DU COLLOQUE - UAC

& ATELIER| STATISTIQUES, MATHÉMATIQUES ET PHYSIQUES
VIIème Colloque des Sciences, Cultures et Technologies
Campus universitaire d’Abomey-Calavi - BENIN du 16 au 21 septembre 2019
VIIème COLLOQUE DE L’UNIVERSITE D’ABOMEY-CALAVI
DES SCIENCES, CULTURES ET TECHNOLOGIES
DU 16 AU 21 SEPTEMBRE 2019
ACTES DU COLLOQUE
VIIème COLLOQUE : DES SCIENCES, CULTURES ET TECHNOLOGIES | UAC, 2019
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© Université d’Abomey-Calavi - BENIN
ISSN : 1840-5851-Editions décembre 2019
EDITEUR : Conseil Scientifique de l’Université d’Abomey-Calavi Téléphone : (+229) 21 36 00 74 ; Fax. : (+229) 21 36 00 28 Email : [email protected]
COMITÉ DE RÉDACTION Directeur de publication : Professeur Félicien AVLESSI
Secrétaire scientifique : Professeur Aliou SAIDOU
Membres : Docteur Sylvain KPENAVOUN, Maître de Conférences
: Monsieur Césaire YADOULETON
: Professeur Eugène EZIN
COMITÉ SCIENTIFIQUE DE LECTURE ET DE SÉLECTION DES COMMUNICATIONS Président : Professeur Adam AHANCHEDE
Rapporteurs : Professeur Aliou SAIDOU
: Docteur (MC) Sylvain KPENAVOUN
: Professeur Sahidou SALIFOU
: Professeur Madjidou OUMOROU
: Professeur Aristide HOUNGAN
: Docteur (MC) Kifouli ADEOTI
: Docteur (MC) Etotépé SOGBOHOSSOU
: Docteur (MC) Florent Jean-Baptiste QUENUM
: Docteur (MC) A. S. Afio ZANNOU
: Docteur (MC) Gbènoukpo Barthélémy HONFOGA
: Docteur (MC) Delphine ADANDEDJEAN
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: Docteur (MA) Félix ALLADASSI KOUELO
: Docteur (MA) Djidjooh Mathieu Maurice AHOUANSOU
: Docteur (MA) Akomian Fortuné AZIHOU
: Docteur (MA) Déley Sylvain DABADE
: Docteur (MA) Camus Mahougnon ADOLIGBE
: Docteur (MA) Gbênagnon Serge AHOUNOU
: Docteur (MA) Julien AVAKOUDJO
: Docteur (MA) Philippe SESSOU
Lettres et Sciences Humaines
: Professeur Yves Antoine TOHOZIN
: Docteur (MC) Ariane DJOSSOU
: Docteur (MC) Ibouraïma YABI
: Docteur (MC) Coffi SAMBIENI
: Docteur (MC) Toussaint VIGNINOU
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: Docteur (MA) Ibrahim YEKINI
: Docteur (MA) Fernand NOUWLIGBETO
d’Activités Physiques et Sportives
: Professeur Kossivi ATTIKLEME
: Professeur Mansourou LAWANI
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: Professeur Cossi Emmanuel HOUNKOU
: Docteur (MCA) Albert HONLONKOU
Sciences Exactes et Sciences de l’Ingénieur
: Professeur Félix HONTINFINDE
: Professeur Aristide Cossi ADOMOU
: Docteur (MC) Ahoéfa Amélé Eugénie ANAGO
: Docteur (MA) Sophie BOGNINOU
: Docteur (MA) Léopold DJOGBE
: Docteur (MCA) Hilaire AKEREKORO
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REMERCIEMENTS
Le Conseil Scientifique de l’Université d’Abomey-Calavi (UAC) adresse ses sincères
remerciements à tous les sponsors et partenaires qui ont lui ont apporté leur soutien
multiforme dans le cadre des préparatifs du VIIème colloque de l’UAC des Sciences,
Cultures et Technologies. Il adresse également ses remerciements à tous les
Enseignants-Chercheurs de l’UAC qui ont activement participé aux travaux d’évaluation
des résumés et des textes complets des manuscrits.
SOMMAIRE
OPTIMISATION DES PERFORMANCES D’UN SYSTÈME SOLAIRE PASSIF PAR SIMULATION
NUMÉRIQUE
9
PROTOTYPE D’UN SYSTÈME D’IRRIGATION AUTONOME ET EFFICIENTE EN EAU DES
CULTURES
24
EFFET DE L’EXTRAIT AQUEUX DU MÉLANGE DE CISSUS POPULNEA ET MUSA PARADISIACA
SUR LA SPERMATOGENÈSE : IMPORTANCE DE LA PRODUCTION DE L’INTERLEUKINE-6 PAR
LES CELLULES DE SERTOLI
Eugénie A. A. ANAGO, Jean Robert B. KLOTOE, Cédric B.O. ADDA, Gisèle J. EGOUNLETY-
TOUDONOU
34
MODÉLISATION PHYSICO-CHIMIQUE DES COMPLEXES DE LA MYRICÉTINE PAR LES IONS
ZINC II
R. Chabi Doco, M. T. A. Kpota Houngue, Urbain A. Kuevi, Gaston A. Kpotin, Y. G. S. Atohoun, Jean-
Baptiste Mensah et Michael Badawi
44
LATÉRITIQUE (BÉNIN)
BABALIYE Olivier, Dr HOUANOU Kocouvi Agapi, Prof TCHEHOUALI Adolphe, Prof VIANOU
Antoine, Prof FOUDJET Amos Erick.
54
PRÉDICTION DE LA PRESSION DE GONFLEMENT DES SOLS ARGILEUX DE LA DÉPRESSION
DE TCHI AU BÉNIN
Koffi J. AGBELELE, Abalo P' KLA, DARA Kébir Sanny, Gérard GBAGUIDI AÏSSE, Gérard DEGAN
66
COMPORTEMENT HYDROMECANIQUE D’UN SOL GONFLANT NON SATURE : CAS DES SOLS
DE LA COMMUNE DE POBE
Koffi J. AGBELELE, Abalo P' KLA, DARA Kébir Sanny, Gérard GBAGUIDI AÏSSE, Gérard DEGAN,
78
ETUDE DE L’INFLUENCE MUTUELLE DES PRISES DE TERRE PAR LA RÉSOLUTION DES
ÉQUATIONS DE MAXWELL
vincent HOUNDEDAKO, Romain Vilevo ADANHOUNME, Antoine VIANOU
87
AMELIORATION DU CAPTEUR DE FLUX DE CHALEUR FEMTO-ST PAR RESOLUTION DU
PROBLEME INVERSE AVEC LA METHODE DE GRADIENT CONJUGUE AVEC PROBLEME
ADJOINT
97
LINEAIRE DU BOIS DE BORASSUS
Robert MICHOZOUNNOU, Valéry K. DOKO, Gérard GBAGUIDI AÏSSE.
109
OPTIMISATION DE LA PORTEE D’UNE VOUTE NUBIENNE PAR LA THEORIE DE LA CHAINETTE
RENVERSEE (BENIN)
Valery K. DOKO, Damien A. AHOSSI, Edem CHABI, Edmond C.ADJOVI
121
SECURISATION DES DOCUMENTS PAR LA SIGNATURE NUMERIQUE AU MOYEN DES
COURBES ELLIPTIQUES
135
VALORISATION DES SOUS-PRODUITS DE LA FILIERE COTON AU BENIN : CONCEPTION ET
REALISATION D’UNE DEFIBREUSE MANUELLE ET D’UNE THERMO-PRESSE POUR
L’ELABORATION DES PLAQUES
GBEGBO Eric, ALAKOUKO Abdou Raïmi O. I., OKENIYI Nawarath A. O., TOUKOUROU Chakirou A
146
SIMULATION NUMERIQUE DE L’INFLUENCE DU COUPLE SUR LE COMPORTEMENT
MECANIQUE DES ENGRENAGES EN COMPOSITE : CAS DU HDPE 40
K. F. WOTODZO, K. A. KASSEGNE D. KOFFI,
164
NRZ-OOK VS OFDM
Mawutin Martien Carlos AGOSSOU, Léopold DJOGBE, Fréjus SANYA, Patrick SOTINDJO, Antoine
VIANOU, Christelle AUPETIT-BERTHELEMOT
Dodema BITENIWE and Kossi Essona GNEYOU
193
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OPTIMISATION DES PERFORMANCES D’UN SYSTÈME SOLAIRE PASSIF PAR SIMULATION NUMÉRIQUE
APOVO D. Berléo1, 2, AHOUANNOU Clément1, 2, OSSENI Sibiath1, 2, LANZETTA François3 1 : Laboratoire d’Energétique et de Mécanique Appliquée (LEMA), Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi (EPAC), 2 : Laboratoire de Contrôle des Lampes (LCL), Centre Autonome de Contrôle de Conformité aux Normes de Performance Energétique, EPAC-UAC, 3 : Laboratoire FEMTO, Université de Belfort, Franche Comté, France.
