nyzp1-5n0g2

REPUBLIQUE DU CAMEROUN
Paix-Travail-Patrie
-----------MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT
SUPERIEUR
-----------UNIVERSITE DES MONTAGNES
-----------Institut Supérieur des sciences et de
technologie
REPUBLIC OF CAMEROUN
Peace-Work-Fatherland
-----------MINISTRY OF HIGHER EDUCATION
-----------UNIVERSITE DES MONTAGNES
-----------Higher Institute of science and
Technology
Mémoire de fin de Cycle
Sous le thème:
CONCEPTION ET REALISATION
D’UN INCUBATEUR NEONATAL
Présenté par:
YAKANA ABADOME Patrice 12C023
En vue de l’obtention du
Diplôme de licence en Génie Biomédical
Option: Instrumentation et maintenance Biomédicale
Sous la direction de:
Mr DONGMEZA Jauspin
Mr TALON Elie
Année académique 2014/2015
Mémoire de fin de cycle en vue de l’obtention d’une Licence en Instrumentation et maintenance Biomédical à l’Université
des Montagnes. Par YAKANA ABADOME Patrice 12C023 i
A ma famille.
père que vous trouverez dans ce travail l’aboutssement de vos eforts consents pour mon édifcaton et mon épanouisse
Sans expression pour vous, votre amour est fondé dans mon cœur.
DEDICACE
Remerciements
Au moment où nous arrivons en fin de formation en cycle licence, nous rendons grâce
au seigneur pour les bienfaits qu’il a accordé, la santé, et l’inspiration nécessaire tout au long
de cette année académique et de ce projet.
Ma reconnaissance s’adresse également à mes parent qui ont accepté de sponsorisé ce
projet. Principalement mon papa ABADOME François
Nous voulons exprimer notre profonde gratitude aux dirigeants de la Fondation Ad
LUCEM en général et de l’Hôpital Louis Paul AUJOULAT D’EFOK en particulier pour
l’accueil et leur disponibilité à notre égard et leur participation matérielle à ce projet.
Mes remerciements s’adressent également à ma tante Elisabeth DIOSAN, pour son
soutien moral.
Nos remerciements s’adresse également à :
 M. DONGMEZA Jauspin, notre encadreur professionnel
 M. TALON Elie, notre encadreur académique
 M. Pascalin TIAM KAPEN, Coordonnateur de la filière IMB
 A tous ceux qui de près ou de loin ont contribué à la réalisation de ce projet
Pour nous avoir motivés pendant la réalisation de ce projet et pour avoir accepté de
l’encadrer. Nous vous disons particulièrement merci pour vos critiques, vos remarques
pertinentes et votre rigueur dans le travail.
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des Montagnes. Par YAKANA ABADOME Patrice 12C023 ii
Résume
Ce mémoire de fin de cycle Licence propose la conception et la réalisation d’un
incubateur néonatal. Il sert à l’assistance et aux soins en néonatalogie, précisément sur les
prématurés. L’objectif est de fournir aux prématurés, les mêmes conditions de développement
que celles utérine de sa mère, à savoir la température et l’humidité. Les équipements existant
sur le marché mondial possède une technologie presque inaccessible à la main d’œuvre locale,
ainsi qu’un coût très élevé en termes de maintenance. Ceci transforme donc nos hôpitaux en
cimetières d’équipements. Nous proposons donc un équipement aussi simple que fiable pour
faciliter le son suivi de cet équipement durant la suite de son cycle de vie tout en assurant aux
prématurés, meilleure sécurité et bonne santé. Les études menées pour la conception de cet
équipement visent à concevoir des équipements de tels sorte qu’il soit reproductibles de
manière localement. Pour finir, un programme de maintenance est mis en œuvre de façon à
garantir sa rentabilité.
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des Montagnes. Par YAKANA ABADOME Patrice 12C023 iii
Abstract
This report of the end of Bachelor's degree proposes the design and the realization of a
neonatal intensive-care unit. It is used to the assistance and to the care in neonatology,
exactly on the premature babies. The objective is to supply to the premature babies, in the
same conditions of development as those uterine of her mother’s uterus,notably to know the
temperature and the humidity. Equipment existing on the world market possesses an almost
are made of locally inaccessible technology, and more so they are quite expensive.
in the
hand of local work as well as a very high cost. This thus transforms our hospitals into
cemeteries of equipment that cannot be repaired. We thus propose a simple and reliable
equipment equipment as simple as reliable to ease the maintenance during
facilitate the
follow-up of this equipment during the continuation of its life cycle, while insuring to the
premature babies, safety and health. The study that studies led to for the design of this
equipment it aimed at designing such an equipment easily of such kind as is reproducible in a
way premises. Last but not the least, a maintenance program is proposed To finish, a program
of maintenance is implemented so as to guarantee its profitability.
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Table des matières
Remerciements...........................................................................................................................ii
Resumé......................................................................................................................................iii
Abstract......................................................................................................................................iv
Liste des figures........................................................................................................................vii
Liste des Tableaux....................................................................................................................vii
Liste d’équations......................................................................................................................viii
INTRODUCTION GENERALE................................................................................................1
CHAPITRE 1 : PRESENTATION DE L’ENTREPRISE ADLUCEM.....................................2
1.1.
Organigramme de la fondation AD LUCEM...............................................................3
1.2.
Présentation De La Fondation AD LUCEM................................................................3
1.3.
Présentation de l’hôpital Louis Paul AUJOULAT.......................................................4
1.4.
Circuit des malades......................................................................................................4
CHAPITRE 2 : CONTEXTE, PROBLEMATIQUE ET ETAT DE L’ART..............................6
2.1.
Contexte du projet........................................................................................................7
2.1.1.
Présentation de secteur..........................................................................................7
2.1.2.
Les contraintes......................................................................................................7
2.2.
Problématique...............................................................................................................8
2.3.
Etat de l’art...................................................................................................................8
2.3.1.
Les types d’incubateurs.........................................................................................8
2.3.2.
Présentation de l’incubateur néonatal...................................................................9
2.4.
Synoptique d’un incubateur néonatal.........................................................................11
2.5.
Cahier de charge.........................................................................................................11
Conclusion :..............................................................................................................................11
CHAPITRE 3 : ETUDE THEORIQUE....................................................................................12
3.1.
Asservissement et régulation de température.............................................................13
3.1.1.
Définitions...........................................................................................................13
3.1.2.
Systèmes linéaires...............................................................................................14
3.1.3.
Boucle de régulation...........................................................................................14
3.1.4.
Les correcteurs mathématiques...........................................................................16
3.2.
Les modes de transfert de chaleur..............................................................................17
3.2.1.
Les pertes par évaporation..................................................................................17
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3.2.2.
Les pertes par Conduction..................................................................................17
3.2.3.
Les pertes par Convection...................................................................................17
3.2.4.
Les pertes par Radiation......................................................................................17
3.3.
Étude des éléments utiles à la mise en œuvre de l’équipement.................................18
3.3.1.
Capteur de température.......................................................................................18
3.3.2.
Le signal PWM (MLI)........................................................................................19
3.3.3.
Interface de puissance.........................................................................................20
3.3.4.
Thermomètre numérique.....................................................................................20
3.3.5.
Alarme.................................................................................................................21
3.3.6.
Résistance...........................................................................................................21
3.3.7.
Ventilateur...........................................................................................................21
3.3.8.
Le filtre à air........................................................................................................21
3.3.9.
Le bac à eau........................................................................................................22
3.3.10.
