Rapport de Stage (1)

Rapport de stage technique
Génie Électrique, Électronique et Télécommunications
Conception d’un Système Intelligent de
Détection d’Incendie et Diagnostic de la
Performance Énergétique au sein d’une
Infrastructure
Auteurs :
Encadrant :
Pascal MALLE
M. Rayan CHLIH
Entreprise d’accueil : CasaAero
Période du stage : Juillet – Août 2025
Table des matières
Mise en Contexte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Préface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Remerciements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Liste des sigles et abréviations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Liste des sigles et abréviations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Liste des figures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1 Présentation de l’entreprise et du Cadre des projets
Résumé : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1 L’Entreprise CasaAero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.1 Formations proposées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.2 Offres pour le grand public . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2 Cadre des projets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.1 Contexte et immersion initiale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.2 Identification des besoins et orientation du projet . . . . . . . . . . .
1.2.3 Axe 1 : Mise en place d’un système de détection d’incendie intelligent
1.2.4 Axe 2 : Diagnostic de la performance énergétique des équipements . .
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2 Détecteur d’Incendie
Résumé : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1 Objectifs du projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2 Les composantes utilisées dans le projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.1 ESP32 contre Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.2 Capteur de température et d’humidité DHT11 . . . . . . . . . . . . .
2.2.2.1 Principe de fonctionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.2.2 Configuration des pins du DHT11 . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.3 Le lecteur LCD_I2C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.3.1 Caractéristiques principales . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.3.2 Modes de communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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2.3
2.2.3.3 Avantages et inconvénients . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.3.4 Applications typiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.3.5 Illustrations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.4 Interfaces de communication série . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.4.1 Communication série asynchrone (UART) . . . . . . . . . .
2.2.4.2 Communication série synchrone . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.4.3 Interface I2C (Inter-Integrated Circuit) . . . . . . . . . . . .
2.2.4.4 Exemples d’utilisation de l’I2C . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.4.5 Configuration des adresses I2C . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.4.6 Comparaison UART / I2C / SPI . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.5 Le Buzzer : Actif et Passif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.5.1 Types de buzzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.5.2 Identification visuelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.5.3 Fonctionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.5.4 Utilisation pratique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.5.5 Résumé comparatif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.6 Capteur de gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.6.1 Principe de fonctionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.6.2 Caractéristiques générales . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.6.3 Applications typiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.6.4 Illustrations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.6.5 Étude comparative des capteurs de gaz MQ . . . . . . . . .
2.2.6.6 Pins et branchement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.7 Les LEDs de visualisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ESP32 et le microcontrôleur Xtensa LX6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.1 Le microcontrôleur Xtensa LX6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2 ESP32 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2.1 Nomenclature de ESP32 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2.2 Elements caractéristique du SoC de l’ESP32 . . . . . . . . .
2.3.2.3 Série de comparaison ESP32 . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2.4 Mécanisme de mise sous tension . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2.5 Structure de mappage d’adresse . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2.6 Dispositions des broches de l’ESP32 Devkit . . . . . . . . .
2.3.2.7 Accélérateurs matériels cryptographiques . . . . . . . . . . .
2.3.2.8 Radio et Wi-Fi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2.9 Récepteur 2,4 GHz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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2.3.2.10 Émetteur 2,4 GHz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2.11 Générateur d’horloge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2.12 Wi-Fi Radio et Baseband . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2.13 MAC Wi-Fi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.3 Bluetooth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.3.1 Bluetooth Radio et Baseband . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.3.2 Interfaces Bluetooth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.3.3 Pile Bluetooth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.3.4 Contrôleur de lien Bluetooth . . . . . . . . . . . . . . . . .
Réalisation du projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.1 Test des matériaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.2 Rassemblement de tout les composantes testés et mise au point du
prototype final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.3 Prototype final avec le boitier imprimable en 3D . . . . . . . . . . . .
Résultats expérimentaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5.1 Notifications reçues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5.2 Analyse des performances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5.3 Bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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3 Diagnostic de la Performance Energétique au sein d’une Infrastructure
Résumé : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1 Objectifs du projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 Méthodologie et Estimation de la consommation énergétique . . . . . . . . .
3.3 Référence de consommation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4 Scénarios d’optimisation modélisés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.1 Consommation et économies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.2 Sensibilité des coûts (MAD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.3 Plan d’actions recommandé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5 Conclusion des résultats expérimentaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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4 Conclusion Générale
Résumé : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1 Conclusions générales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.1 Projet de détection d’incendie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.2 Projet de diagnostic et optimisation énergétique . . . . . . . . . . . .
4.1.3 Bilan général . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2 Bibliographie et Webographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Table des matières
4.2.1
4.2.2
Table des matières
Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Webographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Mise en Contexte
Mise en Contexte
Mise en Contexte
Préface
Ce rapport est le fruit d’un stage technique effectué au sein de l’entreprise CasaAero,
dans le cadre de ma formation d’ingénieur en Génie Électrique, Électronique et Télécommunications à l’Académie Internationale Mohammed VI de l’Aviation Civile.
L’objectif principal de ce stage a été double : d’une part, la conception et la mise en
œuvre d’un système intelligent de détection d’incendie basé sur des capteurs embarqués et
des microcontrôleurs connectés ; d’autre part, l’analyse et l’optimisation de la consommation
énergétique de l’entreprise à travers un diagnostic approfondi de ses équipements et pratiques.
Ce travail m’a permis de mettre en pratique les connaissances acquises tout au long de
mon cursus, tout en me confrontant à des problématiques concrètes de terrain, notamment
dans les domaines de l’électronique embarquée, de l’IoT, de l’automatisation et de l’efficacité
énergétique.
Je tiens à exprimer ma gratitude envers toute l’équipe de CasaAero pour leur accueil
chaleureux, leur disponibilité et leur accompagnement tout au long de cette expérience formatrice. Mes remerciements vont également à mon encadrant pédagogique M. Jamal El
AOUFI pour ses conseils avisés et son suivi régulier.
Ce document rend compte des étapes, des choix techniques et des résultats obtenus au
cours de cette mission, qui a représenté pour moi une étape essentielle dans ma progression
professionnelle et personnelle.
Remerciements
Je tiens tout d’abord à remercier chaleureusement l’ensemble du personnel de l’entreprise
CasaAero pour leur accueil, leur encadrement et la qualité des échanges que j’ai pu avoir
tout au long de ce stage. Leur disponibilité et leur implication ont largement contribué à la
réussite de cette expérience.
Je suis particulièrement reconnaissant envers M. Rayan CHLIH, mon encadrant au
sein de CasaAero, pour la confiance qu’il m’a accordée, ses conseils techniques précieux et
son accompagnement constant aussi à M. Abdelilah CHELKHA Directeur support de
5 / 62
Mise en Contexte
Mise en Contexte
l’entreprise.
J’exprime également ma profonde gratitude à M. Jamal El AOUFI, mon encadrant
pédagogique à l’Académie Internationale Mohammed VI de l’Aviation Civile, pour
son suivi rigoureux, ses recommandations et son soutien tout au long du stage.
Enfin, je remercie mes enseignants, mes collègues et ma famille pour leur encouragement,
leur patience et leur soutien moral, qui m’ont été d’un grand réconfort durant cette période
de formation.
Ce stage a été pour moi une expérience humaine et professionnelle très enrichissante, qui a
renforcé mes compétences et confirmé mon intérêt pour les systèmes embarqués et l’efficacité
énergétique.
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Liste des sigles et abréviations
Liste des sigles et abréviations
Liste des sigles et abréviations
• ACL : Asynchronous Connection-Less
• ADC : Analog to Digital Converter – Convertisseur analogique-numérique. Il transforme des signaux analogiques en valeurs numériques.
• AES Advanced Encryption Standard : algorithme de chiffrement symétrique largement
utilisé pour sécuriser les données.
• AFH : Adaptive Frequency Hopping
• BLE : Bluetooth Low Energy – Version à faible consommation du Bluetooth, idéale
pour les objets connectés.