Résumé
Dans un contexte global de développement durable, le secteur du bâtiment demeure à l’échelle mondiale un poste
important de consommation d’énergie et d’émissions de gaz à effet de serre, du fait des besoins en matière de
chauffage et de climatisation pendant l’exploitation. Pour répondre à cette problématique dans le bâtiment, les
systèmes solaires passifs sont une approche de solutions. Il s’avère donc indispensable d’optimiser leur
fonctionnement et d’évaluer leur performance, afin de profiter pleinement de leur potentiel. La présente étude qui a
pour objectif de proposer un système solaire passif offrant un meilleur confort thermique, hygroscopique et aéraulique,
s’est intéressée à l’optimisation des performances d’un « mur trombe », par simulation numérique. Une configuration
d’été d’une maison solaire présentant un mur Trombe dans son architecture a été analysée et simulée par une
approche CFD (Computational Fluid Dynamics), avec le solveur Fluent 18.2. Les murs massifs formés à partir de béton
de ciment, de béton de fibre de bananier et de bois ont été étudiés. Il ressort de cette étude que le bâtiment réalisé
avec un mur massif en béton de ciment présente de meilleures performances, du point de vue du confort thermique ;
hygroscopique et aéraulique. Les températures opérationnelles obtenues à l’intérieur de l’espace habitable du bâtiment
se situent entre 19,4 °C et 23,7 °C, la vitesse de l’air varie entre 0,1 et 0,2 m s-1. L’humidité relative de l’air dans
l’espace habitable est dans la plage de 55,5 à 72,2 % ; ce qui est conforme aux valeurs recommandées par ASHRAE
pour situer les zones de confort hygrothermique et aéraulique.
Mots clés : CFD, confort hygrothermique et aéraulique, mur Trombe, Système solaire passif.
Abstract
In a global context of sustainable development, the building sector remains an important global energy consumption
and greenhouse gas emissions item, due to the need for heating and cooling during the summer. To answer this
problem in the building industry, passive solar systems are a solution. It is therefore essential to optimize their
performance, in order to take full advantage of their potential. The present study which aims to propose a passive solar
system offering a better thermal, hygroscopic and aeraulic comfort, was interested in the optimization of the
performances of a "wall trombe", by numerical simulation. A summer configuration of a solar house with a Trombe wall
in its architecture was analyzed and simulated by a CFD (Computational Fluid Dynamics) approach, with the Fluent
18.2 solver. The massive walls formed from cement concrete, banana fiber concrete and wood were studied. It emerges
from this study that the building made with a solid wall made of cement concrete has better performance from the point
of view of hygrothermal and aeraulic comfort. The operating temperatures achieved within the building living space are
between 19.4 ° C and 23.7 ° C, the air speed varies between 0.1 and 0.2 m s-1. The relative air humidity in the living
space has been determined and is in the range of 55.5 to 72.2 %; which is in line with the values recommended by
ASHRAE to locate hygrothermal and aeraulic comfort zones.
Key words : CFD, hygrothermal and aeraulic comfort, Passive solar system, Trombe wall.
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Introduction
La consommation énergétique mondiale augmente de plus en plus. Tous les secteurs d’activités sont concernés en
particulier celui du bâtiment, qui demeure à l’échelle mondiale un poste important de consommation d’énergie, avec
plus de 40% de la production mondiale, et est source d’émissions polluantes (Lou, 2012; Daouadji, 2017). La réduction
de la consommation d'énergie d'un bâtiment et l'amélioration de la qualité de l'ambiance intérieure sont donc deux
enjeux majeurs auxquels sont confrontés les professionnels des bâtiments dans le monde entier (Valdiserri, et al.,
2015 ; Kim, et al., 2017). Il devient nécessaire de mettre à la disposition des concepteurs de bâtiments, des moyens
efficaces, techniques et technologiques pour optimiser les projets de construction en fonction des contraintes locales,
en particulier météorologiques. On attend alors du bâtiment, qu’il offre un confort naturel en toute saison (Hollmuller et
al., 2003 ; Zhongting et al., 2016). Pour répondre à cette problématique, l’efficacité énergique dans le bâtiment est à
envisager. Parmi les solutions d’amélioration de l’efficacité énergétique dans le bâtiment, il est d’usage de distinguer
les solutions dites «passives» qui consistent à réduire la consommation d’énergie des équipements et des matériaux
grâce à une meilleure performance intrinsèque et les solutions dites «actives» visant à optimiser les flux et les
ressources.
Ces dernières décennies, on note une prise de conscience des effets néfastes des bâtiments (construction, chauffage,
climatisation) sur l’environnement. Elle a conduit à l’émergence des concepts de « bâtiments écologiques », de «
constructions bioclimatiques » ou de « maisons solaires » (Tittelein, 2012). L’utilisation de l’énergie solaire dans le
bâtiment est considérée comme une démarche visant à réduire sa consommation énergétique. Le rayonnement solaire
est d'une utilisation dite passive lorsqu’il réchauffe directement un corps (exemple un bâtiment), soit en pénétrant par
les fenêtres ou soit en s'accumulant dans des masses de matière (Chabane, 2015). Plusieurs facteurs affectent
l'efficacité et la performance des systèmes solaires dans les bâtiments, il s’agit de la méthode d'utilisation de l'énergie
solaire (active ou passive), des conditions géographiques et climatiques de la région (latitude et longitude, température
mensuelle moyenne, vitesse de vent, intensité et durée du rayonnement solaire), de la position et l’orientation du
bâtiment et des systèmes solaires, la géométrie du bâtiment (impact de la structure et de la forme du bâtiment sur la
quantité et la méthode de réception de l'énergie solaire, les dimensions et installation des murs transparents dans les
façades) et les matériaux de constitution des murs (capacité d'absorption, de stockage et de diffusion de chaleur des
matériaux) (Sobhan & Mohammadi, 2016).
L'approche solaire passive présente de nombreux avantages, notamment la simplicité de la technologie, le faible coût,
la fiabilité et la durabilité. Elle est réalisée en essayant de maximiser l’apport de chaleur en hiver et de le minimiser en
été (Eduardo, et al., 2013). Plusieurs concepts ont été développés pour les systèmes solaires passifs. Ce sont
principalement : le gain direct, le gain indirect (mur collecteur-stockeur), (Duffie & Beckman, 2013; Dillmann, 2014;
Guignard, 2010; Yan, et al., 2017).
Divers dispositifs architecturaux, tels que les cheminées solaires (Zhai , et al., 2011), les toits solaires (Fiaschi &
Bertolli, 2012), les murs Trombe sont alors utilisés dans la construction. En dehors d'être écologique, l’utilisation d’un
mur Trombe dans la construction peut réduire la consommation d'énergie d'un bâtiment jusqu'à 30 % (Hordeski, 2004).
