Pluvi-Tech. Rapport de projet version finale. Équipe 19 High6. présenté à Robert Bergevin et Éric Poulin. par. matricule nom signature

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1 Pluvi-Tech Rapport de projet version finale présenté à Robert Bergevin et Éric Poulin par Équipe 19 High6 matricule nom signature Michael Laflamme Pascal Pepin Stéphanie St-Pierre David Arel Sagaré Chek Steve Landry Université Laval 26 avril 2013

2 Historique des versions version date description février 2013 Création du document février 2013 Mise en page du document, présence de l introduction et de la description de la problématique mars 2013 Création des chapitres 3 et 4, soit les besoins du client ainsi que le cahier des charges mars 2013 Création du chapitre 5, soit la conceptualisation et l analyse de faisabilité avril 2013 Création des chapitres 6, 7 et 8, soit l étude préliminaire, le concept retenu et la conclusion

3 Table des matières Table des figures Liste des tableaux iv v 1 Introduction 1 2 Description 2 3 Besoins et objectifs Identification des besoins Identification des objectifs Assurer un receuil maximal de l eau de pluie Optimiser la distribution Minimiser l intervention humaine dans l utilisation du système Faciliter l installation, la maintenance et l utilisation Conclusion Cahier des charges Entreposage Capacité d entreposage 12% Niveau de sécurité de l entreposage 8% Distribution de l eau 25% Réponse aux besoins d irrigation réguliers (17%) Combler les besoins ponctuels 8% Automatisation du processus 30% Fréquence d intervention humaine (8%) Capacité d archivage des données (6,5%) Capacité de maintien du contrôle du système lors d une panne électrique (6,5%) Convivialité de l interface (4%) Sécurité des données(5%) Entretien, maintenance et utilisation 25% Nombre de pièces (1%) i

4 TABLE DES MATIÈRES ii Masse du système transportable (1%) Fréquence de l entretien et du nettoyage (3%) Coûts reliés au produit (4%) Fiabilité et durée de vie du produit (8%) Impacts sonores (4%) Impacts visuels (4%) Maison de la qualité Conceptualisation et analyse de faisabilité Diagramme fonctionnel Élaboration des concepts de solution Entreposage et distribution de l eau Cuve hors-sol ÉcoPluie et Cuve en Béton enterré Waterfix C En Feuille de Tôle Cuve Enterrée en polyéthylène (Aqualentz de Sotralenz Habitat) Collecte des données externes Utilisation de capteurs (RB-Ghi-78 + SEN118A2B + cellule photoélectrique) Collecte d information par internet(labview + carte d acquisition + site météorologique GC) Utilisation d une minuterie électronique Transmission Zigbee (EM300) Wi-fi (QHS600) Bluetooth (INConcert BCM4325) Sécurité de l information Mot de passe Mot de passe et sécurisation des transmissions par TLS Mot de passe, TLS et chiffrement des données entreposées localement avec TrueCrypt Interface d utilisation Application pour ordinateur et appareils mobiles Interface web Application avec système d accès à distance Traitement de l information PLC (Automate S Step7 Microwin) Microcontrôleur(Pic 16F88 + Pic kit 2 + interface) Logiciel de gestion de ressources (Labview + carte d acquisition) Entreposage de l information Stockage en ligne (Amazon S3) Disques durs en configuration RAID 1 (Seagate Barracuda 500 Go)

5 TABLE DES MATIÈRES iii Clé USB (Kingston DataTraveler SE9 16GB ) Résistance aux pannes d énergie Alimentation sans interruption électrique (UPS) se rechargeant sur l alimentation électrique de la maison UPS se rechargeant sur une alimentation externe Génératrice électrique Étude préliminaire Plan de développement Élaboration et évaluation des concepts de solution Concept économique Entreposage et distribution de l eau Distribution de l eau Automatisation du processus Enretien, maintenance et utilisation Concept performance Entreposage Distribution de l eau Automatisation du processus Entretien, maintenance et utilisation Concept robuste Entreposage et distribution de l eau Distribution de l eau Automatisation du processus Enretien, maintenance et utilisation Synthèse des résultats Concept retenu Matrice de décision Analyse de la matrice décisionnelle Description du concept choisi Schématisation du concept retenu Conclusion 62 Bibliographie 63 A Liste des sigles et des acronymes 69

6 Table des figures 3.1 Diagramme des objectifs du projet Maison de la qualité Diagramme fonctionnel Schématisation du concept retenu iv

7 Liste des tableaux 4.1 Cahier des charges Entreposge et distribution de l eau Collecte des données Transmission Sécurité de l information Interface d utilisation Traitement de l information Entreposage de l information Résistance aux pannes d énergie Plan d étude pour l entreposage Plan d étude pour la distribution de l eau Plan d étude pour l automatisation du processus Plan d étude pour l entretien, la maintenance et l utilisation Tableau synthèse des résultats Matrice décisionnelle v

8 Chapitre 1 Introduction La gestion des ressources en eau est essentielle, car l eau est vitale. Elle est cependant inégalement disponible et accessible pour les populations de la planète. Cette situation pose problème puisque les besoins grandissent avec la croissance démographique et l augmentation des activités humaines. De plus, on sait que seulement 0,025% de l eau sur terre est disponible à la consommation. Le Québec est l un des plus grands consommateurs d eau potable considérant le prix modique de celle-ci. Il ne tient qu à nous de mettre en place une gestion durable et écocitoyen. Il faut donc créer des aménagements efficaces qui assurent un bon usage de l eau, le recyclage des précipitations étant une façon efficace de réduire le gaspillage. C est pourquoi la firme d ingénierie High6 a été mandatée pour la création d un système automatisé de la gestion des eaux de pluie pour un usage domestique. Notre équipe fournit dans ce rapport, le cahier des charges, la conceptualisation et l analyse de faisabilité, l étude préliminaire et une présentation du concept retenu. 1

9 Chapitre 2 Description L entreprise Pluvi-Tech a mandaté la firme en ingénierie High6 dans le but de concevoir un système automatisé sécuritaire, rapide et efficace de la gestion des eaux de pluie. La réalisation de ce projet vise à réduire la consommation d eau potable des foyers québécois en réutilisant une partie des précipitations tombées sur les toits des maisons entre le mois de mai et le mois de septembre. Le système mis en place doit être capable de stocker le plus de précipitation possible. Il doit subvenir aux besoins d arrosage et de travaux extérieurs réguliers avec un minimum d appoint de l aqueduc. De plus, le système doit distribuer automatiquement ou manuellement les précipitations recueillies dans le réservoir pour combler les besoins extérieurs en eau. La gestion doit pouvoir être faite à distance via une interface facile à utiliser et accessible depuis l extérieur de la résidence. L équipement doit facilement être de mise en route au début de l été et simple à ranger au début de l automne. En outre, l entretien du système doit être rapide et sans soucis pour l utilisateur. Enfin, des relevés qui enregistrent, entre autres, la quantité d eau receuillie et consommée doivent être produits pour une période de cinq ans ou plus. Le réservoir devra être discret et s intégrer avec le décor extérieur tout en gardant un aspect solide et robuste. 2

10 Chapitre 3 Besoins et objectifs 3.1 Identification des besoins La firme Pluvi-Tech a mandaté l équipe High6 pour concevoir un système avancé de récupération d eau. Pour arriver à des résultats probants et pour satisfaire cette demande, il est nécessaire d établir les différents objectifs reliés à ces besoins. Ci-dessous, figurent les besoins du client répartis en quatre catégories principales. 1. Capter et entreposer l eau de pluie ; (a) En fonction de mai à septembre ; (b) Captation à partir des gouttières ; (c) Approvisionnement d appoint via l aqueduc municipal ; (d) Pourvoir entreposer 25% des précipitations mensuelles (minimum de 2560L) ; (e) Pouvoir subvenir aux besoins d arrosage régulier sans alimentation d appoint durant un mois ; (f) Sécurité des réservoirs ; i. Limiter les risques de noyades ; ii. Limiter les risques de dégâts d eau ; iii. Prévenir les débordements non contrôlés ; (g) Récupérer et utiliser l eau de pluie de façon prioritaire sur l eau de l aqueduc ; 2. Distribuer l eau recueillie ; (a) Besoins d irrigations réguliers ; i. Ne pas arroser inutilement ; ii. Ne pas laisser sécher la végétation ; (b) Besoins ponctuels ; 3. Automatiser les processus ; (a) Interface pour la configuration du système ; 3

11 CHAPITRE 3. BESOINS ET OBJECTIFS 4 (b) Affichage de l état du système ; (c) Contrôle manuel ou automatique de l arrosage ; (d) Remise d un accès provisoire à une tierce personne lors d absences prolongées ; (e) Archivage des données pour 5 ans ou plus ; (f) Production de rapports de consommation d eau ; (g) Contrôle total pour au moins 20 minutes lors d une panne électrique ; i. Arrêt sécuritaire pour des interruptions prolongées ; 4. Entretien, maintenance et utilisation ; (a) Faciliter ; i. L installation du système ; ii. La mise en route au début de la saison ; iii. L entretien et le nettoyage ; iv. L arrêt et l hivernage du système à la fin de la saison ; (b) Limiter le nombre de pièces ; (c) Favoriser la disponibilité des pièces de rechanges ; (d) Prévenir les problèmes de gel ; (e) Limiter l espace occupé par le système ; (f) Permettre la manipulation des pièces non enfouies par deux personnes. (Maximum de masse de 50 kilogrammes)[51] ; (g) Minimiser les coûts ; (h) Minimiser les impacts nuisibles visuels et sonores (maximum de 50 décibels)[50] ; (i) Minimiser les pannes et le nombre d interventions ; (j) Prévenir les intrusions informatiques ; Chacun des thèmes présentés ci-haut est détaillé en plusieurs objectifs dans la section qui suit. 3.2 Identification des objectifs Assurer un receuil maximal de l eau de pluie 1. Maximiser la captation et l approvisionnement en eau durant la période applicable 2. Entreposer un niveau optimal d eau pour les tâches requises 3. Sécuriser l entreposage Ces besoins se regroupent en deux points soit la captation et l entreposage. D abord le client a besoin d un système capable de recueillir en quantité suffisante l eau de pluie tombée sur les toits et de la diriger vers des sites d entreposage pour une sauvegarde efficace et sécuritaire de l eau captée. Ce système ne doit pas subir de dégradation lors de son activité afin d éviter des fuites d eau.

12 CHAPITRE 3. BESOINS ET OBJECTIFS Optimiser la distribution 1. Répondre aux besoins réguliers en eau 2. Répondre aux besoins ponctuels en eau Grâce au stockage précédemment mentionné, le système doit permettre un arrosage régulier des plantations. La distribution doit être intelligente et ainsi éviter un arrosage inutile ou inversement un assèchement de la végétation. De plus, il doit être en mesure de combler les besoins ponctuels extérieurs pour des usages divers Minimiser l intervention humaine dans l utilisation du système 1. Assurer l enregistrement des données sur l environnement 2. Optimiser l arrosage 3. Création d une interface simple et ergonomique 4. Sécuriser le système envers les pannes et les intrusions 5. Archiver les données L entreprise High6 souhaite faciliter l entretien de la propriété de ses clients. C est pourquoi le système proposé doit gérer automatiquement ou manuellement l arrosage des différents secteurs de la propriété. Il doit aussi informer son propriétaire des opérations en cours, de la quantité d eau recueillie, de l état du système et des pannes survenues. Ces informations doivent être accessibles à distance. L accès au réseau doit pouvoir être remis à une tierce personne si le propriétaire doit s absenter. L interface homme-machine présente dans la solution doit afficher une condition d ensemble du système en plus de pouvoir être utilisé pour la configuration et/ou la programmation. Les données sont archivées pour une période de 5 ans. Aussi, des rapports de consommation sont produits. En cas de panne, le système est capable de continuer ses opérations pour une période de vingt minutes, d arrêter sécuritairement et de redémarrer automatiquement lorsque le courant revient Faciliter l installation, la maintenance et l utilisation 1. Limiter les impacts visuels et sonores 2. Produire un système fiable, durable et sécuritaire 3. Réduire les coûts au minimum 4. Réduire au minimum les interventions d entretien nécessaires par l utilisateur 5. Optimiser la portabilité du système immergé Le client demande un système facilitant la mise en route au début de la saison ainsi que l arrêt et l hivernage à la fin de la saison. Pour ce faire, il est nécessaire de limiter le nombre de pièces et le poids de chacune d elles afin de permettre la manipulation des pièces non-enfouies

13 CHAPITRE 3. BESOINS ET OBJECTIFS 6 par deux personnes. Il est aussi important de prévenir les problèmes de gel et d assurer la résistance des matériaux utilisés. L ensemble devra donc être fiable et robuste afin de limiter les réparations et l intervention du propriétaire. Dans cette même optique, le système devra être réparable facilement et les pièces de rechange devrons être disponibles à tout instant. Cependant, tous ces besoins devront être offerts à un prix minimal Conclusion En résumé, nous répondrons au client en proposant un système qui conviendra à tous ses besoins. Nous proposerons plusieurs types d appareils qui seront départagés par des barèmes établis par notre firme. Ceux-ci sont présentés dans le chapitre suivant.