Thermostat.......................................................................................................22
CHAPITRE 4 : CONCEPTION DE L’INCUBATEUR NEONATALE.................................23
4.1.
Planning d’exécution..................................................................................................24
4.2.
Conception de la partie mécanique............................................................................24
4.2.1.
Conception du caisson........................................................................................24
4.2.2.
Conception de l’habitacle...................................................................................26
4.3.
Conception de la partie électrique..............................................................................26
4.3.1.
Description des fonctions....................................................................................27
4.3.2.
Choix du mode de régulation..............................................................................30
4.3.4.
Schéma bloc du système.....................................................................................32
4.3.5.
Fonction de transfert...........................................................................................32
4.3.6.
Simulation...........................................................................................................33
4.4.
Expérimentation et résultat.........................................................................................35
4.5.
Analyse financière......................................................................................................36
CONCLUSION GENERALE...................................................................................................40
PERSPECTIVES......................................................................................................................42
ANNEXES I :...........................................................................................................................43
ANNEXE II :............................................................................................................................46
Références.................................................................................................................................48
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Liste des figures
Figure 1: Organigramme de la Fondation ADLUCEM..............................................................3
Figure 2: synoptique de l'incubateur néonatal..........................................................................10
Figure 3: représentation d'un système.......................................................................................12
Figure 4: système en boucle ouverte.........................................................................................13
Figure 5: système en boucle fermé...........................................................................................14
Figure 6:Pertes de Chaleur........................................................................................................16
Figure 7: Représentation de la Modulation à Largeur d'Impulsion..........................................17
Figure 8: Filtre à air.................................................................................................................19
Figure 9: Thermostat de sécurité...............................................................................................20
Figure 10: Caisson....................................................................................................................22
Figure 11: Tiroir........................................................................................................................23
Figure 12: Habitacle..................................................................................................................23
Figure 13: description des fonctions.........................................................................................24
Figure 14: conditionnement de capteur de température............................................................25
Figure 15: Courbe illustrant la tension en fonction de la température......................................25
Figure 16: courbe de la température en fonction de la température.........................................25
Figure 17: écran LCD...............................................................................................................26
Figure 18: schéma bloc du système bouclé...............................................................................29
Figure 19: circuit d'oscillation..................................................................................................29
Figure 20: Circuit de Puissance................................................................................................30
Figure 21: circuit de Commande...............................................................................................30
Figure 22: Schéma global de la carte........................................................................................30
Figure 23: typon........................................................................................................................31
Figure 24: schéma 3D du Circuit..............................................................................................31
Figure 25: schéma de réponse du premier test..........................................................................32
Liste de Tableau
Tableau 1: choix du mode de régulation...................................................................................28
Tableau 2 : Devis de réalisation de cet incubateur néonatal.....................................................33
Tableau 3: Devis de réalisation d'un incubateur néonatal 100% Camerounais........................35
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Liste d’équations
Équation 1: Calcul du Rapport Cyclique..................................................................................18
Équation 2: fonction de transfert du système bouclé................................................................29
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INTRODUCTION GENERALE
L’un Un des défis majeurs de notre siècle est celui d’assurer la sécurité sanitaire des
populations. Ainsi le Cameroun pour répondre à son ambition : pays émergent en 2035 doit se
mobiliser comme la communauté internationale pour faire face aux défis du 21e siècle. Dans
cette démarche, l’université des montagnes dont l’une des missions est la production des
futurs cadres de notre pays à travers la formation des ingénieurs, des personnels de santé
(Médecins, Pharmaciens etc.), apporte naturellement
sa contribution à la réalisation de
accentue son regard vers cet OMD.
C’est dans le cadre de cette Ainsi, pour apporter notre contribution à la résolution de
ce problème, que nous proposons un dispositif permettant la survie des nouveaux- nés
prématurés production de poussin d’un jour. Ce travail fait l’objet de notre mémoire de fin de
Cycle. Il est intitulé : CONCEPTION ET REALISATION D’UN INCUBATEUR
NEONATAL. Ce mémoire décrit la démarche adoptée et les résultats obtenus qui s’est faite
de la manière suivante :
Le chapitre 1 définit le contexte, la problématique et l’état de l’art. En effet dans ce
chapitre, nous présentons tout d’abord le cadre général de notre étude en revisitant le secteur
néonatal qui ne répond pas très souvent aux attentes à la demande de la population. Les
problèmes du secteur seront présentés par la suite, ce qui introduira notre projet comme une
proposition de solution aux différents problèmes posés ; suivi des enjeux de la réalisation d’un
tel projet en termes de spécifications techniques à suivre à respecter la lettre pour la
réalisation de notre équipement avec les avantages et les inconvénients de chaque méthode.
Le chapitre 2 fait une revue de la littérature des différentes théories à prendre en
compte pour la réalisation l’aboutissement de notre projet. Il est question ici de passer en
revue les différents principes de régulation automatique de température, d’en analyser les
avantages et les inconvénients, et de d’en sélectionner la mieux adaptée pour notre projet
application.
Dans le chapitre 3 nous proposons un modèle de réalisation de l’équipement
proprement dit. Ici nous décrivons la les démarches de conception, puis chaque module du
système. Par la suite, un dimensionnement est prévu pour chaque module.
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1: PRESENTATION DE
L’ENTREPRISE AD LUCEM
CHAPITRE
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NB : Bien vouloir remplacer ci-dessus « Entreprise » par « Fondation »
1.1.Organigramme de la fondation AD LUCEM
Figure 1: Organigramme de la Fondation ADLUCEM
1.2.Présentation De La Fondation AD LUCEM
Créé en 1936 par le docteur Louis Paul AUJOULAT, la Fondation AD LUCEM est l’une des
plus grandes formations sanitaire au Cameroun lorsqu’on regarde son étendu sur le plan
national.
Conformément à la politique de développement économique, social et culturel de la
république du Cameroun, elle se présente comme Association reconnu d’intérêt public, dans
le domaine de la Santé et de la Promotion Sociale d’esprit chrétien. Ouverte à tous, et
auxiliaire dans la mission de l’Eglise Catholique, dans sa tâche éducative et libératrice.
Elle propose aux membres de l’Association, à son personnel médical et administratif de toutes
catégories, de vivre et travailler selon l’esprit de son Fondateur: Au service de la Santé. Les
statuts de la FALC fixe dans l’article 3 le siège à EFOK, Hôpital Louis Paul AUJOULAT.
La FALC comporte à ce jour 13 Hôpitaux et 45 Centres de santé annexes au Cameroun.
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1.3.Présentation de l’hôpital Louis Paul AUJOULAT
L’hôpital Ad LUCEM D’EFOK est le premier établissement de la FALC. Il a été créé en 1936
par le Docteur Louis Paul AUJOULAT, missionnaire et médecin d’origine française.
L’hôpital fut inauguré en janvier 1937 et EFOK devint le cœur de la Fondation Médicale au
Cameroun. Il est situé dans l’Arrondissement d’Obala, Département de la Lékié, Région du
Centre, à 37 Km de Yaoundé et à 4 Km de la ville d’Obala d’Arrondissement.
L’hôpital a 6 centres annexes : Ossombé, Etaka, Tala, Guéfigué, Nkolassa, Mbelbikol. Il a
une capacité de 101 lits dont 65 pour l’hôpital mère 36 pour les centres annexes.
Quatre grands bâtiments constituent l’ossature de l’établissement. En plus de ces bâtiments,
l’hôpital dispose de 5 villas pour loger le personnel cadre et d’un camp d’infirmiers dénommé
« saint Louis » de 10 appartements pour le logement du personnel non cadre.