On retrouve plusieurs configurations de murs Trombe : le mur Trombe classique, le mur Trombe composite, le mur
d'eau Trombe, le mur Trombe en zigzag, la paroi trans-solaire, le mur hybride solaire, le mur Trombe avec des
Matériaux à Changement de Phase (MCP), le mur Trombe fluidisé et le mur Trombe- PV. Ces systèmes se sont
montrés globalement efficaces. Néanmoins, on doit savoir contrôler et maîtriser la quantité de chaleur captée pour
éviter les surchauffes lors des périodes de la journée fortement ensoleillées (Salem, 2007), ainsi des problèmes
d’inconfort pourraient survenir en particulier l’été (Stazi, et al., 2011; Imessad & Belhamel, 1999). De ce fait, des
approches de solution ont commencé à être développées en vue d’améliorer le confort en été.
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Shaoqing et al., (2017) se sont intéressés à l’optimisation de la conception passive des bâtiments résidentiels
nouvellement construits à Shanghai, pour l’amélioration du confort thermique intérieur tout en réduisant la demande
d'énergie du bâtiment. Ils ont fait plusieurs suggestions : il s’agit entre autre du niveau d’étanchéité, de l'orientation du
bâtiment, de la surface des ouvertures sur les parois, de la transmission à travers les fenêtres qui doit être basse, de
l’absorption solaire élevée sur le toit, de l’indice d'inertie thermique élevé de la paroi Sud et faible pour le mur Nord.
Généralement, il existe trois manières de résoudre le problème des écoulements thermiques : les approches
analytique, expérimentale et numérique. Ormiston, et al. (1986) ont été les premiers à effectuer, une prédiction
numérique du système de mur Trombe. Leur étude a conclu que l'interaction de l’intérieur et la couche d'air étaient le
principal facteur affectant le flux d'air et le transfert de chaleur. De même, Gan (1998) a effectué une étude
paramétrique en utilisant des mesures de flux d'air bidimensionnel pour différentes hauteurs de murs, types de vitrages
et isolations murales afin d’optimiser les effets de refroidissement d'un mur Trombe. La forme compliquée des
équations des conditions aux limites impose beaucoup de difficultés à essayer de résoudre les équations
mathématiques en thermique par un schéma numérique régulier. En outre, cette résolution est rendue compliquer par
la variation non régulée des paramètres climatiques ambiants (température ambiante et rayonnement solaire). En se
basant sur des études antérieures pour formuler des hypothèses simplificatrices, Shtrakov & Stoilov (2005), ont
développé et validé une nouvelle approche de la méthode des différences finies pour l'analyse thermique des systèmes
solaires passifs. Shen, et al. (2007) ont étudié les performances thermiques d’un mur Trombe classique et d’un mur
Trombe composite à partir de la méthode des différences finies. Ils ont fait part de la difficulté de calculer et d'analyser
avec précision le comportement thermique des parois de l'enveloppe du bâtiment lorsque coexistent différents modes
de transfert thermique et à cause des phénomènes climatiques particulièrement aléatoires.
Bien que ces études aient aidé à produire une gamme de critères de conception pour certains aspects des murs de
Trombe, de nombreuses hypothèses sont utilisées pour réduire la complexité des équations aux dérivées partielles
simultanées nécessaires pour analyser un tel système complexe. Cela rend l'analyse numérique difficile à utiliser
comme outil de conception à moins qu'elle ne soit logée dans un ensemble de calcul plus performant (Chelsea, 2016).
De même, la méthode expérimentale permet d’étudier plusieurs problèmes. Son inconvénient est qu’elle nécessite
beaucoup de temps pour l’installation et que son coût est parfois, sinon toujours, élevé. De plus, l’approche
expérimentale ne permet d’obtenir la valeur des variables d’intérêt que pour certains cas très particuliers ; l’étude
paramétrique est le plus souvent impossible (Boukadida, 2015).
Plusieurs approches numériques permettent de modéliser le flux d'air intérieur dans les bâtiments. L’approche statique
monozone est la première à se baser sur la réalisation d’un bilan énergétique complet. Dans ce cadre, le bâtiment est
considéré comme une et une seule zone au sein de laquelle la température est « uniforme ».
L’approche multizone constitue aujourd’hui une technique la plus aboutie de simulation pour nombre de professionnels
du bâtiment. Elle se base sur la division du bâtiment étudié en différentes zones au sein desquelles la température est
supposée uniforme. Chaque zone se comporte alors individuellement, à l’image d’une simulation monozone. Le calcul
est cette fois dit dynamique car il est réalisé de manière itérative, généralement heure après heure, sur une période
temporelle définie (typiquement un an).
L'utilisation d'un logiciel de simulation intégrant un code CFD vérifié permettrait de tester et d'optimiser plusieurs
paramètres dans différents climats s'il peut être validé avec des données expérimentales existantes. En effet, le
modèle multizone est différent de la CFD qui décompose une zone de bâtiment en une grande quantité de volumes
de contrôle et peut fournir une description détaillée du flux d'air en résolvant les équations de Navier-Stokes (Chen
2009). Le terme CFD (Computational Fluid Dynamics) désigne, en toute rigueur, l’ensemble des outils numériques de
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mécanique des fluides visant à connaître de manière détaillée la valeur des propriétés telles que la masse volumique,
vitesse, pression, température, etc. d’un écoulement de fluide (liquide ou gaz
En effet, étant donné que l'utilisation de CFD dans la conception de systèmes de bâtiments n'a été effective que
récemment dans le cadre d'études sur l'environnement des bâtiments, il existe très peu d’étude antérieures sur
lesquelles on peut fonder une méthode de validation. Pour la plupart des logiciels de simulation par ordinateur, la
meilleure façon de légitimer les valeurs simulées est de les comparer aux valeurs réelles surveillées de la même
configuration que le modèle (Chen & Srebric, 2002).
Le logiciel CFD utilise les équations générales de conservation de l'énergie, de la masse et de l'impulsion pour calculer
le transfert de masse et de chaleur entre les volumes discrétisés. Le mouvement de l'air, la température de l'air et la
température radiante des limites de ces volumes sont réglés sur une condition initiale. Ces conditions aux limites sont
basées sur des données climatiques ou matérielles locales. Une fois les conditions aux limites définies, le logiciel CFD
simulera ensuite le flux d'air et l'échange de chaleur entre les surfaces limites et les volumes adjacents, puis vers
chaque volume environnant.
La présenté étude a pour objectif de tenir compte de plusieurs paramètres caractéristiques d’un modèle de mur Trombe
proposé, pour optimiser ses performances, en utilisant une approche CFD, à l’aide du logiciel Ansys Fluent 18.2.
Matériel et méthodes
Matériel
Le matériel utilisé est constitué de divers éléments. En ce qui concerne les outils de simulation, cette étude a été faite
à l’aide d’un ordinateur portatif de marque Hp, modèle Probook 4540s, de processeur Intel(R) Core (TM) i3-3110M
CPU @ 2.40GHz, 2 cœurs, 4 processeurs logiques avec 6,00 Go de mémoire RAM installée. Le logiciel de simulation
CFD a été retenu et est installé sur cet ordinateur, il est le logiciel Ansys 18.2. Dans ce logiciel, l’édition des géométries
a été faite avec les modules DesignModeler et SpaceClaim. Le maillage du domaine été réalisé avec l’éditeur de
maillage intégré à Ansys 18.2. Le solveur utilisé pour cette étude est Fluent. Pour l’affichage des résultats, le module
CFD-Post a été utilisé. L’humidité relative de l’air à été déterminée à partir des logiciels CoolPack version 1.49 et ESS
6.163. Le tracé des courbes a été effectué par le logiciel OriginPro 8.5.
La configuration de maison solaire passive avec mur Trombe simulé est contitué d’une pièce simple avec la paroi
Trombe orienté vers le Sud. Les conditions météorologique de la ville de Belfort (France) ont été utilisées pour la
simulation. La pièce habitable du local de référence est de largeur 3 m, de longueur 3 m et de hauteur 2,7 m. Le mur
Trombe se compose de verre simple de 0,004 m, d’un vide d’air de 0,2 m et d’un mur de béton de 0,15 m d’épaisseur
(fig. 1). Le but principal de cette étude étant de réduire les problèmes d’inconfort en été, il a été proposé une
configuration de mur Trombe d’été, pour laquelle le volet bas du mur Trombe est fermé, une ouverture est faite à
l’arrière du bâtiment permettant l’admission d’air frais dans le local. La sortie de l’air chaud du local est faite à travers
une ouverture située à la partie supérieure du vide d’air entre le verre et le mur Trombe.
