Soutenance mémoire
Définition d’un incubateur :
Un incubateur est un dispositif composé essentiellement d’une enceinte fermée, qui peut être maintenue à une température et une humidité constantes grâce à un système de contrôle, et des œufs y sont placés pendant l’incubation [2].Les matériaux utilisés pour l’enceinte doivent être non poreux et facile à entretenir pour le nettoyage; le PVC, l’aluminium sont idéal à cet effet. Ils doivent également des bons isolateurs thermiques.Ils existent plusieurs types de mécanismes de régulation de température (thermostat): bilames,tubes à mercure avec contacts électriques ou thermostats électroniques à microprocesseurs. En raison de la précision de réglage, ce dernier est plus performant aux autres.Le système de retournement automatique des œufs est plus pratique et économique que le retournement manuel des œufs [3]. L’incubateur aura des évents réglables pour permettre à l’air d’entrer et de sortir pour airer l’enceinte.L’incubateur peut avoir différentes capacités (50, 100, 250, 1000, etc.) et peut même accueillir la taille de la pièce entière. En bref, l’incubateur imite l’incubation naturelle de la poule à une température appropriée, une humidité relative, une ventilation et un retournement régulier des œufs.
Types d’incubateurs :
Type naturelle : Selon la taille de la poule, elle peut pondre 8 à 14 œufs. Après avoir fini de pondre des œufs, elle commence à incuber. La phase de couvaison est caractérisée par le maintien dans le nid,une posture agressive pendant la rotation et l’approche des œufs. En effet, les poules quittent le nid en peu de temps pour se nourrir et boire. De plus, elle a besoin d’effectuer la couvaison calmement. Pendant le processus de couvaison, il fournit la température, l’humidité et la ventilation nécessaires au développement normal des œufs. Incuber 21 jours plus tard. Le taux d’éclosion dépend de plusieurs facteurs. Par conséquent, le taux d’incubation rapporté dans la recherche varie entre 50% et 60%. Après la naissance, la poule s’occupe des poussins en leur apprenant à trouver de la nourriture et protège les poussins des agressions extérieures. Les activités de couvaison et d’alimentation des poussins augmentent la durée du cycle de reproduction.Une poule de 58 jours atteint environ 74 jours (16 jours pour la ponte et l’élevage + 21 jours pour l’éclosion + 37 jours pour les poussins = 74 jours). Cette situation limite la productivité des poules et l’incubation artificielle peut être utilisée comme solution pour augmenter la production.
Type artificielle : L’incubation artificielle est un ensemble d’opérations extraites d’un grand nombre d’œufs. La ponte des œufs pour produire le plus grand nombre de poussins vivants au coût le plus bas possible. Cette technologie utilise un incubateur conçu pour réguler la température, l’humidité, la ventilation et la rotation des œufs pour atteindre un développement embryonnaire normal.Les incubateurs artificiels ou «incubateurs» ne sont pas nouveaux. En effet, les Egyptiens fabriquent ces machines depuis des siècles. Dans l’Égypte ancienne, ils étaient appelés «mammifères».Ce sont de vrais bâtiments en maçonnerie.Il y a un four avec chauffage à bouse de chameau et la salle d’éclosion au-dessus. Une seule personne s’occupe d’un mammifère capable d’incuber plusieurs œufs, bien qu’il ne soit pas payé, il peut produire 80 poussins pour 100 œufs éclos et ainsi en profiter. Actuellement, presque tous les incubateurs dépendent de l’électricité pour fonctionner, et ils existent d’autres modèles pétroliers et gaziers.
Les modèles d’incubateurs artificiels :
a- Les incubateurs statiques :
Dans un incubateur statique, le chauffage a lieu au sommet. Pour les modèles électriques, il s’agit d’une résistance chauffante.La face supérieure, de même, ils existent d’autres types qui utilisent des lampes à filament de tungstène, dans le modèle au gaz naturel ou au mazout, le chauffage se fait par des flammes permanentes ou par des réservoirs d’eau chaude.Selon son incubateur, en raison de l’emplacement de la source de chaleur, la température est supérieure dans des endroits hauts par rapport aux endroits bas. De plus, l’air chaud se rassemble vers le haut de l’enceinte fermée. En conséquence, la température de l’incubateur diminue de plus en plus de haut en bas. C’est pourquoi les œufs sont placés sur un seul plateau à la même hauteur pour bénéficier de la même température .