• CCMP : Counter Mode with Cipher Block Chaining Message Authentication Code
Protocol
• CPU : Central Processing Unit – Unité centrale de traitement. C’est le cœur du système
qui exécute les instructions.
• CVC : Chauffage, Ventilation , Climatiseur
• ESP32 : Microcontrôleur développé par Espressif Systems, intégrant Wi-Fi et Bluetooth.
• ECC : Elliptic Curve Cryptography
• GPIO : General Purpose Input/Output – Broches numériques utilisées pour la lecture/écriture de signaux logiques.
• HASH Fonction de hachage : transforme un message en une empreinte unique et
irréversible pour vérifier l’intégrité.
• I2C : Inter-Integrated Circuit – Bus de communication série à deux fils pour connecter
des circuits intégrés.
• IoT : Internet of Things – Internet des objets. Réseau d’appareils physiques connectés
entre eux via Internet.
• ISA : Instruction Set Architecture – Ensemble d’instructions qu’un processeur peut
exécuter.
• MAC Message Authentication Code : code utilisé pour vérifier l’intégrité et l’authenticité d’un message à l’aide d’une clé secrète partagée.
• MHz : Megahertz – Unité de fréquence équivalente à un million de cycles par seconde.
• PMU : Power Management Unit
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Liste des figures
Liste des figures
• PWM : Pulse Width Modulation – Modulation de largeur d’impulsion. Technique
utilisée pour simuler des tensions analogiques à l’aide de signaux numériques.
• RSA : Rivest, Shamir et Adleman
• SCO : Synchronous Connection-Oriented
• SHA (FIPS PUB 180-4) : Secure Hash Algorithm
• SoC : System on Chip – Système sur une puce. Intègre tous les composants d’un
système informatique (CPU, mémoire, périphériques, etc.) sur un seul circuit intégré.
• eSCO : Extended Synchronous Connection-Oriented
• SPI : Serial Peripheral Interface – Interface série pour la communication synchrone
entre microcontrôleur et périphériques.
• SRAM : Static Random Access Memory – Mémoire vive statique, rapide mais volatile.
• SSL/TLS Secure Sockets Layer / Transport Layer Security : protocoles de sécurisation
des communications sur Internet.
• STA Station : désigne un dispositif connecté dans un réseau Wi-Fi (ordinateur, smartphone, ESP32, etc.).
• TKIP : Temporal Key Integrity Protocol
• UART : Universal Asynchronous Receiver Transmitter – Récepteur-transmetteur asynchrone universel. Interface série de communication.
• ULP : Ultra Low Power
• WAPI : WLAN Authentication and Privacy Infrastructure
• WEP : Wired Equivalent Privacy
• Wi-Fi : Wireless Fidelity – Technologie de communication sans fil utilisée pour le
réseau local.
• WPA2 Wi-Fi Protected Access 2 : protocole de sécurité pour les réseaux Wi-Fi basé
sur AES.
Liste des figures
• Figure 2.1 - Tableau récapitulatif de comparaison Arduino-ESP32
• Figure 2.2 - Capteur DHT11-Module 3 broches
• Figure 2.3 - Configuration des pins du DHT11
• Figure 2.4 - LCD 16x2
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Liste des figures
Liste des figures
• Figure 2.5 - Module I2C pour écran LCD
• Figure 2.6 - Configuration des adresses via cavaliers A0,A1,A2
• Figure 2.7 - Comparaison visuelle : buzzer actif (en haut) et passif (en bas)
• Figure 2.8 - Structure interne du Buzzer Passif
• Figure 2.9 - Structure interne du Buzzer Actif
• Figure 2.10 - Structure interne (bobine, membrane vibrante, oscillateur interne)
• Figure 2.11 - Capteur MQ-2 utilisé pour la détection de fumée et de gaz infammables
• Figure 2.12 - Capteur MQ-135 utilisé pour la qualité
• Figure 2.13 - Plage de détection des capteurs MQ
• Figure 2.14 - LED Rouge et Bleu
• Figure 2.15 - Microcontrôleur Xtensa LX6
• Figure 2.16 - Microcontrôleur ESP32 de Espressif Systems
• Figure 2.17 - Microcontrôleur ESP32 Devkit v1
• Figure 2.18 - Nomenclature de la Série ESP32
• Figure 2.19 - Schema fonctionnel de l’esp32
• Figure 2.20 - Série de Comparaison esp32
• Figure 2.21 - Evolution temporelle
• Figure 2.22 - Estimation des durées en micro-seconde
• Figure 2.23 - Structure de mappage d’adresse
• Figure 2.24 - Mappage broche à broche entre la puce et la mémoire Flash/PSRAM
intégrée au boitier
• Figure 2.25 - Test du Capteur de temperature et d’humidité
• Figure 2.26 - Résultat du test du capteur de température et d’humidité
• Figure 2.27 - Test de capteur de gaz
• Figure 2.28 - Test du lecteur LCD
• Figure 2.29 - Résultat du test du lecteur LCD
• Figure 2.30 - Le prototype final du projet
• Figure 2.31 et 2.32 - Code final
• Figure 2.33 - Prototype final du système avec boitier imprimable en 3D
• Figure 2.34 - Exemple de messages de notification reçus lors des tests
• Figure 3.1 - Consommation annuelle par catégorie
• Figure 3.2 - Top consommation d’énergie
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Chapitre 1
Présentation de l’entreprise et du Cadre
des projets
Résumé :
Ce chapitre présente l’entreprise d’accueil ainsi que les enjeux sécuritaires et énergétiques
auxquels elle est confrontée, fournissant ainsi le contexte global ayant motivé la réalisation
des projets.
10
1.1 L’Entreprise CasaAero
1.1
1.1 L’Entreprise CasaAero
L’Entreprise CasaAero
CasaAero est un centre de formation aéronautique de référence en Afrique du Nord, basé
à Casablanca. Créé en février 2005 sous la forme d’une joint-venture entre RAM Training
(51%) et Boeing Training (49%), CasaAero est une société par actions simplifiée (CasaAero
SAS) dotée d’un capital social de 141 532 300 MAD. Sa mission principale est de fournir
des services de formation destinés prioritairement aux pilotes de la Royal Air Maroc, ainsi
qu’à ceux d’autres compagnies aériennes du Maghreb, d’Afrique et d’Europe de l’Est.
Le centre dispose d’une infrastructure moderne, composée de :
• un simulateur de vol B737-NG certifié niveau D ;
• un simulateur B737-CL ;
• une salle hydraulique ;
• 9 stations de formation CBT (Computer-Based Training) ;
• 2 salles de classe ;
• 5 salles de briefing ;
• 3 salles techniques ;
• 2 espaces de stockage pour pièces détachées.
L’équipe de CasaAero est composée de :
• 3 cadres dirigeants ;
• 6 ingénieurs et techniciens ;
• 1 responsable logistique ;
• 1 responsable planification.
1.1.1
Formations proposées
CasaAero offre un éventail complet de formations :
• Formation initiale : destinée aux futurs pilotes, elle couvre les fondamentaux du
pilotage, les procédures opérationnelles, et prépare efficacement aux vols domestiques
et internationaux.
• Programmes de rafraîchissement :destinés aux pilotes en activité, ces programmes
assurent le maintien à jour des compétences et des réflexes opérationnels.
• CBT (Computer-Based Training) :un apprentissage théorique interactif, accessible
en ligne, permettant aux pilotes de s’entraîner à leur rythme dans des environnements
virtuels réalistes, renforçant ainsi leur maîtrise des procédures de vol.
11 / 62
1.2 Cadre des projets
1.1.2
1.2 Cadre des projets
Offres pour le grand public
CasaAero ne se limite pas aux professionnels de l’aviation : le centre propose également
des services immersifs pour les amateurs et le grand public, notamment :
• Pack Découverte : une expérience unique de vol en réalité virtuelle, ouverte à tous,
sans prérequis technique. Ce programme permet de prendre les commandes d’un simulateur de vol professionnel et de vivre des sensations fortes dans un environnement
ultra-réaliste, guidé par des instructeurs qualifiés.