14 CHAPITRE 3. BESOINS ET OBJECTIFS 7 Pluvi-Tech Système automatisé de récupération de l eau de pluie pour un usage Assurer une collection maximale de l eau de pluie Optimiser la distribution de l eau de pluie Entretient et maintenance du système Automatisation de la distribution de l eau et supervision du système Entreposer un niveau optimal d eau pour les tâches requises Répondre aux besoins réguliers Produire un système fiable, durable et sécuritaire Minimiser la fréquence de l intervention humaine Maximiser la captation et l approvisionnement en eau durant la période applicable. Répondre aux besoins ponctuels Limiter les impacts visuels et sonores Optimiser la simplicité et l ergonomie de l interface graphique Sécuriser l entreposage Réduire au minimum les interventions de maintenance nécessaires par l utilisateur Assurer l enregistrement des données pour une période prédéterminée Optimiser la portabilité du système immergé Assurer le maintien du contrôle lors de panne Réduire les coûts au minimum Sécuriser le système envers les intrusions et les pertes des données Figure 3.1 Diagramme des objectifs du projet

15 Chapitre 4 Cahier des charges Chaque proposition de modèle de solution devra être comparée aux autres, ce que nous accomplirons en attribuant une cote à chacun de ceux-ci. Cette note sera allouée en fonction de plusieurs critères explicités dans les sections ci-après. Les points des quatre grandes sections seront répartis selon le modèle suivant : 1. Captation et entreposage de l eau : 20% 2. Distribution de l eau : 25% 3. Automatisation du processus : 30% 4. Entretien, maintenance et utilisation : 25% L attribution de l importance de chaque section a été établie en fonction du poids propre de chaque critère qui compose la section. Le tableau 4.1 présente l ensemble des critères d évaluation avec les barèmes permettant de les évaluer. 8

16 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 9 Table 4.1 Cahier des charges Critères d évaluation Pond. Barème Min Max Entreposage 20% Capacité d entreposage 12% y = v v [2560, 4000] Niveau de sécurité de 8% Barème qualitatif l entreposage Distribution de l eau 25% Réponse appropriée aux 17% Barème qualitatif besoins d irrigation réguliers Combler les besoins 8% Barème qualitatif ponctuels Automatisation du processus 30% Fréquence d intervention 8% Barème qualitatif humaine Capacité d archivage des 6.5% y = t 5 données 15 t [5,20] Capacité de maintien du 6.5% contrôle du système lors d une y = t 20 t [20,40] 20 panne électrique Convivialité de 4% Barème qualitatif l interface Sécurité des données 5% Barème qualitatif Entretien, maintenance et 25% utilisation Nombre de pièces 1% Barème qualitatif Masse du système transportable Fréquence de l entretien et du nettoyage 1% Coûts reliés au produit 4% 2560 L 5 ans 20 min. y = 1 45,4 x + 1 x [0, 45.4] 45,4 kg 1 3% Barème qualitatif y = 0,000 05x + 1 x [0,20 000] Fiabilité et durée de vie du 8% Barème qualitatif produit Impacts sonores 4% y = 1 50 x [0,50] 50 db Impacts visuels 4% Barème qualitatif 4.4.7

17 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES Entreposage Capacité d entreposage 12% Le stockage de l eau est une étape importante après la captation. Une fois captée par les gouttières propres au client, l eau doit être stockée dans les cuves destinées à cette tâche. La superficie moyenne d une toiture au Québec est évaluée à environ 80m 2 [36]. En utilisant les statistiques des précipitations mensuelles sur la ville de Québec [37], nous sommes en mesure d évaluer le volume minimals de la cuve, soit 2560 litres, en supposant des conditions maximales. Cela représente 25% des précipitations mensuelles. Le barème servant à évaluer ce critère est le suivant : y = v v [2560, 4000] Où y est la valeur allouée entre 0 et 1 lorsque v varie et v est le volume disponible pour entreposer l eau. Elle appartient à l intervalle Lorsque v est inférieur à 2560, la solution est rejetée en se basant sur la demande du client. Une cpacité de 4000 litres représente la valeur maximale du volume étant donné les bénéfices peu important de stocker un volume plus grand. La note de 1 est donc allouée dans ce cas pour ce barème Niveau de sécurité de l entreposage 8% La sécurité de la cuve d entreposage se mesure selon plusieurs facteurs. Ceux-ci s expriment dans le barème suivant, qui évalue les risques de dangers de la solution d entreposage. Aucun danger possible 1 Danger improbable 0.75 Danger possible 0.50 Risques élevés 0.25 Danger certain Distribution de l eau 25% Réponse aux besoins d irrigation réguliers (17%) Un arrosage régulier est nécessaire afin de maintenir un niveau d humidité dans le sol. Il est important d éviter que les plantations s assèchent ou qu elles soient inondées. Il est donc nécessaire d avoir un arrosage intelligent qui tiendra compte de plusieurs facteurs. Nous accordons une importance de 17% de la note finale au critère de l arrosage, puisqu il constitue un attribut essentiel à l accomplissement de l objectif du projet.

18 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 11 Arrosage que lorsque nécessaire. 1 Arrosage alors que c est bénéfique Arrosage alors que c est néfaste Arrosage non programmé. 0 L arrosage lorsque nécessaire est la meilleure option puisque l apport en eau se fait lorsque les besoins sont indispensables, alors que l usage bénéfique est vu comme un apport en eau qui n est pas nuisible, mais qui pourrait être remis à plus tard. Dans ce dernier cas, on utilise donc l eau inefficacement Combler les besoins ponctuels 8% L eau contenue dans le réservoir ne doit pas subvenir qu aux besoins d irrigation des plantations. Elle doit aussi être en mesure de combler les besoins ponctuels en eau, comme le lavage de la voiture, le remplissage de la piscine ou autres travaux extérieurs. Il est donc important de s assurer que ces besoins occasionnels puissent être satisfaits. Cette section comporte donc une importance de 8%. Le barème qualitatif suivant permet de vérifier si ce critère a été respecté. Permet de répondre à tous les besoins ponctuels en eau possibles du client. 1 Permet de répondre à la majorité des besoins ponctuels en eau du client Ne répond pas à la plupart des besoins ponctuels en eau du client Ne répond pas aux besoins ponctuels en eau du client Automatisation du processus 30% Fréquence d intervention humaine (8%) Les opérations d arrosage et la supervision du système sont une partie extrêmement importante. Un usage adéquat de l eau doit être fait, ainsi qu une vérification adéquate des entrées et sorties. Pour ces raisons, une partie aussi importante du projet est accordée à ce critère. Pour évaluer l automatisation du système et sa supervision, nous voulons réduire le plus possible l interaction du propriétaire dans le système. Toutefois, les systèmes d automatisation et les systèmes de révision ne possèdent pas de cotes ou de barèmes quantitatifs qui mesurent l interaction de l utilisateur dans le processus. Cela dit, une note parfaite de 1 sera octroyée à une solution qui ne demande aucune intervention de l homme pour accomplir le processus d arrosage et la vérification du système. Ensuite, une note de 0,5 sera accordée à un système qui demande une courte intervention par semaine pour l accomplissement des travaux d arrosage et la supervision de ces tâches. Enfin, une note de 0 sera accordée à un système qui demande la participation du propriétaire pour une longue période pour combler les besoins en eau du terrain et ses vérifications.

19 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 12 Ne demande aucune intervention 1 Demande une courte intervention par 0.50 semaine Demande plusieurs interventions ou 0 une longue intervention par semaine Capacité d archivage des données (6,5%) En ce qui concerne la production de rapports et d archives sur la consommation, le client n a mentionné aucune restriction précise, mise à part la durée d archivage des données. C est pourquoi nous mettrons l accent sur ce critère pour évaluer notre système de production de rapport. Nous considérons que le fichier contenant les données d une journée occupe au maximum 1 Mo étant donnée qu un simple fichier texte ne pèse que 4 Ko. Ainsi, au vu de la très grande capacité des méthodes de stockage moderne qui surpassent facilement les attentes d archivage, nous utiliserons le barème suivant : y = t 5 15 t [5,20] Où y est la valeur allouée entre 0 et 1 lorsque t varie et t est la durée de vie du périphérique. La variable t appartient à l intervalle Lorsque t est inférieur 5, la solution est rejetée en se basant sur la demande du client. Lorsque t est supérieur à 20, on alloue la valeur de 1 pour ce barème. Ainsi la capacité de stockage en année du périphérique est liée à sa robustesse Capacité de maintien du contrôle du système lors d une panne électrique (6,5%) Une des conditions importantes mentionnées par le client est de maintenir le système en marche durant un période de vingt minutes lors d une panne électrique. Il est donc important que la logique du système puisse faire un arrêt complet de façon sécuritaire lorsque le fournisseur électrique est en panne. Un barème du système doit respecter l équation suivante pour respecter ces conditions : y = t t [20,40] De ce fait, y est la valeur alloué entre 0 et 1 lorsque t (en minutes) varie, où t est le temps de maintien en vie du système. La variable t appartient donc à l intervalle minutes. Lorsque t est inférieur à 20 minutes, la solution est rejetée. Lorsque t en supérieur à 40 minutes, on alloue une valeur de 1 pour ce barème. Comme on le sait, stocker de l énergie électrique est très difficile et couteux. C est pourquoi nous avons fixé le maximum à 40 minutes, soit 100 % de plus que la demande du client. Un maximum qui nous semble atteignable et qui sera amplement suffisant pour effectuer l arrêt complet du système.

20 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES Convivialité de l interface (4%) L utilisateur du système est en interaction quotidienne avec l interface afin d y consulter plusieurs aspects, comme les opérations d arrosage en cours. Cette interface doit permettre une utilisation simple et concise, tout en ayant une bonne qualité graphique. En effet, la simplicité de l interface et importante afin de minimiser les erreurs involontaires de l utilisateur. De plus, en cas d erreurs, l interface doit guider l utilisateur pour règler le problème et lui permettre ainsi d avoir une plus grande autonomie. L efficacité de l interface est évaluée selon une échelle qualitative. Comme il est difficile d évaluer le critère d efficacité, le barème utilisé est en fonction du nombre d appareils sur lequel l interface est accessible : Accessibilité par plus de 3 type d appareils 1 Accessibilité par 2 ou 3 type d appareils 0.50 Accessibilité par 1 seul type d appareil Sécurité des données(5%) Il est important que toutes les données recueillies soient archivées adéquatement. C est pourquoi l entreprise se doit d intégrer à la solution un système capable de protéger les informations obtenues et de les stocker sans aucune perte. De plus, on doit envisager la possibilité qu un voisin malveillant ayant un fils ou une fille en génie informatique, puisse venir détruire les données par jalousie de notre système d arrosage. Nous devons donc en assurer la sécurité. Les barèmes ci-dessous expliquent comment juger une solution en fonction de sa sécurité. Sécuritaire et aucune perte des données possible Sécurité adéquate mais possibilité de perdre des données Aucune perte des données possible, mais sécurité inadéquate Perte des données possible et sécurité faillible Entretien, maintenance et utilisation 25% Nombre de pièces (1%) La simplicité de la mécanique du système en général se divise en plusieurs facteurs. Le nombre de pièces non-enfouies, le poids de celles-ci, ainsi que l entretien et le nettoyage de l appareil. Les pièces réfèrent aux différentes divisions à désassembler pour un rangement

21 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 14 efficace. En ce qui concerne le nombre de pièces, nous avons réparti les points attribués à ce sujet selon le barème suivant. Étant donné qu un grand nombre de pièces n est qu un inconvénient mineur et qu il n est pas explicitement formulé par le client, cette note ne vaudra que pour 1% de la note finale. Une seule pièce étant l idéal, nous lui avons attribuée la meilleure cote alors qu en augmentant graduellement, nous arrivons au constat que 12 pièces complexifient exagérément la machine. 1 à 2 pièces principales 1 3 à à à et plus Masse du système transportable (1%) En ce qui concerne la masse du total des pièces non-enfouies, l idéal étant qu aucune manipulation ne soit nécessaire, la meilleur note est attribuée linéairement au plus petit poids possible. Nous avons donc fixé le maximum à 45,4 kilogrammes puisque, selon le client, le système doit pouvoir être déplacé par deux personnes. Ce barème se justifie par un article de la CSST qui stipule qu une personne ne peut soulever un poid plus grand que 22,7 kg. Ce barème tient aussi compte de l écart de force entre différents individus et que deux femmes pourraient être amenées à effectuer le déplacement. y = 1 x + 1 x [0, 45.4] Fréquence de l entretien et du nettoyage (3%) La cote accordée à l entretien et au nettoyage est allouée de manière qualitative. Nous jugeons ainsi qu aucun entretien est l idéal et qu un entretien hebdomadaire constitue une véritable nuisance à la viabilité de l ensemble. Le barème est le suivant : Aucun entretien ou presque 1 Entretien annuel 0.75 Entretien saisonnier 0.50 Entretien hebdomadaire 0.25 Entretien constant et soutenu Coûts reliés au produit (4%) Pour ce qui est du coût, nous attribuons une meilleure note à un prix bas et proportionnellement une note plus basse à un système dont le prix est plus élevé. Ainsi, la meilleure note pour le prix est donnée à un système qui est gratuit. Nous le considérerons donc comme

22 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES 15 étant le prix idéal. Évidemment, il n est pas réaliste d affirmer qu un tel système peut être gratuit, mais la formule utilisée nous accorde un bonne marge de manoeuvre et est tout de même représentative. y = 0,00005x + 1 x [0,20 000] Fiabilité et durée de vie du produit (8%) Il est important que le système soit très fiable dans son ensemble afin de limiter les bris mécaniques qui pourraient entrainer une éventuelle panne. Les matériaux choisis doivent être très robustes et viables pour permettre de réduire au maximum la dégradation du système. Le niveau de fiabilité du système peut être évalué à partir du tableau qualitatif suivant : Impacts sonores (4%) Très robuste et longue durée de vie 1 Robuste et bonne durée de vie 0.50 Fragile et courte durée de vie 0 Le système doit s intégrer avec son environnement. Il est donc important de limiter l impact sonore. Le bruit engendré par le système ne doit pas excéder 50dB, soit la valeur maximale acceptable afin que les voisins ne soient pas importunés [50]. Puisque le calcul de la somme des bruits engendrés par les différentes composantes est d une complexité particulière, il est clair qu une approximation du bruit devra être fait, autrement dit, en calculant le barème à l aide de la pièce la plus bruyante. Il est alors possible d évaluer l impact sonore à partir du barème suivant : y = 1 50 x + 1 x [0,50] où x représente l impact sonore de la composante émettant le plus de bruit en décibel. Si le bruit occasionné est supérieur ou égal a 50dB, la solution sera rejetée Impacts visuels (4%) L apparence de la partie extérieure du système est un aspect considérable lors de la conception. Il doit s intégrer avec la demeure afin d éviter les effets visuels dérangeants. Il est possible d évaluer ces effets à partir du barème qualitatif suivant : Aucun impact 1 Peu visible 0.75 Visible 0.50 Très visible 0.25 Nuisible 0

23 CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES Maison de la qualité Dans la figure 4.1, nous pouvons voir un résumé qui présente les corrélations entre les objectifs, les critères et les contraintes du projet. Figure 4.1 Maison de la qualité

24 Chapitre 5 Conceptualisation et analyse de faisabilité 5.1 Diagramme fonctionnel Afin de simplifier la compréhension du système, nous avons créé un diagramme fonctionnel 5.1 pour ainsi expliquer les différentes parties. Figure 5.1 Diagramme fonctionnel 17

25 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 18 Cinq intrants doivent être traités pour finalement donner quatre extrants. Commençons d abord par l eau d aqueduc qui est acheminée directement au point d entreposage lorsque la cuve ne contient plus d eau de pluie. Le contrôleur prend la décision d alimenter ou non la cuve en eau d aqueduc. Ensuite, l eau de pluie est collectée et est entreposée dans un réservoir. Le contrôleur décide si elle est acheminée vers le réseau de distribution ou si elle est entreposée. Les demandes de l utilisateur ainsi que les informations météorologiques et environnementales permettent au contrôleur de prendre ces décisions. Ces informations sont transmises vers les actionneurs, vers le contrôleur ou vers le stockage de données. Une interface opérateur affiche les travaux d arrosage en cours, aide l utilisateur dans ces choix et permet la sélection des différents modes d opération. Un rapport de consommation et d entreposage est produit par le contrôleur et est enregistré pour une période de 5 ans. Finalement, une certaine énergie (soit chimique, électrique, mécanique...) est transformée en énergie électrique. Cette source de courant est entreposée et transmise au système lors de panne. La sécurité informatique permet de sécuriser la transmission de l information, le traitement de l information ainsi que le stockage des données. 5.2 Élaboration des concepts de solution Entreposage et distribution de l eau Le système de récupération d eau de pluie permet dentreposer l eau qui s écoule sur le toit de la maison par les gouttières et les tuyaux de descente que nous supposons déjà installés sur la maison. En effet, l eau collectée se déverse dans une cuve pour ensuite être acheminée aux différentes installations d arrosage. Le modèle de pompe pour acheminer l eau à ces installations sera le même pour chacun des concepts d entreposage, soit le modèle 3000/4 de la compagnie GARDENA au prix de 99$ [39]. Pour l arrosage régulier, un ensemble d au minimum cinq gicleurs T-100 Comfort de GARDENA à 15$ chacun seront installés selon les besoins de l utilisateur [42]. Tel qu établit dans le cahier des charges, la cuve doit avoir une dimension d au moins 2,6m 3 afin de stocker un minimum de 2560 litres Les solution retenues sont : une petite cuve hors-sol de polyéthylène avec une cuve de béton enterrée , une cuve en tôle et une cuve de polyéthylène enterrée Ainsi, le matériau et la capacité du modèle retenu devront respecter les aspects suivants : Aspects physiques Le système doit être robuste et respecter les dimensions nécessaires. Aspects économiques Le système doit avoir une durée de vie élevée. Aspects temporels Le système doit être fiable et efficace à long terme. Aspects socio-environnementaux Le système doit s intégrer à l environnement.