L’hôpital d’Efok offre au public une gamme de services variée à savoir :

Médecine interne et externe ;

Chirurgie ;

Pédiatrie ;

Maternité et PMI ;

Laboratoire ;

Echographie ;

ECG ;

Radiologie ;

Kinésithérapie, service momentanément non fonctionnel.
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1.4.Circuit des malades
Les différents services de l’hôpital sont repartis en deux grands groupes : La médecine et la
chirurgie. Lorsque l’hôpital reçois un nouveau patient, il est orienté dans l’un des deux
services : en urgences comme en consultations ordinaires.
Consultations ordinaires : le malade se dirige en pré consultation pour être identifié et
orienté soit en consultation soit en chirurgie pour des consultations chirurgicales. Pour les
visites prénatales, post-natales ou les des cas d’accouchements les patients sont dirigés en
maternité, sous le service de la médecine.
Maternité : les patients sont reçus en consultation par les responsables de services. Dans les
cas d’accouchements compliqués le service de chirurgie est tout de suite informé et le patient
y est transféré si nécessaire. Combien de couveuses fonctionnelles sur un total de ….. ? Est-ce
qui vous a déterminé à engager ce travail ?
Urgences : pour les des cas d’accidents les patients sont conduits en petite chirurgie pour
prise en charge.
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CHAPITRE 2: CONTEXTE, PROBLEMATIQUE ET
ETAT DE L’ART
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2.1.Contexte du projet
2.1.1. Présentation du e secteur
Les établissements de santé ont un grand défi à relever en ce qui concerne la prise en
charge de la prématurité au Cameroun. Quel que soit le métier exercé dans un établissement
ou une structure de santé, sauver des vies est leur l’objectif commun. Dès la naissance, la
question de survie se pose, toujours. Le et le personnel de santé se doit alors de l’assurer d’en
assurer à la mesure du possible la survie de l’espèce humaine. Les nouveaux nés sont très
plus vulnérables étant les nouveaux nés, la néonatalogie en établissement de santé est très
importante. La prise en charge des nouveaux nés s’avère donc complexe surtout lorsqu’il
s’agit de prématurés. Depuis 1764 des moyens scientifiques commencèrent à être développé
er dans le but d’assurer la survie des nouveaux nés. « Jean Denuce (1824-1899) de Bordeaux,
fut le premier qui eut l’idée de l’incubation artificielle et fit réaliser à cet effet un berceau
incubateur en 1857 » [CITATION DUC79 \l 1036 ]. La première idée d’incubation artificielle
paraît être due à Ruhl, en 1835. Dans le souci d’améliorer de mieux en mieux la prise en
charge des prématurés, les connaissances et les compétences sont rassemblées afin de garantir
une meilleure sécurité sanitaire meilleure. Il n’est pas toujours facile de rassembler tous les
moyens matériels en tous points du triangle national, mais une organisation rationnelle des
ressources dont dispose le Cameroun aboutira à une réduction considérable des risques de
mortalité post-natale.
*******
2.1.2. Les contraintes
Il n’est pas toujours facile de rassembler tous les moyens matériels en tous points du triangle
national, mais une organisation rationnelle des ressources dont dispose le Cameroun aboutira
à une réduction considérable des risques de mortalité post-natale.
La néonatalogie au Cameroun fait face à des contraintes de plusieurs ordres :
Les contraintes sanitaires : persistance existence de nombreux risques, et couverture
sanitaire insuffisante.
Les contraintes managériales : coût élevé d’équipements, Insuffisance de personnels
bien formés sous-utilisation de dans la main d’œuvre locale.
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Les contraintes structurelles : inorganisation des professionnels et des structures de
formation, absence d’accompagnement public dans la distribution d’équipements
médicaux et pièces de rechange insuffisance de matériel du à son coût élevé.
Les contraintes technologiques : notre environnement n’est pas favorable à la
production technologique car il manque d’industries de fabrication de produit
nécessaire à la production technologique locale (absence d’industries dans la
production de composants électroniques et accessoires).
Le sujet que nous allons développer ici traitera surtout de la conception d’un
incubateur néonatale communément appelé « couveuse »
2.2.Problématique
La population camerounaise est en constante augmentation. Cette démographie
galopante n’est pas soutenue par un système sanitaire à la hauteur des défis et notamment par
des de qualité et Les services de néonatalogie équipés pour répondre aux attentes des familles.
étant incapables de couvrir les besoins.
Pour répondre à ces attentes aux questions posées de façons efficiente et efficace nous
devons trouver les voies et moyens pour d’offrir les soins aux prématurés, visiblement de plus
en plus nombreux pour des raisons diverses, des soins appropriés. Pour se faire, il faut
absolument concevoir et réaliser un la conception et la réalisation localement d’un incubateur
néonatal, apparaît comme une contribution significative
. Ceci interviendra à un niveau plus
technique en la matière et arrive également à un moment où. Ce travail me semble être l’un
des objectifs majeurs de notre institution universitaire, celui c’est de fabriquer des
équipements par les africains et pour les africains afin de faire face aux importations
exagérées d’équipements des technologies étrangers ères.
Par ailleurs nous notons qu’au delà de l’objectif de protection des nouveaux nés
prématurés, que l’équipement sera sûrement système sera en mesure de protéger les
prématurés mais aussi accessible à toutes les bourses.
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2.3.Etat de l’art
2.3.1. Les types d’incubateurs
Il existe plusieurs types d’incubateurs :
Les incubateurs CO2
Ils sont généralement utilisés pour la désinfection, mais éliminent aussi totalement les
germes et les spores grâce à un processus de stérilisation automatisé à l’air chaud à 180°C. il
convient au stockage des cultures cellulaires ou tissulaires.
L’incubateur éclosoir (Couveuse)
Il a pour but de fournir toutes les conditions nécessaires de température, d’humidité et
d’air aux œufs de volailles afin d’obtenir l’éclosion de nouvelles volailles.
Incubateur de laboratoire
Il permet la culture des bactéries.
L’incubateur néonatal
L’incubateur néonatal, aussi appelé couveuse, permet de maintenir le nouveau-né ou le
prématuré dans une atmosphère appropriée en terme de température, d’humidité et
d’oxygénation. Ils sont utilisés en maternité, néonatalogie, réanimation néonatale, anesthésie
pédiatrique et service de grands brulés pédiatrique [Incubateurs et tables radiantes]
Il permet ainsi de la protéger au mieux l’enfant des agressions extérieures : courant
d’air, bruits, micro-organismes, …
2.3.2. Présentation de l’incubateur néonatal
L’incubateur néonatal est un appareil Equipement que l’on retrouve généralement dans les
services de pédiatrie des hôpitaux. Il a pour rôle de maintenir les nouveaux nés dans les
conditions de température et d’humidité nécessaires à leur développement. Dans la présente
catégorie d’incubateurs, on distingue deux types (ouvert et fermé).
Les incubateurs fermés (problème de numérotation à corriger )
1.1.1.1.
Principe de fonctionnement
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L’habitacle dans lequel l’atmosphère est contrôlée par un système électronique est en
plexiglas. La température intérieure est contrôlée par des capteurs situés dans l’habitacle et
permettant le réglage des constantes et le déclenchement des alarmes en cas de surchauffe Il
présente des portes frontales permettant l’entrée et la sortie des bébés.