L’ouverture supérieure faite dans le mur massif de 1,5 m × 0,2 m à 0,15 m du plafond. Celle réalisée dans le mur Nord
du bâtiment est faite sur toute la largeur, sur une hauteur de 0,15 m à partir du plancher.
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Les propriétés thermophysiques des matériaux constituants le modèle physique de bâtiment proposé sont présentées
dans le tableau 1.
Tableau 1 : Propriétés thermophysiques des matériaux utilisés : Béton et vitre en verre (Bajc, et al., 2014), Béton de
fibre de bananier (Osséni, 2017)
Propriétés Béton de
thermique () 1,500 0,024 0,810 0,350 0,173 W m-1 K-1
Capacité thermique
() 960 1006,43 840 835 2310 J kg-1 K-1
Densité () 2000 1,225 2500 1169 700 kg m-3
L’optimisation des performances des systèmes solaires thermiques repose généralement sur quatre aspects (Öü,
2013) : la géométrie et l'orientation du mur solaire ; les propriétés du matériau constituant le mur ; l’épaisseur et le
volume de l'espace Trombe (vide d’air) ; les dimensions et les positions des orifices sur le mur Trombe.
Dans cette étude, les propriétés des matériaux constituants le mur massif seront étudiées avec l'analyse CFD. A cet
effet, des murs massifs en béton de ciment, en béton de fibre de bananier et en bois seront simulés et leurs
performances seront évaluées.
Plafond Mur Ouest
le mur massif
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Présentation de la méthode CFD dans Ansys
Les codes CFD dans Ansys sont structurés autour des algorithmes numériques qui traitent les problèmes de circulation
des fluides. Afin de faciliter leur résolution, tous les logiciels commerciaux de CFD comprennent des interfaces
sophistiquées pour entrer les paramètres du problème et pour examiner par la suite les résultats. Ainsi, codes CFD de
Ansys contiennent trois éléments principaux : un pré-processeur, un solveur et un post-processeur. La figure 2 illustre
la procédure de réalisation d’une simulation avec Ansys Fluent.
Figure 0 : Procédure de simulation
Le pré-processeur consiste à créer un modèle représentatif du problème d’écoulement avant sa résolution numérique.
Cette étape comprend la création du domaine de calcul, la génération du maillage, le choix du phénomène physique
qui nécessite d’être résolu, la définition des propriétés des fluides et solides et la spécification des conditions aux
limites. Dans l’étape du pré-processeur, la forme et la taille des éléments dans un domaine d’écoulement jouent un
rôle important pour la précision de la solution et pour le temps de calcul nécessaire pour résoudre le problème. Dans
une simulation 3D, la forme parfaite est un hexaèdre parce que le nombre d’éléments est plus faible que si les éléments
utilisés sont des tétraèdres et les éléments peuvent être alignés avec l’écoulement. En conséquence, le temps de
simulation est réduit, et les résultats sont plus précis (Boukadida, 2015).
La plupart des logiciel CFD utilisent l’approche du volume de contrôle. Ansys comprend plusieurs solveurs dont Fluent
et CFX. Pour la prise en compte des charges solaires, le solveur Fluent a été retenu. L’algorithme numérique de cette
méthode est en trois étapes. A la première étape, les équations de l’écoulement du fluide sont intégrées sur l’ensemble
des volumes de contrôle du domaine. Dans une seconde étape, les équations non linéaires sont linéarisées et les
équations résultantes sont converties en équations algébriques. Enfin, les équations sont solutionnées algébriquement
grâce à une méthode itérative.
Le post-traitement est un moyen pour présenter les résultats des prédictions et produire les images et animations CFD.
Il existe plusieurs méthodes pour présenter les résultats tels que les tracés des vecteurs, des contours et des surfaces
2D et 3D.
a. Hypothèses de base
Plusieurs hypothèses ont été adoptées dans le cadre de la présente étude. Les équations de Navier-Stokes,
combinées au modèle de turbulence RNS et au modèle de rayonnement, ont été résolues dans le solveur Fluent en 3
dimensions qui se base sur la méthode des volumes finis. Le fluide, l’air, est considéré comme un gaz parfait
incompressible. Le solveur était basé sur la pression avec un schéma de couplage pression-vitesse. Toutes les
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discrétisations spatiales sont de second ordre. Un modèle k − ε standard à deux équations a été utilisé pour fermer
l'ensemble des équations qui gouvernent le régime turbulent. Dans cette étude, l'hypothèse de Boussinesq a été
utilisée afin de considérer la flottabilité provoquée par les différences de température.
b. Conditions initiales
Ansys Fluent fournit un modèle de charge solaire qui peut être utilisé pour calculer les effets du rayonnement soleil qui
entrent dans un domaine de calcul. L'approche par le tracé des rayons du soleil est un moyen très efficace et pratique
d'appliquer des charges solaires en tant que sources de chaleur dans les équations d'énergie. Ansys est doté d'un
utilitaire de calculatrice solaire qui peut être utilisé pour construire l'emplacement du soleil dans le ciel pour une heure,
une date et une position données. La charge solaire est disponible uniquement dans le solveur 3D et peut être utilisée
pour modéliser des écoulements stables et instationnaires. Il permettra de déterminer la transmission solaire à travers
toutes les surfaces vitrées au cours d'une journée, ce qui permettra de prendre des décisions importantes avant
d'entreprendre des études d'écoulement. Cinq modèles de rayonnement sont disponibles dans le solveur Fluent. Il
s’agit du modèle d'ordonnées discrètes (DO), modèle de rayonnement de transfert discret (DTRM), modèle de
rayonnement P1, modèle de Rosseland et modèle Surface-to-Surface (S2S). Le modèle de rayonnement (S2S) peut
être utilisé pour modéliser le rayonnement dans les systèmes de capteurs solaires et les appareils de chauffage
radiatifs basé sur un facteur de vue.
Nous avons opté pour ce modèle. Il a été ensuite utilisé le calculateur solaire pour la ville de Belfort (France) à une
date et un temps précis selon la saison. En France, le jour en moyenne le plus chaud est vers le 20 juillet1. De ce fait,
pour la simulation de la configuration d’été, il a été retenu le 20 juillet pour le calcul de la charge solaire par le calculateur
d’Ansys fluent avec un facteur solaire de 0,75. Le modèle de rayonnement S2S permet les solutions d’irradiation sur
les parois semi-transparentes, ainsi que les problèmes de rayonnement entre surface2.
c. Conditions aux limites
Les conditions aux limites concernent les différentes zones étudiées. Les différents constituants des zones considérées
sont présentés dans les tableaux 2 à 4.
Tableau 2 : Type et état des zones retenus
Zone Vide d’air Mur Trombe Intérieur du local
Etat fluide solide fluide
Type de zone Type utilisé dans Fluent
Vitre en verre Wall
1 https://fr.wikipedia.org/wiki/Saison (consulté le 20 juillet 2018) 2 ANSYS FLUENT Theory Guide, Release 18.2 August 2017
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Tableau 4 : Résumé des conditions aux limites utilisées dans les simulations CFD
Zone Vitre Parois verticales et
plafond
plancher
thermique
Résultats et discussion
Maillage du domaine d’étude
En mode de maillage, Fluent fonctionne comme un programme de génération de maille capable de gérer des mailles
de taille et de complexité pratiquement illimitées. Les mailles peuvent être constituées de cellules tétraédriques,
hexaédriques, polyédriques, prismatiques ou pyramidales. Dans cette étude, il a été adopté un maillage adaptatif (fig
3). Ce maillage défini pour chaque corps considéré des géométries de cellules adaptées. A cet effet, le local a été
constitué en 282795 nœuds et 135816 éléments.