• Programme "Fear to Fly" : conçu pour les personnes souffrant de la phobie de
l’avion, ce programme innovant repose sur des sessions de simulation couplées à un
accompagnement psychologique spécialisé. Il aide les participants à surmonter durablement leur peur du vol et à retrouver la sérénité en avion.
1.2
Cadre des projets
1.2.1
Contexte et immersion initiale
Les premières semaines du stage ont été consacrées à la découverte de l’entreprise CasaAero, de ses infrastructures et de ses activités liées à la formation aéronautique. Cette
immersion a permis d’observer les différents équipements utilisés, notamment les simulateurs
de vol, les moteurs d’entraînement et les installations techniques dédiées à la maintenance et
à l’instruction.
Au cours de cette phase d’observation, plusieurs réunions d’échange ont été organisées
avec le personnel technique, ce qui a facilité la compréhension des besoins spécifiques de
l’entreprise, tant sur le plan opérationnel que sécuritaire.
1.2.2
Identification des besoins et orientation du projet
À la suite de cette période exploratoire, deux besoins majeurs ont été identifiés, formant
les axes principaux du projet à mener durant le stage :
• L’absence d’un système de détection d’incendie intelligent dans les locaux techniques.
• Le manque d’outils de surveillance et d’analyse de la consommation énergétique des
simulateurs et équipements associés.
Ces deux problématiques ont orienté le travail du stage vers la conception de solutions
embarquées adaptées, combinant capteurs, microcontrôleurs, interfaces de visualisation et
analyse des données.
12 / 62
1.2 Cadre des projets
1.2.3
1.2 Cadre des projets
Axe 1 : Mise en place d’un système de détection d’incendie
intelligent
L’objectif de cette première partie du projet est de concevoir un système embarqué capable
de détecter de manière autonome et en temps réel les signes avant-coureurs d’un incendie,
notamment à travers la mesure de la température, de la fumée et du taux d’humidité.
Le dispositif repose sur :
• des capteurs analogiques et numériques (gaz, température, humidité) ;
• une unité de traitement (ESP32) ;
• un affichage local (écran LCD) ;
• une capacité de transmission des alertes (WiFi).
Ce système vise à renforcer la sécurité des salles techniques et à offrir une solution évolutive
et connectée aux besoins de l’entreprise.
1.2.4
Axe 2 : Diagnostic de la performance énergétique des équipements
Le second axe du projet concerne l’évaluation de la consommation énergétique des principaux équipements de l’entreprise, en particulier les simulateurs de vol et les systèmes de
support (serveurs, climatiseurs, éclairage, etc.).
La démarche adoptée comprend :
• l’instrumentation de certaines lignes électriques à l’aide de capteurs de courant ;
• la collecte et l’analyse des données de consommation ;
• l’identification des sources de surconsommation ou de gaspillage ;
• la proposition de pistes d’optimisation.
Ce diagnostic énergétique permet à CasaAero de mieux maîtriser ses dépenses en énergie
et d’initier des actions concrètes en faveur de l’efficacité énergétique.
13 / 62
Chapitre 2
Détecteur d’Incendie
Résumé :
Ce chapitre présente le projet de détecteur d’incendie. Elle traite de manière brève l’objectif du projet, les étapes de réalisation et les différents éléments utilisés à savoir l’unité
de traitement (ESP32) et les différents capteurs utilisés. Elle présente aussi le choix des
capteurs en fonction de la demande et les différentes configurations utilisés.
14
2.2 Les composantes utilisées dans le projet 2.2 Les composantes utilisées dans le projet
2.1
Objectifs du projet
Développer un système embarqué intelligent capable de détecter en temps réel les
signes précurseurs d’un incendie, en s’appuyant sur des capteurs fiables de température, fumée et humidité, afin de prévenir les risques de manière anticipée. Le système
devra être capable d’afficher les alertes sur un écran ou d’envoyer des notifications
à distance via un module de communication (ex : Wi-Fi ou GSM). Un prototype fonctionnel sera conçu, implémenté et testé dans un environnement contrôlé afin de
valider son efficacité et sa fiabilité en conditions simulées. Développer un système embarqué
intelligent capable de détecter en temps réel les signes précurseurs d’un incendie, en
s’appuyant sur des capteurs fiables de température, fumée et humidité, afin de prévenir
les risques de manière anticipée. Le système devra être capable d’afficher les alertes sur
un écran ou d’envoyer des notifications à distance via un module de communication (ex : Wi-Fi ou GSM). Un prototype fonctionnel sera conçu, implémenté et testé
dans un environnement contrôlé afin de valider son efficacité et sa fiabilité en conditions
simulées.
2.2
Les composantes utilisées dans le projet
Pour réaliser ce projet, nous avons choisit les différents éléments suivants.
2.2.1
ESP32 contre Arduino
Le Module ESP32 devkit v1
L’ESP32 est plus avantageux pour ce projet en raison de plusieurs critères qui sont : La notification par Wifi,Traitement des donnée de capteurs en parallèle et l’évolutivité
via Bluetooth. Voici le tableau récapulatif.
Table 2.1 – Comparaison entre ESP32 et Arduino Uno pour un système de détection d’incendie
Critère
Wi-Fi intégré
Puissance de calcul
RAM
Nombre de GPIOs
Prix
Consommation énergétique
ESP32
Oui
Dual-core 240 MHz
~520 Ko
~30
4–6 €
Moyenne
15 / 62
Arduino Uno
Non (nécessite module)
16 MHz
2 Ko
14
3–5 €
Faible
Avantage
ESP32
ESP32
ESP32
ESP32
Équivalent
Arduino
2.2 Les composantes utilisées dans le projet 2.2 Les composantes utilisées dans le projet
Voici aussi un graphe récaputulatif.
Figure 2.1 – Tableau récapitulatif de comparaison Arduino-ESP32
2.2.2
Capteur de température et d’humidité DHT11
Le DHT11 est un capteur numérique permettant de mesurer à la fois la température (en
degrés Celsius) et l’humidité relative (en pourcentage) de l’air ambiant.
• Température : 0 à 50 °C avec une précision de ±2 °C,
• Humidité : 20 à 90 % avec une précision de ±5 %,
• Tension d’alimentation : 3.3 à 5 V,
• Sortie : signal numérique (1 fil),
• Fréquence d’échantillonnage : une lecture toutes les 1 seconde.
Le capteur communique avec un microcontrôleur comme l’ESP32 via un protocole propriétaire à un fil (type UART simplifié). Il est très économique et facile à utiliser, mais moins
précis que son équivalent le DHT22.
16 / 62
2.2 Les composantes utilisées dans le projet 2.2 Les composantes utilisées dans le projet
2.2.2.1
Principe de fonctionnement
Le capteur DHT11 combine un capteur d’humidité capacitif et une thermistance à semiconducteur pour mesurer respectivement l’humidité relative et la température de l’air.
• Mesure de l’humidité : le capteur repose sur une plaque recouverte d’un matériau
polymère hygroscopique. L’absorption d’eau modifie la constante diélectrique du polymère, ce qui fait varier la capacité électrique mesurée. Cette variation est proportionnelle
au taux d’humidité relative.
• Mesure de la température : une thermistance (NTC) intégrée varie sa résistance en
fonction de la température ambiante. L’électronique interne convertit cette variation
en une valeur de température.
• Le module DHT11 intègre ensuite un convertisseur analogique-numérique et un protocole de communication série un fil pour transmettre les données mesurées sous forme
numérique.
Figure 2.2 – Capteur DHT11 – Module 3 broches
17 / 62
2.2 Les composantes utilisées dans le projet 2.2 Les composantes utilisées dans le projet
2.2.2.2
Configuration des pins du DHT11
Le DHT11 possède en générale 3 pins souvent 4 mais avec le quatrième non connecté qui
sont :
• VCC pour l’alimentation du capteur
• GND pour la masse
• Data pour la sortie
• NC pour non connecté pour un DHT11 à 4 fils Voici une image démonstrative des pins.
Figure 2.3 – Configuration des pins du DHT11
2.2.3
Le lecteur LCD_I2C
Le module LCD 16x2 est l’un des afficheurs les plus utilisés dans les systèmes embarqués.