Habitacle
L’habitacle est muni de hublots :
Frontal : permettant au personnel soignant de dispenser les soins au bébé, et à la
maman de le toucher.
Latéral : pour passer les tubulures, sondes et tuyaux
Les hublots à la tête de l’enfant sont réservés pour le passage du matériel propre et les
hublots situés aux pieds pour le passage du matériel sale.
Piètement
La partie technique comporte :
Les écrans de réglage de température, d’humidité, les accès pour les filtres à air
permettant le renouvellement régulier de l’air
Le réservoir d’eau
Les différentes zones spécifiques : branchements de sondes thermiques, sondes
d’oxygène,…
1.1.1.2. Les incubateurs ouverts
1.1. Les capteurs et Alarmes
1.1.1. Les capteurs
De nos jours, les incubateurs sont dotés de plusieurs capteurs pour mesurer : la
température, le taux l’humidité, le taux d’oxygène et la quantité de bruit dans un habitacle.
Ainsi, on distingue comme principaux capteurs de température utilisé le LM35 ou le PT100
1.1.2. Les alarmes
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Les incubateurs actuels disposent d’alarmes visuelle et sonore dont les plus fréquentes
sont :
Le trop chaud
Le trop froid
La panne secteur
L’absence de capteur
1.2. Les prématurés
Relativement au dictionnaire, la prématurité est l’état d’un enfant qui est arrivé très tôt,
avant le temps habituel. Et en médecine la prématurité est l’état d’un enfant dont l’âge
gestationnel est compris entre 24 et 31 semaines ou à un très faible poids à la naissance. Cela
décrit donc une immaturité organique et fonctionnelle.
On distingue alors :
L’extrême prématurité,
La grande prématurité,
La prématurité modérée.
L’objectif principal de ce projet est de concevoir et de réaliser un incubateur néonatal.
Spécifiquement, il s’agira de :
Faire une étude sur les incubateurs,
Concevoir un incubateur néonatal,
Faire de la récupération si possible,
Réaliser l’incubateur à moindre coût,
Identifier les perspectives pour des améliorations.
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2.4.Synoptique d’un incubateur néonatal
Figure 2: synoptique de l'incubateur néonatal
2.5.Cahier des charges
Le travail consistera à réaliser un incubateur néonatal :
 Mode de régulation et indications numériques,
 Chauffage à l’aide d’une résistance chauffante,
 Homogénéisation de la température à l’aide d’un ventilateur,
 Contrôle de la température et de l’humidité à l’intérieur de l’habitacle par le
biais de capteurs.
Le travail consistera à réaliser un incubateur néonatal avec un mode de régulation numérique.
Le système sera principalement constitué d’une résistance chauffante et d’un ventilateur qui
assureront respectivement la montée de la température interne et son homogénéisation. Puis
de mesurer l’humidité à l’intérieur de l’habitacle.
Conclusion :
Dans ce chapitre, il était question de faire une brève présentation de l’équipement tout
en insistant sur nos réelles motivations pour de sa mise en œuvre. A présent nous allons
étudier les phénomènes physiques et électroniques, ainsi que la méthodologie concourants à la
réalisation de notre équipement.
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CHAPITRE 3: ETUDE THEORIQUE
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Dans ce chapitre nous passerons en revue les méthodes de régulations de température,
les modes de transfert de chaleur, les types d’incubateurs, les capteurs, les alarmes et les
prématurés.
1.1.Asservissement et régulation de température
2.1.1. Définitions
2.1.1.1. Automatique
Qui fonctionne tout seul ou sans l’intervention humaine.
De nos jours il existe deux domaines de l’intervention de l’automatique :
Dans les systèmes à évènements discrets. On parle d'automatisme (Séquences
d'actions dans le temps). Exemples d'applications : les distributeurs automatiques, les
ascenseurs, le montage automatique dans le milieu industriel, les feux de croisement,
les passages à niveaux.
Dans les systèmes continus pour asservir et/ou commander des grandeurs physiques de
façon précise et sans aide extérieure. Exemples d'application : l'angle d'une fusée, la
vitesse de rotation d'un lecteur CD, la position du bras d’un robot, le pilotage
automatique d'un avion.
Un système peut être représenté schématiquement de la manière suivante:
Figure 3: représentation d'un système
Où e(t) est un ou plusieurs signaux d'entrée (excitation, cause ou sollicitation) et s(t) est un ou
plusieurs signaux de sortie (ou réponses), t étant la variable temps.
En général, ces signaux (d'entrée et de sortie) ne sont pas de même nature. Les
grandeurs d'entrée sont les grandeurs qui agissent sur le système. Il en existe deux types :
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- Commandes : Celles que l'on peut maîtriser.
- Perturbations : Celles que l'on ne peut pas maîtriser.
2.1.1.2. Système
L'automatique peut s'appliquer à tout ce qui bouge, fonctionne, se transforme. L'objet
d'application de l'automatique est appelé « système ».
Un système peut être défini comme un ensemble d'éléments exerçant collectivement une
fonction déterminée, il communique avec l'extérieur par l'intermédiaire de grandeurs,
fonctions du temps, appelées « signaux ».
3.1.2. Systèmes linéaires
Un système est dit linéaire si la réponse de ce système à une combinaison linéaire des
signaux d'entrée est égale à la combinaison linéaire des signaux de sortie:
Cette propriété est appelée aussi principe de superposition: Ce principe simplifie
beaucoup les problèmes, c'est pour cela que dans la plupart des cas on essaie de se ramener à
l'étude d'un système linéaire.
Un système possédant une seule entrée est dit mono variable ou uni variable, si de plus
il possède une seule sortie, il est dit scalaire.
3.1.3. Boucle de régulation
3.1.3.1. Boucle ouverte/boucle fermée
Un système est en boucle ouverte (BO) lorsque la commande est élaborée sans l'aide de la
connaissance des grandeurs de sortie : il n'y a pas de feedback. Dans le cas contraire, le
système est dit en boucle fermée (BF). La commande est alors fonction de la consigne (la
valeur souhaitée en sortie) et de la sortie.
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Pour observer les grandeurs de sortie, on utilise des capteurs. C'est l'information de
ces capteurs qui va permettre d'élaborer la commande.
Figure 4: système en boucle ouverte
Figure 5: système en boucle fermé
Ce qui permet de donner cette autre définition de l'Automatique : C'est une science et
une technique qui permet de maîtriser le comportement d'un système (traduit par ses
grandeurs de sortie), en agissant de manière adéquate sur ses grandeurs d'entrée.
2.1.3.2. Nécessité de la boucle fermée
Exceptionnellement, le système de commande peut opérer en boucle ouverte à partir
du seul signal de consigne. Mais la boucle fermée (contre réaction) est capable de :
Stabiliser un système instable en BO.
Compenser les perturbations externes.
Compenser les incertitudes internes au processus lui-même.
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Un système de commande peut réaliser deux fonctions distinctes :
L'asservissement c'est à dire la poursuite par la sortie d'une consigne variable dans le
temps.
La régulation c'est à dire la compensation de l'effet de perturbations variables sur la
sortie (la consigne restant fixe).
3.1.4. Les correcteurs mathématiques
Afin de bien maîtriser les procédés régulés, on doit corriger leurs défauts qui se
résument en trois anomalies possibles de commande et une anomalie de conception à savoir :
Grand temps de retard () : ce temps est dû généralement à une mauvaise conception de
liaison de l’organe d’action avec le système.
Lenteur d’exécution () : le sous dimensionnement de la grandeur réglante.