b- Les incubateurs dynamiques :
Dans cet incubateur, l’air intérieur est diffusé par un ventilateur. Ces derniers doivent être placés à l’écart des œufs et des poussins à couver, et une grille de protection doit être appliquée pour éviter de les blesser. Dans d’autres modèles, l’aspirateur supérieur ou inférieur aspire de l’air puis réinjecte l’air dans l’autre extrémité après la phase de chauffage et de refroidissement.En conséquence, la température de l’ensemble du dispositif est complètement uniforme. C’est pourquoi nous pouvons placer des plateaux à œufs à différentes hauteurs. Dans ce type d’incubateur, la température doit être réglée à 37,8 ° C ou 38 degrés Celsius et mesuré sur le dessus de l’œuf. Notons que le modèle dynamique est plus sophistiqué que le modèle statique.
Paramètres importants agissant sur l’incubation :
Température : Dans le processus d’ajustement de l’incubateur artificiel, le paramètre de température joue un rôle très important. En effet, lors du processus d’incubation, les paramètres à considérer sont:
– Le temps de refroidissement à 16 ° C peut aller jusqu’à 12 heures.
– L’augmentation de température ne doit pas être utilisée pour compenser le refroidissement.
– Si T = 40 ° C, on peut penser que notre incubateur est gravement endommagé
– La surchauffe entraîne un développement cellulaire incontrôlé et provoque des malformations chez les poussins.
– Il n’est pas recommandé d’atteindre une température de 44 ° C, car les œufs doivent être jetés à l’écart de cette température.
Humidité : L’influence des paramètres d’humidité de l’air ou d’humidité relative (HR) sur les résultats d’incubation est très importante. Ces paramètres sont:
– Les œufs perdent beaucoup d’eau à travers les pores de leur coquille, le contrôle de l’humidité dans l’incubateur évite la déshydratation des œufs.
– Le taux d’humidité approprié assure le développement normal de l’embryon
– Pendant l’incubation, le taux d’humidité correct doit être maintenu. Si l’air est sec, les poussins se déshydratent rapidement et meurent.
– Le meilleur résultat de l’incubation est une humidité relative de 55% à 65% pendant les 18 jours et une humidité relative maximale de 75% pendant les trois derniers jours d’incubation.
Aération : Les œufs à couver sont des organismes capables de respirer, une bonne ventilation doit donc être fournie pour assurer le développement normal des embryons. La ventilation apporte de l’oxygène O2 dans l’embryon et élimine l’excès de dioxyde de carbone CO2. Le renouvellement de l’air est primordial pour la phase de couvrement. Ceci est réalisé en ajustant l’entrée et la sortie d’air de l’incubateur. De plus, la ventilation aide à réguler la température et l’humidité dans l’incubateur.
Ventilation : Selon la norme, la ventilation est très importante pour fournir suffisamment d’oxygène aux embryons dans l’incubateur. L’oxygène est 21% et 0,3% de dioxyde de carbone. C’est le point clé de la dernière étape de couvrement (régulation de la température et le rejet de dioxyde de carbone) .
Retournement :
– Le but de l’opération de retournement est d’empêcher l’embryon de coller à la coquille de l’œuf, d’éviter autant que possible la position anormale de l’embryon et de mieux répartir la température sur toute la surface de l’œuf. .
– L’œuf bascule entre deux positions possibles, il est à un angle de 45 degrés par rapport à la verticale.
– Elle doit être effectuée au moins 7 fois par jour.
– Tout choc excessif entraînera la mort de l’embryon.
Eclosion : Trois jours avant l’éclosion, transférez les œufs au couvoir: une machine dédiée à l’éclosion. Pendant la transmission. Ensuite, mettez les œufs dans le plateau de l’incubateur et les poussins peuvent sortir. Il est important de noter que les poussins peuvent éclore avant le dernier jour d’ajustement de la température et de l’humidité .