26 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ Cuve hors-sol ÉcoPluie et Cuve en Béton enterré Waterfix C-90 Description Cette solution combine deux cuves de structures et de matériaux différents situées à deux niveau d installation. Premièrement, la cuve hors sol en plastique 100% recyclé de ÉcoPluie a une capacité de 60 litres et est disponible à seulement 40$ [40]. L eau recueuillie par les gouttières est acheminée directement à la cuve par un tuyau. Cette eau peu ensuite être utilisée par le robinet afin de combler les besoins ponctuels, comme laver la voiture. La cuve enterrée est fait de béton, un ciment alcalin qui neutralise l acidité naturelle de l eau de pluie en déminéralisant celle-ci. Par contre, l eau doit stagner dans la cuve pendant environ 15 jours pour que le processus soit efficace. La citerne Waterfix C-90 conçue par Eloy Water est disponible à une dimension de 3m 3, ce qui permet d entreposer environ 3000 litres d eau. Ce modèle en béton fibré haute performance à un poids de 2,4 tonnes. L entreprise offre plusieurs options supplémentaires comme des filtres autonettoyants et dispositifs d aspiration et d infiltration. Elle alloue aussi une garantie de 10 ans sur la cuve [41]. Décision Retenu Justification La citerne de béton Waterfix C-90 offre plusieurs avantages et bienfaits, comme la neutralisation de l eau. Aussi, ce modèle répond aux critères de durabilité et de capacité de stockage du réservoir. De plus, l ajout d une petite citerne hors-sol permet de comber les besoins ponctuels de l utilisateur En Feuille de Tôle Description Cette solution est conçue d une plaque de tôle composée d acier galvanisé ainsi qu un revêtement intérieur en PVC 1 qui résiste aux rayons ultraviolets et à la plupart des proliférations bactériennes. Pouvant accueillir jusqu à 7 m cube d eau, le réservoir conçu par Diva plastiques est facilement démontable pour le ranger à l hiver. Il est aussi muni d un robinet pouvant être relié au réseau de distribution d arrosage. Le prix doit être fixé selon une évaluation de l entreprise Diva plastiques. Décision Rejeté Justification Considérant sa légèreté, son transport est relativement facile. Par contre, ce système est plutôt fragile et son installation difficile, voir dangereuse, et nécessite donc l action de professionnelles. De plus, son aspect esthétique ne s agence pas au décor extérieur typique québécois. 1. Polyvinyl Chhloride

27 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ Cuve Enterrée en polyéthylène (Aqualentz de Sotralenz Habitat) Description Les cuves construites en polyéthylène sont extrêmement légères et durables. Elles sont parmies les plus répandues et les plus utilisées, puisqu elles sont facilement transportables. Les cuves de la gamme Aqualentz de Sotralentz Habitat sont conçues pour répondre aux besoins du client. Nécessitant peu d entretien, la cuve Simple Peau SP-SZ avec rehausse REHC 600/580 à visser est un choix considérable. Pouvant contenir jusqu à 3500 litres, une telle cuve est équipée d un tampon renforcé et isolant réduisant les risques d inondations et de détériorations. Elle est aussi munie d une rehausse à visse verrouillable permettant ainsi l" accès à l intérieur de la cuve tout en étant sécuritaire pour les jeunes enfants. Elle est d ailleurs équipée d une entrée d eau de pluie brute et d une évacuation du trop-plein. De plus, un filtre démontable autonettoyant doté d un clapet anti-retour empêche la pollution de l eau. Afin de combler les besoins ponctuels, un tuyau relié à la pompe est installé pour acheminer l eau vers un robinet extérieur. Il est difficile d obtenir le prix exact de cette solution puisque les coûts des travaux d excavation dépendent de plusieurs facteurs. Décision Retenu Justification Vu ces multiples avantages, la solution de la cuve sous-terre en polyéthylène est retenue. Robuste et légère, ce type de réservoir nous permet de la transporter aisément. On pense aussi à l aspect esthétique qui est respecté puisqu elle est enterrée. Son coût est relativement élevé en raison des travaux d excavation nécessaires. On parle donc d un investissement considérable à l achat. Ayant une durée moyenne de 25 ans, on peut recycler la cuve lors de son remplacement. Le polyéthylène étant légèrement acide, il permet de prévenir la corrosion en dissolvant le calcaire qui s accumule dans la tuyauterie. Référence [37] Concepts Cuve en béton hors-sol, Waterfix C-90 Table 5.1 Entreposge et distribution de l eau Aspects de l analyse Décision Physiques Économiques Temporels Socio-envir. Oui mais Oui Oui Oui Retenu mais En Feuille de Tôle Oui Oui Oui Non Rejeté Cuve Enterrée Oui Oui Oui Oui Retenu

28 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ Collecte des données externes La collecte des données externes est une partie importante du système. Cette section permet de capter l information de l environnement qui sera utilisé pour le contrôle de l arrosage ainsi qu une distribution efficace de l eau. Nous utiliserons les critères précédemment choisis pour trancher quelle(s) solution(s) entre les capteurs , la collecte d information à partir d internet et l utilisation d un temporisateur (timer) sera\seront retenue(s). Aspects physiques La solution choisie doit être robuste Aspects économiques On doit minimiser les coûts du concept choisi Aspects temporels La solution doit durer le plus longtemps possible Aspects sociaux environnementaux Ne s applique pas Utilisation de capteurs (RB-Ghi-78 + SEN118A2B + cellule photoélectrique) Description Les capteurs sont généralement peu couteux et aisément adaptables à différents types de contrôleurs pour transformer certaines grandeurs physiques en signaux électriques, ou autre signal de communication. Pour une plus grande précision, les capteurs de type analogiques sont proposés [12] [13]. Le capteur d humidité RB-Ghi-78 de Gadgeteer est une solution envisageable [9]. Il permet de capter le taux d humidité contenu dans le sol et le transformer en une tension variable de 3,3 à 5 V. Son prix est intéressant puisqu il ne coûte que 10 $. L utilisation d un capteur de température est aussi utile. Il permet d avertir l utilisateur lors de période de gel. Un capteur dont la résistance interne varie linéairement comme le SEN118A2B de seeed studio est un bon choix. Sa résistance interne peut varier de 133KΩ à 8KΩ pour des températures de -25 degrés à 30 degrés Celsius [10]. Un simple montage de diviseur de tension permet de moduler cette variation en une variation de tension qui peut être lue par la plupart des automates. On peut s en procurer un pour la modique somme de 4$. Pour terminer, la solution avec capteur doit comprendre un capteur d intensité de luminosité. De ce fait, les opérations d arrosage devront se faire durant la soirée ou tôt le matin, lorsque l intensité lumineuse n est pas trop élevée, mais plus intense qu une journée de pluie ou lorsque la nuit est tombée. Pour cette étape, une cellule photoélectrique est une solution intéressante. Son utilisation est semblable au capteur de température retenu et elle ne coute pas plus de 1$ [11]. Décision Retenu Justification

29 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 22 À cause de leurs faibles coûts et leurs adaptabilités à plusieurs environnements de contrôle, l utilisation de capteurs analogiques est un concept de solution retenu. Leurs utilisations permettent la prise de mesures de différents types de grandeurs physiques présents dans notre système à automatiser. Les senseurs peuvent aussi aider à automatiser l arrosage de différentes zones sans nécessairement en arroser une autre. Nous devrons toutefois construire une petite boîte permettant de protéger les capteurs. On augmentera ainsi leurs durées de vie. L aspect robustesse est plus ou moins respecté, mais le coût minime des capteurs encourage leur remplacement si jamais ceux-ci brisent Collecte d information par internet(labview + carte d acquisition + site météorologique GC) Description Un autre moyen de recueillir de l information en temps réel est d y accéder via le web. Le gouvernement canadien met en ligne plusieurs informations météorologiques sous forme de chaîne de caractères.[46] Certains logiciels permettent d obtenir facilement du contenu venant d internet. Par exemple, le logiciel Labview est une solution envisageable. Ce logiciel développé par National Instrument est un environnement de programmation facile d usage. Basé sur un programme construit graphiquement, l utilisateur peut facilement obtenir, via le protocol DataSocket, du contenu HTML 2 [15]. L accès à cette documentation météo permet donc l automatisation d un système d arrosage. De plus, le logiciel possède tous les atouts pour devenir un contrôleur. Nous y reviendrons dans la section L utilisation d un logiciel comme Labview nécessite un ordinateur capable de le supporter. Une somme assez substantielle est donc nécessaire pour utiliser cette technologie. L achat de matériel compatible avec le logiciel est aussi requis. Par exemple, on doit se procurer une carte d acquisition de données numériques pour l entrée de certaines informations. Le coût totale est estimé à 2300$, ce qui fait 2,30$ par récupérateur d eau en supposant la vente d au moins 1000 systèmes. Référence générale : [14] Décision Retenu Justification Vu le grand potentiel de ce logiciel ainsi que ses fonctionnalités, cette solution est retenue. Nous pourrons ainsi accéder aux informations météorologiques locales contenues sur le web et prévoir les périodes de temps sec pour arroser, mais aussi ne pas arroser par temps pluvieux. De plus, ces informations peuvent être recueillies de façon automatique par un programme construit graphiquement dans Labview. L opérateur aura donc peu ou pas d interventions à faire au niveau du procédé. L inconvénient majeur est le coût assez élevé du logiciel et du système informatique nécessaire. Puisque le système est gardé à l intérieur, cette solution à 2. Hypertext Markup Language

30 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 23 une bonne durée de vie. On peut donc comparer la durabilité de cette solution à celle d un ordinateur à domicile, soit d environ 5 ans Utilisation d une minuterie électronique Description Pour réduire les coûts d installation initiaux ainsi que les coûts reliés à l entretient, une minuterie pourrait être installée au système d arrosage. Nous n avons donc pas besoin de recueillir de l information sur l environnement [16]. De ce fait, à tous les jours à la même heure, le système se met en marche et comble les besoins en eau. Par temps pluvieux, l utilisateur peut arrêter manuellement le système. Aucune information provenant de l extérieur n est donc acheminée au contrôleur. On simplifie donc beaucoup le travail d automatisation. Décision Rejeté Justification Dans son mandat, l entreprise high6 doit absolument faire une gestion efficace de l eau de pluie recueillie. L arrosage sans aucun soucie de l environnement extérieur n est pas une solution. Les barèmes imposés par la compagnie ne sont pas atteints puisque l intervention humaine est nécessaire de façon assez répété. De plus, il est possible que le système se mette en marche si l utilisateur omet de l arrêter lors de temps maussade. Nous n utiliserons donc pas cette solution. Table 5.2 Collecte des données Concepts Utilisation de capteurs Collecte d information par internet Utilisation d une minuterie électronique Aspects de l analyse Physiques Économiques Temporels Socio-envir. Décision Oui, mais Oui Oui, mais N/A Retenu Oui Oui Oui N/A Retenu Oui Oui Oui N/A Rejeté Transmission La connectivité est un élément essentiel, car elle permet la communication entre les différents éléments du système. Plusieurs protocoles de communications sont à notre disposition, mais ceux que nous avons retenus sont le Zigbee ( ), le Wi-fi 3 ( ) et le Bluetooth 3. Wireless Fidelity

31 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 24 ( ). Ils doivent répondre aux exigences du client et du système. Aspects physiques Non applicable Aspects Temporels : Connectivité à distance doit pouvoir etre etablie Aspects Economiques : Durable et à faible cout Aspects socio-environnement Conformité aux normes de communication sans-fil Zigbee (EM300) Description ZigBee est un protocole de haut niveau et une technologie de communication basée sur la norme IEEE pour les réseaux à dimension personnelle et permettant d obtenir des liaisons sans-fil à très bas prix et à consommation réduite. Utilisant une bande de fréquence de l ordre des 2,4 GHz 4 sur 16 canaux, ZigBee propose un protocole lent dont le rayon d action est relativement faible soit d environ 100m, mais dont la fiabilité est assez élevée, avec une vitesse de transfert de l ordre de 250 kb\s 5 et un nombre de noeuds de l ordre de avec autonomie sur pile allant sur des années. Son fonctionnement résulte en une communication par signaux cryptés transmis par voie radio entre les différents modules de communication. Ce protocole nécessitant peu de mémoire, son prix de revient est faible et la consommation considérablement réduite. On retrouve donc ce protocole dans des environnements embarqués à l instar de l environnement industriel où la consommation est un critère de sélection. Ainsi, le concept de domotique de par les différents capteurs qu il implémente pour l automatisation des tâches apprécient particulièrement ce protocole. La puce EM300 du leader Ember dans la technologie sans-fil se presente comme la plus perfomante actuellement disponible sur le marché et repond aux caractéristiques et exigences de notre systeme. En effet, à la difference de ses prédécesseurs EM351 et EM357, la puce EM300 possède une excellente portée dans les liaisons radio, supprimant ainsi le besoin d avoir un amplificateur de signal si la distance se voit agrandie. Sur une batterie augmentée de 25% en duréee de vie, elle diminue le temps de transfert des messages et de ce fait même, la consommation en énergie. Offrant un signal de liaison dans l ordre des 109 db 6 et un courant de veille plus bas que 400 na 7 elle se positionne à la vue des précédentes caractéristiques, comme étant l une des meilleures gammes de puce actuellement disponible, et à faible coût à savoir environ 3$. Décision 4. Giga Hertz 5. Kilo byte par seconde 6. décibels 7.,