Mauvaise exactitude () : c’est l’écart statique .ça veut dire au régime permanent, entre
la consigne et la mesure, due souvent à la finesse de dosage de grandeur réglante.
Instabilité : le surdimensionnement de la grandeur réglante rend la réponse instable et
le système très impulsif ou musclé.
Ces anomalies appelées caractéristiques apparentes du système, représentent le grand
travail des régleurs et mathématiques, et les maîtrisées n’est pas une tâche facile, surtout
lorsqu’on aura le choix entre rapidité et stabilité, et ce choix n’est pas décisif.
Il y a plus qu’une méthode de détermination de ces paramètres.
Pour remédier à ses lacunes et optimiser la réponse d’un système, les concepteurs ont
doté les régulateurs industriels de trois effets mathématiques de calcul d’action à savoir :
Action proportionnelle : P
Action intégrale : I
Action Dérivée : D
On distingue aussi la possibilité de combiner ces actions série, parallèle ou mixte, ainsi
quelques architectures possibles :
(P+I), (P.I), (P+D), (P.D)
(P+I+D), (P.I.D), PID // et PID série
[(P.I) +D]: Mixte 1
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[(P.D) +I]: Mixte 2
Ces actions se présentent souvent dans les régulateurs analogiques comme des cartes
électroniques à base amplificateur opérationnel (AMPLIOP) qui permette l’amplification du
signal et son dosage selon le temps intégrateur ou dérivateur, et on parle souvent d’un
ETAGE au lieu de carte électronique par exemple : ETAGE INTEGRATEUR.
Ces actions peuvent être sous forme numérique pour les régulateurs numériques, soit
sur 16 ou 32 bits et on parle alors d’algorithme par exemple : algorithmes PID Mixte A.
2.2.Les modes de transfert de chaleur
Le
nouveau-né
perd
sa
chaleur
de
quatre(04)
manières
différentes
à
savoir [CITATION Org \l 1036 ] :
3.2.1. Les pertes par évaporation
C’est la perte principale : elle se produit par évaporation du liquide amniotique sur son
corps.
3.2.2. Les pertes par Conduction
Lorsqu’un nouveau-né est posé nu sur une surface froide par exemple (une table, une
balance ou un matelas froid). En incubateur fermé, les pertes par conduction sont très faibles,
le transport de chaleur se fait essentiellement par convection.
3.2.3. Les pertes par Convection
Si le nouveau-né est exposé nu à l’air libre plus froid. Pour limité les pertes par
convection cutanée dans un incubateur, la vitesse de l’air chaud est maintenue<0.1m/s.
3.2.4. Les pertes par Radiation
La chaleur se propageant du nouveau-né vers les surfaces froides environnantes même
sans contact directe. (Par Exemple un mur ou une fenêtre).
Les pertes thermiques s’accroissent avec les mouvements de l’air et un nouveau-né
peut se refroidir même dans une pièce dont la température est de 30 °C s’il y a des courants
d’air.
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Figure 6:Pertes de Chaleur
3.3.Étude des éléments utiles à la mise en œuvre de l’équipement
3.3.1. Capteur de température
Le capteur de température est un dispositif transformant l’état d’une grandeur physique en une
grandeur utilisable, telle q »une tension électrique. Pour cela on a le choix entre trois(03)
sondes de température :
 Thermocouple
C’est un système constitué de deux fils métalliques de natures différentes soudées à l’une de
leurs extrémités. Il permet la mesure de température par application de l’effet Seebeck. Ce
dernier stipule que : lorsque deux fils constitués de métaux différents sont raccordés à leurs
extrémités et que l’une d’elles est chauffé, il se produit une circulation de courant continu
dans le circuit. Si on coupe le circuit, la tension apparaissant est fonction de la température et
de la composition des deux métaux.
 Sonde de platines (PT100)
Les sondes PT100 sont également basées sur le principe de la modification de la résistance
électrique en fonction de la température. Dans ce cas, température et résistance évoluent dans
le même sens. On parle de PT100 car la résistance de l’élément (platine) est de 100 ohms à
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0°C. Étant donné leur extrême fragilité, les sondes PT100 ne sont pas utilisées sur les
appareils portatifs.
 Thermistances
Ce sont des sondes de température dont la résistance varie en fonction de la température. On
en distingue deux types à savoir :
 Les CTN (Coefficient de température Négatif)
 Les CTP (Coefficient de température Positif)
3.3.2. Le signal PWM (MLI)
Le signal MLI (Modulation à Largeur d’Impulsion) ou en anglais (Pulse Width
Modulation) est un signal rectangulaire à fréquence fixe dont le rapport cyclique varie. Il est
généralement utilisé dans les applications à fréquence fixe comme les alimentations à
découpage, les variateurs de vitesse.
Ce signal aura pour rôle fondamental la diminution du pourcentage de chauffe de la
résistance chauffante de notre étuve, la température sera dans la bande proportionnelle.
Figure 7: Représentation de la Modulation à Largeur d'Impulsion
Le principe est de générer un signal logique (valant 0 ou 1), à fréquence fixe mais dont le
rapport cyclique est contrôlé numériquement. On utilise le plus souvent un microcontrôleur
pour le générer é. La génération de ce signal se fait en deux étapes :
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 On utilise un compteur qui fixe la fréquence du signal à réaliser, et ceci en comptant
les cycles d’horloge du microcontrôleur. Ce compteur c’est le TIMER 2.
 On configure le rapport cyclique en comparant en permanence la valeur du compteur à
une valeur fixe. Ladite valeur fixe est une valeur numérique issue d’une conversion
analogique numérique de la tension reçue en entrée par le microcontrôleur.
En effet, c’est le module CPP1 ou CPP2 (Capture/Compare/PWM) du microcontrôleur qui
reçoit la valeur numérique fixe et la valeur du compteur TIMER 2. Si la valeur du compteur
est inférieure à la valeur fixe, la sortie passe à 1. Dans le cas contraire elle passera à 0.
Le rapport cyclique du signal PWM est donné par la relation :
R=
θ
T
Équation 1: Calcul du Rapport Cyclique
Avec :
R=rapport cyclique
θ=largeur d’impulsion du signal, c’est la durée à l’état haut
T=période du signal
3.3.3. Interface de puissance
Dans cette partie nous étudierons les meilleures façons possibles pour passer de la
commande (0-5V) à la puissance (220V~)
3.3.4. Thermomètre numérique
Nous réaliserons dans notre équipement un thermomètre, dont le rôle sera de mesurer
la température sèche et la température humide afin de pouvoir réguler automatiquement la
température et d’en déduire l’humidité relative et d’afficher sur un afficheur LCD.
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3.3.5. Alarme
Ici il est question de concevoir un système capable d’alerter le personnel de l’hôpital
sans toutefois nuire à la tranquillité du nouveau-né. Il existe deux catégories d’alarme :
Alarme visuel
Alarme sonore
Ces différentes alarmes indiquent tous les mêmes défauts (Trop Chaud, Défaut
Secteur, etc.). Pour des raisons de sécurité nous nous somme limité aux alarmes visuelles.
3.3.6. Résistance
C’est l’élément de puissance qui se charge de fournir la chaleur au système. C’est
aussi l’élément le plus énergivore.
3.3.7. Ventilateur
C’est l’élément qui se charge de conduire la chaleur de la source vers l’habitacle. Pour
des raisons de sécurité et de santé, la vitesse aérodynamique produite doit être inférieur à
0.1m/s.