Stockage des œufs :
Après désinfection, les œufs doivent être stockés dans une pièce ventilée, mais évitez la ventilation, la lumière du soleil et la poussière. La durée de conservation de l’éclosion des œufs dépend de la température de la salle de stockage des œufs avant l’éclosion. Pour une température de stockage de 7 à 15 ° C, l’effet de conservation de la capacité d’incubation peut être maintenu pendant 6 jours. Puis la deuxième semaine, la température de la salle de stockage doit être maintenue entre 17 et 18 ° C pendant 3-4 jours. Afin de limiter la perte d’eau due à l’évaporation, ce qui réduira l’éclosion et la vigueur des poussins, l’humidité relative du local de stockage doit être maintenue entre 70% et 85%.Pendant le stockage, placez les œufs à couver face vers le bas pour un stockage à court terme.Pour les périodes de stockage supérieures à 7 jours, le stockage à déchargement automatique limitera les pertes d’éclosion dues au stockage. De plus, il est recommandé de les retourner pendant le stockage pour éviter que les jaunes d’œufs ne collent à la coquille. Jamais on met les œufs directement sur le sol, mais sur des plateaux en bois ou de préférence en plastique
Implémentation d’un PID :
Un asservissement PID consiste à mémoriser l’erreur, la somme des erreurs et la différence de l’erreur courante avec l’erreur précédente.
A- Le régulateur proportionnel P : La commande de ce régulateur est proportionnelle à l’erreur. commande = Kp * erreur
Kp est le coefficient de proportionnalité de l’erreur à régler de façon manuelle.
B- Le régulateur proportionnel intégral PI : La commande de cerégulateur est proportionnelle à l’erreur, mais aussi proportionnelle à l’intégrale de l’erreur. On rajoute donc à la commande généré par le régulateur proportionnel, la somme des erreurs commises au cours du temps. commande = Kp * erreur + Ki * somme_erreurs
Ki est le coefficient de proportionnalité de la somme des erreurs. Il faut aussi le régler de façon manuelle.
C- Le régulateur proportionnel dérivé PD : La commande de ce régulateur est proportionnelle à l’erreur, mais aussi proportionnelle à la dérivée de l’erreur. La dérivée de l’erreur correspond à la variation de l’erreur d’un échantillon à l’autre et se calcule simplement en faisant la différence entre l’erreur courante et l’erreur précédente (c’est une approximation linéaire et locale de la dérivée). commande = Kp * erreur + Kd * (erreur – erreur_précédente) Kd est le coefficient de proportionnalité de la variation de l’erreur. Il faut régler ce coefficient manuellement.
D-Le régulateur proportionnel intégrale dérivé PID : Ici, la commande est à la fois proportionnelle à l’erreur, proportionnelle à la somme des erreurs et proportionnelle à la variation de l’erreur. commande = Kp * erreur + Ki * somme_erreurs + Kd * (erreur – erreur_précédente) Dans ce cas on doit mesurer la grandeur du système et calculer l’erreur et ainsi appliquer le PID. Cette mesure est à faire régulièrement à une certaine fréquence d’échantillonnage. Tous les x millisecondes, faire :
erreur = consigne – mesure; somme_erreurs += erreur; variation_erreur = erreur – erreur_précédente; commande = Kp * erreur + Ki * somme_erreurs + Kd * variation_erreur; erreur_précédente = erreur
En effet, l’intégrateur fera la somme des erreurs au cours du temps ! Si on échantillonne deux fois plus vite, on sommera deux fois plus d’échantillons. Du coup, le coefficient Ki devra être divisé par 2. A l’inverse, pour le dérivateur, si on double la fréquence d’échantillonnage, il faudra doubler le coefficient Kd afin de garder les mêmes performances du PID. Plus la fréquence d’échantillonnage est élevée et plus le PID sera performant. (En effet, plus on échantillonne souvent et plus l’intégration et la dérivée seront précises).On a adopté le régulateur de température et le taux d’humidité tout ou rien à deux seuilsDans la réalité, afin de diminuer le phénomène de