Il peut afficher 2 lignes de 16 caractères, soit un total de 32 caractères, en utilisant une
matrice de pixels intégrée.
2.2.3.1
Caractéristiques principales
• Affichage : 16 colonnes × 2 lignes,
18 / 62
2.2 Les composantes utilisées dans le projet 2.2 Les composantes utilisées dans le projet
• Contrôleur intégré : généralement HD44780,
• Alimentation : 5V (parfois 3.3V sur certains modèles),
• Interface parallèle (4 ou 8 bits) ou via un module I2C (PCF8574),
• Rétro-éclairage LED (activable/désactivable),
• Possibilité de créer des caractères personnalisés.
2.2.3.2
Modes de communication
• Mode parallèle (sans module I2C) : nécessite 6 à 10 broches du microcontrôleur,
• Mode I2C (avec PCF8574) : réduit la communication à seulement 2 fils (SDA,
SCL).
C’est ce dernier que nous avons utilisé dans notre projet
2.2.3.3
Avantages et inconvénients
Avantages
• Simplicité d’utilisation,
• Très répandu, largement documenté,
• Faible consommation d’énergie.
Inconvénients
• Affichage limité (texte uniquement, 2 lignes),
• Moins moderne par rapport aux écrans OLED ou TFT.
2.2.3.4
Applications typiques
• Affichage des données de capteurs (température, humidité, etc.),
• Interfaces utilisateur simples (menu, horloge),
• Projets éducatifs et prototypes électroniques.
2.2.3.5
Illustrations
Voici une image du lecteur LCD16x2
19 / 62
2.2 Les composantes utilisées dans le projet 2.2 Les composantes utilisées dans le projet
Figure 2.4 – LCD 16x2
Le lecteur LCD 16x2 vient généralement sans le module I2C pour la communication série.
Néanmoins il y a la possibilité de l’intégré via I2C Serial Interface 1602 LCD Module.
2.2.4
Interfaces de communication série
Les interfaces de communication série sont utilisées pour transmettre les données bit par bit
sur un ou plusieurs fils, contrairement à la communication parallèle. Elles sont largement
utilisées dans les systèmes embarqués en raison de leur simplicité et de leur efficacité.
2.2.4.1
Communication série asynchrone (UART)
L’UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) est l’un des protocoles les plus
simples :
• Communication point à point (2 fils : TX et RX),
• Pas de signal d’horloge : les vitesses doivent être prédéfinies (baudrate),
• Utilisé pour le debug, les liaisons avec ESP32, GPS, modules GSM, etc.
Avantages
simple, efficace, full-duplex.
Inconvénients
pas de synchronisation d’horloge, limité à deux appareils.
20 / 62
2.2 Les composantes utilisées dans le projet 2.2 Les composantes utilisées dans le projet
2.2.4.2
Communication série synchrone
Contrairement à UART, la communication synchrone utilise un signal d’horloge partagé. On
trouve principalement deux protocoles :
• SPI (Serial Peripheral Interface)
• I2C (Inter-Integrated Circuit)
Ils permettent de relier plusieurs capteurs ou modules sur un même bus.
2.2.4.3
Interface I2C (Inter-Integrated Circuit)
Le bus I2C est une communication série synchrone bidirectionnelle à deux fils :
• SDA (Serial Data)
• SCL (Serial Clock)
Chaque périphérique possède une adresse unique, et un maître (ex : ESP32) contrôle la
communication.
Caractéristiques principales :
• Jusqu’à 127 esclaves sur le même bus,
• Résistances de pull-up nécessaires sur SDA et SCL,
• Vitesse typique : 100 kHz (standard), 400 kHz (fast), jusqu’à 1 MHz (high speed).
2.2.4.4
Exemples d’utilisation de l’I2C
• Écrans LCD I2C (comme les 1602 avec backpack PCF8574),
• Capteurs environnementaux (BMP280, BME280, HTU21D),
• Horloges temps réel (RTC DS3231),
• EEPROMs, ADCs, DACs, etc.
21 / 62
2.2 Les composantes utilisées dans le projet 2.2 Les composantes utilisées dans le projet
Figure 2.5 – Module I2C pour écran LCD
2.2.4.5
Configuration des adresses I2C
La plupart des modules I2C utilisent une adresse par défaut. Par exemple :
• 0x27 ou 0x3F pour les écrans LCD I2C,
• 0x68 pour les modules RTC DS3231.
Certains modules (comme les PCF8574) permettent de modifier cette adresse grâce à des
cavaliers A0, A1, A2, qui déterminent les 3 bits de poids faible de l’adresse.
Exemple : Adresse de base = 0x20. Si A0 = 1, A1 = 0, A2 = 1 alors :
Adresse = 0x20 + (A2 × 4) + (A1 × 2) + (A0) = 0x25
voici ci-joint l’image pour la configuration d’addresses
22 / 62
2.2 Les composantes utilisées dans le projet 2.2 Les composantes utilisées dans le projet
Figure 2.6 – Configuration des adresses via cavaliers A0, A1, A2
2.2.4.6
Comparaison UART / I2C / SPI
Protocole
Fils
Appareils
Vitesse
UART
I2C
SPI
2 (TX, RX)
2 (SDA, SCL)
4 (MISO, MOSI, SCK, SS)
2
1 maître, 127 esclaves
1 maître, plusieurs esclaves
Jusqu’à 1 Mbps
100 kHz – 1 MHz
Jusqu’à 10+ MHz
2.2.5
Le Buzzer : Actif et Passif
2.2.5.1
Types de buzzer
• Actif : intègre un oscillateur interne. Il émet un son continu dès qu’on l’alimente en
tension DC.
• Passif : pas d’oscillateur intégré. À piloter via un signal carré (PWM ou tone), qui
définit la fréquence du son.
23 / 62
2.2 Les composantes utilisées dans le projet 2.2 Les composantes utilisées dans le projet
Figure 2.7 – Comparaison visuelle : buzzer actif (en haut) et passif (en bas).
2.2.5.2
Identification visuelle
• Le buzzer passif a généralement un circuit imprimé vert visible (PCB).
Figure 2.8 – Structure interne du Buzzer Passif
• Le buzzer actif est souvent recouvert d’un film noir et cache ses composants.
24 / 62
2.2 Les composantes utilisées dans le projet 2.2 Les composantes utilisées dans le projet
Figure 2.9 – Structure interne du Buzzer Actif
Figure 2.10 – Structure interne (bobine, membrane vibrante, oscillateur interne, etc.).
2.2.5.3
Fonctionnement
• Le buzzer actif démarre dès qu’il reçoit une tension DC (5V typique), consomme
20-25mA, fréquence fixe ( 2kHz)
• Le buzzer passif nécessite un signal PWM (2kHz à 5kHz) pour sonner. Il offre la
possibilité de jouer des tonalités variables. Consommation typique 36mA .
25 / 62
2.2 Les composantes utilisées dans le projet 2.2 Les composantes utilisées dans le projet
2.2.5.4
Utilisation pratique
• Actif : pilote ON/OFF via une broche numérique ou transistor.
• Passif : utiliser tone(pin, fréquence) sur Arduino, ou générer un PWM pour contrôler la tonalité.
2.2.5.5
Résumé comparatif
Oscillateur interne
Signal requis
Fréquence sonore
Complexité de pilotage
Utilisation typique
Identification visuelle
2.2.6
Actif
Passif
Oui
DC constant
Fixe ( 2kHz)
Très simple
Alertes sonores simples
Enveloppé noir
Non
Signal AC / PWM
Programmable
Code Arduino nécessaire
Mémos multi-tons, musique
PCB vert visible
Capteur de gaz
Les capteurs MQ sont des capteurs physicochimiques permettant de détecter une grande
variété des gaz, polluants et fumées dans l’atmosphère. Le capteur est constitué par une
électronique chauffante dont la résistance électrique varie en fonction de la présence d’un
polluant dans l’atmosphère.
2.2.6.1
Principe de fonctionnement
Le capteur repose sur une couche de dioxyde d’étain (SnO2 ), un semi-conducteur sensible
aux gaz.