3.3.8. Le filtre à air
A l’entrée de la zone de production de chaleur, l’air s’introduisant dans le système est
chargé de grosses et de petite voir très petite particules (poussières, bactéries, etc.). Étant
donné la taille de ses différentes particules, il faudrait un filtre de très petites porosités : un
filtre antibactérien. Les bactéries ayant une taille de 50µm et les poussières une taille plus
grosse, un filtre de dont la porosité est inférieur à 50µm serait l’idéal. Dans notre cas nous
utiliserons un filtre de classe FFP2 dont la porosité est de 25µm.
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Figure 8: Filtre à air
3.3.9. Le bac à eau
C’est la partie de la couveuse qui contient l’eau qui sert à humidifier humecter de l’air.
Le taux d’humidité doit être compris entre 60% et 80%.
3.3.10.
Thermostat
C’est un élément thermosensible qui sert à contrôler un système et à ouvrir le contact à
une température fixé.
Figure 9: Thermostat de sécurité
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CHAPITRE 4: CONCEPTION DE
L’INCUBATEUR NEONATALE
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4.1.Planning d’exécution
Afin d’optimiser les ressources, le projet a été subdivisé en cinq plusieurs partie :
1ère Partie : Revue de la littérature et choix des solutions technologiques
Cette partie a consisté à faire une veille technologique afin de mettre en œuvre un bon
cahier de charge.
2ème Partie : Conception et simulation
Dans cette partie, nous alors concevoir et simuler les solutions techniques retenues
dans la première partie.
3ème Partie : Réalisation sur platine d’essai
Ici il est question de mettre en œuvre sur plaque à essai notre système afin de le tester
en condition réel.
4ème Partie : Mise en œuvre et intégration
Celle-ci consiste en la réalisation du produit final et à son assemblage.
5ème Partie : Test et validation
Cette partie consiste à faire fonctionner le dispositif pendant 72h en contrôlant qu’il
n’ait aucune dérive de température.
4.2.Conception de la partie mécanique
Concevoir un incubateur néonatal nécessite la prise en compte des facteurs tels que la
température, l’humidité et l’oxygène nécessaire au bon développement du nouveau-né. La
question à répondre est celle de savoir comment réguler ces trois paramètres physique sans
ignorer les risques biologiques et sans compromettre l’état clinique du patient.
4.2.1. Conception du caisson
Conçu en aluminium, abrite le système électronique, circuit aérodynamique et la zone
de rangement du linge. Le circuit aérodynamique comporte les zones de chauffe, de
ventilation et d’humidification humectage de l’air.
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Figure 10: Caisson
Figure 11: Tiroir
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4.2.2. Conception de l’habitacle
Le matériau utilisé doit pouvoir isoler thermiquement l’enceinte de façon à réduire les
pertes de chaleur par convection et par radiation. Pour ce fait il est nécessaire que le matériau
ait soit une faible conductivité thermique et que l’on puisse voir à travers la paroi.
Dans notre cas, l’habitacle est conçu en plexiglas d’épaisseur 4mm qui a un
coefficient de conductivité thermique de (0,19W.m-1.K-1), ce qui et par là nous somme assure
rassurer d’une bonne isolation thermique. Les faces latérales de l’habitacle sont trapézoïdal
possède chacune chaque un hublot et sont distantes de à 90Cm l’une de l’autre. Cette partie
est la zone qui accueille le nouveau-né.
Figure 12: Habitacle
Le recyclage d’une épave a été possible grâce à l’hôpital Louis Paul AUJOULAT
d’EFOK. Datant des années 90 cette épave à encore une bonne solidité. Ce qui m’a permis de
faire des aménagements pour la rendre viable. La conception d’un incubateur consiste
essentiellement en la réalisation de l’habitacle, du caisson et du circuit aérodynamique.
4.3.Conception de la partie électrique
Afin d’assurer le développement des nouveaux nés, l’incubateur doit leurs donner les
conditions de température, d’humidité et d’aération qui leur permettent ra un développement
adéquat. Ainsi tenant compte de ces conditions et du cahier de charges et de l’importance de
ces nécessités pour le prématuré, nous devons adopter une démarche rigoureuse pour leur
implémentation.
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4.3.1. Description des fonctions
Figure 13: description des fonctions
Acquisition des érir les données
Cette fonction est réalisée par La carte d’acquisition qui est construite autour d’une
thermistance TPM-10 de valeur 10K à 25°C. Celui-ci fournit à sa sortie une tension
inversement proportionnelle à la température mesurée. C’est un composant à deux pattes rare
sur le marché, en composant mais disponible sur notre marché sous forme de thermomètre et
parfaitement adaptée à notre application. Nous utilisons deux capteurs, l’un pour la mesure de
la température sèche et l’autre pour la température humide nécessaire pour le calcul de
l’hygrométrie. Le conditionnement de ce capteur se fait comme sur la figure suivante.
Figure 14: conditionnement de capteur de température
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La réponse du capteur est illustrée par la courbe suivante :
Figure 15: Courbe illustrant la tension en fonction de la température
Tandis Tant dis que la réponse de la réponse de la résistance en fonction de la
température donne :
Figure 16: courbe de la température en fonction de la température
Affichage des é les données
Cette fonction permet d’afficher é la température et le taux d’humidité dans
l’habitacle. Le type d’afficheur que nous avons utilisé est un afficheur LCD 16*2 rétro éclairé
avec contraste.
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Nous avons opté dans pour notre application pour un à l’afficheur LCD car il
consomme moins d’électricité et est plus facile à mettre en œuvre bien qu’un peu plus
couteux.
Figure 17: écran LCD
Gestion de érer l’énergie
Cette fonction permet de produire et de contrôler la quantité d’énergie envoyée à la
Résistance chauffante et au ventilateur. Elle est réalisée par l’association de deux cartes : la
carte d’alimentation et un circuit driver servant en même temps d’isolation galvanique entre la
commande et la puissance. Cette dernière est construite autour d’un optocoupleur de type
MOC3021.
Ce composant assure à lui seul l'isolation électrique (galvanique) entre la partie
commande (broche du microcontrôleur 0V / 5V) et la partie puissance (230V). De plus, il
intègre un système de détection de passage par zéro qui rend ce circuit exempte de tout bruit
liés aux commutations on/off. L'entrée de l'optotriac MOC3021 est une simple LED, dont la
chute
de tension est de l'ordre de 1,6V et le courant de fonctionnement nominal de 15 mA.
Si on applique une tension compatible TTL, c'est à dire de +5V, directement sur cette LED,
l'optotriac aura une durée de vie de quelques microsecondes. Il convient donc, comme pour
toute LED, d'ajouter une résistance en série pour limiter le courant qui la parcourt. La sortie
de l'optotriac est un triac qui, s'il avait été un peu plus costaud, aurait pu servir à piloter
directement la charge. Mais ce n'est pas le cas, c'est pourquoi ce triac interne (inclus dans le
MOC3041) est épaulé par un triac externe (ici un BT137, sous-entendu 6A 700V),
physiquement plus apte à constituer un interrupteur de puissance.
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Pour ce qui est du triac BT137 que nous avons utilisé, les caractéristiques électriques de
fonctionnement sont les suivantes :
 Courant max : 6A
 Tension max : 700V
Résistance Chauffante
C’est l’élément de puissance qui sert à l’ajout de la quantité d’énergie thermique
nécessaire à la compensation de perte de chaleur. Nous avons utilisé une résistance chauffante
de puissance 250W alimenté par une tension alternative de 220V. Par modulation de la
largeur d’impulsion, nous réduisons la puissance d’alimentation de cette dernière afin d’éviter
tout dépassement brutale de la consigne.