32 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 25 Retenue Justification La technologie Zigbee est une solution qui répond aux besoins du client puisqu elle peut être obtenue à faible coût et permet une consommation réduite d énergie. Elle est aussi approuvée pour une utilisation domestique. De par ses spécifications, elle est tout à fait adaptée pour répondre aux différentes exigences du système Wi-fi (QHS600) Description Le Wi-Fi est un ensemble de protocoles de communication sans fil régi par les normes du groupe IEEE (ISO/CEI ). Un réseau Wi-Fi permet de relier sans fil plusieurs appareils informatiques (ordinateur, routeur, décodeur internet, etc.) au sein d un réseau informatique afin de permettre la transmission de données entre eux. Au delà des différentes normes existantes, le Wi-Fi présente une vitesse de transfert des données de 11 à 320 Mb/s 8 et d une portée d environ 300 mètres. Son utilisation offre mobilité et flexibilité à l utilisateur et lui permet de contrôler un ensemble d équipements dans un rayon déterminé. Ainsi, cette technologie peut mettre en œuvre une connexion aussi bien à courte distance car ayant un rayon d action limité, mais propose aussi des solutions présentant des «portes» permettant une connexion à distance. Nous pouvons donc à travers ce concept, mettre en œoeuvre une interconnexion de réseaux utilisant la technologie Wi-Fi et partageant des données. Quantenna Communications, une entreprise oeuvrant dans le domaine de la technologie Wi- Fi propose la puce QHS600, moins chère et utilisant moins d energie. Pouvant supporter une vitesse minimale de 145 Mb\s 9, elle présente de meilleures performances. Avec un taille réduite et ses quatres antennes utilisées pour l émission et la reception, elle voit son travail divisé en quatre pour une optimisation des performances. Elle se voit donc ainsi à même de supporter differents standards et protocoles de communication réseau. Décision Retenue Justification La technologie Wi-Fi présente des spécifications intéressantes pour le projet. En effet, en plus de répondre aux exigences du client, elle permet de relier plusieurs équipements au sein d un seul réseau de communication. Étant une technologie disponible depuis plusieurs années, déjà employée dans la plupart des résidences, et vulgarisée, un support technique en cas de panne peut facilement être trouvé soit sur internet, soit auprès du fabricant de la solution. 8. megabyte per second 9. Megabyte per second

33 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ Bluetooth (INConcert BCM4325) Description Bluetooth est une spécification de l industrie des télécommunications qui utilise une technique radio courte distance destinée à simplifier les connexions entre les appareils électroniques. Elle a été crée dans le but de remplacer les câbles entre différents équipements électroniques. Sa technologie, au delà des différentes normes, lui offre une portée allant de quelques mètres à 100m, et une technique de connexion Peer to Peer d une puissance allant de 1 mw 10 à 100 mw. De plus en plus retrouvée dans les appareils électroniques, cette technologie implémente d une façon assez simple et évidente la communication à distance. En effet une connexion Bluetooth résulte en un triplet connexion-transfert-déconnexion. La connexion ici étant une connexion sécurisée de type point a point, car utilisant un seul lien de communication et demandant explicitement l accord du récepteur pour établir et maintenir la connexion. Le transfert peut résulter soit à un envoi/réception de données, soit à un prise en main de l équipement «esclave» par l équipement «maître» ; et la déconnexion est établie lorsque l une des parties désire mettre fin à la communication. L entreprise broadcom, fabricant des puces à technologie sans fil, propose parmi ses solutions la puce INConcert BCM4325. Cette puce, révolutionnaire sur le marché, a comme caractéristique de permettre à la fois d offrir des services en bluetooth, en wifi et en radio FM 11. Présente déjà dans plusieurs équipements electroniques, elle permet une consommation d énergie basse et une compatibilité avec les autres puces et composantes electroniques déjà en vente, dependement de la bande de frequence utilisée. Décision Retenue Justification La technologie Bluetooth de par son aspect sécurité dans la communication, est un atout essentiel pour notre système. En plus de répondre aux différentes exigences, sa mise en œuvre et sa connectivité est relativement simple à établir. Table 5.3 Transmission Concepts Aspects de l analyse Physiques Économiques Temporels Socio-envir. Décision Zigbee (EM300) N/A Oui Oui Oui Retenu Wifi (QHS600) N/A Oui Oui Oui Retenu Bluetooth (INConcert BCM4325) N/A Oui Oui Oui Retenu 10. miliwatts 11. Frequency Modulation

34 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ Sécurité de l information Le client a demandé expressément que le système soit imperméable aux intrusions informatiques. La sécurité informatique implémentée de manière logicielle permettra donc de garantir le contrôle à l utilisateur. Puisque l intrusion peut se produire à différents endroits dans le système informatique, différentes mesures peuvent être prises pour la contrer. Les options que nous proposons sont la mise en place d un mot de passe ( ), d un mot de passe et de TLS 12, d un mot de passe ( ), du TLS et du chiffrement des données locales ( ). Aspects physiques Doit avoir une durée de vie d efficacité élevée ou améliorable. La technologie employée doit être disponible au grand public. Aspects économiques Les coûts de développement d opération doivent être minimaux. Aspects temporels Le développement de la méthode de sécurité ne doit pas être long. Aspects sociaux environnementaux Non applicable puisque le chiffrement n a aucune répercussion sur son environnement Mot de passe Description Le mot de passe consiste tout simplement à entrer un code lors de l accès aux contrôles du système, ce qui garanti l authenticité de l usager. Ce code sera composé d un minimum de 12 caractères alphanumériques assurant ainsi une bonne sécurité. Celui-ci sera bien entendu chiffré de manière logicielle pour garantir sa sécurité lors de la transmission. Cette méthode de sécurité serait implémentée de manière logicielle dans l interface utilisateur, bloquant ainsi l accès au contrôle du système à un éventuel intrus qui aurait accès physiquement à l interface de commande. Décision Retenu Justification Les mots de passe sont choses courantes dans l industrie et sont une méthode qui a fait ses preuves. Ainsi elle s avère simple et efficace, facile à mettre en place, et n occasionne que peu de coût puisque le développement logiciel est très simple. Référence [28] 12. Transport Layer Security

35 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ Mot de passe et sécurisation des transmissions par TLS Description Pour s assurer qu il n y ait pas d intrusion lors du transfert des données, incluant l envoi des commandes, un protocole de chiffrement des communications doit être utilisé. Celui que nous mettons en avant dans ce concept se nomme le Transport Layer Security (TLS) et est l un des plus fréquents sur internet. En effet, c est le protocole qui est utilisé par la plupart des navigateurs web et pour les transactions bancaires. Celui-ci garantit la confidentialité des données échangées (ou session chiffrée) ainsi que l intégrité de celles-ci. Pour chiffrer les données, il utilise les algorithmes RSA et AES combinés qui offrent donc un niveau de sécurité optimal. En ce qui concerne le prix, il est nécessaire de se procurer un certificat valide à tous les ans [63], pour se faire nous utiliserons le fournisseur OpenSSL qui fourni un certificat gratuitement, les coûts de développement étant donc nuls grâce au volume de vente[64]. Décision Retenu Justification La technologie a été éprouvée tout au long de ses nombreuses années d existence et elle est toujours très utilisée démontrant qu elle n est pas en voie de désuétude et qu on lui apportera des perfectionnements assidûment. Elle ne demande pas beaucoup de ressources à mettre en place puisqu elle est intégrée aux navigateurs web et d utilisation très commune, alors qu il n est pas nécessaire de débourser pour utiliser le protocole lui-même. Le cout de développement sera donc réduit Mot de passe, TLS et chiffrement des données entreposées localement avec TrueCrypt. Description Il est aussi possible de protéger les données enregistrées localement en rajoutant un chiffrement des ces dernières. Ces données d arrosage et d environnement du système ne sont toutefois pas vitales et ne requièrent donc pas un niveau de sécurité gouvernemental par exemple. C est pourquoi nous proposons dans ce concept le logiciel de chiffrement à la volée TrueCrypt. Ce dernier permet donc d empêcher l accès aux données sans le recours d un mot de passe. Ce programme est suffisamment considéré comme étant sécuriataire puisqu il a reçu un certificat de sécurité de premier niveau par l Agence Nationale de Sécurité des Systèmes d Information de France. Décision Retenu Justification TrueCrypt est un logiciel gratuit et offre une sécurité satisfaisante pour les besoins du système. Le programme n aura donc pas besoin d être développé résultant en des coûts de

36 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 29 développement et d opération nuls. Référence [29] Table 5.4 Sécurité de l information Concepts Aspects de l analyse Physiques Économiques Temporels Socio-envir. Décision Mot de passe Oui Oui Oui N/A Retenu Mot de passe et Oui Oui Oui N/A Retenu sécurisation des transmissions par TLS Mot de passe, TLS et chiffrement des données entreposées localement avec TrueCrypt Oui Oui Oui N/A Retenu Interface d utilisation L interface d utilisation permet à l utilisateur d accèder au système et aux données du système, autant localement qu à distance. Afin d arriver à ce résultat, trois concepts de solutions sont possibles. Il y a la création d une application pour ordinateur et appareils mobiles ( ), l utilisation d une interface web ( ) et une application avec accès à distance ( ). Aspects physiques L interface doit être simple d utilisation Le système doit être accessible de partout Aspects économiques Coût de production et de maintenance de l interface faible Aspects temporels L interface d utilisation doit être durable et maintenue à l ordre du jour Aspects socio-environnementaux Non-applicable Application pour ordinateur et appareils mobiles Description Une application est une interface qui permet d effectuer des actions via une machine électronique. Plus concrètement, elle est constituée de code qui permet de réaliser des actions.

37 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 30 L utilisateur commande donc au programme des opérations à effectuer sur le système et celui-ci les éxécute. Les applications peuvent être développées pour plusieurs appareils tels les ordinateurs de bureau, les ordinateur portables, les tablettes tactiles, les téléphones cellulaires ou tout autre appareil intelligent. Dans ce cas-ci, les informations et les commandes du système sont accessibles via une application disponible sur ordinateur comme sur des appareils mobiles. L application pour ordinateur sera développée en C++ et celles pour les appareils mobiles, en Java. Le C++ a été choisit pour l application sur ordinateur puisqu il est puissant et versatile. Par contre, le Java a été choisit pour les appareils mobiles puisqu il est le langage le plus commun sur ces plateformes. Avec la technologie du "Nuage" il est possible d avoir toutes les informations du système synchronisées sur chaque appareil. Cette technologie permet le stockage des données sur un serveur distant.[25] Les données sont donc accessibles via tous les appareils qui y sont connectés. Décision Retenue, mais Justification Cette solution est retenue puisqu elle permet un accès simple aux données par le biais d une interface logique et rapide d utilisation. Le programme et les données sont d autant plus accessibles par différents appareils ce qui rend cette solution portable. De plus, la création d un tel programme est amplement réalisable pour des programmeurs. Le seul point négatif réside dans le temps et les coûts de production. Effectivement, comme il est nécessaire de créer plusieurs programmes pour les différentes machines, le temps de production sera beaucoup plus long et donc plus coûteux. Considérant que le salaire d un programmeur est d environ 22$/heure[35], qu il faudrait environ 4 personnes pour réaliser les logiciels et ce sur une durée de 3 mois, les coûts de productions seraient d environ $. Divisé par le nombre d acheteurs, qu on estime à 1000, le coût pour les clients est d environ 50$. De plus, la maintenance de ces différents programmes apportera des frais assez élevés considérant les avancés technologiques constantes dans le milieu de l électronique. Référence [24] Interface web Description Une interface web, communément appelée un site internet, permet une bonne communication entre l utilisateur et la machine. Celle-ci est habituellement codé en HTML et en CSS, deux codes très répandus qui permettent la création de belles interfaces. Plus précisément, le HTML permet d écrire la structure du site internet avec ses informations. De son côté, le CSS permet le développement de l interface graphique du site. [26] Un agencement des deux permet la création d une interface web complète et structurée. Avec l utilisation d un navigateur internet, une interface web est accessible de tous les appareils qui en sont équipés. Décision

38 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 31 Retenue Justification La solution de l interface web est retenue puisqu elle remplit toutes les contraintes et les aspects mentionnés plus haut. En effet, un site internet offre une simplicité en ce qui concerne son interface et son utilisation. De plus, la présence du système de gestion de donnés sur internet permet d y avoir accès via tous les ordinateurs ou appareils mobiles possédant une connexion internet. Sur le plan économique, les coûts de production et de maintenance de l interface web n est pas trop dispendieuse puisqu elle implique la conception d une seule interface. Cette unique conception amène la production de l interface à être relativement rapide Application avec système d accès à distance Description Un système d accès à distance utilise encore le principe d application décrit plus haut. Par contre, l application n est développée que pour un ordinateur. L accès au système et aux informations se fait donc à distance. Le système d accès à distance utilisé est le logiciel Teamviewer. En effet, ce système permet d accéder à distance à l ordinateur central, qui contient l application. L accès aux données se fait par le biais de tous les ordinateurs possédant un accès internet. L achat d une license de Teamviewer pour une entreprise coûte environ 3000$, mais n apporte pas d autres frais mensuels ou annuels par la suite. [27] Ce logiciel est de plus disponible pour les différents systèmes d exploitations, tels Windows, Mac et Linux. Décision Retenue, mais Justification Ce concept de solution est retenu de par son respect des différents aspects. Comme le concept possède la même base que le concept au niveau de l application utilisée, il possèdera aussi une interface simple et logique pour l utilisation. De plus, grâce à l accès à distance avec Teamviewer, le système peut être contrôlé à partir de tout ordinateur possédant internet et le logiciel d accès à distance. Enfin, comme il est nécessaire de payer pour une license pour utiliser Teamviewer, les frais de productions et d utilisation sont assez élevés. La conception de l application pour ordinateur n est pas très coûteuse, par contre des frais supplémentaires sont nécessaires étant donné le coût élevé de la license de Teamviewer. Avec cet unique programme sur ordinateur, la maintenance est quant à elle peu coûteuse et le logiciel plus durable Traitement de l information Une fois les informations de l environnement captées ou reçues, nous devons les traiter et les acheminées à différents actionneurs qui achemineront l eau aux multiples points d arrosage. Ces décisions seront prises selon un algorithme que l équipe programmera. Plusieurs

39 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 32 Concepts Application pour ordinateur et appareils mobiles Table 5.5 Interface d utilisation Aspects de l analyse Décision Physiques Économiques Temporels Socio-envir. Oui Oui, mais Oui, mais N/A Retenu, mais Interface web Oui Oui Oui N/A Retenu Application avec système d accès à distance Oui Oui, mais Oui N/A Retenu, mais variétés d interface s offrent à nous. Nous ferons notre choix entre un PLC 13 (un automate programmable) , un microcontrôleur , et un ordinateur utilisant un logiciel de gestion de ressource soit Labview Aspects physiques Le cycle d exécution doit être le plus rapide possible Le contrôleur doit être le plus robuste possible La programmation du système doit être facile Aspects économiques Le coût du système doit être le plus bas possible Aspects temporels La solution doit durer le plus longtemps possible Aspects sociaux environnementaux Ne s applique pas PLC (Automate S Step7 Microwin) Description Un automate est une interface de contrôle programmable localement capable de gérer plusieurs entrées et sorties. Plus particulièrement, la série s7-200 de la compagnie simens est une solution intéressante pour notre système[17]. Peu coûteuse par rapport à certains autres modèles, cette série d automate propose différentes gammes de produit. Par exemple, un s7-224, un modèle avec 14 entrées numériques et 10 sorties numériques à relais coûtent en moyenne 600$. Vu notre système assez simple à automatiser, le temps de scrutation du cycle de l automate n a pas besoin d être très rapide. En effet, une exécution booléenne de 0,2 micros secondes par opération de ces modèles d automate est suffisante pour notre situation.[18] Nous devons aussi penser aux autres cartes à ajouter sur notre PLC. Celles-ci feront augmenter la valeur du produit considérablement. De plus, la plupart des automates dont la série 13. Programmable Logic Controller