• En présence d’air propre, les électrons de surface du SnO2 se combinent avec l’oxygène
adsorbé, ce qui augmente la résistance électrique.
• Lorsque le capteur est exposé à un gaz combustible (CO, CH4 , H2 , alcool, fumée, etc.),
les molécules de gaz réagissent avec l’oxygène adsorbé et libèrent des électrons.
• Cette réaction provoque une diminution de la résistance du capteur, ce qui est
mesuré sous forme de variation de tension.
2.2.6.2
Caractéristiques générales
• Temps de préchauffage : environ 20 secondes (nécessaire pour stabiliser le capteur),
26 / 62
2.2 Les composantes utilisées dans le projet 2.2 Les composantes utilisées dans le projet
• Plage de détection : de quelques ppm (parties par million) à plusieurs milliers de ppm
selon le modèle,
• Tension d’alimentation : 5V,
• Signal de sortie : analogique (variation de tension) ou numérique (avec module comparateur).
2.2.6.3
Applications typiques
• Détection de fuite de gaz (GPL, méthane, propane),
• Détecteurs de fumée et de CO,
• Systèmes de surveillance de la qualité de l’air,
• Projets de sécurité domestique et industrielle.
2.2.6.4
Illustrations
Voici une illustration de deux capteurs MQ(2 et 135)
Figure 2.11 – Capteur MQ-2 utilisé pour la détection de fumée et de gaz inflammables
27 / 62
2.2 Les composantes utilisées dans le projet 2.2 Les composantes utilisées dans le projet
Figure 2.12 – Capteur MQ-135 utilisé pour la qualité de l’air (CO2 , NH3 , benzène, etc.)
Nous avons décidé de travailler avec le capteur de gaz MQ-7 en vue de ces performances, de
son prix et de sa plage de détection.
2.2.6.5
Étude comparative des capteurs de gaz MQ
Les capteurs de la série MQ sont largement utilisés pour la détection de gaz en raison de leur
coût faible et de leur simplicité d’utilisation. Le tableau suivant présente une comparaison
entre les modèles les plus courants
Capteur
MQ-2
MQ-3
MQ-7
MQ-135
Gaz principal détecté
CH4 , H2 , Fumée
Alcool, Benzène
CO
NH3 , CO2 , Benzène (qualité de l’air)
Plage de détection (ppm)
Jusqu’à 2000
Jusqu’à 300
Jusqu’à 2000
Jusqu’à 1000
Sensibilité relative
0.90
0.80
0.85
0.70
Table 2.2 – Comparaison des principaux capteurs de gaz MQ
Le tableau suivant présente une comparaison des principaux capteurs de gaz de la série MQ,
incluant le temps de préchauffage, les gaz détectés et leurs plages de détection ou précision.
La figure suivante illustre visuellement les plages de détection maximales des capteurs
28 / 62
2.2 Les composantes utilisées dans le projet 2.2 Les composantes utilisées dans le projet
Capteur
MQ-2
MQ-3
MQ-4
MQ-5
MQ-6
Préchauffage
48 h
24 h
48 h
24 h
48 h
Gaz détectés
Méthane, Butane, GPL
Alcool, Éthanol
Méthane
Gaz naturel, GPL
GPL, Butane
Plage / Précision
300 à 10 000 ppm
0,05 à 10 mg/L d’alcool
300 à 10 000 ppm
300 à 50 000 ppm
200 à 10 000 ppm
Table 2.3 – Comparatif des capteurs de gaz MQ selon Arduino Factory
Figure 2.13 – Plage de détection des capteurs MQ
2.2.6.6
Pins et branchement
Le capteur MQ-7 possède 4 pins qui sont :
• VCC pour l’alimentation
• GND pour la masse
• A0 une entrée analogique pour définir des seuils en cas de besoin et faire un traitement
analogique
• D0 une entrée numérique pour un traitement numérique
29 / 62
2.3 ESP32 et le microcontrôleur Xtensa LX62.3 ESP32 et le microcontrôleur Xtensa LX6
Nous avons décidé de faire un traitement numérique car il est plus précis et déclenche une
alarme à la moindre détection.
2.2.7
Les LEDs de visualisation
Nous avons utilisé deux (2) LEDs dont
• LED Rouge en cas de problème le signalement
• LED Bleu pour signaler qu’il n’ya pas de problème
Voici une image d’illustration des LEDs
Figure 2.14 – LED Rouge et Bleu
2.3
ESP32 et le microcontrôleur Xtensa LX6
2.3.1
Le microcontrôleur Xtensa LX6
Le Xtensa LX6 est un cœur de processeur 32 bits développé par Cadence Design Systems,
basé sur l’architecture Xtensa. Il est conçu pour offrir une grande efficacité énergétique,
une flexibilité de personnalisation et des performances élevées dans les systèmes embarqués.
Ce cœur est notamment utilisé dans les microcontrôleurs ESP32 produits par Espressif
Systems, qui intègrent souvent deux cœurs LX6 fonctionnant jusqu’à 240 MHz.
30 / 62
2.3 ESP32 et le microcontrôleur Xtensa LX62.3 ESP32 et le microcontrôleur Xtensa LX6
Grâce à son architecture Harvard modifiée, le Xtensa LX6 permet un accès parallèle aux
instructions et aux données, ce qui optimise la vitesse d’exécution. Il dispose également
d’un ensemble d’instructions extensible (ISA), avec la possibilité d’ajouter des instructions
spécifiques à l’application. Cette flexibilité le rend idéal pour les systèmes IoT, les objets
connectés et les applications temps réel.
Conçu pour équilibrer performance, coût et consommation, le Xtensa LX6 constitue un
choix stratégique dans les systèmes embarqués modernes, en particulier pour des applications
impliquant des communications sans fil, du traitement de signaux ou du contrôle intelligent.
Figure 2.15 – Microcontrôleur Xtensa LX6
2.3.2
ESP32
L’ESP32 est un microcontrôleur de type System on Chip (SoC) développé par la société
Espressif Systems. Il s’agit d’une évolution du célèbre ESP8266, avec des performances
nettement améliorées, une plus grande richesse de périphériques, et une prise en charge native
du Wi-Fi et du Bluetooth (Classic et BLE).
L’ESP32 embarque généralement un ou deux cœurs Xtensa LX6 fonctionnant jusqu’à 240
MHz, ainsi qu’une mémoire RAM de 520 Ko, accompagnée de mémoire flash externe. Ce microcontrôleur intègre de nombreux modules matériels comme des convertisseurs analogiquenumérique (ADC), des interfaces SPI, I2C, UART, des timers, des PWM, un capteur à effet
Hall, un détecteur tactile capacitif, et bien d’autres, le rendant très polyvalent.
Grâce à sa compacité, sa faible consommation, et ses fonctionnalités de connectivité
31 / 62
2.3 ESP32 et le microcontrôleur Xtensa LX62.3 ESP32 et le microcontrôleur Xtensa LX6
sans fil, l’ESP32 est largement utilisé dans les domaines des objets connectés (IoT), de la
domotique, des systèmes embarqués, et des applications industrielles. Il constitue une solution
idéale pour les projets nécessitant un contrôle intelligent, une communication réseau, ou une
interface avec des capteurs et actionneurs.
Figure 2.16 – Microcontrôleur ESP32 de Espressif Systems
Voici une représentation du modèle Devkit v1 utilisé dans le projet.
32 / 62
2.3 ESP32 et le microcontrôleur Xtensa LX62.3 ESP32 et le microcontrôleur Xtensa LX6
Figure 2.17 – Microcontrôleur ESP32 Devkit v1
2.3.2.1
Nomenclature de ESP32
L’ESP32 possède une série de nom permettant la lecture facile du SoC. Voici ci-joint la liste
des noms concernés.