Gestion de la consigne
Un clavier a été réalisé par trois boutons poussoir un bouton marche arrêt permettant à
l’utilisateur de fixer la consigne.
Alarme
Le système d’alarme est conçu avec des voyants lumineux pour éviter une quantité de
bruit très élevé près du nouveau-né.
Le système à microcontrôleur
Il se charge à travers les différentes interfaces d’entrées et sorties de gérer le système de
manière autonome. Le microcontrôleur utilisé ici est le PIC16F877A donc la fiche technique
présente les caractéristiques.
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4.3.2. Choix du mode de régulation
θ/τ
>20
Action
T.O.R
commentaires
Tout Ou Rien : appelé « On-Off Control » le
régulateur agit sur l’actionneur souvent un
contact en l’ouvrant 0% ou en le fermant à
100% parfois on utilise le rapport temps
d’ouverture sur le temps de fermeture comme
pourcentage d’action, exemple 3s ON et 7s
10 à 20
P
OFF 30% d’action sur le contact.
Proportionnelle : Est caractérisée par (Kp ou
Gr) la constante de proportionnalité ou le gain
du régulateur, sa valeur est multipliée par
l’écart instantané consigne-mesure influençant
ainsi l’action sur le système et le rendant ainsi
l’action sur le système le rendant ainsi plus
rapide dans la limite de sa stabilité. On définit
5à10
P.I
aussi la bande proportionnelle BP%=100Gr
Proportionnelle Intégrateur : En ajoutant
l’effet
Intégrateur
à
la
proportionnalité,
l’action sur le système se dose avec finesse et
précision
(fonction
inverse
qui
dépend
inversement du temps de l’intégrale Ti). Pour
les procédés stables comme de la mesure par
rapport à la consigne, alors cette action se
charge de le ramener rapidement à la stabilité
2à5
P.I.D
le stabilise.
Proportionnelle
Intégrateur Dérivateur :
l’action dérivée ajoutée à l’action PI apporte
une lucidité imparable à la réponse, en
augmentant le temps de la dérivée Td,
l’anticipation s’améliore et obtient au total
dans le cadre de la stabilité une réponse,
1à2
Multi Boucles
rapide, sans temps de retard, rapide et précise.
Tellement le temps d’exécution est court par
rapport au temps de réponse que l’action PID
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agit 2 ou 3 fois avant que le système réponde à
la première fois. Ce qui déstabilise la réponse,
donc on ajoute d’autres boucles sur le
procédé, comme boucle maître esclave ou
boucle
anticipant
quelques
grandeurs
perturbatrices et commandant la boucle
<1
Smith Interne ou Numérique
principale pour aider à la stabilisation rapide.
Les systèmes qui présentent des telles
caractéristiques dynamiques sévères (θ et τ),
ne peuvent être maîtrisés que si on connaît au
préalable
le
comportement
statique
et
dynamique de la réponse, sinon ils deviennent
forcement instables. Le besoin de la régulation
numérique ou encore (Modèle de Smith
interne) est indispensable, son introduction
ressemble plutôt classique, très utilisée dans
les procédés à grande inertie et rapide en
même temps.
Tableau 1: choix du mode de régulation
Le choix du correcteur se base sur le rapport
θ
qui est en fait le rapport entre la
τ
réponse du procédé et les effets du temps mort du procédé.
4.3.4. Schéma bloc du système
Figure 18: schéma bloc du système bouclé
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4.3.5. Fonction de transfert
F ( S) =
255∗E ( S )∗MLI
1+255∗E ( S )∗MLI∗C(S)
Équation 2: fonction de transfert du système bouclé
Avec
X(S) : Consigne
E(S): Erreur
E(S) = X(S)-Y(S)
MLI : Rapport cyclique de la fonction de Modulation à largeur d’impulsion
C(S) : fonction de transfert du capteur C ( S ) =28+
45
SX (S)
4.3.6. Simulation
 Oscillateur à quartz
Cet oscillateur à quartz est constitué d’un quartz de fréquence 20 MHZ et de 2
condensateurs de 22pF. La fréquence d’oscillation caractérise la vitesse d’exécution des
instructions par le microcontrôleur.
Figure 19: circuit d'oscillation
 Interface entre le PIC et l’actionneur
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Figure 20: Circuit de Puissance
 Commande de la consigne
Figure 21: circuit de Commande
 Schéma global de de la carte de commande
Figure 22: Schéma global de la carte
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 Réalisation du typon
Figure 23: typon
 Montage des composants
Figure 24: schéma 3D du Circuit
4.4.Expérimentation et résultat
Au final après avoir simulé chaque sous bloc, nous sommes arrivés à la simulation
principale. Il est intéressant de se faire une liste des valeurs souhaitées sur papier et de vérifier
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nos valeurs point par point. Une autre méthode aurait consisté à mettre les valeurs désirées
dans netlist afin de les comparer aux valeurs observées. Dans notre cas, nous avons obtenu
des courbes par tracé après calcul des différentes fonctions. Puis ayant effectué le premier test
nous avons obtenu les courbes suivantes à partir d’une interface d’acquisition homme
machine fait avec Borland C++ Builder.
Figure 25: schéma de réponse du premier test
Nous avons obtenu une stabilisation en température à 37°C avec une oscillation autour
de la consigne de 0.3°C soit ±0.81% mais avons aussi constaté que l’humidité relative est
inversement proportionnel à la température ce qui nous oblige par la suite d’aménager la zone
du bac à eau pour augmenter l’humidité.
espace
4.5.Analyse financière
Dans cette partie, nous nous proposons d’estimer le prix de revient de notre
incubateur. Les prix sont donnés toutes taxes comprises. Le coût de la main d’œuvre sera égal
à 30% du coût de la matière première plus une marge de sécurité de 10%. Pour se faire, nous
estimerons tout d’abord le prix de revient de la couveuse seule.
L’ensemble est résumé dans le tableau suivant :
partie électronique
Qté
PU
PT
Carte arduino Uno
1
20000
20000
Plaque pré sensibilisé
2
5000
10000
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des Montagnes. Par YAKANA ABADOME Patrice 12C023 38
Optocoupleur
2
2000
4000
Triac
2
1200
2400
Transistor 2N2222
6
300
1800
alimentation à découpage
1
2500
2500
Ampli Op
4
250
1000
Condensateurs
6
100
600
Potentiomètre
4
500
2000
Quartz
2
500
1000
Microcontrôleurs
2
5000
10000
BUZZER
1
2000
2000
LED Rouge HI
5
100
500
LED Jaune HI
3
100
300
LED Verte HI
3
100
300
ENC28J60
1
20000
20000
Thermocouple
2
5000
10000
afficheur LCD 16*2
1
10000
10000
LM35
2
1000
2000
bouton poussoir
10
150
1500
Perchlorure de fer
1
5000
5000
Soude
1
3000
3000
Ventilateur
1
2000
2000
Connecteur
7
500
3500
Relais
2
1000
2000
Total 1
117400
Partie mécanique
Qté
PU
PT
Tôlerie + Peinture
1
20000
20000
silicone Transparent
1
2500
2500
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Total 2
22500
Total1+Total2
139900
Tableau 2 : Devis de réalisation de cet incubateur néonatal
NB : l’apport de la fondation ADLUCEM a permis de réduire d’environ 150000 FCFA en
nous dotant d’une épave de couveuse mis au rebus. Le tableau suivant nous présente un devis
d’un incubateur fait maison avec des matériaux locaux.
