriété, maximiser la durabilité et robustesse
des composantes, l’accessibilité aux pièces de remplacement, etc. Finalement, l’objectif de
gestion de données a une pondération de 12%, car c’est il est nécessaire pour respecter
les besoins du client, mais ne l’est pas pour le bon fonctionnement des autres éléments du
système. Par la suite, le barème de correction est évalué pour chacun des critères de deux
manières distinctes. La première est un barème qualitatif, qui permet d’évaluer entre 0 et
1 si le critère respecte les exigences, 1 étant la cote parfaite. La deuxième est l’évaluation
de ce barème à l’aide d’une équation mathématique, permettant une évaluation quantitative
plus spécifique de ce respect des exigences. Finalement, ces critères, ainsi que leur barème
respectifs, sont condensés dans un tableau, puis dans une maison de la qualité, permettant
tout deux une évaluation plus efficace.
7
8
CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES
4.1
4.1.1
Accumulation et gestion de l’eau de pluie (25%)
Capacité de stockage de l’eau (8%)
En plus d’être capable de capter l’eau, le système doit avoir un espace de rangement pour
l’eau suffisamment grand pour stocker au moins 25% de l’eau de pluie qui tombe pendant un
mois. En considérant une précipitation mensuelle moyenne de 93 millimètres et une maison
québécoise moyenne d’une dimension de 6m par 9m, le volume maximal d’eau captée est
près de 5000L. Cela est donc notre barème supérieur, alors que 25% de ce volume, 1250L, est
notre barème inférieur.
f (V ) = 1.25(log10 (V ) − 2.9), V ∈ [1250; 5000]
(4.1)
Où V est le volume de l’espace de rangement d’eau. La cote est de 0,25 avec une capacité
de 1250L et augmente jusqu’à 1 avec une capacité de 5000L. L’augmentation se fait de
manière logarithmique, car une fois dépassé le 25% de capacité requis, les volumes qui sont
supérieurs n’affectent pas beaucoup la performance du système.
Ce critère n’équivaut qu’à 8%, puisque le système d’accumulation ne nécissite pas une grande
capacité de stockage une fois dépassé le 1250L requis.
4.1.2
Utilisation de l’eau lors de l’arrosage automatique (17%)
Dans le but de maximiser l’efficacité de l’utilisation de l’eau recueillie, il est important d’en
faire un usage en lien avec les besoins réguliers, soit relatif aux conditions météorologiques.
Le système doit donc avoir un accès permanent à au moins une source de ces données météo
pour rectifier l’automatisation du système si nécessaire. De plus, pour ne pas déroger de
la quantité d’eau requise, il faut évaluer le pourcentage d’eau en surplus ou en carence. Le
barème d’évaluation est représenté par :
f (Q) = 1 − |Q|, Q ∈ [−1; 1]
(4.2)
Où Q représente le pourcentage d’excès ou de manque d’eau. Par exemple, avec une
quantité de 20L, si l’eau utilisée par le système est de 40L, Q est égale à 1, ce qui attribue
une cote de 0. Plus l’écart est grand entre les deux valeurs, plus Q est élevé, ce qui fait baisser
sa cote. À l’inverse, une quantité suffisante donne un écart Q de 0, attribuant une cote de
1. Q est en valeur absolue pour tenir compte du cas de manque d’eau. Ce critère étant très
important par rapport à l’utlisation de l’eau, une pondération de 17% lui est donc attribuée.
4.2
4.2.1
Configuration et utilisation du système (31%)
Facilité d’utilisation de l’interface (11%)
L’interface d’un système joue un rôle primordial dans la facilité d’utilisation de celui-ci
par l’utilisateur. Plus l’interface est facile à comprendre et à utiliser, meilleur est le système.
CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES
9
Ce critère est donc évalué selon les niveaux de facilité suivants : l’interface est intuitive, elle
est facile à comprendre, elle est limitée et finalement, son utilisation est complexe. Les notes
attribuées sont respectivement de 1, 0,66, 0,33 et 0. Si ce critère est évalué plusieurs fois, la
moyenne des notes est calculée. Dû à son importance, ce critère vaut 11% de la note totale.
4.2.2
Accessibilité au terminal (8%)
Il est important que l’utilisateur puisse accéder facilement au terminal en tout temps pour
pouvoir modifier les paramètres d’utilisation du système selon ses besoins, afin de maximiser
l’efficacité du système. La note est donc attribuée selon la facilité et la vitesse d’accès. Si le
terminal est facile et rapide d’accès, la note attribuée est de 1. Une note de 0,5 est attribuée
à un terminal facile, mais long à accéder. Une note de 0 est attribuée à un terminal difficile
et long à accéder. Ce critère compte pour 8% de la note totale.
4.2.3
Accessibilité à distance (7%)
Le système doit être accessible à distance, afin de permettre à l’utilisateur de contrôler
celui-ci sans être à proximité du système. Cela améliore l’efficacité du système en permettant
le contrôle de celui-ci à tout moment et en évitant à l’utilisateur de se déplacer pour utiliser
le système. La note de ce critère est basée sur la distance en km à partir de laquelle on peut
accéder au système.
f (d) = 0.365(log10 (d)) + 0.33, d ∈ [0; 68]
(4.3)
Où d est la distance en kilomètres. Une distance de 1 km donne une note de 0,33, puisque
c’est la distance moyenne atteinte par les radios et les télécommandes. Une distance de 8 km
donne une note de 0,66, car c’est la distance maximale moyenne des radios. Une côte parfaite
est atteinte à une distance de 68 km. Ce critère compte pour 7%.
4.2.4
Gestion de l’accès au système par une tierce personne (5%)
Le propriétaire du système doit être en mesure de donner le contrôle à une tierce personne.
Cela permet au propriétaire de s’assurer que son système fonctionne correctement lorsqu’il
n’est pas en mesure de vérifier par lui-même (s’il est en voyage, par exemple). Il est important
de pouvoir donner le contrôle à quelqu’un d’autre, mais il faut aussi s’assurer que cette
personne n’est pas en mesure de causer de problèmes en limitant son accès à la configuration
du système. S’il est possible de donner un accès fiable à une tierce personne, une note de 1
est attribuée. Sinon, la note attribuée est de 0. Ce critère vaut 5%.
10
CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES
4.3
4.3.1
Système sûr et autonome (16%)
Dangers potentiels aux utilisateurs et à leur propriété (6%)
Si la protection du système est importante, celle de l’utilisateur et de ses biens est primordiale. Les accidents doivent être évités le plus possible, tant au point de vue physique
qu’environnemental. Les interactions directes avec les composantes du système par l’utilisateur doivent être aussi restreintes que possible. L’entretien et la maintenance doivent donc
êtres limités pour restreindre les contacts par l’utilisateur. En cas de défaillance du système,
les impacts nuisibles doivent aussi être minimisés pour empêcher les dommages collatéraux,
tel qu’une inondation ou altération du système électrique personnel. En somme, en relation avec la cumulation de ces critères, la pondération des degrés de risques encourus par
l’utilisation du système se fait comme suit :
Le
Le
Le
Le
système
système
système
système
est sécuritaire à tout point de vue
est fiable
est peu fiable
comporte plusieurs lacunes
1
0,75
0,25
0
Dans ce tableau, on considère un système sécuritaire à tout point de vue par un respect
de tous les critères énoncé précédemment et obtient donc la cote de 1. Un système fiable
contrôle bien les impacts nuisibles, mais comporte certaines interactions directes et obtient
donc la cote de 0,75. Un système peu fiable oblige une maintenance de la part de l’utilisateur
et comprend certain risques et comprend donc la cote de 0,5. Finalement, un système ayant
plusieurs lacunes nécessite une attention particulière lors de son utilisation, car il oblige
beaucoup d’interactions directes et comprend certain risques. Il obtient donc la cote de 0.
Comme ce sous-objectif comprend la sécurité de l’utilisateur, on lui attribue une grande
importante en lui accordant une valeur de 6%.
4.3.2
Durabilité et robustesse (4%)
L’un des principaux objectifs d’un projet est qu’il soit d’une durée de vie optimale, permettant un investissement satisfaisant et rentable. Il est donc important de maximisé sa
persévération par une protection adéquate, composé de matériaux approprié aux conditions
environnementales, qui empêchent la détérioration du système. De plus, le système lui-même
ce doit d’être de longue durée, et donc lui aussi d’être composé d’un choix judicieux de matériaux permettant son bon fonctionnement à long terme. Enfin, un emplacement avisé des
composantes du système minimise sa détérioration. La cumulation de ces critères permettra
d’évaluer la durée de vie du système, qui peut être représenté par la formule suivante :
x2
, x ∈ [5; 15]
(4.4)
225
Dans cette équation, x représente la durée de vie du système. Ce sous-objectif est lui aussi
très important, puisqu’un système très performant qui ne dure pas très longtemps n’est pas
acceptable. Il représente donc 4% de l’objectif principal.
f (x) =
11
CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES
4.3.3
Risques d’intrusions (3%)
Il est important de minimiser les risques d’intrusions dans le système de contrôle, ainsi
qu’à l’accès aux bases de données, pour ne pas compromettre l’intégrité du système. Il est
donc important de maximiser les défenses contre les interventions extérieurs nuisibles et le
piratage des données personnelles. Le contrôle de la tierce personne ayant accès au système
doit aussi être restreint aux fonctionnalités primaires, soit à l’utilisation des fonctions du
système et non sa gestion et/ou à sa programmation. Le barème se basant sur ces critères
est en fonction de la qualification de la sécurité, qu’on représente comme suit :
Le système est incontournable
Le système est difficilement contournable
Les données personnelles sont protégées mais le piratage est possible
Le système est facile d’accès
1
0,75
0,5
0
L’intégrité du système est très importante pour éviter les complications de perte ou vol
de données ainsi que pour assurer son bon fonctionnement en général, c’est pourquoi le poids
de ce critère est de 3%.
4.3.4
Durée de vie lors d’un disfonctionnement (3%)
Un système efficace se doit aussi d’avoir un système palliatif dans un cas de force majeur, tel qu’une panne d’électricité ou un incident quelconque provoquant l’arrêt du système
principal. Dans l’optique du projet, ce système secondaire se doit de prolonger l’autonomie
d’au moins 20 minutes après une interruption incontrôlée. Dans ce cas, une durée de vie
inférieure à 20 minutes correspond à la cote 0 dans le barème d’évaluation et une durée de
vie supérieure à 60 minutes correspond à la cote 1, qui peut être représenté par l’équation
suivante :
x
, x ∈ [20; 60]
(4.5)
60
Dans cette équation, x représente la durée de vie du système palliatif si un problème
survient. Ce sous-objectif est une demande faite par l’utilisateur, mais ne compromet pas la
sécurité du système, il a donc un poids de 3%.
f (x) =
4.4
4.4.1
Gestion des données (12%)
Capacité de stockage (9%)
Le système doit pouvoir stocker et enregistrer des données prises de façon journalière sur
une période de 5 ans. Étant donné que le système est opérationnel de mai à septembre, il y
a donc 153 jours par années où le système effectue une prise de données. En estimant qu’une
12
CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES
prise de données prend un espace de 20ko, le barème de qualité pour la capacité de stockage
est le suivant :
W
, W ∈ [15300; 30600]
(4.6)
30600
Où W représente la capacité en kilooctet du système de stockage. Si la valeur de la capacité
est inférieure à 15300, la cote attribuée est automatiquement 0. À partir de 15300, la cote
augmente linéairement de 0,5 à 1, 1 étant à une valeur de 30600, le double du minimum.
D’ailleurs, ce critère obtient une pondération de 9% du 12% attribué à cette catégorie dû à
l’importance pour le client de pouvoir stocker les données.
f (W ) =
4.4.2
Efficacité du système de gestion des données (3%)
Le système de gestion doit stocker les données recueillies sur l’utilisation du système,
entre autres la quantité d’eau recueillie, la quantité d’eau utilisée et le nombre d’arrosages
par jour, pour ensuite produire un rapport détaillé. L’évaluation de la rapidité du système
de gestion lors de production de rapports se fait comme suit :
24t
f (t) = 1, 1e− 50 − 0, 1, t ∈ [0; 5]
(4.7)
Où t est le temps requis pour produire un rapport, en secondes. Si le temps requis est de
5 secondes ou plus, une cote de 0 est attribuée. Une fonction exponentielle inverse est utilisée
pour que la cote descende rapidement lorsque la variation de temps est petite.