33 / 62
2.3 ESP32 et le microcontrôleur Xtensa LX62.3 ESP32 et le microcontrôleur Xtensa LX6
Figure 2.18 – Nomenclature de la Série ESP32
2.3.2.2
Elements caractéristique du SoC de l’ESP32
• CPU (Central Processing Unit) : La CPU de l’ESP32 est basée sur un ou deux
cœurs Xtensa LX6 32 bits, capables de fonctionner jusqu’à 240 MHz. Ces cœurs
offrent un bon compromis entre performance et consommation d’énergie. L’architecture
supporte le multitâche, notamment avec FreeRTOS, et intègre des mécanismes pour
gérer efficacement les communications Wi-Fi et Bluetooth, ainsi que le traitement des
capteurs et commandes dans les systèmes embarqués.
• SRAM (Satatic Ramdon Access Memory ) : Mémoire volatile intégrée permet de
stocker les programmes à exécuter.
• ROM (Read-Only Memory) : Mémoire non volatile intégrée contenant le bootloader
et certaines fonctions système essentielles, utilisée au démarrage du microcontrôleur.
• Recovery Memory : Petite zone mémoire utilisée pour le mode de récupération (recovery mode), permettant de restaurer ou reprogrammer l’ESP32 en cas de défaillance
logicielle.
• ULP Coprocessor (Ultra Low Power) : Co-processeur à très basse consommation
permettant de surveiller certains capteurs et d’exécuter des tâches simples même lorsque
le CPU principal est en veille.
• PMU (Power Management Unit) : Unité de gestion de l’énergie contrôlant les diffé34 / 62
2.3 ESP32 et le microcontrôleur Xtensa LX62.3 ESP32 et le microcontrôleur Xtensa LX6
rents modes de veille, l’alimentation des blocs internes et la réduction de consommation
en fonction de l’activité du système.
Voici le schéma complet des composantes intégrés du ESP32.
Figure 2.19 – Schema fonctionnel de l’esp32
2.3.2.3
Série de comparaison ESP32
Les cartes ESP32 sont évolutives et voici une comparaison de leur performance.
35 / 62
2.3 ESP32 et le microcontrôleur Xtensa LX62.3 ESP32 et le microcontrôleur Xtensa LX6
Figure 2.20 – Série de Comparaison esp32
2.3.2.4
Mécanisme de mise sous tension
Après l’application de l’alimentation, les lignes de puissance internes du circuit nécessitent
un court délai de stabilisation. Une fois cette phase terminée, la broche CHIP_PU (utilisée
pour la mise sous tension et le reset) est activée en passant à l’état haut, ce qui permet
d’allumer effectivement la puce. Le timing exact de mise sous tension et de réinitialisation
est précisé dans les documents techniques. Voici donc une évolution temporelle.
Figure 2.21 – Evolution temporelle
36 / 62
2.3 ESP32 et le microcontrôleur Xtensa LX62.3 ESP32 et le microcontrôleur Xtensa LX6
Figure 2.22 – Estimation des durées en micro-seconde
2.3.2.5
Structure de mappage d’adresse
L’ESP32 utilise un espace d’adressage unifié pour accéder à ses différentes mémoires (ROM,
RAM, mémoire flash, registres périphériques, etc.). Chaque type de mémoire ou de ressource
est mappé dans une plage d’adresses bien définie. Ce mappage permet au processeur et
aux périphériques d’accéder efficacement aux données, au code et aux périphériques via des
adresses fixes dans l’espace mémoire. Le schema suivant montre l’adresse interne de l’ESP32
Figure 2.23 – Structure de mappage d’adresse
37 / 62
2.3 ESP32 et le microcontrôleur Xtensa LX62.3 ESP32 et le microcontrôleur Xtensa LX6
2.3.2.6
Dispositions des broches de l’ESP32 Devkit
Le document technique fournit la correspondance pin-to-pin entre le microcontrôleur et la
mémoire intégrée (flash ou PSRAM ). Il est important de noter que les broches mentionnées
dans ce tableau sont exclusivement destinées à cette interconnexion interne et ne sont pas
recommandées pour d’autres utilisations dans les applications utilisateur.
Figure 2.24 – Mappage broche à broche entre la puce et la mémoire Flash/PSRAM intégrée
au boîtier
2.3.2.7
Accélérateurs matériels cryptographiques
L’ESP32 est équipé d’accélérateurs matériels pour des algorithmes cryptographiques standards tels que :
• AES (FIPS PUB 197),
38 / 62
2.3 ESP32 et le microcontrôleur Xtensa LX62.3 ESP32 et le microcontrôleur Xtensa LX6
• SHA (FIPS PUB 180-4),
• RSA,
• ECC.
Il prend également en charge des opérations arithmétiques indépendantes comme la multiplication modulaire de grands nombres et la multiplication de grands nombres. La taille
maximale des opérations pour RSA, ECC et ces multiplications est de 4096 bits.
Les accélérateurs matériels améliorent considérablement la vitesse d’exécution et réduisent
la complexité logicielle. Ils prennent également en charge le chiffrement du code et le déchiffrement dynamique, garantissant que le code stocké dans la mémoire flash ne puisse pas être
compromis.
2.3.2.8
Radio et Wi-Fi
Le module radio de l’ESP32 comprend les blocs suivants :
• Récepteur 2,4 GHz,
• Émetteur 2,4 GHz,
• Circuits de polarisation et régulateurs,
• Balun et commutateur émission/réception,
• Générateur d’horloge.
2.3.2.9
Récepteur 2,4 GHz
Le récepteur 2,4 GHz démodule le signal RF en signaux en quadrature puis les convertit en
signaux numériques via deux ADC haute résolution et haute vitesse. Le circuit intègre également des filtres RF, un contrôle automatique de gain (AGC), des circuits de compensation
d’offset DC ainsi que des filtres de bande de base afin de s’adapter aux conditions variables
du canal.
2.3.2.10
Émetteur 2,4 GHz
L’émetteur module les signaux de base en quadrature vers un signal RF à 2,4 GHz et alimente l’antenne via un amplificateur de puissance CMOS haute performance. Grâce à une
calibration numérique, la linéarité de l’amplificateur est optimisée, permettant d’atteindre :
• +20,5 dBm pour une transmission 802.11b,
• +18 dBm pour une transmission 802.11n.
39 / 62
2.3 ESP32 et le microcontrôleur Xtensa LX62.3 ESP32 et le microcontrôleur Xtensa LX6
Des calibrations supplémentaires sont intégrées pour corriger les imperfections radio telles
que :
• fuites de porteuse,
• déséquilibre I/Q,
• non-linéarités de la base bande,
• non-linéarités RF,
• adaptation de l’antenne.
2.3.2.11
Générateur d’horloge
Le générateur d’horloge produit des signaux d’horloge en quadrature à 2,4 GHz pour le
récepteur et l’émetteur. Il est entièrement intégré et inclut inductances, varactors, filtres,
régulateurs et diviseurs. Grâce à des algorithmes de calibration brevetés, les phases et le
bruit de phase sont optimisés pour garantir les meilleures performances.
2.3.2.12
Wi-Fi Radio et Baseband
L’ESP32 implémente une pile TCP/IP et un protocole complet Wi-Fi 802.11 b/g/n avec
prise en charge :
• du mode station (STA),
• du mode point d’accès logiciel (SoftAP),
• du mode promiscuous.
Les principales caractéristiques supportées sont :
• 802.11b/g/n avec débits jusqu’à 150 Mbps,
• puissance d’émission ajustable jusqu’à 20,5 dBm,
• diversité d’antenne,
• support du STBC 2×1,
• gestion efficace de l’alimentation.
2.3.2.13
MAC Wi-Fi
Le contrôleur MAC Wi-Fi prend en charge de nombreuses fonctions bas niveau, telles que :
• quatre interfaces virtuelles Wi-Fi,
• modes simultanés : STA/SoftAP/Promiscuous,
• fragmentation/défragmentation,
40 / 62
2.3 ESP32 et le microcontrôleur Xtensa LX62.3 ESP32 et le microcontrôleur Xtensa LX6
• TX/RX A-MPDU, RX A-MSDU,
• sécurité : CCMP, TKIP, WAPI, WEP,
• surveillance automatique des balises.
2.3.3
Bluetooth
L’ESP32 intègre un contrôleur de lien et une base bande Bluetooth, prenant en charge la
modulation, la démodulation, le traitement des paquets, le saut de fréquence et l’encryption.