devis incubateur néonatal
partie Mécanique
Qt
Désignation
Socle
Habitacle
Assemblage
Finition
Total 1 (T1)
Unité é
1
1
1
1
PU
TTC
MTT TTC
40000
40000
70000
70000
25000
25000
10000
10000
145000
partie électronique
Résistance Chauffante
Plaque pré sensibilisé
Optocoupleur
Triac
Transistor 2N2222
alimentation à découpage
Ampli Op
Résistance 1/2W
Condensateurs
Jeux de Roulette Verrouillable
Potentiomètre
Cartouche chauffante
Quartz
PIC
BUZZER
LED Rouge
LED Jaune
LED Verte
1
2
2
2
6
1
4
40
6
1
4
1
2
2
1
5
3
3
30000
5000
2000
1200
300
2500
250
100
500
5000
500
10000
500
5000
2000
100
100
100
30000
10000
4000
2400
1800
2500
1000
4000
3000
5000
2000
10000
1000
10000
2000
500
300
300
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Etain
ENC28J60
Thermocouple
afficheur LCD 16*2
LM35
boutton poussoir
capteur d'humidité
Perchlorure de fer
Révélateur
Ventilateurs
Connecteur
Relais
Total 2 (T2)
Marge de sécurité (S)
main d'œuvre (O)
Coût de revient T1+T2+S+O
1
1
3
1
2
6
1
1
1
1
7
2
4000
20000
5000
10000
2000
150
5000
3000
3000
4000
500
1000
4000
20000
15000
10000
4000
900
5000
3000
3000
4000
3500
2000
164200
30920
145765,714
485885,714
Tableau 3: Devis de réalisation d'un incubateur néonatal 100% Camerounais
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CONCLUSION GENERALE
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L’incubateur néonatal est un équipement qui permet de maintenir le nouveau-né ou le
prématuré dans une atmosphère appropriée en termes de température, d’humidité et
d’oxygénation, et de le protégeant ainsi, le plus possible des agressions extérieures (courant
d’air, bruit, micro-organismes, etc.)
La conception de ce dispositif médical nous a permis d’améliorer nos connaissances
des systèmes embarqués, de leurs programmations et de leurs réalisations. Le système de
régulation de température a été réalisé avec succès et on a pu remarquer dans les courbes de
réponse, la stabilité du système.
Le travail expérimental a consisté en l’étalonnage du capteur, en la programmation de
la carte de régulation, la conception Assisté par Ordinateur avec le logiciel CATIA de
DASSAULT system. La participation de la Fondation Ad LUCEM au Cameroun nous a
permis de réduire considérablement le coût de ce projet.
Cependant, le banc d’essais réalisé a révélé un pourcentage de 60% juste au seuil de la
norme d’humidité qui doit être entre 60% et 80%. Pour ce problème, une amélioration est
proposée, qui permettrait également une régulation d’humidité. Ce qui nous obligera de
modifié la structure du caisson.
Les tests ont montrés une faible influence de la température extérieure. Ce qui rend le
système apte à faire rapidement la correction de température. Mais la contrainte
aérodynamique nous empêche d’utiliser une solution qui consomme moins d’énergie, moins
coûteuse et qui augmentera le taux d’humidité.
En outre, le travail effectué s’insère au sein d’une dynamique de recherche à l’échelle
de l’université, dont le travail de découverte du secteur biomédical est en pleine expansion au
Cameroun.
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PERSPECTIVES
- Améliorer cet équipement,
- Concevoir tous types d’incubateurs,
- Y ajouter le maximum de fonctionnalités nécessaires,
- Réduire le coût de cet équipement,
- Simplifier la technologie utilisée tout en augmentant ses fonctionnalités,
- Utiliser le maximum de matières premières locales.
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ANNEXES I:
GESTION DE LA MAINTENANCE DE L’INCUBATEUR
NEONATAL
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Entretien de l’incubateur
L’entretien de l’habitacle doit satisfaire à deux conditions :
-
L’élimination des germes dans l’habitacle
-
La non-toxicité pour le nouveau-né
Il est recommandé de nettoyer quotidiennement l’intérieur et l’extérieur de l’habitacle
avec un détergent doux (éventuellement désinfectant) entre deux nouveau-nés.
-
Les produits alcoolisés sont déconseillés car ils opacifient le plexiglas
-
Les produits contenant des aldéhydes sont proscrits car toxiques
Le réservoir d’eau et le matelas peuvent généralement se stériliser à l’autoclave.
Maintenance
Niveau de formation requis :
Le personnel intervenant dans la réparation et le suivi de ce type d’appareil, doit avoir suivi
une formation sur son fonctionnement et sa maintenance. Cette formation doit être dispensée
par le constructeur, un organisme habilité, ou une personne compétente.
Des compétences en électroniques sont nécessaires.
espace
Maintenance :
Niveau
La maintenance de ce type d’appareil est relativement simple. Certains modèles possèdent des
systèmes d’autotest qui facilitent la vérification du bon fonctionnement de l’incubateur.
Panne courantes :
-
Déficience des capteurs de température.
-
Déclenchement intempestif des alarmes.
espace
Maintenance préventive :
L’eau du réservoir et le filtre à air doivent être changés régulièrement.
Le module de régulation thermique doit être vérifiée et calibré fréquemment.
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Procédure de maintenance :
Maintenance par le personnel en charge du service de néonatalogie (après formation)
 Débrancher l’équipement.
 Vérification physique de l’équipement, inspection visuelle.
 Nettoyage systématique de tout l’habitacle comme indiqué plus haut dans
l’entretien, éviter de laisser trop humide en raison du , car risque d’électrocution.
 Ouvrir le système et sortir le bac à eau.
 Ouvrir l’habitacle, puis nettoyer le bac à eau.
 Vider le bac à eau et nettoyer au savon.
 Remonter l’ensemble.
 Effectuer le test de fonctionnement.
Maintenance préventive par un Technicien Qualifié (Périodicité : 2 mois)
 Vérification physique de l’équipement inspection visuelle.
 Ne jamais mettre les sécurités de l’équipement en court-circuit (fusible)
 Vérification de l’étalonnage des capteurs
 Test de bon fonctionnement
Maintenance curative
Problèmes susceptibles d’arriver en cas du non suivi des opérations de maintenance
préventive :
 Le système ne s’allume pas
 Cas source d’alimentation secteur à tension fluctuante
 Vérifier la présence du courant au secteur
 Si courant présent, tester la continuité du câble d’alimentation
 Si câble fonctionnel, tester le fusible
 Si fusible fonctionnel, revoir l’électronique
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ANNEXE II:
DESSIN TECHNIQUE DE L’INCUBATEUR NEONATAL SUR
CATIA
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Références bibliographiques
[1] M. BOUASSIDA, Support de cours, Régulation Industrielle, Version Mai 2010.
[2] E. Talon, Support de cours, Asservissement et Régulation de Température, année ?.
[3] Dr M. Rayguru, Support de cours, incubateurs et tables radiantes , année ?.
[4] Ing. S. Ekorong, Support de cours, Equipements d’assistance et de soins, année ? .
[5] Ing J. Dongmeza, Support de Cours, Introduction aux dispositifs médicaux, année ?.
[6] M. R. Tchamda, Support de cours, Architecture des systèmes de traitement de
l’information, année ?.
[7] DUCHATEL, … ????????????????????????????????????????….1979
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