4.5
4.5.1
Entretien et coûts (16%)
Mise en route et hivernage (4%)
Le système doit pouvoir s’arrêter durant l’hiver et se remettre en marche durant l’été,
afin d’éviter les problèmes causés par le gel et maximiser le temps d’utilisation du système.
Il est donc idéal de minimiser le temps requis pour mettre en marche ou arrêter le système
en début et fin de saison.
−T
f (T ) = 2, 3e 72,1 − 1, T ∈ [10; 60]
(4.8)
Le facteur déterminant de ce critère est le temps moyen T requis pour mettre en marche
ou arrêter le système. Si ce processus consomme moins de 10 minutes, le système obtient une
cote de 1. Cette cote diminue rapidement jusqu’à ce qu’elle atteigne 0 si le processus prend
plus de temps qu’une heure. Ce critère a une pondération de 3%, puisque ce processus se fait
deux fois par année et il est important qu’il se déroule correctement.
13
CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES
4.5.2
Entretien (5%)
Il est probable que le système nécessite un entretien dans les années suivant son installation. Nous considerons ici le nettoyage du système et les réparations nécessaires s’il y a
lieu.
T
+1
(4.9)
10
On évalue ce critère en fonction du temps T en heures nécessaire par année à la réparation,
au nettoyage ou toutes autres tâches reliées au maintien du bon fonctionnement du système.
La cote 1 est attribuée lorsque le système ne requiert aucun entretien et diminue de 0,1 par
heure nécessaire. Ce critère est celui qui a le plus de poids puisqu’il est impératif que le
système fonctionne bien sans que le client ait à le réparer ou nettoyer constamment.
f (T ) = −
4.5.3
Coût (5%)
Le coût du système se doit d’être raisonnable et compétitif afin d’être abordable pour le
publique cible.
Prix
Prix
Prix
Prix
inférieur à 2100 dollars
entre 2100 et 2800 dollars
entre 2800 et 3400 dollars
supérieur à 3400 dollars
1
0,66
0,33
0
Le prix moyen des systèmes de récupération d’eau de cette envergure se situe entre 3000
et 5000 dollars. Pour cette raison, tout ce qui est moins cher se mérite la cote de 1. Tout ce
qui est dans la moitié inférieure du prix obtient la cote de 0,66 et ce qui se trouve dans la
moitié supérieure de la moyenne se retrouve avec 0,33. Finalement, tout ce qui coute plus
cher que 5000 dollars est attribuée la cote de 0. Le coût a une pondération moyenne puisqu’il
est important que le système ait un prix raisonnable, mais ce n’est pas le but premier du
système.
4.5.4
Entreposage (2%)
Pour l’entreposage des pièces lors de la fermeture du système pour l’hiver, l’utilisateur doit
pouvoir transporter toutes ces pièces seul ou accompagné tout au plus d’une autre personne.
Si toutes les pièces sont transportables de façon individuelle, une cote de 1 est attribuée.
Sinon, avec deux personnes, une cote de 0,75 est attribuée. Si une troisième personne est
requise, la cote de 0 est attribuée et le concept est rejeté. La pondération est basse car le
nombre de personnes requis pour l’entreposage n’est pas très important.
CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES
4.6
14
Maison de la Qualité
Les corrélations entre les critères et les objectifs sont résumées dans la maison de la
qualité, dans la figure 4.1 L’impact que chaque critère a sur les objectifs et les relations entre
les critères sont indiqués dans cette figure.
Figure 4.1 – Maison de la Qualité
15
CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES
Critères d’évaluation
Pond.
Barème
Acc. et gestion de l’eau de 25%
pluie
4.1.1 Capacité de stockage de
8%
1.25(log10 (V ) − 2.9)
l’eau
4.1.2 Utilisation de l’eau lors de
17%
f (Q) = 1 − |Q|
l’arrosage automatique
Config. et utilisation du
31%
système
4.2.1 Facilité d’utilisation de
11%
Barème qualitatif 4.2.1
l’interface
4.2.2 Accessibilité au terminal
8%
Barème qualitatif 4.2.2
4.2.3 Accessibilité à distance
7%
0.365(log10 (d)) + 0.33
4.2.4 Gestion de l’accès par
5%
Barème qualitatif 4.2.4
une tierce personne
Système sûr et autonome
16%
4.3.1 Dangers potentiels aux
6%
Barème qualitatif 4.3.1
utilisateurs et à la propriété
x2
4.3.2 Durabilité et robustesse
4%
225
4.3.3 Risques d’intrusions
3%
Barème qualitatif 4.3.3
4.3.4 Durée de vie lors d’un
x
3%
60
disfonctionnement
Gestion des données
12%
W
4.4.1 Capacité de stockage
9%
f (W ) = 30600
24t
4.4.2 Efficacité du système de
3%
f (t) = 1, 1e− 50 − 0, 1
gestion des données
Entretien et coûts
16%
T
4.5.1 Mise en route et hivernage
4%
2, 3e− 72,1 − 1
T
4.5.2 Entretien
5%
− 10
+1
4.5.3 Coût
5%
Barème qualitatif 4.5.3
4.5.4 Entreposage
2%
Barème qualitatif 4.5.4
Tableau 4.1 – Cahier des charges
Min
Max
1250L
1km
20 min
13500ko
2 pers.
Chapitre 5
Conceptualisation et analyse de
faisabilité
5.1
Diagramme fonctionnel
Dans le but de détailler le mieux possible les besoins du client, les différentes fonctions
du projet Pluvi-Tech ont été détaillées à l’aide du diagramme fonctionnel 5.1 suivant.
Figure 5.1 – Diagramme fonctionnel
16
CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ
17
Il y a six intrants qui sont modifiés et utilisés par plusieurs fonctions pour obtenir deux
extrants. Pour ce qui est du premier intrant, l’eau de pluie, elle est tout d’abord récoltée, puis
filtrée et pour finir stockée jusqu’au moment où son utilisation est jugée nécessaire selon les
préférences de l’utilisateur et les prévisions météorologiques. Ensuite, les données obtenues
par les capteurs d’humidité dans le sol, ainsi que les paramètres spécifiés par l’utilisateur,
sont deux intrants essentiels pour la fonction de traitement de données, afin de calculer l’eau
à utiliser. Il y a aussi l’intrant système palliatif, qui n’a d’interraction directe avec le système
seulement dans le cas où celui-ci arrête de fonctionner de façon soudaine. Le dernier intrant,
l’eau via l’aqueduc municipal, est utilisé de façon différente, car il est utilisé seulement si la
demande en eau est trop élevée par rapport à la quantité déjà stockée. Tel que mentionné
précédemment, la fonction de traitement de données est reliée aux signaux provenant des
prévisions météorologiques, ainsi que des signaux reliés à la configuration du système par
l’utilisateur. De plus, il y a une fonction servant à l’archivage de données, ces dernières étant
sécurisées pour ensuite être passées à la fonction de traitement des données pour produire
des rapports. Ces rapports servent par la suite à l’extrant d’affichage des données pour
l’utilisateur. Une dernière fonction, celle de distribution d’eau, est utilise les données fournies
par la fonction traitement des données afin de puiser dans l’eau stocké par la fonction de
stockage pour permettre l’extrant d’arrosage automatique et manuelle.
5.2
5.2.1
Concepts de solution
Filtrer l’eau de pluie
Pour assurer le bon déroulement du stockage de l’eau de pluie et éviter les problèmes de
contaminations, il est nécessaire que l’eau recueillie subisse un filtrage sommaire pour éliminer
les grosses impuretés, ainsi que toutes autres matières organiques ou inorganiques nuisibles
ou dangereuses. Cette fonction de filtration de l’eau est retrouvée dans le critère de durabilité
et robustesse du cahier de charge, dont la pondération est de 4%. Elle n’est encadrée d’aucune
autre contrainte que celle d’être compétitive dans chacun de ses critères. Pour les critères de
l’aspect physique, le filtre doit bien sûr avoir les mêmes dimensions que celles de la sortie de
la gouttière, mais doit surtout nécessiter un minimum d’entretien et de nettoyage. Pour ceux
de l’aspect temporel, la durée de vie de chacune des composantes doit être la plus longue
possible. Cela permet de diminuer la quantité de rapports directs par l’utilisateur, ainsi que
les coûts de remplacements des pièces usagées. L’aspect socio-environnemental comporte le
critère de minimiser la pollution, soit, par exemple, un mauvais traitement des déchets du
filtre. Finalement, comme énoncé plus tôt, le système se doit d’être à un prix compétitif. Le
tableau 5.1 qui suit résume ces aspects :
CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ
18
Aspects
Physique
Critères
Contraintes
Dimensions adéquates
N/A
Entretien minimal
N/A
Temporel
Durée de vie maximale
N/A
Socio-environnemental
Pollution
N/A
Économique
Coûts
N/A
Tableau 5.1 – Aspects décisionnels du filtrage de l’eau de pluie
5.2.1.1
Le filtre osmose Komibright C150KSWP
Description Ce filtre par osmose inverse est composé de six parties, chacune responsable
du filtrage de composantes spécifiques. La première partie est le filtre polypropylène
à fuselage large qui élimine les grosses impuretés. La seconde est le premier filtre à
nano couche d’argent, qui permet d’éliminer une première fois les bactéries, ainsi que
la prolifération des micro-organismes. Le troisième est le filtre à charbon actif, qui,
par sont pouvoir absorbant, élimine la majorité des produits chimiques artificiels tels
que le chlore, les herbicides, etc. Il est suivi du second filtre à nano couche d’argent
peaufinant le travail déjà entamé du premier. Ensuite vient la membrane d’osmose
inverse, la plus importante, permettant presque uniquement le passage par osmose des
particules d’eau. Finalement, un postfiltre termine le travail en donnant à l’eau un goût
naturel. Les grandes forces de ce filtre sont qu’il permet la production d’une eau de
qualité supérieure et qu’il est adapté pour filtrer une eau ayant un grand pourcentage
de déchets et minéraux dissouts. Par contre, son prix est dans les alentours de 600$ ce
qui est assez dispendieux, le temps de filtration est relativement lent et ses étapes de
filtrations dépassent de loin les exigences.
Décision Retenu, mais
Justification Ce système est très efficace et répond à tous les critères, mais comporte un
temps d’exécution et des coûts pouvant être beaucoup plus restreint. Plusieurs de ses
composantes ne sont pas nécessaires, telles que le filtre final ou encore la mise en place
d’un deuxième filtre à nano couche d’argent, ce qui ralentit le mécanisme et augmente
sa valeur monétaire.
Références [4] [11]
5.2.1.2
Le filtre céramique type DOULTON
Description Le filtre céramique permet une filtration plus primitive de l’eau par le procédé
de microfiltration. En effet, ce type de filtre est généralement composé d’uniquement
trois parties. La première est un préfiltre empêchant l’usure prématurée des filtres suivants en retenant les grosses impuretés. Ensuite, le filtre céramique, qui est en fait
une cartouche filtrante ayant une fine porosité, permet l’élimination de la majorité des
bactéries, micro-organismes et particules en suspension. Finalement, le filtre à charbon
CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ
19
actif, précédemment définit, termine la purification des contaminants chimiques artificiels l’eau, de son odeur et de son goût. Ce filtre respecte les contraintes, car il permet
une filtration adéquate à un prix avantageux, soit dans les environs de 100$. Il nécessite
seulement un entretien régulier, qui consiste à brosser sous l’eau du robinet le filtre de
céramique pour dégager ses pores des impuretés. Ce nettoyage doit être fait aux deux
semaines ou selon les besoins et n’engendre aucun coût supplémentaire.
Décision Retenu
Justification Ce filtre répond très bien aux critères, car son degré de filtration est approprié,
son coût est plus que compétitif et son utilisation est simple. Il entraine une maintenance
régulière, mais le temps d’exécution est négligeable.
Références [21] [16] [56] [48]
5.2.1.3
Le filtre stérilisateur UV2 PRO
Description Ce système de filtration est l’un des plus simples. Il est composé uniquement
d’une lampe UV permettant la détérioration des bactéries, virus ou micro-organismes.