2.3.3.1
Bluetooth Radio et Baseband
Les principales caractéristiques sont :
• Puissances de sortie Class-1, 2 et 3 (plage dynamique de 21 dB),
• Modulations π/4 DQPSK et 8DPSK,
• Sensibilité jusqu’à -94 dBm,
• CODECs audio numériques (A-law, µ-law, CVSD, SBC),
• Prise en charge des liaisons ACL, SCO, eSCO et AFH,
• Cryptage AES 128 bits pour la sécurité.
2.3.3.2
Interfaces Bluetooth
• Interface HCI UART jusqu’à 4 Mbps,
• Interface HCI SDIO/SPI,
• Interface audio PCM/I2S.
2.3.3.3
Pile Bluetooth
La pile Bluetooth est conforme à la norme Bluetooth v4.2 BR/EDR et Bluetooth Low Energy
(BLE).
2.3.3.4
Contrôleur de lien Bluetooth
Il fonctionne dans trois états principaux : standby, connection et sniff, permettant la gestion
de Piconet et Scatternet, ainsi que :
• Découverte et établissement de connexions,
• Multi-connexions simultanées,
• Transmission synchrone et asynchrone,
41 / 62
2.4 Réalisation du projet
2.4 Réalisation du projet
• Adaptative Frequency Hopping,
• Sécurité : authentification, chiffrement, Simple Pairing sécurisé,
• Modes basse consommation (Sniff, Broadcast, etc.).
2.4
Réalisation du projet
La réalisation du projet a été réalisé en deux temps. En premier lieu, le test des matériaux.
2.4.1
Test des matériaux
Cette partie consistait à tester chaque composant de manière indépendante afin de s’assurer
son bon fonctionnement.
• Le capteur de temperature et d’humidité fut le premier composant à être tester
avec le code arduino suivant et qui fonctionna de manière satisfaisante. La contrainte
de niveau était de 20°C comme seuil de temperature et 60% comme seuil d’humidité.
42 / 62
2.4 Réalisation du projet
2.4 Réalisation du projet
Figure 2.25 – Test du Capteur de temperature et d’humidité
Les résultats étaient satisfaisantes et on a pu conclure que le capteur fonctionnait de
manière optimal. Voici une illustration du résutat.
Figure 2.26 – Résultat du test du capteur de température et d’humidité
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2.4 Réalisation du projet
2.4 Réalisation du projet
• Le capteur de gaz fut testé par la suite qui fonctionna de manière optimal aussi avec
le code suivant.
Figure 2.27 – Test de capteur de gaz
Ce capteur possède deux entrées : entrée analogique et entrée numérique. Vous
avons utilisé l’entrée numérique pour une notification rapide.
• Le lecteur LCD-I2C par la suite fut testé et on obtient des résultats satisfaisantes
afin de conclure son bon fonctionnement. Voici le code de test.
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2.4 Réalisation du projet
2.4 Réalisation du projet
Figure 2.28 – Test du lecteur LCD
Voici une visualisation du résultat de test du lecteur LCD.
Figure 2.29 – Résultat du test du Lecteur LCD
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2.4 Réalisation du projet
2.4.2
2.4 Réalisation du projet
Rassemblement de tout les composantes testés et mise au
point du prototype final
Après le test de chaque composante nous les avons rassemblé et construit le système complet.
Voici une image de la réalisation complète du projet.
Figure 2.30 – Le prototype final du projet
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2.4 Réalisation du projet
2.4 Réalisation du projet
La carte ESP32 a réagi de manière satisfaisante au code arduino complet du système. Voici
donc ce code.
Figure 2.31 – Le Code final
47 / 62
2.4 Réalisation du projet
2.4 Réalisation du projet
Figure 2.32 – Code final
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2.4 Réalisation du projet
2.4.3
2.4 Réalisation du projet
Prototype final avec le boitier imprimable en 3D
La figure 2.33 illustre le prototype final de notre système de détection d’incendie, intégré
dans un boîtier conçu spécialement pour l’occasion et imprimable en 3D. Ce boîtier a
été pensé pour accueillir l’ensemble des composants électroniques du projet : le module
ESP32 pour la communication, le capteur de fumée, le capteur de température et
d’humidité, ainsi que l’écran LCD. L’objectif principal de cette conception était d’obtenir
une structure compacte, robuste et facilement reproductible, permettant une installation
pratique dans différents environnements (locaux techniques, bureaux, entrepôts, etc.).
L’utilisation de l’impression 3D a offert une grande liberté dans la conception du boîtier,
en assurant à la fois la protection des composants et une bonne ventilation pour garantir la
précision des capteurs. Les ouvertures ont été judicieusement placées afin de permettre la
circulation de l’air et une détection rapide de la fumée et de la chaleur. De plus, le design
ergonomique permet un accès simple à l’écran LCD pour la lecture des données en temps
réel, ainsi qu’aux ports de connexion pour d’éventuelles mises à jour ou maintenances. Ce
prototype final constitue donc une étape clé vers la réalisation d’un dispositif fiable, esthétique
et adapté à une mise en production.
49 / 62
2.5 Résultats expérimentaux
2.5 Résultats expérimentaux
Figure 2.33 – Prototype final du système avec boîtier imprimable en 3D
2.5
Résultats expérimentaux
2.5.1
Notifications reçues
Les expérimentations ont montré que le système de détection d’incendie fonctionne conformément aux attentes. Lorsqu’une anomalie est détectée par l’un des capteurs (fumée, température ou humidité), une notification est automatiquement envoyée à l’utilisateur via le module
ESP32 connecté au réseau. Ces messages permettent de réagir rapidement face à une situation potentiellement dangereuse. La figure 2.34 illustre quelques exemples de notifications
reçues pendant les tests.
50 / 62
2.5 Résultats expérimentaux
2.5 Résultats expérimentaux
Figure 2.34 – Exemple de messages de notification reçus lors des tests.
2.5.2
Analyse des performances
Au cours des essais, le système a montré une bonne réactivité, avec un temps de transmission
des alertes très court. L’affichage des mesures en temps réel sur l’écran LCD a permis de
suivre l’évolution des conditions environnementales et de vérifier la cohérence des alertes
générées. Aucun faux positif notable n’a été observé lors des tests réalisés, ce qui témoigne
de la fiabilité du dispositif.
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2.5 Résultats expérimentaux
2.5.3
2.5 Résultats expérimentaux
Bilan
Globalement, le prototype a pleinement répondu aux objectifs fixés. La détection et la transmission d’informations se sont faites de manière fluide et efficace, rendant le système pertinent pour une utilisation dans un cadre domestique ou professionnel. Au-delà de l’aspect
technique, ce projet a été particulièrement instructif puisqu’il a permis de mettre en pratique
des compétences en électronique, en programmation embarquée et en communication sans
fil.
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Chapitre 3
Diagnostic de la Performance
Energétique au sein d’une Infrastructure
Résumé :
Ce chapitre présente le diagnostic énergétique réalisé au sein de l’entreprise CasaAero afin
de determiner des solutions d’optimisations d’énergie. Il detaille les consommations par jour,
les coûts et les alternatives de consommations possibles.
53
3.3 Référence de consommation
3.1
3.3 Référence de consommation
Objectifs du projet
Dans le cadre de l’optimisation énergétique des sites CasaAero (filiales RAM et Boeing),
nous avons réalisé un inventaire des principaux équipements électriques afin d’évaluer leur
consommation annuelle, de repérer les postes les plus énergivores et de proposer un plan
d’actions concret pour réduire la consommation d’énergie.
3.2
Méthodologie et Estimation de la consommation
énergétique
Les données proviennent du fichier d’inventaire (feuille “Inventaire”). Pour chaque équipement, l’énergie annuelle a été estimée selon la formule suivante :
kWh/an = Puissance active (kW) × Heures/jour × Jours/an × Facteur de charge
Les hypothèses complémentaires (horaires, facteurs de charge) proviennent de la feuille “Hypothèses” lorsqu’elles existent, ou bien des données intégrées dans l’inventaire.