battement à l’approche de la valeur de consigne, on introduit un deuxième seuil. Ce régulateur comme le régulateur TOR simple élabore une fonction de commande discontinue ne prenant que 2 valeurs possibles 0 ou 1. C’est-à-dire qu’il enclenche soit la puissance maximale de soit la puissance nulle. C’est d’ailleurs cette caractéristique qui donne son nom au régulateur « tout ou rien », puisque la grandeur réglée varie de façon non progressive d’une grandeur à l’autre. La différence entreles 2 régulateurs réside dans la détermination des seuils de basculement d’un régime de fonctionnement à l’autre. Pour le régulateur TOR à hystérésis, on définit la consigne et l’écart entre ses deux seuils appelé l’hystérésis. Logiquement, plus l’hystérésis est faible, plus la précision de notre système de régulation est grande, puisque la grandeur réglée varie dans un intervalle de faible amplitude. Pour le régulateur TOR simple, on précise uniquement la valeur de la mesure désirée. Les intervalles choisis sont :
Pour la température [35.8 Co ; 37.3 Co]
Pour le taux d’humidité [62% ; 65%]
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Table des matières
CHAPITRE I : ETUDE GENERALE
I.1 Introduction
I.2 Historique
I.3 Définition d’un incubateur
I.3.1 Types d’incubateur
I.3.1.1 L’incubateur ventilé
I.3.1.2 L’incubateur statique
I.3.1.3 L’incubateur à contact
I.3.2 Catégorie d’équipement d’incubation
I.3.2.1 L’incubateur de table
I.3.2.2 L’incubateur Armoire
I.3.2.3 L’incubateur commercial
I.4 Définition d’une incubation
I.4.1 Types d’incubations
I.4.1.1 Type naturelle
I.4.1.2 Type artificielle
I.4.1.3 Modèles d’incubateurs artificiels
a- Les incubateurs statiques
b- Les incubateurs dynamiques
I.4.1.3 Types mixte
I.5 Paramètres importants agissant sur l’incubation
I.5.1 Température
I.5.2 Humidité
I.5.3 Aération
I.5.4 Ventilation
I.5.5 Retournement Eclosion
I.6 Etapes d’incubation artificielle
I.6.1 Tri et désinfection des œufs
I.6.2 Stockage des œufs
I.6.3 Préchauffage et incubation des œufs
I.6.4 Mirage des œufs
I.6.5 Eclosion des œufs
I.7 Conclusion
Chapitre II : COMMANDES ANALOGIQUES
II.1 Introduction
II.2 Principe de fonctionnement
II.2.1 Circuit de commande
II.2.2 Commande à faible courant
II.2.2.1 Le MOC3041
II.2.2.1.1 Détecteur de passage par zéro (zéro crossing)
II.2.3 Commande de puissance
II.2.3.1 Gradateur à angle de phase
II.2.3.2 Gradateur à train d’onde
II.3 Les dispositifs monophasé
II.3.1 Moteur pas à pas
II.3.2 Echangeur air air (ventilateur)
II.3.3 Résistance chauffante
II.3.4 Système d’humidification
II.3.4.1 Principe de fonctionnement
II.4 Alimentation d’arduino
II.5 Conclusion
CHAPITRE III : ENVIRONNEMENT ARDUINO
III.1 Introduction
III.2 Les Boards
III.2.1 Arduino Uno rev 3
III.2.2 Arduino mega 2560 rev3
III.2.3 Arduino yun
III.2.4 Arduino MKR1000
III.3 Généralité sur board Arduino Uno
III.3.1 Schéma principale de la board Arduino Uno
III.3.2 Les caractéristiques de la carte Arduino Uno
III.3.3 Entrée/ sortie de la carte Arduino Uno
III.3.3.1 Les entrées analogiques
III.3.3.2 Les entrées sorties numériques
III.3.3.3 Les sorties analogiques
III.3.4 Les shields
III.3.5 Les composants
III.4 Environnement de programmation
III.4.1 L’interface
III.4.2 Structure d’un projet
III.4.3 Les commande de programmation
III.5 Conclusion
CHAPITRE IV : CONCEPTION, REALISATION ET DISCUSSIONS
IV.1 Introduction
IV.2 Partie mécanique
IV.2.1 Enceinte
IV.2.2 Mécanismes de retournement
IV.2.2.1 Principe de conception et fabrication
IV.2.3 Eclosoir
IV.3 Partie de développement et conception
IV.3.1 Capteur DHT22 et affichage
IV.3.2 Consignes
IV.3.3 Commande et contrôle des résistances chauffantes
IV.3.3.1 Régulation et commande
IV.3.3.1.1 Régulateur tout ou rien
IV.3.3.1.2 Implémentation d’un PID
IV.3.4 Commande de retournement d’œufs
IV.3.5 Commande de moteur de la ventilation
IV.4 Conclusion
CONCLUSION GENERALE
Références bibliographiques
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