Malgré cela, il coûte environ 580$ ce qui est plutôt élevé, mais il ne nécessite aucun
entretien, n’engendre aucune pollution et la lampe doit être changée après deux ans. Sa
durée de vie est donc brève, mais il respecte tout de même la majorité des critères et
est efficace pour la décontamination de l’eau. Toutefois, selon notre utilisation actuelle
d’un filtre, il doit être accompagné d’un filtre supplémentaire pour s’occuper des plus
grosses particules pouvant obstruer le reste de notre système. Ce filtre est donc utile,
mais de manière complémentaire à un filtre plus complet.
Décision Rejeté
Justification Comme la majorité des critères sont respectés, l’utilisation de ce filtre serait
utile. Par contre, comme la fonction de filtrage des particules nuisibles pour le système
n’est pas respectée, il ne peut pas être utilisé seul, ce qui oblige son rejet.
Références [40] [12] [50] [43]
5.2.1.4
Résumé de l’analyse de faisabilité du filtrage de l’eau de pluie
Le tableau 5.2 fait un résumé de l’évaluation des solutions présentées ci-dessus.
Solutions
Faisabilité
Décision
Physique Économique Temporel Socio-env.
Filtre Osmose
Oui, mais
Oui, mais
Oui
Oui
Retenu, mais
Filtre Céramique Oui, mais
Oui
Oui
Oui
Retenu
Filtre UV
Non
Oui, mais
Oui
Oui
Rejeter
Tableau 5.2 – Faisabilité des concepts de filtrage de l’eau de pluie
CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ
5.2.2
20
Stockage
Dans le cadre du projet Pluvi-Tech, le stockage est l’un des aspects les plus importants
afin de bien répondre aux besoins du client, soit une récupération mensuelle minimale de 25%
d’eau de pluie. Les critères déterminés dans le cahier des charges permettent de comparer
les trois technologies suivantes : cuve en béton 5.2.2.1, cuve en acier 5.2.2.2 et cuve en
polyéthylène 5.2.2.3. Les solutions proposées sont évaluées selon les critères du tableau 5.3.
Parmi ces critères, l’aspect physique est très important. Le produit choisi doit respecter
une capacité minimale de 1250L 4.1.1, doit occuper le moins d’espace possible, doit faciliter
l’installation et faciliter l’entretien. Ce dernier doit être faisable par deux personnes maximum
4.5.4. Au niveau temporel, la cuve d’eau se doit d’avoir une durée de vie maximale. Pour
l’aspect économique, des coûts minimaux sont privilégiés.
Aspects
Physique
Critères
Contrainte
Capapacité de stockage minimale
>1250 L
Espace occupée minimale
N/A
Facilité d’installation
N/a
Facilité d’entretien
Faisable à deux
Temporel
Durabilité maximale
N/A
Socio-env.
N/A
N/A
Économique
Coûts minimals
N/A
Tableau 5.3 – Aspects décisionnels du stockage d’eau
5.2.2.1
Waterfix C-90
Description Le modèle Waterfix C-90 de Eloy Water est fait en BFHP 1 . Ce matériau
augmente grandement la durabilité jusqu’à au moins dix ans. En effet, le béton contient
du calcium et du magnésium, deux substances qui neutralisent l’acidité de l’eau de pluie
et, par le fait même, limite la corrosion de la cuve. La fissuration du béton n’est donc
pas un problème. Il peut être conçu en modèle de 2m3 , ce qui permet une capacité de
stockage de 2000 litres. Le prix pour une cuve sans filtre et sans pompe est d’environs
1000$. L’installation peut être problématique étant donné le poids de la cuve estimé
à 1.75 tonne. Des frais supplémentaires d’environs 250$ sont donc à prévoir pour une
installation faite par des professionnels.
Décision Retenu
Justification Tout d’abord, la cuve répond à l’un des critères les plus importants, soit la
capacité de stockage avec ses 2000L. De plus, le béton est idéal pour l’enfouissement
sous terre, ce qui répond également à notre critère sur l’espace occupé par la cuve. Dans
le cas présent, la cuve n’est pas visible. Finalement, les coûts sont peu élevés.
Références [19] [49] [36]
1. Béton fibré hautes performances
CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ
5.2.2.2
21
Citerne acier reconditionnée 10 000L
Description Ce modèle de marque ENKI Tanks se vend au coût de 7140,54$ et pèse un
peu plus d’une tonne. À cause de ce poids excessif, des frais supplémentaires sont
associés à l’installation de la cuve. L’acier dont est composée cette cuve est résistant à
la corrosion. L’intérieur de cette cuve est recouvert de peinture époxy, ce qui augmente
considérablement la durée de vie de l’acier tout en réduisant les réactions nuisibles avec
l’oxygène et l’eau.
Décision Rejeté
Justification Le modèle offre une capacité de stockage trop élevée, ce qui rend son installation complexe et, par le fait même, occupe un espace considérable pour une maison
moyenne. Ce type de produit vise principalement l’usage industriel et non une maison
unifamiliale. Également, le prix est beaucoup trop élevé par rapport aux demandes du
client.
Références [20] [53]
5.2.2.3
Cuve Polyéthylène CS-2400
Description Le modèle CS-2400 de Calidom est fabriqué en PEHD 2 . Ce matériau est très
léger et offre une très bonne résistance à l’acide. Le poids de la cuve est de 58kg et offre
une capacité de stockage de 870L. Il faut donc un minimum de deux de ces cuves pour
répondre à l’exigence de 1250L. Le prix pour un réservoir est de 1075,82$. Il faut donc
au total 2151,64$.
Décision Retenu
Justification La facilité d’installation et la légèreté de ce produit répond à un besoin important du client. De plus, le polyéthylène est adapté aux deux possibilités d’installation,
soit hors terre et sous terre. En effet, lorsqu’il est posé hors terre, il résiste bien aux
rayons de soleil, tandis que sous terre, ce matériau est très résistant à la pression que
peut exercer le sol se trouvant au-dessus de la cuve. Le produit offre également une très
longue durée de vie, soit au moins 25 ans.
Références [54] [39] [10] [22]
5.2.2.4
Résumé de l’analyse de faisabilité pour le stockage
Le tableau 5.4 fait un résumé de l’analyse de faisabilité pour le concept de stockage.
2. Polyéthylène en haute densité
CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ
Solutions
Faisabilité
Physique Temporel Socio-env. Économique
Waterfix C-90
Oui
N/A
N/A
Oui
Acier recon.
Non
N/A
N/A
Non
CS-2400
Oui
N/A
N/A
Oui
Tableau 5.4 – Faisabilité des concepts de stockage
5.2.3
22
Décision
Retenu
Rejeté
Retenu
Traitement de données
Pour bien fonctionner, le système doit pouvoir traiter les données provenant de plusieurs
sources et fournir des données en sortie qui sont en fonction de ses entrées. La solution la
plus convenable est d’utiliser un système informatisé qui traite des données sous la forme de
signaux électriques, qu’ils soient numériques ou analogiques, et qui génère des signaux de sortie. Il y a plusieurs systèmes informatisés disponibles sur le marché qui sont programmables
afin de convenir aux besoins du système de récupération d’eau de pluie. Pour un projet de
faible envergure tel que le projet Pulvi-Tech, des solutions convenables sont le PLC 3 , le microcontrôleur, et le mini-ordinateur. Ces options doivent d’abord être évaluées en fonction de
leurs aspects physiques. Les solutions retenues doivent avoir un assez grand nombre d’entrées
et de sorties pour traiter toutes les données nécessaires. En entrée seulement, il y a principalement les signaux provenant des capteurs sous terre et ceux transmettant les données
météorologiques. Le système de traitement de données doit avoir accès à l’espace de stockage
de données ainsi qu’au terminal. L’aspect temporel à considérer est la rapidité d’exécution
des commandes, afin d’éviter les délais inutiles lors de l’utilisation. Finalement, un coût minimal est préférable pour le système de traitement utilisé. Le tableau 5.5 fait un résumé des
aspects à considérer lors de l’évaluation de ces solutions.
Aspects
Physique
Critères
Contraintes
Nombre d’entrées et de sorties maximal
N/A
Grandeur minimal
N/A
Temporel
Rapidité d’exécution maximale
N/A
Socio-environnemental
N/A
N/A
Économique
Coûts
N/A
Tableau 5.5 – Aspects d’évaluation pour le traitement des données.
5.2.3.1
1769-L23E-QB1B CompactLogix
Description Le PLC est un système informatique qui exécute un cycle de code continuellement, en fonction de ses paramètres d’entrée. Il est muni d’un processeur, d’une
mémoire, d’entrées et de sorties. Sa programmation peut se faire en plusieurs langages,
3. Programmable Logic Controller
CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ
23
mais le plus commun de ceux-ci est le Ladder Logic, qui est assez facile à comprendre
et à programmer. Le nombre d’entrées et de sorties peut varier en fonction du modèle
et peut être modifié par l’ajout de modules. Le 1769-L23E-QB1B CompactLogix est
l’un des PLC produits par Rockwell Automation, qui inclut à la base 16 entrées et 16
sorties, avec des modules additionnels possibles. Le temps requis pour faire un cycle
d’analyse de ses entrées est de 1ms. Le contrôleur fait 18,5cm par 13,2cm, ce qui est
assez grand. Le coût de ce modèle est de 2650$.
Décision Rejeté
Justification La modularité du système fait en sorte qu’il ne risque pas de manquer d’entrées
ou de sorties pour les besoins du système. Le temps d’analyse est assez rapide, soit de
1ms, ce qui permet d’exécuter ses commandes très rapidement. Toutefois, le prix de
2650$, presque autant que le prix total projeté pour l’intégrité du système de traitement
d’eau, est beaucoup trop élevé pour ce projet.
Références [1] [38]
5.2.3.2
Arduino Mega
Description Un microcontrôleur est comme un PLC, mais à plus petite échelle. Il n’y a
pas d’interface comme c’est le cas pour le PLC. À cause de cela, la programmation
doit se faire à partir d’un ordinateur et se fait le plus souvent dans un langage natif,
tel le C ou l’assembleur. Le Arduino Mega est une planche de développement pour
le microcontrôleur ATmega1280 de Arduino. Cette planche a 54 points d’entrée et de
sortie pour l’analyse de données numériques en plus de 16 points d’entrée et de sortie
pour les données analogiques. Le programme à exécuter est écrit dans un langage de
Arduino basé sur le C/C++. Sa fréquence d’exécution est de 16MHz, donc 62,5ns par
commande. La planche n’est pas très grande, ne faisant que 2,1 pouces par 4 pouces,
et peut résister aux températures allant de -40C à 85C. Le prix de cette planche est de
65$, ce qui n’est pas trop élevé pour un système de traitement de données.
Décision Retenu
Justification Le prix abordable de cette planche, son grand nombre d’entrées et de sorties,
sa petite taille et sa rapidité de fonctionnement justifient la décision de retenir cette
solution. De plus, sa résistance aux températures allant jusqu’à -40C est idéal pour
laisser à l’extérieur durant l’hiver, si la situation le demande.
Références [3]
5.2.3.3
Raspberry Pi Modèle B
Description Le Raspberry Pi est un ordinateur de la taille d’une carte de crédit qui permet
l’utilisation d’un système d’exploitation GNU/Linux. Il est optimisé pour la programmation et inclut plusieurs entrées et sorties, dont un port HDMI pour l’interface graphique du système d’exploitation. Les ports USB peuvent être utilisés comme entrées
pour les données. De plus, une carte réseau est intégrée, permettant l’accès aux données
CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ
24
météorologiques par Internet. Le processeur a une vitesse pouvant aller jusqu’à 1GHz,
donc 1ns par commande. La présence d’un système d’exploitation permet la programmation en langages évolués, comme le C++, le Java, etc. Cela peut donc faciliter la
création du programme de traitement de données. Le coût du modèle B est de 35$, ce
qui est raisonnable pour sa catégorie.
Décision Retenu, mais
Justification La petite taille de la machine, son prix peu élevé et sa vitesse d’exécution des
commandes sont des caractéristiques idéales pour le traitement des données dans ce
projet. Toutefois, le nombre de ports USB initial disponible est limité à deux, mais devrait être suffisant pour l’accès aux capteurs et à l’interface. D’ailleurs, il est important
d’entreposer ce morceau durant l’hiver, car l’électronique des ordinateurs ne résiste pas
très bien au froid.