(a) (b)
Figure 0 : Maillage 3D (a) vue isométrique (b) vue en coupe transversale du local, pour la configuration proposée.
Présentation des résultats de simulation
Evolution des températures
La simulation du comportement du bâtiment a été faite aux différentes heures 9 h, 12 h, 15 h, 18 h et 21 h en fonction
des matériaux constituant le mur massif. Pour raison de gestion d’espace, seule l’évolution de la température sur le
contour du bâtiment et au centre de l’espace habitable à 15h à la date de simulation (20 juillet) a été présenté pour les
différents matériaux utilisés (fig.4, 5 et 6). La figure 7 est un récapitulatif de l’évolution de la température au centre de
l’espace habitable en fonction du temps, pour chaque matériau étudié.
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(a) : Température de contour du local (b) : Température au sein du local
Figure 4 : Températures obtenues pour mur massif en béton de ciment
Figure 5 : Températures obtenues pour mur massif en béton de fibre de bananier
Figure 6 : Températures obtenues pour mur massif en bois
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Figure 7 : Evolution de la température au centre de l’espace habitable du local
Après lecture des figures 4 à 7, on note une variation de la température de contour extérieur entre 19 °C et 183 °C.
Les valeurs maximales de températures sont enregistrées à 15 h. Cela s’explique par l’apport solaire journalier
parvenant à la vitre entre 12 h et 15 h ; et surtout, par la masse d’air emprisonnée dans la partie inférieure du vide d’air
située entre la vitre et le mur massif, qui s’échauffe progressivement en décrivant presque le profil de l’intensité du
rayonnement réciproque entre les différentes parois du local, au cours d’une journée. La réflexion multiple des parois
du local dans l’infra-rouge, associée aux différents transferts à travers les parois entraînant une élévation progressive
de la température depuis le lever du soleil pour atteindre sa valeur maximale au voisinage de 15 h, puis décroit
progressivement pour prendre les faibles valeurs à partir de 21 h. Le centre de l’espace habitable du local se comporte
alors comme une serre.
Malgré l’enregistrement de fortes températures au niveau des contours du local et celles dans le vide d’air, les
températures obtenues dans l’espace habitable sont bien supportables. Elles prennent des valeurs comprises entre
19,4 °C et 23,7 °C. Cela nous amène à affirmer que la convection est le principal mécanisme de transfert de chaleur
dans le local.
Les plus faibles valeurs de températures sont observées à 21 h, ce qui se justifie par le fait qu’à cette heure, le flux
reçu du soleil est nul. Seul le rayonnement des parois et la température de l’air extérieur pourront être mis en jeu dans
les mécanismes de transfert.
La figure 8 est relative au gradient vertical de température à l’intérieur du local. Nous observons sur cette figure, un
gradient de température de 2,45 K m-1.
9h 12h 15h 18h 21h 19
20
21
22
23
24
bois
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Figure 8 : Gradient vertical de température dans l’espace habitable du local
Cette valeur est conforme à celle prévue par la norme ISO 7730 relative à l’ergonomie des ambiances thermiques, qui
prévoit une différence verticale de température < 3 °C/m. Nous pouvons retenir de l’analyse de cette figure, que la
température ne peut être considérée uniforme dans l’espace habitable du local. De ce fait, les valeurs de températures
au centre de l’espace habitable obtenues, ne seront considérées qu’indicatives.
Etude de l’influence de la nature des matériaux constituant le mur massif sur l’ambiance intérieure du local.
A l’analyse de la figure 7, nous pouvons retenir que les températures les plus basses sont obtenues en utilisant un
mur massif en bois, elles sont légèrement plus élevées avec un mur massif en béton de fibre de bananier et plus
élevées avec le béton de ciment. La température de l’air intérieur recommandée en période estivale est de 23 à 26°C.
A cet effet, des trois matériaux constituant le mur massif proposés, le béton de ciment parait présenter de meilleures
performances. Ce résultat, est en conformité avec ceux obtenus par Do (2012) dans son étude portant sur la
«modélisation et l’optimisation d'un mur solaire avec vitrage dans un bâtiment résidentiel». En effet, dans cette étude,
il prévoit une valeur optimale de 1,3 W m-1 K-1 pour la conductivité thermique des matériaux constituant le mur massif.
Dans notre présente étude, le béton de ciment utilisé à une valeur de conductivité thermique de 1,5 W m-1 K-1, se
rapprochant de la valeur optimale, contre 0,35 W m-1 K-1 pour le mortier de fibre de bananier et 0,173 W m-1 K-1 pour
le bois.
Il est a noté, dans le cadre de cette étude, que la simulation n’ayant pas tenu compte des gains de chaleurs dus aux
occupants et équipements, les températures au centre de l’espace habitable de bâtiment ci-dessus présentées,
pourraient connaitre des élévations que nous déterminerons pendant nos prochaines études.
Vitesse de circulation de l’air dans le local
Les mouvements d’air accentuent les échanges de chaleur par convection dans un bâtiment. La prise en compte de
ce paramètre permet de bien caractériser les conditions de confort thermique dans un bâtiment. La figure 9 présente
la vitesse d’écoulement d’air dans le local étudié.
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Figure 9 : Vitesse d’écoulement de l’air dans le local
La vitesse d’écoulement de l’air dans l’espace habitable du local varie entre 0,1 et 0,2 m s-1. Elle est conforme à la
vitesse recommandée par la norme ISO 7730 en été, soit < 0,25 m s−1.
Le choix d’une configuration de maison solaire passive à mur Trombe ventilé a permis d’obtenir une ambiance
intérieure confortable car, l’ouverture créée à l’arrière du bâtiment permet l’admission d’air neuf qui évacue l’air chaud
du local. On note cependant une stagnation de l’air (vitesse nulle) au centre et dans les quatre angles de l’espace
habitable.
Dans la partie basse du vide d’air (espace entre la vitre et le mur massif), il n’y a presque pas d’écoulement, c’est une
zone de changement de direction de l’air, il représente un obstacle pour l’écoulement. L’air se stratifie dans cette zone ;
c’est ce qui pourrait justifier les fortes valeurs de températures observées à ce niveau.
Humidité relative de l’air
L’humidité relative de l’air au sein de l’espace habitable du local n’a directement pas pu être déterminée par le logiciel
Ansys 18.2. Pour cela, nous avons procédé à sa détermination par une méthode indirecte. En effet, l'humidité
absolue d'une masse d'air représente la quantité en grammes de vapeur d’eau présente dans un volume ou une masse
(Wyer, 1906) d'air sec donné (Perry & Green, 2007). Sa valeur reste constante même si la température de l’air varie
en restant supérieure à la température du point de rosée. A partir des données de la figure 3.2 présentant les conditions
météorologiques de la ville de Belfort, nous avons une température sèche de l’air de 19°C et une humidité relative de
74,1%. Ces deux paramètres ont permis de déterminer l’humidité absolue de l’air grâce à un outil auxiliaire
« PROPERTIES » du logiciel CoolPack 1.49 (Annexe 1). Cet outil fait appel à un calculateur de propriétés
thermodynamiques et thermophysiques du logiciel EES 6.163 (Annexe 2). L’humidité absolue est de 0,01016 kgeau.kg-
1 air_sec. La température à l’intérieur de l’espace habitable varie entre 19,4°C et 23,7°C. L’humidité relative de l’air
correspondante varie entre 55,5% et 72,2%.
La plage acceptable d’humidité relative est de 35% à 65%. Les résultats obtenus, en ce qui concerne l’humidité relative
de l’air dans l’espace habitable du local sont en conformité avec les valeurs
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Conclusion
Le principal objectif de ce travail est d'optimisation des performances des systèmes solaires passifs par simulation
numérique. Nous avons, pour cette étude, présenté une théorie sur la notion de confort thermique et l’influence des
paramètres définissant le confort thermique sur l’ambiance intérieure des locaux. Une étude bibliographique, sur les
systèmes solaires passifs en général, et de façon particulière sur les murs Trombe, a été abordée. Cette partie a pris
en compte les différentes approches de résolution des problèmes de transfert thermique dans le bâtiment. Les outils
de travail, tels que le matériel d’étude et le logiciel de simulation ont été décrits, ce qui a permis de mettre en exergue
la méthode utilisée pour la simulation ainsi que les différentes hypothèses émises. Les différents résultats de
simulation obtenus, qui sont basés sur une étude comparative de la température, de la vitesse de l’air et de l’humidité
relative de l’air dans le local d’étude et pour différents matériaux constituant le mur massif, en fonction des heures de
la journée ont été déclinés.