40 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 33 s7-200 doivent être programmés avec un logiciel payant. L environnement de programmation avec diagrammes en échelle step7 microwin utilisé pour programmer et configurer les automates simens coûte environ 500$ et doit être installé sur un ordinateur standard.[19] Décision Retenue, mais Justification Bien que ces fonctions soient très étendues, l achat d un automate, des cartes supplémentaires et du logiciel de programmation est extrêmement dispendieux. Malgré ce désavantage, nous ne pouvons passer à côté de la robustesse de cet appareil. Conçu pour résister aux conditions industrielles les plus difficiles, l automate relèvera sans aucun doute les attentes les plus hautes en matière de durabilité et de robustesse. Malgré certaines complexités de programmation, le logiciel fournit une bonne assistance au concepteur du programme d exécution. De ce fait, le montage du diagramme en échelle se fera sans trop de problème. L automate programmable jumelé au logiciel step7 microwin est donc une solution retenue, mais le prix du système est à considérer Microcontrôleur(Pic 16F88 + Pic kit 2 + interface) Description Un microcontrôleur accompli les tâches principales que peut exécuter un ordinateur ou un processeur. Beaucoup plus lent que les processeurs modernes, la vitesse d exécution de ces circuits intégrés se situe entre 100 méga hertz jusqu à 1 giga hertz au maximum[20]. Le bas prix de ce circuit intégré en fait un choix très intéressant. On peut trouver certains modèles comme le PIC16F88 de microchip qui comprend 18 pattes dont 16 qui peuvent être utilisés comme entrées\sorties qui ne coûte que quelques dollars. Certaines entrées peuvent être modulées pour accepter des entrées analogiques[21]. Pour pouvoir télécharger un programme dans le microcontrôleur, l utilisateur a besoin du programmateur qui peut aussi jouer le rôle de debugger. L investissement est plus important pour se procurer cet appareil. Les prix varient de 45 à 120 dollars. Pour utiliser un microcontroleur, on doit aussi se procurer un logiciel qui peut interprèter le language de programmation et qui peut le compiler. Certain de ces logiciels sont disponibles sur internet gratuitement comme BASICAVR qui permet de programmer en basic. Une solution simple à utiliser, est de se procurer un pickit 2 qui est compatible avec le pic 16f88. Pour environ 50$ nous pouvons aisément programmer, débbuger, compliler, et télécharger notre programme dans notre microcontrôleur[22]. Décision Retenue Justification Malgré qu il soit plus lent qu un ordinateur et qu un processeur, le microcontrôleur est assez puissant pour répondre aux attentes en matière d automatisation. Le prix relativement bas du programmateur et le prix modique du circuit intégré font de cette solution un assemblage de technologie assez abordable. Une chose à ne pas sous-estimer est l interface à construire

41 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 34 autour du microcontrôleur puisque ces entrées\sorties sont très limités en courant de sortie. De plus, le fait qu un microcontrôleur est sensible aux variations électromagnétiques et sa construction relativement fragile font de ce circuit intégré une solution plutôt incertaine en matière de durabilité. Comme le microcontrôleur est vraiment peu coûteux, il n est pas trop dérangeant de le remplacer Logiciel de gestion de ressources (Labview + carte d acquisition) Description Cette variété de logiciel permet la gestion des entrées\sorties avec une interface graphique facile à programmer. Un programme comme labview, développé par National Instrument, permet aussi l acquisition des données à l aide de plusieurs types de matériel[14]. On peut penser à une carte d acquisition nécessaire pour le traitement des entrées. Ces cartes sont particulièrement dispendieuses. Leurs prix varient de 200 à 1200 $[23]. Le logiciel est aussi dispendieux. L environnement de développement labview peut valoir jusqu à 1100 dollars pour la version de base. Mise à part leurs coûts assez élevés, ce logiciel est extrêmement puissant. Il permet le développement d interface homme-machine, le traitement des données, la supervision du système et l archivage de mesures. On concentre donc toute la programmation dans un même logiciel, ce qui simplifie beaucoup le travail. Décision Retenue Justification Si la compagnie high6 opte pour une solution utilisant un logiciel comme labview, c est à cause de son immense potentiel. L interface graphique permettant la construction du programme sans trop de difficulté. De plus, le logiciel permet la gestion des données ainsi que la création d un interface utilisateur. Ces multiples possibilités font du logiciel un solution pratiquement complète. La compagnie devra développer un interface qui permettera de faire fonctionner chacun des actionneurs puisque la capacité de sortie en courant des cartes d acquisition est limitée. Un autre désavantage à ce système est son coût relativement élevé. Comme mentionné dans la description, la valeur de cette solution peut s élever jusqu à 2300$. Table 5.6 Traitement de l information Concepts Aspects de l analyse Physiques Économiques Temporels Socio-envir. Décision PLC Oui Oui, mais Oui N/D Retenu, mais Microcontrôleur Oui, mais Oui Oui, mais N/D Retenu Logiciel de gestion de ressource Oui Oui Oui N/D Retenu

42 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ Entreposage de l information Les informations venant de plusieurs éléments du système, comme les capteurs, doivent être stockés à l aide d un outil efficace et sécuritaire. L outil de stockage des archives doit être en mesure de conserver les données journalières recueillies sur un période minimal de 5 ans. Ce système doit donc avoir une capacité de stockage adéquate et offrir une certaine sécurité de sauvegarde des données en cas de panne. Ainsi, les concept retenus sont : le stockage en ligne , le disque dur en RAID et la clé USB La solution doit répondre à quatre aspects précis. Aspects physiques Vitesse d archivage des données Capacité de stockage d au moins 15 Go Aspects économiques Le système doit être durable. Aspects temporels Le système doit recueillir et conserver les données sur une période minimale de 5 ans. Aspects sociaux et environnementaux Ne s applique pas Stockage en ligne (Amazon S3) Description Le stockage de données en ligne est un service de plus en plus répandu et accessible à tous. Ce service consiste à transférer des fichiers via internet afin qu ils soient répertoriées sur différents serveurs. La plupart des grands développeurs informatiques offrent une telle solution de sauvegarde, mais la plus reconnue est «Amazon Simple Storage Service (Amazon S3)». Cette compagnie fournit une interface web qui contient différentes catégories de service de stockage. Amazon S3 offre un service de restauration des données, ainsi qu une disponibilité de 99,99%. Le système possède un niveau de redondance très élevé, puisque les données sont sauvegardées sur plusieurs périphériques à travers les différents établissements de la compagnie. Évidemment, la vitesse de transfert des données dépend de la vitesse de la connexion internet, soit 80 Mo/s en moyenne. Cette vitesse constitue une vitesse suffisante aux besoins relatifs à ce projet. De plus, Amazon ajuste ses tarifs selon l utilisation de l espace, ce qui évite de payer pour de l espace inutilisé. Les tarifs sont de 0,125$/Go pour le premier Tera Octet et diminue pour les Go suivant. Supposant que le projet nécessite de stocker 15 Go au total sur 5 ans, le coût relié à ce service serait d environ 2$. Décision Retenue Justification Le système de stockage en ligne est une solution qui répond aux besoins du client puisqu elle permet de conserver les données pour une durée illimitée à un prix modique. De plus, la vitesse 14. Redundant Array of Independent (or inexpensive) Disks

43 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 36 d archivage des données d un tel système est suffisante pour ce projet. La confidentialité des données est assurée par le fournisseur et la conservation de celles-ci est garantie en cas de panne du système. Référence [6] Disques durs en configuration RAID 1 (Seagate Barracuda 500 Go) Description Le disque dur est la technique de stockage de données la plus répandue aujourd hui. Ce périphérique est composé de plusieurs disques ou plateaux magnétiques, ainsi que de têtes de lecture et d écriture. En effet, les données sont enregistrées magnétiquement sur un plateau rotatif. Il est possible de configurer en parallèle deux disques durs ou plus selon une architecture de type RAID. Cette configuration permet de répartir les données sur plusieurs disques, ce qui améliore la tolérance aux pannes et engendre donc une plus grande sécurité des données. Le RAID 1 utilise le concept du «mirroring», ce qui signifie que chaque disque contient exactement les mêmes données à tout instant. En cas de défaillance d un des disques, le deuxième disque prend la relève et conserve les données. C est pour cette raison que le RAID 1 offre une excellente protection des informations. Toutefois, le coût de ce système est plutôt élevé. Le Seagate Barracuda de 500 Go est disponible au prix de 60$ chacun, ce qui fait un total de 120$ pour installer deux disques selon la configuration RAID 1. Le Seagate Barracuda est un disque dur SATA 15 ayant une vitesse d écriture et de lecture de 7200 tour/min, ce qui équivaut à une vitesse de transfert d environ 100Mo/s. Le RAID est disponible gratuitement en logiciel et le contrôle est entièrement assuré par une couche logicielle du système d exploitation. Le RAID est d ailleurs géré par tous les principaux systèmes d exploitation. Décision Retenue, mais Justification Le disque dur Seagate Barracuda configurer en RAID 1 répond bien aux critères de faisabilité de ce sous-problème. En effet, le niveau de redondance permet de minimiser les pertes de données en cas de failles. La solution répond aussi à l aspect temporel, soit de stocker sur une période minimale de 5 ans. En effet, la durée de vie d un tel système est plutôt élevée. Par contre, le prix dispendieux rend la solution moins attrayante, car il est possible de répondre aux critères du système à des prix plus compétitifs en utilisant des périphériques de stockage différents. Référence [7] Clé USB (Kingston DataTraveler SE9 16GB ) Description Une clé USB est constituée de mémoire flash non volatile. Elle constitue un moyen simple efficace et très peu coûteux d entreposer de l information. En effet, une clé 15. Serial Advanced Technology Attachment

44 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 37 telle que celle qui nous utiliserions coûte environ 10$. [8] Décision Retenu Justification Malgré sa fiabilité inégale et la vitesse de transfert quelque peu lente d après les standards d aujourd hui, la clé USB reste une solution de choix grâce à son universalité, son faible prix et sa simplicité d utilisation. Concepts Stockage en ligne (Amazone S3) Disques dures en configuration RAID 1 Table 5.7 Entreposage de l information Aspects de l analyse Décision Physiques Économiques Temporels Socio-envir. Oui Oui Oui N/A Retenu Oui Oui, mais Oui N/A Retenu, mais Clé USB Oui Oui Oui Oui Retenu Résistance aux pannes d énergie Le client a exprimé le besoin d avoir un système capable de supporter une coupure d énergie durant une période de 20 minutes tout en assurant sa fermeture sécuritaire. Ainsi, nous avons exploré les solutions permettant l utilisation normale du système suite à une coupure, et sa fermeture après une durée prolongée. Ce qui permet de protèger le système d un arrêt impromptu. Les concepts répondant à ces besoins et représentant l éventail des possibilités de conception de cette partie du système sont un UPS 16 branché sur le réseau électrique domestique ( ), un UPS se rechargeant par ses propres moyen ( ) et une génératrice électrique ( ). Aspects physiques La méthode d apport d énergie doit être réutilisable. La technologie employée doit être utilisable pendant plusieurs années encore. L utilisation et l entretient doivent être simple. Aspects économiques Les coûts d opération doivent être minimaux. Aspects temporels Aucune 16. Uninterrupyible Power Supply

45 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 38 Aspects sociaux environnementaux Ne doit pas être trop encombrant. Doit bien s intégrer à son environnement L énergie doit être le moins polluant possible Alimentation sans interruption électrique (UPS) se rechargeant sur l alimentation électrique de la maison Description Ce type de batterie est très répandu dans les milieux domestique et de l entreprise puisqu il permet d assurer un approvisionnement électrique continue très facilement. Le système s alimente directement au réseau électrique domestique et prend le relais lorsqu une panne de courant survient. Le modèle que nous mettons en avant dans ce concept est le APC Smart- UPS RT 2200VA RM 120V 17 [43] qui permet de fournir jusqu à 1600 watts pendant 32.8 minutes. Décision Retenu Justification Le APC Smart-UPS est un moyen simple et efficace de suppléer à l alimentation principale et ce, plusieurs fois. Le coût de l électricité est abordable et l intégration à l environnement se fait facilement grâce à son volume inférieur à 0,5m 3 et à son silence UPS se rechargeant sur une alimentation externe Description Le panneau solaire Power Up BSP permet de recharger sur le long terme l UPS présenté au concept précédent. Ainsi l usager n a pas à débourser pour acheter l énergie nécessaire à recharger la batterie de secours. Décision Rejeté Justification L UPS ne sera mis en fonction que lorsqu il y aura des pannes d électricités donc assez rarement. Il n aura donc pas besoin d être rechargé fréquemment et donc la quantité d énergie requise pour le recharger ne sera pas énorme. Conséquemment, le panneau solaire ne sera pas rentable dans un horizon rapproché. Une autre faiblesse de ce concept consiste en sont intégration plus ou moins harmonieuse à son environnement du fait de sa taille non négligeable de 1m 2. Le panneau demande donc à être positionné judicieusement, notamment pour que la transormation de l énergie solaire soit efficace. Tous ces points résultent en un système relativement complexe qui n est pas des plus aisés à installer. L avantage d une telle conception 17. Volts

46 CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ 39 n est donc pas assuré. Référence [30] Génératrice électrique Description Une génératrice, comprenant bien sûr une petite batterie alimentant un relais de démarrage, pourrait alimenter le système de récupération d eau de pluie pendant la période voulue. Le modèle que nous proposons est le P2000 PowerSmart Serie Inverter de Briggs and Stratton [44]. Nous avons choisi une génératrice à gaz puisque c est le carburant le plus commun dans le milieu domestique. Ce type de génératrice est relativement abordable et fiable grâce à sa grande popularité notamment dans le domaine du camping. Un des avantages spécifiques de ce modèle est sa conception axée sur la réduction du bruit ambiant. Décision Retenu Justification La génératrice offre plusieurs avantages tels que sa simplicité d utilisation, sa longévité, ses couts d opération relativement bas compte tenu du temps de fonctionnement, la puissance apportée, et son encombrement minimal. Le bruit est son point faible mais la fréquence peu élevée de son utilisation relègue se critère au second plan. Table 5.8 Résistance aux pannes d énergie Concepts Alimentation sans interruption électrique (UPS) se rechargeant sur l alimentation électrique de la maison UPS se rechargeant sur une alimentation externe Génératrice électrique Aspects de l analyse Physiques Économiques Temporels Socio-envir. Décision Oui Oui Oui Oui Retenu Non Oui Oui Oui, mais Rejeté Oui Oui Oui Oui Retenu

47 Chapitre 6 Étude préliminaire 6.1 Plan de développement Table 6.1 Plan d étude pour l entreposage Capacité d entreposage Procédure Évaluer la capacité d entreposage des différentes cuves. Hypothèse Les caractéristiques des cuves données par le fabricant sont véridiques. Références [37], [40], [41] Niveau de sécurité de l entreposage Procédure Évaluer qualitativement le niveau de danger de l installation d entreposage. Hypothèse Les lois et normes canadiennes serviront de référence. Références [37] Table 6.2 Plan d étude pour la distribution de l eau Réponse appropriée aux besoins d irrigation réguliers Procédure Évaluer qualitativement si l arrosage est nécessaire ou s il apporte un gaspillage de l eau. Hypothèse Non-applicable Références [39], [42], [12], [13], [9], [46], [15], [14] Combler les besoins ponctuels Procédure Évaluer la capacité du système à répondre aux besoin ponctuels. Hypothèse Considérant que le client à besoin d approximativement 27 L. par jour pour ses besoins ponctuels, il aura besoin d un total de 850 L. pour le mois. On évaluera le barème par rapport à cette statistique. Références 40