Références [55] [41]
5.2.3.4
Résumé de l’analyse de faisabilité pour le traitement de données
Le tableau 5.6 fait un résumé de l’analyse de faisabilité pour les concepts de traitement
des données.
Solutions
Faisabilité
Décision
Physique Temporel Socio-env. Économique
1769-L23E-QB1B
Oui
Oui
N/A
Non
Rejeté
Arduino Mega
Oui
Oui
N/A
Oui
Retenu
Raspberry Pi ModèleB Oui, mais
Oui
N/A
Oui
Retenu mais
Tableau 5.6 – Faisabilité des concepts de traitement des données
5.2.4
Archivage des données
Tel que décrit dans le cahier des charges, il est impératif que le système ait une capacité
de stockage capable d’archiver les données récupérées par les capteurs pendant au moins cinq
ans. Plus précisément, ceci consiste en un espace de stockage d’environs 15 Mo en calculant
20 Ko de données par jour, 153 jours par année pendant cinq ans. Il faut aussi que le système
soit le plus performant et le plus autonome possible, il est donc important que la mémoire
utilisée soit résistante et fiable. Les différents systèmes de stockage envisagés sont le disque
dur 5.2.4.1, la carte SD 5.2.4.2, qui est une forme de mémoire flash, et le stockage de données
en ligne 5.2.4.3. Le type de mémoire utilisé doit respecter les différents aspects présentés dans
le tableau 5.7. La mémoire choisie sera alimentée par une batterie rechargeable de 12 volt
CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ
25
Aspects
Physique
Critères
Contraintes
Capacité de stockage maximale
>15
Fiabilité maximale de la mémoire
N/A
Temporel
Durabilité maximale
>5 ans
Socio-environnemental
N/A
N/A
Économique
Coût minimal
N/A
Entretien nécessaire minimal
N/A
Tableau 5.7 – Aspects décisionnels des solutions de stockage
5.2.4.1
Disque dur
Description Un disque dur est un type de mémoire de masse qui fonctionne grâce au magnétisme. Ceci consiste en une mémoire de grande capacité qui retient l’information
archivée même lorsque mise hors tension et qui peut être utilisée en mode lecture et
écriture. Un disque dur consiste de plateaux d’aluminium tournants, recouverts d’une
couche magnétique dans laquelle les informations sont stockées en mode binaire. Une
tête de lecture/écriture s’occupe d’écrire et de lire sur cette couche magnétique. Les
disques durs peuvent stocker entre 160 Go et 4 To et leur prix peut varier entre 20$ et
500$. Leur vitesse de rotation est, généralement, de 5400 ou 7200 RPM 4 . Ils ont aussi
une durée de vie moyenne d’environ cinq années d’usage constant. Nous considérons
ici le disque dur Western Digital Scorpio Blue 250 Go 5400 RPM, coûtant 49,28$. Par
rapport au marché, ce prix est abordable.
Décision Retenu
Justification Le disque dur peut facilement contenir les données du système pendant beaucoup plus de cinq années et, comme le disque dur n’est pas sollicité en tout temps,
sa durée de vie ne pose aucun problème. De plus, le disque dur n’est pas mobile pendant toute la durée de son utilisation dans le système, il n’est donc pas susceptible
à des bris prématurés causés par des chocs. Les disques durs sont aussi la meilleure
option en ce qui concerne le coût par Go, ce qui peut être utile pour stocker beaucoup
d’informations, de logiciels, etc.
Références [8] [34]
5.2.4.2
Mémoire flash - Carte SD
Description La mémoire flash est un type de stockage de masse fait à l’aide de semiconducteurs. Ceci implique qu’elle peut stocker beaucoup de données, qu’elle ne perd
pas son contenu lors de mise hors tension et qu’il est possible d’ajouter, d’effacer et de
lire ses informations en tout temps. Les familles les plus connues sont les clés USB, les
cartes SD (SDHC, miniSD, microSD, etc.) et les Solid-State Drive (SSD). Cependant, la
famille des clés USB n’est pas considérée, puisque celle-ci est moins fiable que les autres
4. Rotations Per Minute
CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ
26
et il n’y a pas de normes dans l’industrie. Les SSD ne sont pas considérés non plus,
puisqu’ils coûtent trop cher et leur vitesse supérieure de lecture et d’écriture n’est pas
nécessaire ici. Il ne reste donc que les cartes SD. Celles-ci, comme toutes autres mémoires
flash, ont une durée de vie de 10 000 à 100 000 cycles d’écriture, mais l’utilisation de la
mémoire flash comporte aussi un risque lié à l’UBER 5 . L’UBER consiste en une perte
de donnée possible, parfois documentée par le fabricant, mais pour laquelle il n’existe
aucune norme. Les cartes SD ont une vitesse de 2 à 10 Mo/s, peuvent stocker entre 256
Mo et 256 Go et peuvent coûter entre 3 et 700$. Pour ce projet, nous considérons la
carte Samsung 4GB SDHC Flash Card Model MB-SS4GA/US qui coûte 4,99$ et qui a
une vitesse de 4 Mo/s.
Décision Retenu
Justification La mémoire flash est retenue, puisqu’il n’y a aucun mouvement mécanique
nécessaire à son fonctionnement et donc aucune possibilité de bris mécanique. De plus,
la carte SD retenue est imperméable, ce qui diminue d’avantage les causes de bris possible. Aussi, sa durée de vie d’environ 100 000 cycles d’écriture est amplement suffisante
pour le système. Il ne faut pas oublier que son prix est très bas et que sa capacité de
stockage est amplement suffisante.
Références [18] [14] [37] [2]
5.2.4.3
Stockage en ligne
Description Le stockage de données en ligne, plus communément appelé «cloud storage»
ou tout simplement «cloud» est une forme de stockage qui ne requiert qu’une connection Internet de la part de l’utilisateur. En effet, les données ne sont pas stockées sur
la machine de l’utilisateur, mais bien sur des serveurs appartenant à des centres de
traitement de données engagés par la compagnie fournissant le «cloud». De plus, ces
compagnies, comme celle que nous considérons ici, Google avec son service Google
Drive, offrent habituellement 5 Go gratuitement et sont responsables de garder l’intégralité des données en faisant des sauvegardes régulièrement. Cependant, le «cloud»
n’est pas intemporel, puisqu’il est possible que la compagnie fasse faillite et que l’on
n’ait plus accès aux données. De plus, il faut une connection internet à tout prix et il
faut prévoir une utilisation supplémentaire de bande passante pour chaque lecture et
écriture sur le «cloud».
Décision Retenu
Justification Le «cloud» est un excellent moyen de stockage qui, en excluant l’utilisation de
la bande passante et le coût de la connection Internet, ne coûte rien puisque la taille des
données à stocker est très petite et que les 5 Go gratuits sont plus que suffisants pour les
besoins du système. De plus, il n’y a qu’un très faible danger de perte de données puisque
les sauvegardes sont faites automatiquement et que la compagnie utilisée, Google, ne
risque pas de faire faillite de si tôt.
5. Uncorrectable Bit Error Rate
CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ
27
Références [24] [35]
5.2.4.4
Résumé de l’analyse de faisabilité pour l’archivage de données
Le tableau 5.8 résume l’analyse de faisabilité de chacun des concepts apportés.
Solution
Faisabilité
Décision
Physique Temporel Socio-env. Économique
Disque Dur
Oui
Oui
N/A
Oui
Retenu
Carte SD
Oui
Oui
N/A
Oui
Retenu
Stockage en ligne
Oui
Oui
N/A
Oui
Retenu
Tableau 5.8 – Faisabilité des concepts de l’archivage des données
5.2.5
Sécurisation des données
Le système contient une base de données formée des données prises par le système, mais
aussi des informations entrées par le propriétaire, comme les paramètres de fonctionnement
du système. Ces données doivent être protégées contre les intrusions afin d’éviter que quelqu’un de malintentionné y ait accès, sans toutefois pénalisé l’accès général au système. Il y a
plusieurs dispositifs qui existent déjà afin de sécuriser des systèmes, qui sont évalués selon les
aspects physiques et économiques. Pour l’aspect physique, le logiciel est évalué selon le critère
de fiabilité. Ce dernier doit se mettre à jour régulièrement et doit être difficile à contourner
pour les intrus. Pour l’aspect économique, le prix du logiciel doit être minime et les frais
d’entretien et de support technique doivent être les moins élevés possible. Ces critères sont
résumés dans le tableau 5.9.
Aspects
Physique
Temporel
Socio-env.
Économique
Critères
Contraintes
Fiabilité maximale
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
Coûts initiaux minimals
N/A
Coûts d’entretien minimals
N/A
Tableau 5.9 – Aspects décisionnels de la sécurisation des données
5.2.5.1
Kaspersky ONE universal security
Description Kaspersky est un logiciel de protection développé par la compagnie Kaspersky
Lab. Ce programme empêche les intrusions non autorisées. Il y a plusieurs versions
différentes de Kaspersky. Nous prenons la version Kapersky ONE universal security
puisque celle-ci contient toutes les fonctionnalités des logiciels de protection Kaspersky,
soit un antivirus, un anti-spyware, une protection contre les spams et plusieurs autres
CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ
28
fonctionnalités pratiques. Cependant, ce logiciel ne protège pas les fichiers présent sur
le système contre les intrusions via le terminal. De plus, cette version contient 5 clés
d’instalation et peut donc être installé sur 5 dispositifs différents, afin d’assurer que
tous les dispositifs ayant accès aux données du système soient protégés. Kaspersky
ONE universal security peut être installé sur tous les systèmes d’opérations courants.
Kaspersky est simple à installer, à configurer, à utiliser et coûte 99,95$ par année. De
plus, un support technique est disponible gratuitement en ligne et par téléphone.
Décision Rejeté
Justification Kaspersky ONE universal security est un logiciel reconnu, qui a plusieurs
fonctionnalitées telles qu’un antivirus, un anti-spyware, etc. De plus, il est simple à
utiliser et à un prix abordable, mais il ne protège pas les fichiers et les données du
système ni l’accès au système par le terminal.
Références [46] [29]
5.2.5.2
Folder lock 2013
Description Folder Lock 2013 est un logiciel de protection développé par NewSoftware. Ce
programme permet de crypter les données présentes sur le système informatique afin
que personne ne puisse savoir ce qui se trouve dans les fichiers excepté les propriétaires.
Cette version de Folder Lock contient plusieurs fonctionnalité utiles. D’ailleurs, il est
l’un des seules programmes de cryptage qui permet de détecter lorsque quelqu’un essaie
de pirater le système. Folder Lock utilise l’une des techniques les plus sécuritaire pour
crypter les fichiers. Folder Lock est compatible avec tous les systèmes d’exploitation
courants. La licence de ce logiciel coûte 39,95$. C’est un logiciel simple d’utilisation et
très performant. Un support technique gratuit est disponible en ligne.
Décision Retenu
Justification Folder Lock est un logiciel qui a toutes les fonctionnalitées nécessaires pour le
bon fonctionnement du système. Il est réputé pour sa performance en plus d’être peu
dispendieux.
Références [45] [33]
5.2.5.3
KetuFile 2013
Description KetuFile est un logiciel de cryptage développé par Midwest Research Corporations. Ce logiciel est l’un des plus sécuriaire sur le marché actuel. Il est le seul logiciel
de cryptage sur le marché à utilisé une clé d’encryption de 512 bit, ce qui le rend plus
difficile à pirater. Toutefois, ce logiciel a peu de fonctionnalités et n’est pas facile d’utilisation. KetuFile coûte environ 150,00$, ce qui en fait l’un des logiciels de cryptage les
plus dispendieux.
Décision Retenu
CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ
29
Justification KetuFile est l’un des logiciels les plus sécuritaire sur le marché. Son prix est
plus élevé que les autres, mais il est le seul à offrir une protection à l’aide d’une clé 512
bit.
Références [47] [30]
5.2.5.4
Résumé de l’analyse de faisabilité de la sécurisation des données
Le tableau 5.10 fait un résumé de l’évaluation des solutions présentées ci-dessus.