Il ressort globalement de cette étude préliminaire d'optimisation des systèmes solaires passifs par simulation
numérique que la nature des matériaux composant le mur massif et le système d’aération et les conditions
atmosphériques extérieures peuvent avoir une grande influence sur le confort à l’intérieur d’un bâtiment.
Les résultats obtenus à l’issu de cette étude sont concluants et offrent de nombreuses ouvertures pour de futurs
travaux. Il serait donc intéressant de penser à une simulation CFD en régime variable sur une année, qui intègre
l’influence des occupants et des équipements, pour mieux apprécier les paramètres de définition du confort thermique,
aussi bien dans les pays à climat chaud, que dans ceux à climat froid. Il pourrait aussi être intéressant de mettre en
place un prototype instrumenté de mur Trombe. Enfin, il faudra considérer également l'analyse économique du mur
solaire avec vitrage en tenant compte des coûts associés à la fabrication et à la maintenance ainsi que des économies
liées à la performance du système.
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EN EAU DES CULTURES
[email protected] [email protected] 1 Institut de Formation et de Recherche en Informatique
2 Institut de Mathématiques et de Sciences Physiques
Université d’Abomey-Calavi, Bénin
Résumé L’Agriculture Intelligente face au Climat est une approche qui permet de définir les mesures nécessaires pour
transformer et réorienter les systèmes agricoles afin de faire face au changement climatique. L’accès aux ressources
en eau est de plus en plus difficile. Il urge d’utiliser des techniques d’irrigation automatiques et efficientes. Afin
d’automatiser certains processus agricoles, l’utilisation des objets connectés s’avère être un atout incontournable. Le
système proposé, basé sur les cartes programmables Arduino Nano, vise à réduire l’intervention humaine dans le
processus d’irrigation et à favoriser une meilleure gestion de l’eau. Ce système a été réalisé après une étude des
travaux existants et en prenant en compte son coût financier. Il est composé de nœuds de collecte et de transmission.
Les premiers se chargent d’envoyer aux seconds, les données relatives au taux d’humidité du sol. Les nœuds de
transmission à leur tour ordonnent l’ouverture ou la fermeture des électrovannes. Dans ce système, le réseau LoRa
est très important. Il est utilisé pour l’envoi des données des nœuds de collecte aux nœuds de transmission. Les nœuds
de transmission utilisent le réseau GPRS pour rendre accessible les informations d’irrigation sur Internet. Le système
proposé permet une signalisation en temps réel du taux d’humidité au sol par message et une ouverture automatique
des vannes lorsque ce taux est critique. Il réduit ainsi l’intervention humaine dans le processus d’irrigation et permet
une gestion efficiente des ressources en eau. Notre prototype est prévu pour être expérimenté au laboratoire de GBioS
de la Faculté des Sciences Agronomiques de l’Université d’Abomey-Calavi au Bénin.
Mots-clés : Objets connectés - agriculture intelligente - irrigation automatisée - réseau LoRa - Arduino Nano.
1. Introduction
Le secteur agricole est un secteur très sensible au climat. En raison des aléas climatiques et de l’avancée de
la sécheresse, les agriculteurs peinent à satisfaire les besoins en eau de leurs cultures. Pour faire face à cette situation,
ils adoptent des systèmes d’irrigation qui leurs permettent de nourrir leurs cultures. En 2017, selon une étude de la
Banque Mondiale, 70% des ressources en eau de la terre sont utilisés pour l’irrigation. Ce taux va s’accroître les
années à venir en raison de la croissance démographique, de l’urbanisation, de l’industrialisation et du changement
climatique.
La vulgarisation des objets connectés a mené de nombreux chercheurs à s’intéresser à l’utilité des objets
connectés en agriculture. Sur 60 publications portant sur l’usage des objets connectés en Agriculture entre 2016 et
2018, la gestion des ressources en eau est largement en avant avec pourcentage de 28.08% suivi de la gestion des
cultures avec un pourcentage en dessous de 15% [1]. La plupart de ces études tiennent compte majoritairement de
trois facteurs à savoir : la température ambiante, l’humidité ambiante et l’humidité au sol [1]. La décision d’irrigation est
prise après la collecte et analyse de ces données à l’aide de capteurs dédiés.
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Shilpa A. propose une architecture pour un système automatique pour l’irrigation goutte à goutte dans l’article
[2]. Cette architecture prend en compte la température et l’humidité du champ, l’humidité au sol, la valeur du Ph dans
le sol et la pluviométrie.
FIGURE 1 – Architecture proposée par Shilpa A.
La Figure 1 présente l’architecture proposée. Elle est basée sur une carte programmable Wemos D1 ESP
8266. C’est une carte programmable Arduino dotée d’un module Wi-Fi pour la réception et la transmission des données
par Internet. A cette carte sont reliés un capteur d’humidité au sol, un capteur d’humidité, un capteur de température,
un capteur de pluie, un capteur de Ph dans le sol, une pompe, et un écran LCD. Toutes les 30 minutes, la carte collecte
les données au niveau de chaque capteur. Ces données sont affichées sur l’écran connecté à la carte et en même
temps enregistrées sur un serveur distant. Les données liées à l’humidité au sol et la pluie sont utilisées pour
déclencher l’irrigation ou non. Lorsque le taux d’humidité au sol atteint un seuil critique, la carte analyse la donnée liée
à la pluviométrie. S’il pleut la pompe restera fermée. Sinon la carte déclenchera l’ouverture de la pompe pendant une
durée donnée.
Dans cette architecture, seuls la pluviométrie et le taux d’humidité au sol sont utilisés pour contrôler l’irrigation.
Les autres capteurs auraient donc pu être laissés afin d’alléger le système et de réduire sa consommation énergétique.
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R.Vagulabranan et al. ont proposé dans l’article [3] un système d’irrigation automatique basé sur les capteurs
d’humidité au sol. L’objectif est de réduire l’intervention humaine dans le processus d’irrigation et d’effectuer une
irrigation quand l’humidité au sol est critique.
FIGURE 2 – Architecture proposée par R.Vagulabranan et al.
La Figure 2 présente l’architecture proposée. Elle est basée sur une carte programmable qui est reliée à un
capteur d’humidité et de température, un capteur d’humidité au sol et une pompe. La carte est programmée pour
déclencher l’ouverture de la pompe lorsque le taux d’humidité au sol atteint un niveau critique. Elle dispose d’un module
Ethernet pour la transmission des données par Internet. Cela permettra la transmission des données sur un serveur
distant, afin de permettre au propriétaire du champ d’y accéder à partir d’un smartphone ou d’un ordinateur.
Dans l’architecture proposée dans les articles [2] et [3], les cartes programmables sont directement reliées à
la pompe et au capteur d’humidité au sol. Le fait de relier ces deux équipements à la même carte est problématique
lorsque le champ à une grande superficie et que la pompe se retrouve à une distance importante des cultures à arroser.
Il est souvent rare d’avoir les pompes proches des cultures. Il serait idéal de séparer ces deux équipements de la
même carte programmable. Chacun d’eux sera relié à une carte programmable. Ces cartes seront équipées d’un
module de communication, pour la transmission des données entre elles à distance.
Sahu C. K. et Behera P. dans l’article [4] ont présenté un système de contrôle d’irrigation automatique à
moindre coût. L’objectif visé en réalisant ce travail est d’automatiser l’irrigation tout en réduisant la consommation en
énergie et en eau.