3.3
Référence de consommation
La consommation annuelle totale estimée pour l’ensemble des équipements des sites CasaAero
s’élève à 307,870 kWh/an. La figure 3.1 présente la répartition de cette consommation par
catégorie d’équipements, ce qui permet d’identifier les postes principaux selon leur type. La
figure 3.2 illustre quant à elle les top consommateurs, c’est-à-dire les équipements les plus
énergivores, afin de cibler les actions d’optimisation.
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3.3 Référence de consommation
3.3 Référence de consommation
Figure 3.1 – Consommation annuelle par catégorie
Figure 3.2 – Top consommateurs d’énergie
55 / 62
3.4 Scénarios d’optimisation modélisés
3.4
3.4 Scénarios d’optimisation modélisés
Scénarios d’optimisation modélisés
Quatre scénarios ont été simulés :
• A : réduction des heures de fonctionnement des systèmes CVC à 16 h/jour ;
• B : diminution de 10 % du facteur de charge des CVC via réglages (consignes, maintenance) ;
• C : combinaison A + B ;
• D : mise à niveau technologique sur deux équipements CVC (30 % sur climatiseurs
muraux, 15 % sur groupe de climatisation).
3.4.1
Consommation et économies
Scénario
Baseline
A - Horaires CVC 16h/j
B - PF de charge CVC -10%
C - A+B combinés
D - Upgrade techno CVC
Consommation (kWh/an)
307,870
224,557
279,054
208,987
276,994
Économie (kWh/an)
0
83,313
28,817
98,883
30,876
Économie (%)
0.0 %
27.1 %
9.4 %
32.1 %
10.0 %
Table 3.1 – Consommation annuelle et économies selon les scénarios d’optimisation
3.4.2
Sensibilité des coûts (MAD)
Scénario
Baseline
A - Horaires CVC 16h/j
B - PF de charge CVC -10%
C - A+B combinés
D - Upgrade techno CVC
Coût à 0,9 MAD Coût à 1,2 MAD Coût à 1,5 MAD
277,083 MAD
369,444 MAD
461,805 MAD
202,102 MAD
269,469 MAD
336,836 MAD
251,148 MAD
334,864 MAD
418,580 MAD
188,088 MAD
250,784 MAD
313,480 MAD
249,295 MAD
332,393 MAD
415,492 MAD
Table 3.2 – Sensibilité des coûts selon différents tarifs électriques
3.4.3
Plan d’actions recommandé
Il est conseillé de prioriser des actions « no/low-cost » sur la CVC : ajustement des
consignes, programmation horaire, maintenance préventive (nettoyage des filtres, évaporateurs et condenseurs, vérification des charges frigorifiques, contrôle de l’étanchéité).
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3.5 Conclusion des résultats expérimentaux 3.5 Conclusion des résultats expérimentaux
Parallèlement, des investissements à retour rapide peuvent être envisagés : remplacement des
unités murales par des modèles à haut SEER, ajout de variateurs de vitesse/ventilateurs EC,
et optimisation des réseaux d’air (équilibrage, colmatage des fuites).
3.5
Conclusion des résultats expérimentaux
L’analyse des données collectées et la simulation des différents scénarios d’optimisation
ont permis de quantifier la consommation énergétique et d’identifier les principaux postes
consommateurs au sein des sites CasaAero.
Les résultats montrent que des actions simples, telles que la réduction des heures de
fonctionnement ou l’ajustement du facteur de charge des systèmes CVC, peuvent générer
des économies significatives, tandis que les améliorations technologiques ciblées offrent un
potentiel supplémentaire d’optimisation.
Cette étude fournit ainsi une base solide pour la planification d’actions concrètes et réalistes
visant à réduire la consommation énergétique globale, tout en priorisant les interventions à
fort impact et à faible coût. Elle met également en évidence l’importance d’une approche combinée, mêlant ajustements opérationnels et investissements technologiques, pour maximiser
l’efficacité énergétique des installations.
57 / 62
Chapitre 4
Conclusion Générale
Résumé :
Ce chapitre présente la conclusion générale concernant le stage ainsi que les deux projets.
58
4.1 Conclusions générales
4.1
4.1 Conclusions générales
Conclusions générales
Au terme de ce stage de deux mois au sein de CasaAero, j’ai eu l’opportunité de participer à deux projets complémentaires, chacun apportant des enseignements techniques et
méthodologiques significatifs.
4.1.1
Projet de détection d’incendie
Le projet de système de détection d’incendie a permis de concevoir et tester un dispositif
complet utilisant un Arduino Mega, des capteurs de température, de fumée et d’humidité,
un ESP32 pour la communication, ainsi qu’un écran LCD pour l’affichage des alertes.
Les résultats expérimentaux ont confirmé le bon fonctionnement du système, capable de
détecter efficacement des conditions critiques et de notifier en temps réel via le module de
communication.
Cette expérience a renforcé mes compétences en électronique, programmation embarquée et
intégration de capteurs, tout en mettant en pratique la méthodologie de conception et de
test d’un système embarqué.
4.1.2
Projet de diagnostic et optimisation énergétique
Le projet d’optimisation énergétique a consisté à analyser la consommation des équipements
des sites CasaAero, identifier les postes les plus énergivores et modéliser plusieurs scénarios
d’amélioration.
Les simulations ont montré que des actions simples, telles que l’ajustement des horaires
de fonctionnement ou la modification des facteurs de charge, permettent de réaliser des
économies significatives, tandis que les mises à niveau technologiques ciblées offrent un
potentiel supplémentaire.
Cette partie du stage m’a permis de développer des compétences en analyse de données,
modélisation énergétique et élaboration de plans d’action réalistes pour l’efficacité énergétique
des infrastructures.
59 / 62
4.2 Bibliographie et Webographie
4.1.3
4.2 Bibliographie et Webographie
Bilan général
Ces deux projets m’ont offert une vision complète de la gestion technique et énergétique des
installations industrielles.
Ils ont renforcé ma capacité à combiner théorie et pratique, à proposer des solutions concrètes
et mesurables, et à travailler de manière autonome sur des problématiques complexes.
Au final, ce stage a été très enrichissant, tant sur le plan technique que méthodologique,
et m’a permis d’acquérir une expérience significative applicable à de futurs projets en génie
électrique et énergétique.
4.2
Bibliographie et Webographie
4.2.1
Bibliographie
60 / 62
[1] Beddiar, Karim & Lemale, Jean. Bâtiment intelligent et efficacité énergétique : optimisation, nouvelles technologies et BIM. Dunod, 2016. Disponible sur : librest.com
[2] Lenormand, Pascal. Le design énergétique® des bâtiments, 2ème édition. AFNOR, 2024.
Disponible sur : livresennord.fr
[3] Richard Franck, Guy Jover, Frank Hovorka. L’efficacité énergétique du bâtiment : Optimiser les performances énergétiques, le confort et la valeur des bâtiments tertiaires et
industriels. Éditions d’Organisation, 2014. Disponible sur : amazon.com
[4] Zgraggen, Jean-Marc. Bâtiment à haute performance énergétique : objectifs et réalités.
Éditions Universitaires Européennes, 2015. Disponible sur : decitre.fr
[5] Karvinen, Tero ; Karvinen, Kimmo ; Valtokari, Ville. Les capteurs pour Arduino et Raspberry Pi – Tutoriels et projets. Dunod, 2014. Disponible sur : dunod.com
4.2.2
Webographie
61
[1] TeachMeMicro. Building a Web-Based Fire Alarm Using ESP32, Flame and Smoke
Sensors, and Arduino Cloud. Disponible sur : teachmemicro.com
[2] Robotique.Site. Système d’alarme incendie connecté à l’Internet des objets (ESP32).
Disponible sur : robotique.site
[3] RaspberryMe. Alerte e-mail ESP32 basée sur le seuil de température. Disponible sur :
raspberryme.com
[4] Robotique.Site. Système d’alarme de fuite de gaz basé sur ESP32, capteur MQ-4 et
LCD. Disponible sur : robotique.site
[5] Newbiely. Tutoriel Arduino Nano ESP32 : Sirène / alarme. Disponible sur : newbiely.fr
62