Faisabilité
Décision
Physique Temporel Socio-env. Économique
Kaspersky
Non
N/A
N/A
Oui
Rejeté
Folder Lock
Oui
N/A
N/A
Oui
Retenu
ketuFile
Oui
N/A
N/A
Oui
Retenu
Tableau 5.10 – Faisabilité des concepts de sécurisation des données
Solutions
5.2.6
Accès à distance
Il est important que le système puisse être accessible à distance. La technologie utilisée
pour l’accès à distance doit assurer une communication stable et relativement rapide afin
qu’elle soit efficace. Nous allons comparer ces trois technologies : réseau Wi-Fi, réseau Bluetooth et télécommande infrarouge. Elles sont évaluées selon les aspects physique, temporel
et économique. En ce qui a trait à l’aspect physique, les technologies sont évaluées selon leur
fiabilité. En d’autres mots, elles doivent avoir un accès fiable de grande portée. Pour l’aspect
temporel, le temps de latence doit être le moins élevé possible afin d’assurer une communication presque instantanée entre le système et l’utilisateur. Pour l’aspect économique, le coût
de la technologie doit être minimal et les coûts d’entretien doivent aussi être minimes. Ces
critères sont résumés dans le tableau5.11
Aspects
Physique
Temporel
Socio-env.
Économique
Critères
Contraintes
Fiabilité maximal
N/A
Temps de latence minimal
N/A
N/A
N/A
Coût minimal
N/A
Entretien nécessaire minimal
N/A
Tableau 5.11 – Aspects décisionnels pour l’accès à distance
5.2.6.1
AirStation AC866 Dual Band Wireless USB Adapter
Description Un réseau Wi-Fi est un ensemble de protocoles sans-fil qui permet de relier
plusieurs appareils informatiques ensemble et de transférer des données entre eux en
CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ
30
se servant de la connection internet. Il suffit de connecter un adaptateur Wi-Fi sur
le système et il est en mesure de communiquer avec tous les ordinateurs et tous les
dispositifs connectés sur le même réseau que lui. Le modèle AirStation AC866 Dual
Band Wireless USB Adapter de Buffalo Technologies est choisi pour le système. Ce
modèle est l’un des modèles les plus rapides sur le marché, soit de 866 Mb/s, en plus
d’offrir une connection stable et une bonne portée. De plus, cet adaptateur coûte entre
50$ et 60$.
Décision Retenu
Justification AirStation AC866 Dual Band Wireless USB Adapter est rapide et fiable.
L’adaptateur a une garantie de 3 ans et requiert très peu d’entretien, ce qui fait que
les coûts par année sont très bas.
Références [27] [7] [52]
5.2.6.2
BTD-V201 Micro Bluetooth Adapter USB 2.0
Description La technologie Bluetooth est une technologie conçue dans le but de remplacer
les câbles entre les différents appareils électroniques. Cette technologie utilise une technique radio courte distance. Il suffit de placer un adaptateur dans l’appareil afin que
celui-ci puisse envoyer et recevoir des informations via le réseau Bluetooth. Le modèle
BTD-V201 Micro Bluetooth Adapter USB 2.0 de AZiO Corporation est choisi pour le
système. Ce modèle est facile d’utilisation en plus d’être compact. La portée de cet
adaptateur est de 100 mètres dans un espace ouvert, il a une vitesse de transfert de
données assez élevée et coûte environ 20$. Cependant, un adaptateur similaire doit être
installé sur tous les appareils qui doivent avoir accès au système Pluvi-Tech.
Décision Retenu, mais
Justification Le BTD-V201 Micro Bluetooth Adapter USB 2.0 a la rapidité nécessaire pour
le système mais a une portée assez limitée. Les coûts sont relativement faibles dépendamment du nombre d’appareils que l’on souhaite connecter au système.
Références [6] [5] [32] [25]
5.2.6.3
M-Play 202 Plus R2
Description Les télécommandes infrarouges fonctionnent grâce à un composant électronique qui produit un rayon infrarouge lors de passages de courants électriques. Ces
rayons infrarouges peuvent être captés et traduits afin de donner des signaux à certains
appareils électroniques, comme les télévisions et les ordinateurs. M-Play 202 Plus R2
est une télécommande infrarouge fabriquée par VLSystem. Celle-ci est faite spécialement pour contrôler des ordinateurs, surtout les lecteurs audios présents sur ceux-ci.
Toutefois, il est possible d’avoir une télécommande adaptée à notre système en créant
un logiciel lui étant spécifique. Le problème majeur avec les télécommandes infrarouges
est qu’on doit la pointer directement sur l’appareil que l’on souhaite contrôler, ce qui
CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ
31
réduit considérablement la portée. La télécommande coûte environ 60 euros, mais dans
notre cas, pour pouvoir l’utiliser, il faut créer un logiciel qui coûte très cher.
Décision Rejeté
Justification M-Play 202 Plus R2 est rejeté. Malgré le fait que la télécommande coûte
seulement 60 euros, il faut créer un logicel pour pouvoir l’utiliser avec notre système, ce
qui augmente considérablement les coûts atteingnant plusieurs centaines, voire milliers,
de dollars.
Références [51] [31] [26] [44]
5.2.6.4
Résumé de l’analyse de faisabilité de l’accès à distance
Le tableau 5.12 fait un résumé de l’évaluation des solutions présentées ci-dessus.
Solutions
Faisabilité
Décision
Physique Temporel Socio-env. Économique
AirStation
Oui
Oui
N/A
Oui
Retenu
BTD-V201 Oui mais
Oui
N/A
Oui
Retenu, mais
M-Play
Non
Oui
N/A
Non
Rejeté
Tableau 5.12 – Faisabilité des concepts d’accès à distance
5.2.7
Distribution de l’eau
Le système PLuvi-Tech va nécessiter une pompe à eau afin de distribuer l’eau pour l’arrosage de la pelouse et les besoins ponctuels. Une pompe connectée directement au réservoir
d’eau est une solution idéale pour la distribution de l’eau. Il y a plusieurs types de pompes à
eau avec des mécanismes différents, mais la seule solution convenable est une pompe à centrifuge, c’est à dire un moteur fait tourner un propelleur ce qui fait accélérer l’eau. Une telle
pompe est la Gardena 3000/4, qui n’est pas très grande, pouvant être transportée par main,
et qui fait 6,5kg. Sa puissance électrique est de 600W et elle est construite avec des matériaux
robustes afin de maximiser sa durée de vie, en plus d’avoir des pattes en caoutchouc pour
minimiser le bruit. Elle est disponible à 97 euros, ce qui est un prix moyen pour une pompe
de sa gamme. D’ailleurs, elle peut être utilisée avec un système de tuyaux et d’arroseurs
automatiques de la même compagnie pour permettre l’arrosage automatique et l’utilisation
ponctuelle manuelle. C’est donc une solution idéale dans le cadre du projet Pluvi-Tech.
Références [23] [42]
5.2.8
Système palliatif
Le système nécessite une source d’alimentation en courant continue pour que le microcontrolleur et la mémoire utilisés puissent continuer leurs opérations pendant au moins 20
minutes. Il est donc nécessaire d’utiliser une batterie rechargeable qui est capable de fournir
CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ
32
au moins 12v et 3A. La batterie choisie est une batterie de 12v et 9.8Ah avec trois sorties
différentes :
– Une sortie 12v, 2 à 3A et 6.5Ah.
– Une sortie 9v, 2 à 3A et 8.5Ah
– Une sortie USB 5v, 1A et 15Ah.
Cette batterie est rechargeable à partir de réseau d’Hydro-Québec et coûte 40$.
Référence [15]
Chapitre 6
Étude Préliminaire
6.1
Plan d’analyse des concepts
Plan de développement concernant l’accumulation et la gestion de l’eau
de pluie
Capacité de stockage d’eau 4.1.1
Procédure Évaluer le volume de la cuve avec les données fournies.
Hypothèse Les données fournies par le fabricant sont vraies.
Références [19] [20] [39]
Utilisation de l’eau lors de l’arrosage automatique4.1.2
Procédure Estimer les fluctuations dans le débit de la pompe sur un temps de 30
minutes.
Hypothèse Les données fournies par le fabricant sont vraies.
95% du temps, la valeur efficace de tension du réseau électrique de
Hydro-Québec reste dans un écart de 6% de la valeur nominale, c’est
à dire entre 113V et 127V.
Dans le cas d’un moteur à centrifuge, la puissance de la pompe
dépend de la tension d’alimentation.
Références [23] [28]
Tableau 6.1 – Plan de développement concernent l’accumulation et la
gestion de l’eau
33
CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE
Plan de développement concernant la configuration et l’utilisation du
système
Facilité d’utilisation de l’interface 4.2.1
Procédure La facilité d’utilisation de l’interface sera évaluée qualitativement en
fonction de l’intuitivité de l’interface.
Hypothèse Non-applicable
Références [3] [38] [1]
Accessibilité au terminal 4.2.2
Procédure L’accessibilité au terminal sera évaluée qualitativement selon le
temps nécessaire pour accéder au système.
Hypothèse Non-applicable
Références [3] [38] [1] [29] [30]
Accessibilité à distance 4.2.3
Procédure Déterminer la distance maximale à partir de laquelle on a accès au
système.
Hypothèse Les données fournies par le fabricant sont vraies.
Références [5] [7] [31]
Gestion de l’accès au système par une tierce personne 4.2.4
Procédure La gestion de l’accès au système par une tierce personne sera évaluée
qualitativement selon le contrôle disponible et la sécurité du système.
Hypothèse Non-applicable
Références [5] [7] [31]
Tableau 6.2 – Plan de développement concernant la configuration et l’utilisation du système
34
CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE
Plan de développement concernant la sécurité et l’autonomie du système
Dangers potentiels aux utilisateurs et à leur propriété 4.3.1
Procédure Évaluer qualitativement et quantitativement les dangers potentiels en
fonction des interactions directes par l’utilisateur et des risques
environnementaux.
Hypothèse Non-applicable.
Références [19] [49] [36] [48] [4]
Durabilité et robustesse 4.3.2
Procédure Évaluer la robustesse et durée de vie des composantes les plus à risque
et les plus fragiles.
Hypothèse Les données fournies par le fabricant sont vraies.
Références [19] [4] [8]
Risques d’intrusions 4.3.3
Procédure Évaluer la fiabilité des systèmes de protection et des restrictions
obligatoires de l’accès de la tierce personne.
Hypothèse Les avis des experts en sécurité serviront de référence.
Références [30]
Durée de vie lors d’un disfonctionnement 4.3.4
Procédure Estimer le temps maximal de support du système palliatif.
Hypothèse Les données fournies par le fabricant sont vraies et seul le
système informatique doit être alimenté.
Références [15] [3] [8] [7]
Tableau 6.3 – Plan de développement concernant la sécurité et l’autonomie du système
Plan de développement concernant la gestion des données
Capacité de stockage de données 4.4.1
Procédure Évaluer la capacité de stockage avec les données fournies.
Hypothèse Les données fournies par le fabricant sont vraies.
Références [34] [24] [2] [9]
Efficacité du système de gestion des données4.4.2
Procédure Estimer le temps requis pour produire un rapport en minutes.
Hypothèse Les données fournies par le fabricant sont vraies.
On considère un rapport contenant toutes les données recueillies
sur 5 ans, donc 765 données à traiter, et ce, avec 10 000 étapes
de traitement sur chaque, donc 7,65 millions de commandes à exécuter.
Références [3] [41]
Tableau 6.4 – Plan de développement concernant la gestion des données
35
CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE
36
Plan de développement concernant l’entretien et les coûts
Mise en route et hivernage 4.5.1
Procédure Évaluer quantitativement le temps requis pour la mise en marche et
l’hivernage du système.
Hypothèse Les données du fabricant sont vraies.
Références [41] [3]
Entretien 4.5.2
Procédure Évaluer quantitativement le temps requis par année au nettoyage et à
la réparation du système.
Hypothèse Non-applicable.
Références [4] [21] [19] [48] [39]
Coût 4.5.3
Procédure Évaluer quantitativement le coût total du système.
Hypothèse Afin de prendre en compte les taxes, les coûts d’importation et
d’entretien, on ajoute 25% au coût total.