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FIGURE 3 – Architecture proposée par Sahu C. K. et Behera P.
La Figure 3 présente les différents équipements qui composent leur système et les liaisons. Leur système est
composé d’une carte programmable Arduino Uno et d’une carte programmable Raspberry-Pi. Toutes les cinq (05)
minutes, l’Arduino Uno lit la donnée collectée par le capteur d’humidité au sol. Une fois cette donnée lue, l’Arduino la
transmet à la carte programmable Raspberry-Pi via un réseau Wi-Fi. Cette dernière est reliée à une vanne
électromagnétique dont elle commandera l’ouverture et la fermeture en fonction de la donnée reçue. Un message est
automatiquement envoyé par mail et par message au propriétaire du champ.
Les modules de communication via le réseau Wi-Fi permettent une transmission rapide des données sur une
courte distance. Ils nécessitent une bonne source d’énergie électrique pour fonctionner. A défaut d’utiliser le réseau
Wi-Fi pour la communication entre les deux cartes programmables, la communication par radio fréquence serait une
meilleure alternative. Cela permettra de réduire la consommation énergétique engendrée au niveau des cartes
programmables par l’utilisation des modules Wi-Fi.
Sur la base de l’analyse faite des architectures proposées dans les articles [2], [3] et [4], nous proposons
l’architecture de la Figure 4. Elle est composée de deux principaux dispositifs : le nœud de collecte et le nœud de
transmission.
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Le nœud de collecte est un dispositif qui collecte les données liées à l’humidité liée au sol et le transmet au
nœud de transmission. Il est placé au pied de la plante. Il est composé d’un capteur d’humidité au sol qui lui permet
de connaitre la quantité d’eau q disponible au sol. Le niveau d’eau au sol est lu par la carte Arduino à une fréquence
donnée. Nous avons défini par k, le seuil à partir duquel le signal d’irrigation est envoyé au nœud de transmission. Il
est supérieur au seuil critique p, en deçà de laquelle la plante ne peut vaincre la tension capillaire de l’eau (k > p).
Ainsi, le seuil critique p ne sera jamais atteint avant un arrosage.
La valeur de k est fonction de chaque plante et du type de sol. Tant que q > k, la led jaune de ce dispositif
reste éteinte. Dès que q = k, la led jaune se met à clignoter au niveau du nœud de collecte pour signifier que la plante
a besoin d’eau. Un signal est automatiquement envoyé, via le réseau LoRa, au nœud de transmission.
FIGURE 5 – Architecture du nœud de collecte
Dès la réception de ce signal par le nœud de transmission, il met en marche l’électrovanne et une led jaune
se met à clignoter, signifiant qu’une irrigation est en cours. Une donnée est directement transmise au serveur distant
de notre système pour permettre d’avoir un historique plus tard. Après un temps prédéfini au niveau de ce dernier,
l’électrovanne se ferme et la led jaune s’éteint.
FIGURE 6 – Architecture du nœud de transmission
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2. Matériels et méthodes
Dans le cadre de cette étude, le choix des matériels a été fait en fonction des prix, de la qualité et de la
disponibilité des matériels sur le territoire. Le coût du système proposé est un critère capital pour favoriser son adoption.
Pour ce, le choix des différents matériels a été fait suivant : le coût, la consommation en énergie électrique, la qualité
et la disponibilité.
2.1. Arduino nano
Arduino nano est une carte programmable basé sur le microcontrôleur ATmega 328. Il fait partir des cartes
programmables de bonne qualité et qui sont accessibles à tous sur le marché à bas prix. Il est très utile dans nous
système pour l’automatisation du système d’irrigation. Chaque dispositif de notre système est doté de cette carte.
FIGURE 7 – Arduino Nano v3.13
Au niveau du nœud de collecte, il se charge de lire périodiquement, la valeur du capteur d’humidité au sol. Si
cette valeur atteint un niveau critique, il se charge d’envoyer un message au nœud de transmission. Tandis qu’au
niveau du nœud de transmission, le rôle principal de la carte est de déclencher l’ouverture et la fermeture des
électrovannes.
Plusieurs cartes Arduino existent et se différencient par la taille, le nombre d’interfaces et le coût. Dans le
cadre de notre étude, nous avons opté pour l’usage de cartes programmables de petites tailles, moins chères et
accessibles sur le marché. Ce qui nous a poussé au choix de l’Arduino Nano.
2.2. Capteur d’humidité au sol
Un capteur d’humidité au sol est un capteur conçu pour la détection du niveau d’eau au sol. Il peut être
analogique ou digital. Dans le cadre de cette étude, le capteur d’humidité utilisé est le YL-69. C’est un capteur que l’on
peut retrouver chez la plupart des vendeurs de composantes électroniques. C’est un capteur qui nécessite une certaine
attention lors de son utilisation.
3 Amazon, https://www.amazon.fr/ATMEGA328P-chargeur-démarrage-compatible-contrôleur/dp/ B07KTVQ651/ref=sr_1_23?keywords=arduino+nano+v3&qid=1563044050&s=gateway&sr=8-23, consulté la dernière fois le 30/07/2019
| Page 30 |
FIGURE 8 – Capteur d’humidité au sol YL-694
Dans le cadre de cette étude, on ne l’alimente que pour la lecture du taux d’humidité au sol. Cela permet de
prolonger sa durée de vie et de réduire la consommation énergétique du nœud de collecte.
2.3. Module LoRa sx1278
LoRa, Long Range (longue portée), est un réseau développé par Semtech qui permet des communications
sans fil longue distance. C’est une technologie radio économique, puissante et ouverte. Contrairement aux autres
réseaux, le réseau LoRa est conçu de manière à consommer le moins d’énergie possible.
Ainsi, un dispositif équipé du module LoRa, et fonctionnant sous batterie, peut atteindre une autonomie de
l’ordre de plusieurs années. Il permet de transmettre des données sur une longue distance. Il s’agit du réseau le plus
utilisé, dans le cadre d’un projet visant à transmettre des données de petites tailles, sur une longue portée avec une
faible consommation [5]. Sa particularité est qu’il peut être développé en réseau privé. On n’a donc pas besoin de faire
un abonnement chez un opérateur ou d’avoir une carte SIM pour transmettre des données entre nos dispositifs. Il faut
juste qu’ils soient équipés du module de transmission LoRa.
La communication entre nos dispositifs est capitale pour le bon fonctionnement de notre système. Elle doit se
faire en temps réel avec une faible consommation en énergie électrique, pour permettre à ce que nos batteries puissent
alimenter nos dispositifs aussi longtemps que possible. C’est la raison pour laquelle, nous avons utilisé ce réseau pour
la communication entre nos dispositifs.
FIGURE 9 – Module LoRa sx12785
4 Youpilab, https://youpilab.com/products/show/CA-000006/7009, consulté la dernière fois le 30/07/2019 5 Amazon, https://www.amazon.fr/SX1278-Spectrum-Inalámbrico-Interface-TE774/dp/B074N1KGBQ, consulté la dernière fois le 30/07/2019
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Il existe différents modules de transmission via le Réseau LoRa pour Arduino. Le paramétrage de ces modules
se fait via la carte Arduino à l’aide des librairies appropriées. Nous avons opté pour le module LoRa sx1278 pour sa
petite taille, sa qualité, son coût et surtout parce qu’il peut être utilisé comme client et serveur. Il permet une
transmission avec une fréquence de 433 MHz. En utilisant ce module, le nœud de collecte transmet les informations
liées à l’humidité du sol au nœud de transmission qui se charge d’actionner l’électrovanne au besoin.
2.4. Module GSM/GPRS Sim800L
L’un des objectifs que nous visons en réalisant ce projet est de permettre aux propriétaires de champs, d’être
informés sur les différentes heures d’irrigation de ses cultures. Peu importe le lieu où se trouve l’agriculteur, il pourra
être informé et s’informer à l’aide de son téléphone portable ou de son ordinateur depuis une plateforme web. L’usage
d’un réseau de communication est donc nécessaire pour rendre accessibles les données collectées.