48 CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE 41 Table 6.3 Plan d étude pour l automatisation du processus Fréquence d intervention humaine Procédure Estimer la fréquence d intervention humaine pour les différentes sections du système. Hypothèse Non-applicable Références Capacité d archivage des données Procédure Calculer la capacité d archivage des données en se basant sur le MTBF des différents systèmes de stockage. Hypothèse Les données du fabricant sont véridiques. Références [6], [7], [8], [52] Capacité de maintien du contrôle du système lors d une panne électrique Procédure Calculer le temps de maintien en vie du système selon les différentes sources d énergie. Hypothèse Les données du fabricant sont véridiques. Références [43], [44], [45] Convivialité de l interface Procédure Évaluer qualitativement la simplicité de l interface. Hypothèse Non-applicable Références [24], [26], [27] Sécurité des données Procédure Évaluer qualitativement si la perte de données et l intrusion dans le système est possible. Hypothèse Les experts en sécurité informatique détermineront le niveau de sécurité du système. Références [28], [29], [55], [56]

49 CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE 42 Table 6.4 Plan d étude pour l entretien, la maintenance et l utilisation Nombre de pièces Procédure Évaluer la complexité du système via le nombre de pièces nécessaire pour assembler le système. Hypothèse Non-applicable Références Masse du système transportable Procédure Calculer la masse de la pièce transportable la plus lourde. Hypothèse Les données du fabricant sont véridiques. On néglige la masse de l électronique. Références [57], [58], [42], [44] Fréquence de l entretien et du nettoyage Procédure Évaluer la fréquence de l entretien et du nettoyage des différentes pièces du système. Hypothèse Les recommendations d entretien du fabricant pour les différentes pièces sont véridiques. Références Coûts reliés au produit Procédure Calculer les coûts pour chaque concept de solution et les additionner. Hypothèse Ajout d un pourcentage de 10% pour les imprévus comme des bris ou des pièces supplémentaires. Références [59], [60], [47], [57], [9], [10], [11], [61], [48], [23], [43], [44] Fiabilité et durée de vie du produit Procédure Évaluer la robustesse et la durée de vie des parties du système. Hypothèse Les données du fabricants sont véridiques. Références [37] Impacts sonores Procédure Calculer l impact sonore des différentes composantes du système et les additionner pour obtenir l impact sonore de l ensemble du système. Hypothèse Les données du fabricants sont véridiques. Références [43], [39], [62] Impacts visuels Procédure Évaluer qualitativement l impact visuel du système. Hypothèse Non-applicable Références [43], [37]

50 CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE Élaboration et évaluation des concepts de solution Concept économique Le concept économique vise un public soucieux de l environnement, mais possédant un budget restreint. Cette solution regroupe l ensemble des sous-solutions les moins coûteuses tout en offrant un minimum de performance et de robustesse. Ce concept est équipé d une cuve en béton enterrée ainsi qu une petite cuve extérieure en polyéthylène. Les capteurs assurent la collecte des informations de l environnement. Ces informations sont acheminées par une puce Zigbee vers un module de contrôle piloté par un microcontrôleur. Celui-ci gère les informations et informe l utilisateur via une interface web. Les informations et les rapports de consommation sont entreposés dans une clef USB. Cette interface utilisateur est protégée par un mot de passe. De plus, une génératrice équipée d un relais de démarrage fournis l énergie au système lors de panne de courant Entreposage et distribution de l eau Capacité d entreposage Les deux réservoirs totalisent un volume de 3060 litres ce qui garantit une réserve suffisante d eau, bien qu elle ne soit pas très éloignée du minimum requis ce qui, lorsqu on applique le barème, résulte en une note de 0,3472 sur 1. Niveau de sécurité de l entreposage La cuve en béton est plus propice au fissurement et donc aux fuites avec l âge ce qui justifie l attribution de la cote " danger possible" sur l échelle qualitative. [53] Distribution de l eau Réponse aux besoins d irrigation réguliers Les capteurs représentent fidèlement l environnement en temps réel. L arrosage qui sera alors effectué sera bénéfique et ne laissera aucune place au gaspillage puisque les informations qui sont procurées pour sa prise en charge sont représentatives du jardin du client. Le microcontroleur quant à lui permettra d utiliser à leur plein potentiel les capteurs disséminés sur le terrain. Ainsi, selon le barème nous attribuons la cote d "Arrosage que lorsque nécessaire" et donc de 1 au système. Combler les besoins ponctuels Les Québécois utilisent en moyenne 386 litres d eau par jour par habitant. De cette consommation, 7% sont utilisés pour répondre aux besoins ponctuels de identifiés dans la conception de notre système. Ces 7% représentent 810 litres par mois en moyenne. Puisque les besoins d irrigations réguliers sont les mêmes, un minimum de 1620 litres sera alors nécessaire pour être certain de pourvoir aux besoins ponctuels. Comme les cuves contiennent ensemble 3060 litres, nous sommes assurés que le concept "Permet de répondre à tous les besoins ponctuels en eau possibles du client". La note attribuée au critère correspondant pour le concept économique est donc de 1.

51 CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE Automatisation du processus Fréquence d intervention humaine Étant donné l exactitude des données sur l environnement grâce aux capteurs, nous considérons qu aucune intervention du client sur le système ne sera nécessaire. Nous octroyons donc la note de 1 à cet aspect du concept. Capacité d archivage des données Une clé USB moyenne non utlisée peut garder sa mémoire intact pour un dizaine d années [52]. Puisque celle que nous utilisons est en fonctionnement pendant plusieurs année sans interruption, sa durée de vie sera d environ 7 ans. Ainsi, selon le barème, nous attribuons la note de 0,13 à la capacité d archivage du concept. Capacité de maintient du contrôle du système lors d une panne électrique Étant donné la grande capacité d une génératrice électrique à gas, l autonomie du système est assurée pour plus de 40 minutes [54] ce qui permet à ce sous-concept d obtenir la note maximale de 1 selon notre barème. Convivialité de l interface La convivialité de l interface est optimale puisque celui-ci sera accessible par tous les appareils dotés d un navigateur web récent pourvu que portail web soit développé avec des technologies appropriées telles que le "responsive design". Sécurité des données Transmission : Les données sont premièrement recueillies dans l environnement et ensuite transmises au microcontroleur principal. Ces données étant véhiculées par Zig- Bee sont cryptées par clé symétrique. [55] La sécuritée est donc assurée à un niveau satisfaisant pour nos besoins nottament puisque le ZigBee est utilisé dans les systèmes de domotique [56]. Sécurité de l information : La prochaine étape de sécurité est au niveau de l accès direct au contrôle du système. Le mot de passe offre alors un niveau de sécurité minimal au système en empêchant un individu qui aurait accès physiquement à l interface de contrôle du récupérateur d eau. Toutefois, les données peuvent encore être interceptées lors de leur transmission par internet et elles ne sont pas non plus chiffrées localement. Entreposage des données : Une perte des données par défaillance matérielle est aussi possible en se basant sur le fait que la clé USB n est pas de qualité industrielle et qu une avarie peut survenir à tout moment après une certaine usure. Ainsi la sécurité des données n est pas assurée sur tous les plans dans le concept économique ce qui entraine une qualification de "Perte des données possible et sécurité faillible" à cette méthode de sécurité Enretien, maintenance et utilisation Nombre de pièces En comptant les différents capteurs qui sont au nombre de 11, la cuve extérieure et les gicleurs, le système contient plus de douze pièces. C est pourquoi nous lui attribuons la note de 0 sur l évaluation de la complexité du système en fonction du nombre de pièces. Masse du système transportable L élément le plus important de ce critère est bien entendu la génératrice qui possède une masse de 22,68 Kg. [57] La cuve en polyéthylène est

52 CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE 45 une autre pièce notable puisqu étant hors-terre, sa masse doit être prise en considération. Celle-ci n est que de 5 Kg [58] nottament grâce à son petit volume. Nous émettons l hypothèse que les deux tuyaux d environ 25 mètres (100 pieds) fournis pèsent 5 Kg au maximum chacun. Nous négligeons le poids des autres pièces telles que les capteurs, les gicleurs et le microcontroleur puisque leur masse sera certainement inférieure à celle de la pièce la plus lourde. Selon notre barème la note attribuée à ce critère est donc de 0,54. Fréquence de l entretien et du nettoyage La cuve extérieure nécessite peu d entretien mais celle en béton en demande considérablement plus pour demeurer solide et utilisable. [53] La génératrice quant à elle devra être vérifiée anuellement, ne serait-ce que pour faire le plein de carburant. Les capteurs eux nécessiteront d être vérifiés et remplacés à chaque saison à cause de leur faible durée de vie. Globalement un entretient saisonnier sera donc nécessaire en tenant compte du fait que le système ne sera pas en fonction l hiver. Suite à cette affirmation nous attribuons la note de 0,5 à ce critère. Coût reliés au produit Entreposage : Pour commencer par les pièces les plus imposantes, la cuve de béton est disponible dans les environs de 800$,[59] tandis que le prix de revient du récupérateur d eau hors-sol est de 40$[60]. Nous calculons que les coûts pour l excavation de la cuve ainsi que pour les tuyaux seront de 300$ [47]. La génératrice quant à elle est disponible au prix de 679$. [57] Sécurité de l information : L implémentation d un mot de passe étant très simple, le coût de cette opération divisé par le nombre de récupérateurs d eau vendus est négligé. Interface d utilisation : L interface web par contre nécessitera un déboursement significatif. Nous visons une interface de qualité accessible sur plusieurs appareils, nous calculons donc environ le même coût de développement que pour un logiciel sur ordinateur c est-à-dire 50000$. Cette dépense étant amortie sur la vente de plusieurs appareils, ainsi nous pouvons calculer un coût de développement d environ 50$ par récupérateur d eau, sur la base d une vente de 1000 systèmes. Considérant qu un programmeur payé 22$ de l heure [34] devra travailler pendant environ deux semaines sur le microcontroleur. Traitement de l information : Un microcontrôleur et son environnement de programmation n ajoute que 50$ au coût du système. Même s il faut prévoir que celui-ci devra être programmé en conséquence, puisque le processus n est à accomplir qu une seule fois durant le développement, nous pouvons approximer les coûts de développement à environ 2$ par appareil. Transmission : Prenant en compte que nous avons 7 puces ZigBee en tout, 5 pour les capteurs, une pour les pompes et une autre pour le microcontroleur, le coût sur ce plan revient tout près de 21$. Les capteur RB-Ghi-78, SEN118A2B et la cellule photoélectrique coûtent respectivement 10$[9], 4$[10] et 1$[11] Considérant que nous fournissont 5 capteurs des deux premiers types avec le système, ce qui garantit une superficie suffisante pour couvrir un jardin et plusieurs autres endroits, le coût des capteurs au total revient à 71$.

53 CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE 46 Finalement, chaque tuyau d arrosage coûte 20$ [61]. Au total, les estimations donnent un prix de fabrication de 2033$ que nous arrondissons à la hausse compte tenu des approximations pour donner un total d environ 2100$. Ce prix octroie une note de 0,895 au critère des coûts du concept économique ce qui est conforme au dessein de ce dernier. Fiabilité et durée de vie du produit Entreposage : Le produit Waterfix est garanti pour 10 ans et les récupérateurs d eau en polyéthylène sont efficaces pour une durée supérieure. Ainsi le système d entreposage pris à part est relativement robuste. Collecte des données : Les capteurs eux sont peux coûteux mais le revers de cette qualité se reflète dans leur faible durée de vie. Traitement de l information : Bien que la situation du microcontroleur soit légèrement préférable, et qu il ne soit pas coûteux à remplacer également, le circuit intégré est tout de même composé d électronique et demeure fragile. Entreposage de l information : La clé USB également est très facile à remplacer, mais sa fiabilité n est pas optimale tel que mentionné au critère sur la sécurité des données Interface d utilisation : En ce qui concerne l interface web, bien qu elle ne puisse se détériorer physiquement, elle s avèrera désuette avant la fin de la durée de vie utile du système. Toutes ces considérations font que le qualificatif de "Fragile et courte durée de vie" est donné à ce critère, la note étant alors de 0. Impacts sonores Le niveau sonore d une génératrice électrique est d environ 59 décibels [62]. Le fabricant de notre modèle affirme que cette génératrice produit 38% moins de bruit ce qui réduit l impact sonore à 36,58 db. On octroie alors la note de 0,27 à cet aspect. Impacts visuels La citerne extérieure en polyéthylène, la génératrice et le microcontroleur bien qu ils ne soit pas gênants outre mesure sont tout de même clairement visibles. C est pourquoi nous attribuons la note de 0,25 à ce critère Concept performance Beaucoup plus dispendieux que le concept économique, mais de loin plus performant, le concept sophistiqué regroupe nos solutions les plus avancés technologiquement. La cuvé enterrée en polyéthylène et son système de pompe assurent les besoins en eau du client. Les informations météorologiques sont recueillies via le logiciel labview. Ce même logiciel assure la gestion des informations. Les données sont acheminées via Bluetooth vers un disque dur configuré en Raid. Une application compatible sur ordinateur et téléphone intelligent permet

54 CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE 47 l accès aux données et donne une idée des opérations en cours à l utilisateur. Les données sont chiffrées et protégés par mot de passe. De plus, un UPS se charge d alimenter le système lors de panne électrique Entreposage Capacité d entreposage L utilisation d une cuve entérrée en polyéthylène permet d avoir une bonne capacité d entreposage de l eau. La cuve Simple Peau SP-SZ avec rehausse REHC 600/580 à visse en polyéthylène peut contenir jusqu à 3500 litres, ce qui lui donne une note de selon notre barème. Cet entreposage permet donc de récolter un maximum d eau lors des mois où les précipitations sont plus importantes. En cas de séchesse, la cuve pourra donc répondre aux besoins en eau pour une plus longue période de temps. Niveau de sécurité de l entreposage Comme la cuve en polyéthylène est sous-terre, le niveau de danger qu apporte l entreposage est grandement diminué. Les risques d inondations sont très faibles étant donné la composition de la cuve qui est équipé d un tampon renforcé et isloant qui permet une grande protection. Comme la cuve est enterrée, une fissure ne produirait pas d inondation puisque l eau s écoulerait dans la terre. Par contre, le déversement de l eau dans le sol pourrait entraîner une contamination du terrain. Finalement, les risques de noyade sont nuls comme la cuve est fermée et sous-terre. Pour ce critère, le concept obtient donc une note de 0.75 dû au risque de contamination et de fissure qui sont possibles, mais extrêmement faible Distribution de l eau Réponse appropriée aux besoins d irrigation réguliers La collecte d information par internet et le traitement de l information avec le logiciel Labview, permet d avoir un arrosage intelligent des plantations. En effet, grâce aux données météorologiques, le système n arrose pas lorsque le temps est pluvieux, mais fait des arrosages réguliers par temps sec. Les plantes profitent donc d un arrosage bénéfique. La note de 0.75 sur 1 est donc accordée pour ce critère vu que l arrosage dépend de la température et non de l état du sol.. Combler les besoins ponctuels Afin de subvenir aux besoins ponctuels de l utilisateur, un robinet relié au réservoir est installé. Comme les besoins ponctuels sont comblés, une cote de 1 est accordé à ce critère Automatisation du processus Fréquence d intervention humaine La précision qu apporte les données météorologiques, récupérées par le logiciel Labview, pour l arrosage des plantations réduit au minimum la fréquence d intervention humaine. Quelques interventions peuvent être nécessaire advenant un cas où de la pluie est annoncée, mais qu il n y a finalement aucune