Références [2] [3] [15] [24] [33] [32] [34] [4] [5] [19] [21] [22] [23]
[30] [39] [41]
Entreposage 4.5.4
Procédure Évaluer quantitativement le nombre de personne requis pour entreposer
le système pendant l’hiver.
Hypothèse Seuls le système informatique et la pompe doivent être entreposés.
Référence
[2] [3] [5] [7] [24] [34] [41] [23]
Tableau 6.5 – Plan de développement concernant l’entretien et les coûts
6.2
Présentation des concepts
À partir des concepts de solutions pour les fonctions retenus dans la section 5, plusieurs
concepts de solutions globaux pour le système Pluvi-Tech sont élaborés. Trois de ces concepts
sont présentés ici et chacun est caractérisé par un aspect en particulier à maximiser, avec
tous les éléments présents dans le système.
6.2.1
Concept "Performance"
Le concept performance vise à maximiser les performances du système. À cet égard,
les pièces qui remplissent leurs fonctions au-delà des attentes sont choisies. Toutefois, une
conséquence de cela est que le prix du système risque d’être plus élevé. Les pièces choisies
sont :
– Filtration : Filtre osmose Komibright C150KSWP
– Stockage : Cuve en polyéthylène CS-2400
– Traitement de données : Arduino Mega
– Archivage de données : Disque dur
CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE
–
–
–
–
37
Sécurisation de données : KetuFile 2013
Accès a distance : Airstation AC866 Dual Band Wireless USB Adapter
Distribution d’eau : Pompe Gardena 3000/4
Alimentation : Batterie rechargeable 12V 9,8Ah
6.2.1.1
Capacité de stockage d’eau
Ce concept utilise la cuve en polyéthylène CS-2400 pour assurer la fonction de stockage
de l’eau de pluie. Cette cuve contient jusqu’à 870L d’eau. L’utilisation de deux cuves est donc
nécessaire, afin de répondre aux exigences du client, ce qui donne une capacité de stockage
de 1740L. Le prix pour les deux cuves est de 2151,64$. Selon le barème de la capacité de
stockage d’eau 4.1.1, cette cuve reçoit une note de :
f (1740) = 1, 25(log10 (1740) − 2, 9) = 0, 42
6.2.1.2
(6.1)
Utilisation de l’eau lors de l’arrosage automatique
Dans le cas de la pompe Gardena 3000/4, le débit choisi et le temps d’arrosage n’ont
pas d’influence sur la fluctuation de la quantité d’eau utilisée par rapport à celle nécessaire.
Sur la totalité du temps d’arrosage, si la valeur efficace de la tension d’alimentation est aux
alentours de 5% de celle recommandée, cette variation se traduit directement dans le débit.
Avec un temps d’arrosage fixe, le débit, soit la quantité d’eau par unité de temps, peut être
jusqu’à 5% de plus grande ou plus petite à la valeur recommandée. Selon le barème suivant,
on obtient :
f (0, 05) = 1 − |0, 05| = 0, 95
(6.2)
La note attribuée est donc de 0,95.
6.2.1.3
Facilité d’utilisation de l’interface
L’interface du système dépend du microcontrôleur Arduino Mega. Ce microcontrôleur
doit être programmé et sa programmation est limitée, ce qui force l’interface du système à
être limitée aussi. Selon le barème sur la facilité d’utilisation de l’interface 4.2.1, l’interface
reçoit une note de 0,33.
6.2.1.4
Accessibilité au terminal
L’accessibilité au terminal dépend du microcontrôleur Arduino Mega et du logiciel de
cryptage KetuFile 2013. Les deux requièrent seulement d’entrer un mot de passe afin de
prouver que l’utilisateur est légitime et non un intrus. Il est donc facile et rapide d’accéder
au système. Selon le barème sur l’accessibilité au terminal 4.2.2, la note attribuée est de 1.
38
CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE
6.2.1.5
Accessibilité à distance
Pour ce concept, le AirStation AC866 est choisi grâce à sa grande portée, sa fiabilité et sa
vitesse de transfert. De plus, il est facile à installer et à utiliser. Avec l’AirStation AC866, il
est possible d’accéder au système à partir de n’importe quel endroit possédant une connexion
internet. Selon le barème sur l’accessibilité à distance 4.2.3, cette technologie obtient une note
de :
f (∞) = 0, 365(log10 (∞)) + 0, 33 = 1
6.2.1.6
(6.3)
Gestion de l’accès au système par une tierce personne
L’accès au système par une tierce personne est possible et est sécuritaire pour les paramètres du propriétaire. La tierce personne a un contrôle adéquat pour faire fonctionner le
système et peut y accéder soit à distance ou par le terminal. Selon le barème sur l’accès au
système par une tierce personne 4.2.4, la note attribuée est de 1.
6.2.1.7
Dangers potentiels aux utilisateurs et à leur propriété
De manière générale, un système dangereux n’est simplement pas acceptable, ce qui signifie que les solutions proposées n’engendrent initialement aucun risque permanent. Le seul
élément qui est plus à risque pour la propriété est une rupture du réservoir, qui est la cuve
Waterfix C-90 pour ce concept, dont la composition de béton fibré hautes performances ne
laisse aucune doute sur la protection qu’elle offre. Pour la protection de l’utilisateur, la seule
interaction directe avec le système, si l’on suppose que l’interface n’est pas dangereuse, est
l’entretien du filtre osmose 6.2.1.14. On peut donc dire que le système est fiable selon son
barème qualitatif et obtient donc la cote de 0,75.
6.2.1.8
Durabilité et robustesse
Dans la même optique que les dangers potentiels, un système qui n’est pas durable ne
serait pas toléré. La durée de vie de chacune de nos composantes est donc égale ou supérieure
à celle que doit avoir le système global. En ce qui a trait à la robustesse, la résistance de la
cuve Waterfix C-90 est déjà définie à le section 6.2.1.7, ainsi que celle du filtre osmose à la
section 6.2.1.14. Celle du disque dur est la seule qui est variable, car c’est l’unique composante
mécanique mobile pouvant subir une dégradation quelconque. Par contre, le disque dur est
protégé à l’intérieur du système informatique et les risques sont donc minimes. En somme,
comme la mémoire HDD a la durée de vie la plus courte, soit 5 de ans, la cote de ce critère
est de :
f (5) =
52
= 0, 11
225
(6.4)
39
CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE
6.2.1.9
Risques d’intrusions
Le logiciel KetuFile 2013 est retenu pour ce concept grâce à son encryption sur 512 bit,
qui est l’une des plus efficaces sur le marché présentement. Ce logiciel ne bloque pas les
intrusions, mais il assure que les données présentes sur le système ne sont pas lisibles par
quelqu’un d’autre que le propriétaire du système. Selon le barème sur les risques d’intrusions
4.3.3, la note attribuée est de 0,5.
6.2.1.10
Durée de vie lors d’un disfonctionnement
La batterie utilisée peut retenir une charge de 9,8Ah à 12V, ce qui veut dire que la batterie
peut fournir 9,8 A pendant 1 heure. Comme les seules pièces nécessitant d’être alimentées
lors d’une panne électrique sont le microcontrôleur Arduino Mega, le disque dur Western
Digital Scorpio Blue et l’adaptateur USB AirStation AC866, il ne faut prendre en compte
que leur consommation d’énergie. Le disque dur consomme tout au plus 3 A, l’adaptateur
sans-fil 1,5 A et le microcontrôleur consomme au plus 0,04 A par dispositif d’entrée/sortie.
Il peut y avoir un maximum de 10 de ces dispositifs, ce qui veut dire que le microcontrôleur
consomme un maximum de 0,4 A. Au total, le système informatique consomme au maximum
4,9 A, ce qui se traduit par 2 heures d’autonomie. Comme cette durée est supérieure à 1
heure, la note attribuée est de 1 selon le barème 4.3.4.
6.2.1.11
Capacité de stockage de données
Le disque dur Western Digital Scorpio Blue est retenu pour le concept performance, étant
donné sa capacité de 250 GO qui est largement supérieure à celle exigée pour le projet.
De plus, il n’est pas en mouvement et n’est pas sollicité en tout temps ce qui augmente
grandement sa durée de vie. Ici, 250 GO est équivalent à 250000000 KO. Selon le barème sur
la capacité de stockage de données 4.4.1, la note attribuée est de :
f (262144000) =
250000000
=1
30600
(6.5)
Étant donné le nombre largement supérieur au double du minimum requis, soit 30600
KO, la note attribuée à ce produit est de 1.
6.2.1.12
Efficacité du système de gestion des données
Avec le microcontrôleur Arduino Mega, la vitesse d’exécution est de 62,5ns par commande.
Si on considère un rapport très compliqué contenant un total de 7,65 millions de commandes
à exécuter, on a un temps total d’exécution de 478ms. En utilisant le barème d’évaluation
4.4.2, on trouve :
f (t) = 1, 1e−
24∗0,478
50
− 0, 1 = 0, 77
(6.6)
Une note de 0,77 est donc attribuée au microcontrôleur pour l’efficacité de la gestion des
données.
40
CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE
6.2.1.13
Mise en route et hivernage
La pompe et le système informatique sont les seules composantes nécessitant un soin
particulier pour l’hiver. La pompe doit être vidée pour l’hiver et remplie lors de la mise en
route le printemps, ce qui ne doit pas prendre plus de 5 minutes par année. La pompe et le
système informatique doivent être sortis du terminal et mis à l’abri pour l’hiver et remis en
place au printemps. Le système informatique se trouve dans une boîte métallique facilement
détachable, ce qui veut dire que mettre à l’abri et remettre en place celui-ci ainsi que la
pompe ne prend pas plus de 15 minutes par année. Au total, il faut prévoir 20 minutes par
année pour la mise en route et l’hivernage du système. Selon le barème 4.5.1, la note obtenue
est :
−20
(6.7)
f (20) = 2, 3e 72,1 − 1 = 0, 74
6.2.1.14
Entretien
Les seules composantes du système qui nécessitent un entretien, et ce pour les trois
concepts, sont le filtre et le réservoir. Pour ce concept, le filtre d’osmose Komibright
C150KSWP est choisi, car ses nombreuses étapes de filtrations assurent une filtration très
raffiné. Il nécessite très peu d’entretien, soit uniquement le remplacement de la membrane
d’osmose inverse une fois aux deux ans environ. Pour le réservoir, c’est la cuve en polyéthylène
CS-2400 qui est retenue et il est possible d’inclure lors de l’achat un système autonettoyant,
qui augmentant les coûts, mais qui ne nécessite aucun entretien. La cote attribuée à ce critère
est donc de 0,90, si on estime le temps total d’entretien à 1h par année.
f (1) = −
6.2.1.15
1
+ 1 = 0, 90
10
(6.8)
Coût
Pour évaluer ce critère, il faut faire l’addition de tous les coûts reliés à l’installation et à
l’entretien des produits reliés au concept. Le tableau 6.6 fait la liste de tous les coûts associés
au concept performance.
Produit
Coût
Cuve en polyéthylène CS-2400
2151,64$
Filtre osmose Komibright C150KSWP
600$
Disque dur Western Digital Scorpio Blue
49,28$
AirStation AC866 Dual Band Wireless USB Adapter
60$
KetuFile 2013
150$
Arduino Mega
65$
Pompe Gardena 3000/4
129,34$
Batteries
40$
Tableau 6.6 – Coûts associés au concept performance
CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE
41
Le total des coûts pour ce concept est de 3245,26$, auquel on additionne 25%, on obtient
donc 4056,57$. Selon le barème sur les coûts 4.5.3, la note attribuée est donc de 0.
6.2.1.16
Entreposage
Seulement le système informatique et la pompe doivent être entreposés pendant l’hiver.
Ceux-ci peuvent facilement être transportés par une personne, ce qui, selon le barème 4.5.4,
lui mérite une cote de 1.