Le module GSM/GPRS permet à un système de communiquer via le réseau GSM/GPRS. Il fonctionne avec
une carte SIM et doit être utilisé dans une zone couverte par l’opérateur de la carte SIM. A l’aide de ce module, un
système peut émettre un appel, envoyer un message et même accéder à Internet.
FIGURE 10 – Module GSM/GPRS6
Dans notre étude, nous avions opté pour ce module pour la transmission des données collectées vers le
serveur distant de données. Au cas où la connexion Internet ne passerait pas, un message est transmis directement
au propriétaire du champ en question. Afin de conserver l’énergie, nous avons programmé le module de manière à ce
qu’il ne sorte du mode veille que pour transmettre des données.
3. Résultats
Les architectures proposées pour les différents nœuds, nous ont permis de réaliser les montages
correspondants à l’aide de l’application Fritzing7.
6 Youpilab, https://youpilab.com/products/show/CA-000001/7089, consulté la dernière fois le 30/07/2019 7 Fritzing est une application de conception graphique des circuits
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FIGURE 11 – Montage du nœud de collecte
La Figure 11 est le montage réalisé en suivant l’architecture de la Figure 5. Ce dispositif est mis dans une
zone d’un champ pour collecter les données relatives à l’humidité au sol. Le capteur d’humidité est inséré au sol et les
autres composantes sont regroupées dans un boîtier étanche pour qu’elles ne soient pas en contact avec l’eau.
FIGURE 12 – Montage du nœud de transmission
La Figure 12 est le montage fait en suivant l’architecture de la Figure 6. Ce dispositif se charge de déclencher
l’ouverture et la fermeture des vannes. Dans ce montage, nous n’avons pas intégré les électrovannes. Les
électrovannes seront reliées à ce dispositif par l’un des ports restants sur la carte programmable.
Compte tenu des matériels et méthodes utilisés, le besoin en énergie électrique de nos différents nœuds est
minime. A l’aide d’une pile plate de 9V, ces nœuds fonctionnent et jouent pleinement leur rôle. Le prototype réalisé est
prévu pour être expérimenté au laboratoire de GBioS de la Faculté des Sciences Agronomiques de l’Université
d’Abomey-Calavi.
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4. Conclusion
Le prototype proposé et présenté dans ce document est basé sur les cartes programmables Arduino Nano. Il
a été réalisé pour automatiser les systèmes d’irrigation et garantir une gestion efficiente des ressources en eau. En
collectant le taux d’humidité du sol à l’aide d’un capteur d’humidité du sol, l’irrigation est déclenchée automatiquement,
pour fournir à la culture la quantité d’eau dont elle a besoin. Les différents nœuds du prototype ont été dimensionnés
pour garantir une faible consommation en énergie électrique. Les matériels qui les composent sont de bonne qualité,
de faible coût et ont une faible consommation en énergie électrique. En particulier, le module LoRa, qui est réputé pour
sa faible consommation en énergie électrique, est utilisé pour la transmission des données entre les deux nœuds via
le réseau LoRa.
Références
[1] A. A Raneesha Madushanki, Malka N Halgamuge, W. A. H. Surangi Wirasagoda & Ali Syed, "Adoption of the
Internet of Things (IoT) in Agriculture and Smart Farming towards Urban Greening : A Review" International
Journal of Advanced Computer Science and Applications(IJACSA), 10(4), 2019.
http://dx.doi.org/10.14569/IJACSA.2019.0100402.
[2] Shilpa A., "Smart Drip Irrigation System" Published in International Journal of Trend in Scientific Research and
Development (ijtsrd), ISSN : 2456-6470, Volume-2 | Issue-4, June 2018, pp.1560-1565,
https://www.ijtsrd.com/papers/ijtsrd12888.pdf.
[3] Vagulabranan R., Karthikeyan M., & Sasikala V. (2016), "Automatic irrigation system on sensing soil moisture
content", International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), 3(03), 206-208.
[4] Sahu C. K., & Behera P. (2015, February), "A low cost smart irrigation control system", In 2015 2nd
International conference on electronics and communication systems (ICECS) (pp. 1146-1152). IEEE.
[5] Wifx, "Technologie LoRa", https://www.wifx.net/lora.php, consulté la dernière fois le 17/07/2019.
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EFFET DE L’EXTRAIT AQUEUX DU MÉLANGE DE CISSUS POPULNEA ET MUSA PARADISIACA
SUR LA SPERMATOGENÈSE : IMPORTANCE DE LA PRODUCTION DE L’INTERLEUKINE-6 PAR LES
CELLULES DE SERTOLI
Eugénie A. A. ANAGO1, Jean Robert B. KLOTOE1, Cédric B.O. ADDA1, Gisèle J. EGOUNLETY-TOUDONOU2
1 Laboratoire de Recherche en Biologie Appliquée (LARBA), Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi, Université
d’Abomey-Calavi, B.P. 2009 Cotonou, Bénin. 2 Centre de recherche et soins en médecine traditionnelle homéopathie et accompagnement spirituelle « Sêyon ».
Archevêché de Cotonou, Bénin.
Cédric B.O. ADDA : [email protected] (Auteur correspondant)
Gisèle J. EGOUNLETY- TOUDONOU : [email protected]
Résumé
La stérilité masculine constitue un véritable problème de santé publique. Parmi les causes d'infertilité, on note
l'oligospermie qui occupe une place importante, représentant 40%. Pour le traitement des troubles de la fertilité
masculine, le centre "Sêyon" utilise un produit nommé "Edjo" constitué d'une association des racines de Cissus
populnea et du fruit Musa paradisiaca. La présente étude prospective s'est donnée pour objectif général d'évaluer
l'effet du produit "Edjo" sur la spermatogenèse chez le rat albinos de souche Wistar.
Trois lots de six rats mâles pubères âgés de 5 à 8 semaines d'environ 180 g ont été respectivement traités avec 500
mg/ml/kg d'"Edjo", le produit de référence FertiloR à 500 mg/ml/kg et de l'eau distillée pendant 30 jours. Le screening
phytochimique a été réalisé sur l'extrait aqueux d'''Edjo' afin de mettre en évidence les grands groupes de composés
chimiques. La numération des spermatozoïdes a été réalisée sur le broyat épididymaire. Le dosage de l'interleukine 6
et la toxicité chronique ont été réalisés sur le sérum de rat.
L'extrait "Edjo" contient deux composés phytochimiques capables de stimuler la spermatogenèse à savoir les tanins
et flavones. Un traitement de 30 jours par gavage à une dose de 500 mg/ml/kg avec "Edjo" permet une augmentation
de la concentration des spermatozoïdes chez les rats Wistar sains sans présenter de toxicité larvaire chronique ni
tissulaire. L'analyse des coupes histologiques des testicules de rats suggère que ce phytomédicament accentue
l'activité des cellules de Sertoli dans le processus de spermiation au cours de la spermatogenèse. Cela a été mis en
évidence par le dosage de l'interleukine 6.
Le phytomédicament d'étude améliore les paramètres spermatiques en stimulant la spermatogenèse.
Mots clés : Cissus populnea, Musa paradisiaca, extrait aqueux, spermatogenèse, interleukine 6, rat Wistar.
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Abstract
Male infertility is a real public health problem. Among the causes of infertility, there is the oligospermia which
occupies an important place, representing 40%. For the treatment of male fertility disorders, the "Sêyon" center uses
a product called "Edjo" consisting of a combination of Cissus populnea roots and Musa paradisiaca fruit. The present
prospective study has the general objective of evaluating the effect of the product "Edjo" on spermatogenesis in albino
rats of Wistar strain.
Three batches of six 5- to 8-week old pubescent male rats of approximately 180 g were respectively treated
with 500 mg / ml / kg of "Edjo", the 500 mg / ml / kg FertiloR reference product and 100 mg / ml / kg. distilled water for
30 days. Phytochemical screening was carried out on the aqueous extract of 'Edjo' in order to highlight the large groups
of chemical compounds. The spermatozoa count was performed on the epididymal mash. Interleukin 6 ass

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