55 CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE 48 précipitation réelle. Dans ce cas, il peut y avoir nécessité de partir manuellement le système d arrosage. De plus, l utilisation d un UPS se rechargeant sur l alimentation électrique de la maison ne requière pas d intervention humaine. Les seules interventions possibles sont en cas de bris du système. Considérant ces deux éléments, le concept performance obtient une note de 0.5 à ce critère. Capacité d archivage des données La capacité de stockage de données du disque dur RAID 1 Seagate Barracuda est de 500 Go. Il a donc une capacité de stockage qui dépasse grandement les besoins du client. De plus, les disques RAID assurent une bonne vitesse de transfert des données, soit 100 Mo/s. Par contre, comme la durée de vie moyenne des disques durs est entre 5 et 7 ans, une note de 0.06 est accordée à ce critère. Capacité de maintien du contrôle du système lors d une panne électrique En cas de panne électrique, le modèle de UPS que nous avons choisit, soit le APC Smart-UPS RT 2200VA RM 120V, fournit jusqu à 1600 watts pour une durée de 32.8 minutes. Il est donc en mesure de maintenir le système de récupération d eau de pluie en fonction pour une durée allant entre 20 et 30 minutes. Comme la capacité de maintien du système est le minimum demandé par le client, une note de 0,32 est accordée au critère. Convivialité de l interface Une application développée pour les ordinateurs ainsi que pour les appareils mobiles permet au système d être facilement accessible via plusieurs dispositifs. Plus précisément, ce système est accessible à partir de 2 plateformes différentes, ce qui lui procure une note de 0.5. Le contrôle et les données du système sont donc disponibles à distance et ont une interface conviviale. Sécurité des données Transmission : La transmission des données via Bluetooth est une connexion sécurisée. La sécurité est de type point à point, ce qui signifie que pour avoir la connexion il faut avoir l accord des deux appareils. De plus, les appareils peuvent mettre fin à la liaison à tout moment. La transmission bluetooth est donc performante pour notre système et possède une bonne sécurité pour la transmission des données. Sécurité de l information : Pour le concept performance, la sécurité choisit est la plus optimale possible. L information est sécurisée via un mot de passe, une sécurisation des transmissions par TLS et un chiffrement des données entreposées localement avec TrueCrypt. Le premier élément consiste simplement à sécuriser l accès aux commandes et aux données du logiciel. En ce qui concerne la sécurité lors de l échange des données, les transmissions par TLS utilisent les algorythmes RSA et AES ce qui apporte une sécurité très élevée. Finalement, les données entreposées sont chiffrées avec TrueCrypt, ce qui représente un bon niveau de sécurité pour les types de données mémorisées. Entreposage des données : Les disques durs en Raid 1 sont très sécuritaires en ce qui concerne la conservation des données. Effectivement, le fait de configurer deux disques en parallèles assure une sécurité pour les données. En cas de panne ou pour tout autre

56 CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE 49 problème, le second disque peut conserver les données et prendre la relève du disque défaillant. Comme une connexion Bluetooth est moins optimale qu une connexion Wi-Fi [49], la note de 0.5 est accordée à ce critère sur la base du qualificatif "Aucune perte des données possible mais sécurité inadéquate" Entretien, maintenance et utilisation Nombre de pièces Le système est formé de 9 pièces, soit la cuve, la pompe, le disque dur, un UPS et les 5 gicleurs. Le critère à donc une cote de Masse du système transportable La masse du système transportable est assez faible dans cette solution. En effet, comme la cuve est sous-terre, les seuls éléments transportables sont les gicleurs, la pompe et le UPS. Ce dernier pèse kg [42], un poids soulevable par deux personnes. On lui accorde donc une note de 0.39 en se basant sur l item le plus lourd. Fréquence de l entretien et du nettoyage La cuve en polyéthylène nécessite peu d entretien. Elle est résistante aux proliférations bactériennes ce qui réduit son entretien à un simple nettoyage annuel. Comme l entretien est rare, une note de 0.75 lui est accordée. Coûts reliés au produit Entreposage : La cuve en polyéthylène entraine des coûts plutôt élevés. Comme elle est installée sous-terre, une excavation est nécessaire. Les coûts pour cette dernière serait d approximativement 300$ [48]. Par la suite, la cuve coûte 2550$ et le transport monte à 150$. L achat et l installation de ce réservoir monte donc approximativement à 3000$. Collecte des données : La collecte d information et le traitement de l information avec Labview entraine aussi des coûts. Pour le bon fonctionnement de ce logiciel, du matériels compatibles et un ordinateur assez performant est nécessaire. Les coûts totaux à l entreprise pour l utilisation de Labview montent à environ 2300$. Considérant qu il y a environ 1000 utilisateurs et que les futurs propriétaires d un système de récupération d eau de pluie possède un ordinateur, les coûts montent à environ 2.30$, ce qui est négligeable. [23] Transmission : La coût pour la transmission avec Bluetooth est négligeable. Sécurité de l information : La sécurité de l information est très peu coûteuse. En effet, le développement d un accès avec mot de passe n est pas très complexe à réaliser, et donc peu dispendieux. La sécurisation des transmissions par TLS est à faible coût, puisque l utilisation du protocole ne coûte rien. Finalement, TrueCrypt est un logiciel gratuit. Les coûts totaux pour cette section sont donc négligeable. Interface d utilisation : Les coûts de production d une application pour ordinateur et appareils mobiles sont assez élevés. En effet, ils sont évalués à environ $. Bien entendu un tel montant n est pas directement facturé au client. Ces frais sont divisés parmis les clients qui vont acheter ce système de récupération d eau de pluie. Nous esti-

57 CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE 50 mons la quantité d utilisateurs à environ 1000, ce qui porte les frais à 50$ par personne. La maintenance des applications du système est aussi à prendre en compte. Entreposage des données : L achat de deux disques durs RAID coûte environ 120$. Cette solution est donc assez dispendieuse considérant les besoins de stockage peu élevés du système. Résistance aux pannes d énergie : Le APC Smart-UPS coût environ 1300$ [43]. C est une batterie assez dispendieuse, mais elle permet de bien répondre aux besoins pour la maintenance en fonction du système. L addition des coûts de tous ces éléments monte le prix du système à environ 4500$. Puisque le système est assez dispendieux, une note de est accordée à ce critère. Fiabilité et durée de vie du produit Entreposage : La cuve en polyéthylène possède une durée de vie moyenne de 25 ans. De plus, la cuve est équipé d un tampon renforcé et isolant qui permet de réduire la détérioration. Le polyéthylène apporte aussi ses bénéfices sur le plan de la fiabilité. En effet, il supporte bien la pression du sol et est fait d un matériel plutôt souple qui ne fissure pas. [37] Collecte des données : Le logiciel Labview à une bonne durée de vie. L élément qui risque d entrainer un arrêt de la collecte d information est un bris au niveau de l ordinateur. Comme la durabilité d un ordinateur est habituellement de 5 ans, on estime celle de Labview à la même durée. La fiabilité de cette solution dépend de la programmation du logiciel. En effet, un logiciel contenant des erreurs réduit de beaucoup la fiabilité pour le traitement des informations. Interface d utilisation : Comme tous logiciels, la fiabilité d une application n est pas à 100%. Il y a toujours des risques d erreurs dans le programme, d où l importance des mises à jour. Le système est tout de même très fiable et peut à tout moment être amélioré grâce aux mises à jour. Ces dernières permettent d autant plus d augmenter la durée de vie du produit. Entreposage de l information : La durée de vie moyenne des disques durs est entre 5 et 7 ans. En ce qui concerne la fiabilité du produit, la configuration de deux disques en parallèles permet d assurer un bonne sécurité des données comme mentionné plus haut. Résistance aux pannes d énergie : Les fabricants du modèle APC Smart-UPS RT 2200VA RM 120V offrent une garantie de 2 ans. Sa durée de vie est donc assez longue particulièrement si l on considère que son utilisation sera plutôt rare. La fiabilité et la durée de vie de ce système donne une cote de 0,5 sur 1 à cet aspect de la solution Impacts sonores Les impacts sonores du système sont très faibles. Les seuls éléments sujets à déranger sur ce point sont le UPS et la pompe. Le bruit de cette dernière est estimé à 10 décibels, ce qui est bien en dessous des 50 décibels réglementaires. Pour le UPS, le bruit à une distance de 1 mètre de l appareil est de 45 décibels, ce qui reste acceptable. Les impacts sonores étant faibles, on obtient une note de 0.04.

58 CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE 51 Impacts visuels Comme la cuve, les tuyaux d arrosage et les gicleurs sont enterrés, le seul impact visuel notable est celui causé par le UPS. Le qualificatif de " Peu visible" est donc attribué au concept sur ce plan avec la note 0, Concept robuste Pour les consommateurs désirant un aspect de longévité à leur installation, le concept robuste est un choix à considérer. Il regroupe nos sous-solutions les plus robustes. La cuve en polyéthylène assure le stockage de l eau. Son système de pompe distribue l eau via un réseau de tuyaux. Le logiciel Labview recoit via internet les informations environnementales. Ces mêmes informations sont acheminées via Wi-Fi vers un automate programmable qui assure la gestion des actionneurs. Les données ainsi que les opérations en cours sont accessibles sur ordinateurs et appareils mobiles via une interface homme-machine créée sur Labview et partagée avec Teamviewer. Les rapports de consommation sont entreposés sur le site internet Amazon et sont protégés par mot de passe en plus d être chiffrés. De plus, une génératrice électrique assure le maintien du système lors de pannes d énergie Entreposage et distribution de l eau Capacité d entreposage La cuve de polyéthylène a une capacité de 3500 litres, ce qui permet d entreposer un maximum d eau dans le cas où les précipitations dépassent les stastistiques de précipitations moyennes annuelles. C est pour cette raison qu elle se voit attribué la note de 0,6525 pour ce critère. Niveau de sécurité de l entreposage Le polyéthylène est un matériau solide et résistant au gel et dégel, ainsi qu aux proliférations bactériennes. Les risques de fissures et de contamination de l eau sont donc quasi-impossible. La note pour ce critère est donc 0, Distribution de l eau Réponse aux besoins d irrigation réguliers Le concept permet de répondre aux besoins d irrigation réguliers en collectant les informations météos par internet par l entremise du logiciel Labview. Les instruments de mesures qu utilisent les compagnies météorologiques sont maintenant à la fine pointe de la technologie et offrent une très grande précision. La collecte des données météorologiques par internet, comme le pourcentage de possibilité de précipitation, augmente la fiabilité du système et permet de mieux gérer l arrosage régulier. De plus, l automate programmable S7-224 possède les caractéristiques nécessaires, soit le nombre de sorties physiques, afin de contrôler chacun des éléments du système d arrosage. En effet, notre système requiert seulement 5 sorties physiques pour les 5 gicleurs. L automate possède 10 sorties et permet donc à l utilisateur de rajouter des outils d arrosage si nécessaire. Le concept obtient donc la note de 0,75.

59 CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE 52 Combler les besoins ponctuels Un robinet relié au réservoir permet d utiliser une partie de l eau recueuillie pour combler les besoins ponctuels de l utilisateur, comme laver la voiture. Une note de 1 est donc attribuée pour ce critère Automatisation du processus Fréquence d intervention humaine Puisque les données météos sont automatiquement recueillies par le programme Labview, la fréquence d intervention humaine à la gestion de l arrosage est rare. Par contre, pusique les prévisions de précipitations ne sont pas toujours exactes, il peut arriver que l utilisateur ait à intervenir au maximum une fois par semaine. En cas de panne, la génératrice électrique démarrera automatiquement afin de maintenir le système en marche, grâce à une petite batterie alimentant le relais de démarrage. L utilisateur n a donc pas besoin d intervenir, en supposant que la génératrice et la batterie sont fonctionnelles. Par contre, puisqu il s agit d une génératrice à gaz, l utilisateur doit toutefois remplir le réservoir, mais la fréquence de cette intervention est exceptionnelle. C est pour cette raison qu elle se mérite la note de 0,5. Capacité d archivage des données Le concept robuste propose d entreposer les données avec Amazon S3. La compagnie offre une capacité illimitée de stockage de données et ce pour la durée désirée. La solution reçoit donc une note de 1 à ce critère. Capacité de maintien du contrôle du système lors d une panne électrique La génératrice électrique possède clairement les capacités requises pour maintenir le système en marche lors d une panne. En effet, elle est en mesure de fournir une puissance de 1600 watts pendant plus de 24h[45]. Étant donné que le client désire que le système reste en marche sur une période de 20 minutes, cette solution répond amplement à ce critère et obtient la note de 1. Convivialité de l interface La convivialité de linterface est totalement maléable dans ce cas, puisqu il s agit d application fait sur mesure. Un bon programmeur est en mesure de rendre cette application simple, tout en conservant l efficacité de celle-ci. Toutefois, puisque l interface est disponible seulement sur deux appareils, soit l ordinateur et le mobile, le critère obtient la note de 0,5. Sécurité de l information Transmission : Le niveau de sécurité des données échangées lors d une connexion Wi-Fi dépend du point d accès sur lequel il est connecté. On peut supposer que l utilisateur du système est déjà équipé d une connexion Wi-Fi munie d une clée de cryptage qui permet de sécuriser entièrement les informations échangées sur le réseau lors de la connexion. sécurité de l information : L implantation d un mot de passe et du protocole de chiffrement TLS constitue une solution suffisante au maintient de la sécurité des données, puisqu il ne s agit pas d information convoitée qui attire l attention de pirates informatiques. La sécurisation des transmissions par TLS est un protocole très fréquent sur internet et qui est même utilisé lors de transactions bancaires. Entreposage des données : Amazon S3 est une solution très fiable. En effet, le four-