6.2.2
Concept "Économique"
Le concept économique vise à minimiser tous les coûts du système, que ce soit dans l’achat
initial ou dans l’entretien par après. Il se peut donc que les pièces soient de moins grande
qualité ou performante. Les pièces choisies dans ce but sont donc :
– Filtration : Filtre céramique type DOULTON
– Stockage : Waterfix C-90
– Traitement de données : Raspberry Pi Modèle B
– Archivage de données : Stockage en ligne
– Sécurisation de données : Folder Lock 2013
– Accès a distance : BTD-V201 Micro Bluetooth Adapter USB 2.0
– Distribution d’eau : Pompe Gardena 3000/4
– Alimentation : Batterie rechargeable 12V 9,8Ah
6.2.2.1
Capacité de stockage d’eau
La cuve Waterfix C-90 est retenue pour le concept économique. Elle offre une capacité
de 2000L et l’installation sous terre de cette cuve permet de sauver beaucoup d’espace pour
le propriétaire. Le rapport qualité/prix de cette cuve est très bon. Selon le barème sur la
capacité de stockage d’eau 4.1.1, cette cuve reçoit une note de :
f (2000) = 1, 25(log10 (2000) − 2, 9) = 0, 50
6.2.2.2
(6.9)
Utilisation de l’eau lors de l’arrosage automatique
L’étude de la pompe Gardena 3000/4 pour l’utilisation automatique de l’eau de pluie est
faite à la section 6.2.1.2, et une note de 0,95 lui est attribuée.
6.2.2.3
Facilité d’utilisation de l’interface
L’interface du système est fournie par le système d’exploitation du Raspberry Pi. Le
système d’exploitation du Raspberry est GNU/Linuxqui est assez connu et très utilisé dans
le monde de la programmation. Son interface est facile à comprendre, mais peu intuitive.
Selon le barème sur la facilité d’utilisation de l’interface 4.2.1, la note attribuée est de 0,66.
42
CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE
6.2.2.4
Accessibilité au terminal
L’accessibilité au terminal dépend du système d’exploitation GNU/Linux du Raspberry
Pi et du logiciel de cryptage Folder Lock 2013. Les deux demandent seulement un mot de
passe afin d’avoir accès au système. Le système est donc facile et rapide d’accès. Selon le
barème sur l’accessibilité au terminal 4.2.2, la note attribuée est de 1.
6.2.2.5
Accessibilité à distance
Le BTD-V201 Micro Bluetooth Adapter est sélectionné pour le concept économique à
cause de son prix très bas et le Rapsberry Pi a une connection ethernet intégrée. La portée
maximale de l’adapter Bluetooth est d’environ 100 m, selon les informations données par
le fabricant. Toutefois la connection ethernet du Rapsberry permet d’accéder au système à
l’aide d’une connection Internet et donc la portée est infinie. Selon le barème sur l’accessibilité
à distance 4.2.3, la note attribuée est de :
f (∞) = 0, 365(log10 (∞)) + 0, 33 = 1
6.2.2.6
(6.10)
Gestion de l’accès au système par une tierce personne
L’accès au système par une tierce personne est déjà évalué dans la section 6.2.1.6 et est
attribué une note de 1.
6.2.2.7
Dangers potentiels aux utilisateurs et à leur propriété
Comme défini dans le concept précédent 6.2.1.7, la cuve Waterfix C-90 ne pose aucun
doute sur la sécurité du système. Comme on utilise le filtre céramique qui doit être nettoyé
régulièrement, les intéractions avec l’utilisateur sont plus fréquentes, mais elles ne sont pas
une source de danger. On peut donc dire que le système est fiable et que ce critère a une note
de 0,75.
6.2.2.8
Durabilité et robustesse
Pour ce critère, la robustesse du filtre céramique est déjà définie à la section 6.2.2.14,
ainsi que celle de la cuve en béton à la section 6.2.1.8. La mémoire utilisée est la «cloud», qui
n’a pas les problèmes de celle HDD. Dans ce cas-ci, aucune composante de ce concept n’a
d’espérance de vie fixe, on peut donc évaluer la cote de ce critère avec la valeur maximum
de son barème dans le cahier des charges, soit :
f (15) =
152
=1
225
(6.11)
43
CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE
6.2.2.9
Risques d’intrusions
Pour ce concept, le logiciel Folder Lock 2013 est sélectionné, puisque son prix est de
40$. Folder Lock 2013 utilise une encryption sur 256 bit, ce qui est la norme sur le marché
présentement. L’encryption sur 256 bit est reconnu comme étant impossible à pirater, ce qui
rend impossible la lecture des informations présentes sur le système, mais il ne bloque pas
les intrusions. Selon le barème sur les risques d’intrusions 4.3.3, la note attribuée est de 0,5.
6.2.2.10
Durée de vie lors d’un disfonctionnement
La batterie utilisée peut retenir une charge de 9,8Ah, ce qui veut dire que la batterie peut
fournir 9,8 A pendant 1 heure. Comme la seule pièce nécessitant d’être alimentées lors d’une
panne électrique est le mini-ordinateur Raspberry Pi, il ne faut prendre en compte que sa
consommation d’énergie. Le Raspberry Pi consomme au plus 0,7 A, ce qui se traduit par 14
heures d’autonomie. Comme cette durée est supérieure à 1 heure, la note attribuée est de 1
selon le barème 4.3.4.
6.2.2.11
Capacité de stockage de données
Le stockage en ligne est choisi pour le concept économique. Pour ce faire, le «cloud» est
assuré par la compagnie Google, ce qui rend la perte de données pratiquement impossible. La
compagnie offre un espace de 5 GO gratuit, ce qui rempli largement le minimum nécessaire
de stockage de données. De plus, la sauvegarde de données est automatique et régulière. Ici,
5 GO est équivalent à 5000000 KO. Selon le barème sur la capacité de stockage de données
4.1.1, cette solution reçoit donc une note de :
f (5242880) =
5000000
=1
30600
(6.12)
Étant donné le nombre largement supérieur au double du minimum requis, soit 30600
KO, la note attribuée à cette solution est de 1.
6.2.2.12
Efficacité du système de gestion des données
Avec le mini-ordinateur Raspberry Pi, la vitesse d’exécution est de 1ns par commande. Si
on considère un rapport très compliqué contenant un total de 7,65 millions de commandes à
exécuter, on a un temps total d’exécutions de 7,65ms afin de générer le rapport. En utilisant
le barème, on trouve :
f (t) = 1, 1e−
24∗0,00765
50
− 0, 1 = 1
(6.13)
Une note de 1 est donc attribuée au microcontrôleur pour l’efficacité de la gestion des
données.
44
CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE
6.2.2.13
Mise en route et hivernage
L’évaluation de la mise en route et de l’hivernage est déjà faite dans le concept 6.2.1.13
et obtient la note 0,74.
6.2.2.14
Entretien
Pour ce concept, l’entretien est encore une fois par rapport au filtre et au réservoir, pour
lesquels le modèle choisi est respectivement le filtre céramique type DOULTON et la cuve
Waterfix C-90. Ce filtre est d’une plus grande simplicité que le filtre osmose, ce qui fait
que ses coûts relatifs sont moindres, mais il nécessite un entretien beaucoup plus régulier,
soit un nettoyage au deux semaines au minimum. La cuve est la même que celle du concept
performance qui est détaillée précédemment 6.2.1.14. Considérant 2,2h d’entretien par année,
ce critère obtient la cote suivante :
f (2, 2) = −
6.2.2.15
2, 2
+ 1 = 0, 78
10
(6.14)
Coût
Pour évaluer ce critère, il faut faire l’addition de tous les coûts reliés à l’installation et à
l’entretien des produits reliés au concept. Le tableau 6.7 fait la liste de tous les coûts associés
au concept économique.
Produit
Coût
Waterfix C-90
1250$
Filtre céramique type DOULTON
100$
«Cloud»
0$
BTD-V201 Micro Bluetooth Adapter USB 2.0
20$
Folder lock 2013
39,95$
Raspberry Pi Modèle B
35$
Pompe Gardena 3000/4
129,34$
Batteries
40$
Tableau 6.7 – Coûts associés au concept économique
Le total des coûts pour ce concept est de 1614,29$, auquel on additionne 25%, ce qui
donne 2017,86$. Selon le barème sur les coûts à la section 4.5.3, la note attribuée est donc
de 1.
6.2.2.16
Entreposage
L’évaluation de l’entreposage est déjà faite dans le concept 6.2.1.16 et obtient la cote 1.
CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE
6.2.3
45
Concept "Hybride"
Le concept hybride cherche la balance entre le concept performance et le concept économique. Les pièces ne sont pas nécessairement les plus performants pour remplir les fonctions
requis, mais leurs lacunes ne sont pas très grandes, et les prix sont assez modestes. Les pièces
utilisées dans ce concept sont :
– Filtration : Filtre céramique type DOULTON
– Stockage : Waterfix C-90
– Traitement de données : Arduino Mega
– Archivage de données : Mémoire Flash - Carte SD
– Sécurisation de données : Folder Lock 2013
– Accès a distance : Airstation AC866 Dual Band Wireless USB Adapter
– Distribution d’eau : Pompe Gardena 3000/4
– Alimentation : Batterie rechargeable 12V 9,8Ah
6.2.3.1
Capacité de stockage d’eau
La cuve Waterfix C-90 est choisie pour ce concept. Cette solution pour la capacité de
stockage est évaluée dans le concept économique à la section 6.2.2.1 et est attribué la note
de 0,5.
6.2.3.2
Utilisation de l’eau lors de l’arrosage automatique
L’étude de la pompe Gardena 3000/4 pour l’utilisation automatique de l’eau de pluie est
faite à la section 6.2.1.2, et une note de 0,95 est attribuée.
6.2.3.3
Facilité d’utilisation de l’interface
L’interface du Arduino Mega est évaluée dans la section 6.2.1.3 et est attribuée la note
de 0,66.
6.2.3.4
Accessibilité au terminal
L’accessibilité au terminal dépend du Arduino Mega et du logiciel de cryptage Folder
Lock 2013. Les deux sont évalués dans les sections 6.2.1.4 et 6.2.2.4 et la note obtenue est de
1.
6.2.3.5
Accessibilité à distance
L’accessibilité à distance avec le Airstation AC866 et le Arduino Mega est déjà évalué
dans la section 6.2.1.5 et est attribué une note de 1.
46
CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE
6.2.3.6
Gestion de l’accès au système par une tierce personne
L’accès au système par une tierce personne est déjà évalué dans la section 6.2.1.6 et est
attribué une note de 1.
6.2.3.7
Dangers potentiels aux utilisateurs et à leur propriété
Pour ce concept, le filtre céramique défini précédemment 6.2.2.7 est encore utilisé, mais
cette fois il est combiné à l’utilisation de la cuve Waterfix C-90. Étant donné sa nature en
béton, la cuve est très résistante. Donc, selon son barème qualitatif du cahier des charges, le
système est qualifié de fiable et obtient la cote 0,75.
6.2.3.8
Durabilité et robustesse
La robustesse du filtre céramique est définie précédemment 6.2.2.14. Le réservoir utilisé
est la cuve Waterfix C-90, donc la robustesse est aussi définie précédemment 6.2.3.7. De la
même manière que le concept économique, aucune composante n’a de durée de vie minimale,
la cote pour ce critère est donc de :
f (15) =
6.2.3.9
152
=1
225
(6.15)
Risques d’intrusions
Pour ce concept, le logiciel Folder Lock 2013 est sélectionné. Il est déjà évalué dans la
section 6.2.2.9 et est attribué une note de 0,5.
6.2.3.10
Durée de vie lors d’un disfonctionnement
La batterie utilisée peut retenir une charge de 9,8Ah, ce qui veut dire que la batterie
peut fournir 9,8 A pendant 1 heure. Comme les seules pièces nécessitant d’être alimentées
lors d’une panne électrique sont le microcontrôleur Arduino Mega, l’adaptateur USB WiFi
AirStation AC866 et la carte SD Samsung MB-SS4GA/US, il ne faut prendre en compte
que leur consommation d’énergie. L’adaptateur USB consomme au plus 1,5 A, la carte SD
consomme un maximum de 0,1A et le microcontrôleur consomme au plus 0,04 A par dispositif
d’entrée/sortie. Il peut y avoir un maximum de 10 de ces dispositifs, ce qui veut dire que le
microcontrôleur consomme un maximum de 0,4 A. Au total, le système informatique peut
consommer au maximum 2 A, ce qui se traduit par 4,9 heures d’autonomie. Comme cette
durée est supérieure à 1 heure, la note attribuée est de 1 selon le barème 4.3.4.
6.2.3.11
Capacité de stockage de données
Pour le concept hybride, la mémoire flash est retenue avec la carte Samsung 4GB SDHC
Flash Card Model MB-SS4GA/US. Elle est à la fois économique et offre une très bonne
performance. Ce modèle possède une capacité de stockage de 4 GO soit 4000000 KO. Il est
47
CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE
important de mentionner qu’elle est imperméable et qu’il n’y a aucun mouvement mécanique
lié à son utilisation, ce qui rend impossible les bris mécaniques et augmente largement sa
durée de vie. Selon le barème sur la capacité de stockage de données 4.1.1, cette solution
reçoit une note de :
4000000
=1
(6.16)
30600
Étant donné le nombre largement supérieur au double du minimum requis, soit 30600
KO, la note attribuée à cette solution est de 1.
f (4194304) =
6.2.3.12
Efficacité du système de gestion des données
L’étude du microcontrôleur est faite dans la section 6.2.1.12 et obtient une note de 0,77.
6.2.3.13
Mise en route et hivernage
L’évaluation de la mise en route et de l’hivernage est déjà faite dans le concept performance
à la section 6.2.1.13 et obtient la note 0,74.
6.2.3.14
Entretien
Pour ce concept, le filtre céramique type DOULTON, qui a été défini précédemment à la
section 6.2.2.14, est encore utilisé. Le modèle du réservoir est la cuve Waterfix C-90, qui doit
être vidée en fin de saison pour éviter l’entretien. Ce concept obtient donc la cote de :
f (2, 2) = −
6.2.3.15
2, 2
+ 1 = 0, 78
10
(6.17)
Coût
Pour évaluer ce critère, il faut faire l’addition de tous les coûts reliés à l’installation et à
l’entretien des produits reliés au concept. Le tableau 6.8 fait la liste de tous les coûts associés
au concept hybride.
Produit
Waterfix C-90
Filtre céramique type DOULTON
Carte Samsung 4GB SDHC Flash Card Model MB-SS4GA/US
Airstation AC866 Dual Band Wireless USB Adapter
Folder lock 2013
Arduino Mega
Pompe Gardena 3000/4
Batteries
Tableau 6.8 – Coûts associés au concept hybride
Coût
1250$
100$
4,99$
60$
39,95$
65$
129,34$
40$
CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE
48
Le total des coûts pour ce concept est de 1689,28$, auquel on additionne 25% de sa valeur,
pour obtenir 2111,60$. Selon le barème sur les coûts 4.5.3, la note attribuée est donc de 0,66.
6.2.3.16
Entreposage
L’évaluation de l’entreposage est déjà faite dans le concept 6.2.1.16 et obtient la cote 1.
6.3
Synthèse des résultats
Le tableau 6.9 résume les données brutes utilisées dans le calcul des cotes pour chaque
critère.
49
CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE
Critères d’évaluation
Acc. et gestion de l’eau de
pluie
4.1.1 Capacité de stockage de
l’eau
4.1.2 Utilisation de l’eau lors de
l’arrosage automatique
Config. et utilisation du
système
4.2.1 Facilité d’utilisation de
l’interface
4.2.2 Accessibilité au terminal
4.2.3 Accessibilité à distance
4.2.4 Gestion de l’accès par
une tierce personne
Système sûr et autonome
4.3.1 Dangers potentiels aux
utilisateurs et à la propriété
4.3.2 Durabilité et robustesse
4.3.3 Risques d’intrusions
4.3.4 Durée de vie lors d’un
disfonctionnement
Gestion des données
4.4.1 Capacité de stockage
4.4.2 Efficacité du système de
gestion des données
Entretien et coûts
4.5.1 Mise en route et hivernage
4.5.2 Entretien
4.5.3 Coût
4.5.4 Entreposage
Performance
Économique
Hybride
2000L
2000L
1740L
5%
5%
5%
facile et
rapide d’accès
infini
accès
possible
interface
facile à
utiliser
facile et
rapide d’accès
infini
accès
possible
facile et
rapide d’accès
infini
accès
possible
système
fiable
5 ans
possible
protégées
système
fiable
15 ans
possible
protégées
système
fiable
15 ans
possible
protégées
2h
14h
4,9h
250GO
5GO
4GO
478ms
7,65ms
478ms
utilisation
complexe
20 min
20 min
0,5h
6,5h
4056,57$
2017,86$
transport
transport
individuel
individuel
Tableau 6.9 – Sythèse des résultats
utilisation
complexe
20 min
7h
2111,60$
transport
individuel
Chapitre 7
Concept Retenu
7.1
Matrice de décision
La matrice décisionnelle 7.1 est un outil décisionnel permettant d’évaluer le pourcentage
de satisfaction de chaque concepts par rapport aux critères établis dans le cahier des charges
4. Cette matrice est essentielle pour choisir quel concept correspond le mieux aux besoins
du client et justifier cette décision. Les pourcentages illustrés proviennent directement de
l’application des barèmes d’évaluation avec les données retrouvées dans le tableau synthèse
6.9.
7.2
Analyse de la matrice 7.1 et prise de décision
Le concept ayant obtenu le pourcentage de satisfaction le plus élevé est le concept économique, bien qu’il n’obtienne que 5,42% de plus que le concept hybride et 12,92% de plus que
le concept performance. Étant donné ce faible écart entre les concepts, il est important de
vérifier que les pourcentages obtenus pour chacunes des pièces sont significatifs afin d’assurer
la validité des pourcentages totaux.
Pour l’accumulation et la gestion de l’eau de pluie, le principal avantage du concept
économique est la capacité de stockage de 2000 litres et sa pompe de 3100 litres/heure. La
même pompe est utilisée dans tous les concepts et le réservoir utilisé est 260 litres plus gros
que l’autre évalué. Ceci assure le stockage d’une quantitée d’eau amplement suffisante et
l’arrosage d’une superficie supérieure à celle du terrain.
Pour la configuration et l’utilisation du système, l’avanatge du concèpte économique est
que le système est géré par l’ordinateur Raspeberry Pi au lieu d’un microcontrôleur. Puisque
le Raspberry Pi utilise Linux et est capable de comprendre les langages évolués, ce qui rend
la gestion des données et l’utilisation du système plus simple.
En ce qui concerne la sûreté et l’autonomie du système, le fait que la mémoire utilisée
soit un cloud de données plutôt qu’une pièce faisant partie du système diminue grandement
le risque de bris. De plus, comme la maintenance et la sécurisation des serveurs est faite par
des professionnels, il n’y presque pas de risque de perte de données.
50
51
CHAPITRE 7. CONCEPT RETENU
Critères d’évaluation
Pond.
Performance
6.2.1
19,51
Économique
6.2.2
20,15
Hybride
6.2.3
20,15
3,36
4
4
16,15
16,15
16,15
23,63
27,26
23,63
3,63
7,26
3,63
8
7
8
7
8
7
5
5
5
9,44
13
13
4,5
4,5
4,5
0,44
1,5
4
1,5
4
1,5
3
3
3
11.31
9
12
9
11.31
9
2,31
3
2,31
13,86
2,96
3,9
5
2
86,27
12,16
2,96
3,9
3,3
2
80,85
Acc. et gestion de l’eau de 25%
pluie
4.1.1 Capacité de stockage de
8%
l’eau
4.1.2 Utilisation de l’eau lors de
17%
l’arrosage automatique
Config. et utilisation du
31%
système
4.2.1 Facilité d’utilisation de
11%
l’interface
4.2.2 Accessibilité au terminal
8%
4.2.3 Accessibilité à distance
7%
4.2.4 Gestion de l’accès par
5%
une tierce personne
Système sûr et autonome
16%
4.3.1 Dangers potentiels aux
6%
utilisateurs et à la propriété
4.3.2 Durabilité et robustesse
4%
4.3.3 Risques d’intrusions
3%
4.3.4 Durée de vie lors d’un
3%
disfonctionnement
Gestion des données
12%
4.4.1 Capacité de stockage
9%
4.4.2 Efficacité du système de
3%
gestion des données
Entretien et coûts
16%
4.5.1 Mise en route et hivernage
4%
4.5.2 Entretien
5%
4.5.3 Coût
5%
4.5.4 Entreposage
2%
Total
100%
Tableau 7.1 – Matrice
9,46
2,96
4,5
0
2
73,35
décisionnelle
CHAPITRE 7. CONCEPT RETENU
52
Pour la gestion des données, le Raspberry Pi est plus rapide que le microcontrôleur Arduino Mega, ce qui veut dire que le système peut faire plus d’opérations plus rapidement. Il
y a donc moins d’attente lorsque l’utilisateur demande au système d’effectuer une tâche.
L’entretien et les coûts du système économique obtient une note plus haute puisque celuici utilise des pièces qui demandent peu d’entretien. Aussi, les pièces utilisées sont très peu
dispendieuses, ce qui affecte grandement la note du système. Par example, la cuve et le filtre
sont très peu dispendieux comparément au concept performance.
Finalement, le concept économique se démarque par son rapport qualité/prix qui est très
impressionnant. En effet, ce système répond entièrement aux besoins du client ainsi qu’aux
objectifs fixés en minimisant le prix.
7.3
Description du concept retenu
Le fonctionnement du système Pluvi-Tech, illustré par le diagramme physique 7.1, tourne
autour de l’utilisation de l’eau de pluie. D’abord, l’eau est récupérée par les gouttières sur
le toît de la maison de l’utilisateur. En faisant son chemin jusqu’au réservoir sous-terrain,
l’eau passe par le filtre céramique type DOULTON, ce qui élimine les grosses impuretés et
la plupart des micro-organismes, des bactéries et des particules en suspension. L’eau purifiée
est ensuite stockée dans la cuve en béton Waterfix C-90, jusqu’à un volume d’eau stockée
maximal de 2000L.
Plusieurs composantes electroniques font aussi partie du système. Entre autres, le miniordinateur Raspberry Pi modèle B, grâce à un logiciel que nous conçevons nous-même, est le
système central de traitement des données. Son port Ethernet 10/100 permet la connection à
Internet avec un fil relié au modem de la maison. C’est la voie principale pour deux fonctions
essentielles : la ceuillette des données météorologiques, et le stockage des données pour les
rapports. En effet, le service Google Drive offert par Google permet l’archivage gratuit de
jusqu’à 5 Go de données. Avant d’être stockées, ces données sont encryptées par le logiciel
Folder Lock 2013 afin d’éviter le piratage. Finalement, l’adaptateur USB Micro Bluetooth
BTD-V201 est branché dans l’ordinateur pour récupérer les données des capteurs d’humitidé
et de température placés dans le sol.
Un système mécanique, lui, fait la distribution de l’eau de pluie. La pompe Gardena
3000/4 est reliée à un système de tuyaux et d’arrosoirs de la même compagnie, installés selon
les dimensions du terrain à arroser. Ce système est aussi relié au Raspberry Pi qui peut
activer la pompe selon les besoins de l’utilisateur, les données météorologiques et l’humidité
et la température dans le sol. L’utilisateur a donc accès à une interface graphique, connectée
sur le mini-ordinateur par le port HDMI, qui lui permet de définir ses préférences d’arrosage.
Le tout est principalement alimenté par le réseau électrique de Hydro-Québec, mais lors
d’une panne électrique, une batterie rechargeable de 12V et de 9800mAh assure que le système
informatique puisse rester fonctionnel pendant au moins 14h. Toutefois, l’arrosage ne peut
pas se faire pendant ce temps. Finalement, en fin de saison, tous les morceaux électroniques
et mécaniques peuvent facilement se débrancher et se transporter à l’intérieur afin d’éviter
les bris dûs au froid.
CHAPITRE 7. CONCEPT RETENU
53
Figure 7.1 – Diagramme Physique du concept économique
7.4
Conclusion
En conclusion, la firme d’ingénieur Tortuga a trouvé une solution au projet Pluvi-Tech.
Pour ce faire, une analyse des besoins du client a été effectué dans le but de fixer les objectifs
du projet et de mettre sur place des critères quantitatifs sur lesquels les solutions proposées
ont été évaluées. Une analyse de faisabilité a également été produite pour éliminer les concepts
qui ne rencontraient pas les exigences minimales du cahier des charges. L’étude préliminaire
a permis de choisir un concept grâce aux différents critères mentionnés ci-haut.
Le concept économique a été évalué de façon objective et a été choisi pour satisfaire les
besoins du client.
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