60 CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE 53 nisseur garantit l intégrité des données à 100%, ce qui assure la sécurité des données. Aussi, l entreprise pratique un niveau de redondance très élevé en répartissant physiquement les données sur plusieurs périphériques à travers leurs différents établissments. Globalement, le concept obtient donc la note de Enretien, maintenance et utilisation Nombre de pièces Le système est composé seulement de 10 pièces distinctes, soit la cuve, la pompe, les 5 gicleurs, le circuit intégré pour le Wi-Fi, l automate programmable et la génératrice électrique. Selon notre barème, le concept obtient la note de 0,25. Masse du système transportable Le seul élément transportable problématique de ce concept est la génératrice, pusique la cuve est enterrée et n a pas à être déplacée. Selon les spécification du fabriquant, la masse de la génératrice est de 22,68 kg [44], ce qui fait en sorte que le concept obtient la note de 0,45. Fréquence de l entretien et du nettoyage En raison de sa résistance aux proliférations bactériennes, la cuve de polyéthylène nécessite seulement un nettoyage annuel. Pour cette raison, la solution reçoit une note de 0,75. Coût reliés au produit Entreposage : La solution nécessite des coûts supplémentaires puisque la cuve doit être enterrée. Les coûts d excavation sont évaluées à 150$\heure et le travail nécessite environ deux heures de travaux. De plus, les coûts reliés au transport sont de 150$. Enfin, le prix de la cuve elle-même est de 2550$. Le coût totale de cette solution s élève ainsi à environ 2850$. Distribution de l eau : Certains dispositifs comme une pompe et des gicleurs sont nécessaires et sont disponibles pour un total de 175$. Collecte des données : Le coût d une license pour Labview est assez élevé, soit de 2300$, en incluant aussi tout le matériel compatible avec le logiciel. En considérant qu il y a environ 1000 utilisateurs et que chacun d eux possède déjà un ordinateur, le coût est seulement de 2,30$ par système de récupération d eau[23]. Transmission des données : Le coût du circuit intégré QHS600 de la compagnie Quantenna Communication est de 40$ pour le modèle "dual-band". Interface d utilsation : Ce concept propose une application pour ordinateurs et appareils mobiles. Les coûts de développement de cette solution sont très élevés, soit d environ $. Cette dépense étant amortie sur la vente de plusieurs appareils, ainsi nous pouvons calculer un coût de développement d environ 50$ par récupérateur d eau. Par contre, il existe d autres solutions équivalentes et disponibles à des prix beaucoup plus abordables, mais cette solution assure la qualité de l interface. Traitement de l information : Le concept robuste utilise un automate programmable. Le prix de base de l automate PLC proposé s élève à 600$. En ajoutant les coûts d installations d un environnement de programmation de 500$ pour configurer l automate, les coûts reliés au produit sont de 1100$. Entreposage des données : Le coût de la solution d entreposage des données avec

61 CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE 54 Amazon S3 est très faible, comme il l a été mentionné à la section En effet, il est possible de stocker un nombre illimité d objets en ne payant que les ressources au fur et à mesurer qu elles sont utilisées. Résistance aux pannes d énergie : Le coût de la génératrice électrique s élève à 679$[44]. Puisque la résistace aux pannes est une contrainte exigée par le client, il est nécessaire d investir dans une telle solution. Par ailleurs, les coûts reliés à l utilisation sont relativement bas, puisqu elle opère seulement à l occasion et sur une très courte durée. En additionnant le coût de chacun des éléments, le total de ce concept s élève à envrion 5000$, ce qui représente une note de 0,75. Fiabilité et durée de vie du produit Entreposage : La cuve en polyéthylène de haute densité a une très bonne durée de vie, soit environ 25 ans. Contrairement au béton, le polyéthylène ne fissure pas en raison de la pression du sol lorsque la cuve est enterrée. De plus, le fournisseur offre une garantie de 10 ans sur le produit. Collecte des données : La collecte de données par l entremise de Labview est une solution très fiable. Le risque de défaillance est moindre puisqu il s agit de logiciel et non de matériel. De plus, puisqu il est gardé à l intérieur, ce système à une bonne durée de vie. Par contre, son bon fonctionnement dépend d autres éléments matériels comme un ordinateur, ce qui influence légèrement sa fiabilité. Interface d utilsation : En considérant qu il n y ait aucune erreur dans le code de l application de l interface d utilisation, la fiabilité de la solution est assurée. Par contre, en considérant les avancés technologiques incessantes dans ce milieu, la durée de vie est diminuée. Traitement de l information : Le concept propose un élément qui augmente considérablement la robustesse et la durée de vie du système. En effet, un automate programmable étant principalement utilisé pour automatiser des processus comme une ligne de montage en usine, est conçu pour résister aux conditons hostiles. Entreposage des données : La fiabilité du serveur distant Amazon S3 est complètement assurer par l infrastructure incorporée d Amazon. En faisant abstraction totale de la couche physique, la tolérance aux pannes est assurée et la perte des données est impossible. Résistance aux pannes d énergie : Le type de génératrice électrique utilisé est très fiable et populaire dans plusieurs domaines, comme le camping. De plus, la compagnie offre une garantie de 2 ans sur la machine. Étant donné que l utilisation de la génératrice est très rare, ça durée de vie se voit augmentée. Le concept présent se démarque certainement par sa fiabilité et sa durée de vie et reçoit ainsi une note parfaite. Impacts sonores Cet aspect a déjà été traité précédemment dans le concept économique

62 CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE 55 Impacts visuels Le seul élément causant problème est la génératrice, car elle doit être installée a l extérieur en raison des émanations de gaz qu elle produit. Le concept obtient donc 0,25 à ce critère. 6.3 Synthèse des résultats Le tableau de synthèse 6.5 des résultats résume bien l évaluation des concepts de solution. On y retrouve l évaluation de chaque solution avec les critères du cahier des charges. Ceci facilite la mise en place de la matrice décisionnelle ainsi que le jugement des critères préalablement définis. Table 6.5 Tableau synthèse des résultats Critère d évalutation Captation et entreposage Capacité d entreposage [litres] Niveau de sécurité de l entreposage Distribution de l eau Réponse aux besoins d irrigation réguliers Combler les besoins ponctuels Automatisation du processus Fréquence d intervention humaine Capacité d archivage des données[années] Capacité de maintien du contrôle du système lors d une panne électrique[mins] Convivialité de l interface[dispositifs] Concept économique Concept performance Danger possible Arrosage que lorsque nécessaire Comble tous les besoins Aucune intervention Danger improbable Arrosage bénéfique Comble tous les besoins Demande une courte intervention par semaine Concept robuste Danger improbable Arrosage bénéfique Comble tous les besoins Demande une courte intervention par semaine Aucune limite Plus de 40 32,8 Plus de 40 Plus de 3 2 2

63 CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE Sécurité des données Perte de données possible et sécurité faillible Aucune perte de données possible mais sécurité inadéquate Sécuritaire et aucune perte possible Entretien, maintenance et utilisation Nombre de pièces 12 et plus 9 à 11 9 à Masse du système transportable[kg] Fréquence de l entretien et du nettoyage[par an] 22,68 27,50 22, Coûts reliés au produit[$] Fiabilité et durée de vie du produit Fragile et courte durée de vie Robuste et bonne durée de vie Robuste et bonne durée de vie Impacts 36, ,58 sonores[db] Impacts visuels Visible Peu visible Visible

64 Chapitre 7 Concept retenu 7.1 Matrice de décision La matrice décisionnelle 7.1 est un outil mathématique qui permet une prise de décision objective. Les valeurs présentes dans ce tableau proviennent directement des barèmes expliqués dans le cahier de charges. Ces données tiennent compte du pourcentage attribué à chaque barème. Table 7.1 Matrice décisionnelle Critères d évaluation Pond. Concept 1 Concept 2 Concept 3 Captation et entreposage 20% 8,17 13,83 13, Capacité d entreposage 12% 4,17 7,83 7, Niveau de sécurité de 8% l entreposage Distribution de l eau 25% 25 20,75 20, Réponse appropriée aux 17% 17 12,75 12,75 besoins d irrigation réguliers Combler les besoins 8% ponctuels Automatisation du processus 30% 19,35 10, Fréquence d intervention 8% humaine Capacité d archivage des 6.5% 0,845 0,39 6,5 données Capacité de maintien du 6.5% 6, ,5 contrôle du système lors d une panne électrique Convivialité de l interface 4%

65 CHAPITRE 7. CONCEPT RETENU Sécurité des données 5% 0 2,5 5 Entretien, maintenance et 25% 7,66 13,15 17,08 utilisation Nombre de pièces 1% 0 0,25 0, Masse du système 1% 0,5 0,39 0,5 transportable Fréquence de l entretien et 3% 1,5 2,25 2,25 du nettoyage Coûts reliés au produit 4% 3,58 3,1 3, Fiabilité et durée de vie du 8% produit Impacts sonores 4% 1,08 0,16 1, Impacts visuels 4% Total 100% 60,18 58,70 75, Analyse de la matrice décisionnelle Suite à la construction de la matrice décisionnelle, on voit clairement la dominance du concept robuste par rapport aux autres. Malgré cette avance de 15 points, nous devons analyser ces résultats pour valider la pertinence de cet aboutissement. Il est alors important de faire ressortir les points forts et les points faibles de la solution pour confirmer le choix de celle-ci. Premièrement, pour la capacité d entreposage, la cuve en polyéthylène possède un volume de stockage supérieur à la cuve de béton. De plus, sa composition la rend plus malléable lors des périodes de gels et de dégels ce qui protège le terrain contre d éventuelles contaminations. Cependant, le polyéthylène ne contrôle pas l acidité de l eau comme peut le faire une cuve de béton. Malgré cela, nous optons pour le polyéthylène pour sa résistance aux proliférations bactérienne. Au niveau de la distribution de l eau, on remarque une uniformité dans les résultats des différents concepts. Cela s explique par le fait que chacune des cuves et chacun des systèmes d automatisation sont prévus pour répondre aux besoins ponctuels et réguliers du client. On remarque une petite différence au niveau de la satisfaction des besoins réguliers en eau. Les capteurs sont plus précis dans leur lecture d humidité du sol que l approximation fait par le logiciel de gestion de ressources. Du côté de l automatisation, la plus grande différence au niveau des résultats s observe du côté de la capacité d archivage des données. L utilisation du site web Amazon élimine tout risque de bris de matériel, ce qui garantit l accès aux donnés pour une vie entière. Malgré cela, l utilisateur devra intervenir plus souvent lors du processus automatique, puisque les informations recueillis sont moins précises avec l utilisation du logiciel de gestion de ressources

66 CHAPITRE 7. CONCEPT RETENU 59 qu avec l utilisation des capteurs. Pour ce qui est de l entretien et de la maintenance du système, le principal avantage est sa fiabilité. L absence de petites pièces électroniques témoigne de la robustesse de celui-ci. Malgré cela, le coût élevé du système est assez considérable. Cette investissement est justifié en raison de la durée de vie impressionnante du système. Finalement, le concept robuste possède toute les caractéristiques d un système idéal selon l entreprise High-6. Pour tous ces raisons, nous utiliserons ce système comme solution finale. 7.3 Description du concept choisi Le concept retenu est un concept joignant à la fois robustesse, fiabilité, en plus d être rentable en raison de sa longévité. Remplissant tous les besoins et les contraintes du client, ce concept se veut optimal dans la résolution des tâches que lui confiera son usager. Présenté à la section 6.2.3, grâce à ses différentes composantes, ce concept apporte une flexibilité dans son utilisation, durabilité dans sa constitution et fiabilité dans son intégration dans la vie courante de l utilisateur. Le concept «Robuste» regroupe l entreposage et la distribution de l eau, la collecte des données externes, la transmission et le traitement de l information, l entreposage et la sécurité de l information, l interface d utilisation et la résistance aux pannes tel que présenté par le tableau ci-dessous. Il se voit ainsi attribué une côte plus élevée que ses concurrents, soit 75,66% dans la matrice décisionnelle. L entreposage et la distribution de l eau est un axe capital de notre design, car sans cette caractéristique, le projet se voit voué à l échec. La recherche d une solution optimale pour ce point nous a conduit vers le choix d une cuve en polyéthylène. En effet, le polyéthylène, en plus d être un polymère moins cher et une des résines thermoplastiques les plus répandues dans le monde, se voit privilégié dans la fabrication des matériaux à usage quotidien. Possédant une excellente résistance aux agents chimiques, la cuve en polyéthylène présente une très basse fréquence d entretien. Solide, résistant au gel et dégel et supportant des températures naturelles élevées et basses, la cuve en polyéthylène a une durée de vie d environ 25 ans et se présente au vu de toutes ces caractéristiques, comme la solution idéale pour une architecture demandant fiabilité, durabilité, robustesse. La collecte des données externes permet de doter notre système d une intelligence artificielle. En effet, grâce aux données météorologiques recueillies, le système sera a même, et ce de façon automatique, de remplir les différentes tâches qui lui seront confiées. Le logiciel Labview, jumelé a une carte d acquisition, se voit donc intégré dans la solution générale. Ce duo permet d avoir une interface graphique utilisant la carte dédiée pour la collecte d informations sur le net. Facile d apprentissage et centré graphique, Labview offre une flexibilité dans le développement d applications à travers les différentes librairies disponibles. Pouvant être converti en automate, il se voit donc privilégié et retenu pour notre concept. La transmission des informations est un élément essentiel de notre solution, car faisant pont entre l architecture haut niveau (utilisateur -> ordinateur) et l architecture bas niveau (ordinateur -> système) de notre concept. Depuis plusieurs années, le Wi-Fi est le moyen de

67 CHAPITRE 7. CONCEPT RETENU 60 transmission privilégié des informations à caractère résidentiel. En effet, le Wi-Fi s appuie sur des moyens de transmission, comme la fibre optique ou le câble RJ-45 pour offrir différents débits de connectivité en amont et en aval, ce qui est suffisant pour une transmission fiable d informations. En fonction du fournisseur d accès internet (Bell, Vidéotron, etc.), plusieurs forfaits ayant des coûts variés sont proposés à l utilisateur dépendamment de ses besoins. Pour interagir avec le système, l utilisateur a besoin d une interface d utilisation. Cette interface disponible sur ordinateurs et appareils mobiles lui offrira une grande flexibilité. En effet, ce dernier pourra garder le contrôle du système lors de ses déplacements et la sécurité dans l authentification de l utilisateur par mot de passe et du transfert des données par le protocole de chiffrement TLS. Une fois l information ou la commande transmise, cette dernière sera analysée et traitée par l automate programmable PLC S7-224 afin d être utilisée ou exécutée. Suite à ce traitement, l entreposage des données est nécessaire. Amazon S3 nous propose une solution tout a fait viable. En effet, cette solution consiste en un stockage en ligne des données sur un serveur de la compagnie. Elle est aussi dotée de la technologie RAID pour la redondance des données, leur sécurité et leur intégrité. Pour compléter la robustesse du présent système, il convient de lui ajouter un mécanisme de résistance aux pannes d énergie. L utilisation d une génératrice électrique munie d une batterie alimentant le relais de démarrage nous assure son déclenchement automatique, tandis que le remplissage du réservoir se fera par l utilisateur et ce, seulement si nécessaire.

68 CHAPITRE 7. CONCEPT RETENU Schématisation du concept retenu Solution : Collecte d informations météorologiques Gouvernement du Canada Solution : Information protégé par mot de passe et chiffré en TLS Solution : Acquision Labview Solution : Stockage des données sur amazon Solution : PLC S7-224 Simens Solution: Cuve enterrée en polyéthylène Aqualentz de Sotralenz Habitat de 3500 litres Solution : Interface opérateur Labview + Application avec système d accès à distance Team Viewer Solution: Pompe 3000/4 Gardena Gicleurs T-100 Comfort de Gardena Figure 7.1 Schématisation du concept retenu

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