MEMOIRE DE FIN D ETUDES

UNIVERSITE LARBI BEN M’HIDI DE OUM EL BOUAGHIFACULTE DES SCIENCES ET DES SCIENCES APPLIQUEES

DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE

Filière de génie électrique

MEMOIRE DE FIN D’ETUDESEn vue de l’obtention du

DIPLOME DE MASTERSpécialité : INFORMATIQUE INDUSTRIELLE

Mémoire de fin d’études soutenu publiquement a Oum El Bouaghi

juin 2017

Par :KHANFAR NAIMA Dirigé par :

Dr. REMACHE Louardi

Année universitaire : 2016/2017

Etude et réalisation d’une carte électroniquedestinée au chronométrage des durées de gel

dans un milieu froid

Remerciements

Tout d’abord, Nous tient à remercier DIEU lemiséricordieux de nos avoir donné la possibilité de réalisernotre projet, d’arriver à notre souhaits et d’atteindre notre

objectifs.Nous aimerons dans ces quelques lignes remercier toutes lespersonnes qui d’une manière ou d’une autre, ont contribué

au bon déroulement de notre travail, tout au niveauhumain qu’au niveau scientifique.

Nous tenons tout d’abord à remercier notre encadreurMONSIEUR, Dr. Remâche Loardi, on a pu bénéficier à la

fois de ses compétences scientifiques, et de sa grandedisponibilité, tant pour résoudre les difficultés rencontréeslors de notre réalisation, de répandre à nos questions. Nousajoutons en particulière sa patience et ses encouragements,

nous a permis de travailler dans bonnes conditions.Grand remercient à tous les ingénieurs des laboratoires de

génie électrique :Ali Germain et salwa.

Nos remerciements s’adressent également à tous membresde Jury, qui ont accepté de nous honorer de leur présence et

de juger notre travail Merci.Et à toute personne ayant contribué de près ou de loin à

notre soutien moral

اءإھدرب العالمین و الصلاة و السلام على خاتم الحمد

الأنبیاء و المرسلین

اھدي ھذا العمل

من ربتني و أنارت دربي و أعانتني بالصلوات إلىو الدعوات

إنسانة في ھذا الوجود أمي الحبیبة حفضھا أغلىإنھاعمرھاالله و أطال

من عمل بكد في سبیلي و علمني معنى الكفاح إلىو أوصلني إلى ما أنا علیھ أبي الكریم أدامھ الله لي

إلى أخي و أخواتي و كل من ساھم في تشجیعي و وقف بجانبي

Table des matières

Table des matières

I.INTRODUCTION GENERALE: …………………………………………… 2

Chapitre I : le gel ……………………………………………………... 4

I. Introduction...………………………………………………………………… .5

I.1 Formation du gel: ……………………………………………………………. 5

I.2 Gel indiqué à la station météorologique et sa relation avec le sol…………… 6

I.3. Quelques définitions ………………………………………………………. .6

a. Jour de gel : ……………………………………………. 6

b. Niveaux de gel…………………………………………. 6

c. Intensité du gel ………………………………………… 7

I.4. Effet du gel sur la végétation…………………………………………………. 7

I.4.1. Le moment et la durée du stress thermique :……………………… 8

I.4.2. Les dégâts et la mort des végétaux sans gel………………………. 9

I.4.3. Le froid, bénéfique pour la germination : ………………………. 10

I.4.4. Les maladies causées par le froid ………………………………… 10

I.4.5. Effets du gel :………………………………………………………. 11

I.4.6. Préparation pour l’hiver……………………………………………. 12

I.5-Effet du gel sur les animaux ……………………………………………… 12

I.5.1. Les animaux qui survivent au gel…………………………………… 13

I.5.2. Les mammifères……………………………………………………. .14

I.5.3. Résistance de l’homme au froid ……………………………………. 14

I.5.5. Persistance du froid ………………………………………………….. 15

I.6.Conclusion :………………………………………………………………… 16

Chapitre II : les capteurs ………………………………………………….. 17

Table des matières

II.1 Introduction :………………………………………………………………….. 18

II.2. Définition d’un capteur :……………………………………………………… 18

a) capteur ……………………………………………………………………... 18

b) Généralités sur les capteurs……………………………………………………18

II.3.les Défirent type de capteur ……………………………………………………19

II.3.1. Capteur analogique. ………………………………………………………… 19

II.3 .2. Capteur logique………………………………………………………………20

II.3.3. Capteur numérique …………………………………………………………...20

II.4. Structure interne d’un capteur …………………………………………………20

II.5. Choix d’un capteur …………………………………………………………… 21

II.6. les capteurs de température. …………………………………… …………… 22

II.6.1.Méthode électronique………………………………………………………22

II.6.1.1.Thermomètres à résistance et thermistance …………………………… 22

II.6.1.2.Thermomètres à thermistance ……………………………………………22

II.6.3.Thermomètres par thermocouple ….………………………………………… 23

a) Principe de thermocouple ………………………………………………… 23

b) La fonction d’usage du thermomètre ……………………………………… 23

II.7. Capteur LM35 ………………………………………………………………….26

II.8.Capteur de lumière………………………………………………………………27

II.9. Les type de capteur……………………………………………………………..28

II.10.Conclusion :……………………………………………………………………32

Chapitre III :

Introduction :…………………………………………………………………………34

III.3.1 Principe de fonctionnement :……………………………………………….. 34

III.3.2. Fonction de détection :…………………………………………………….. 36

a -Capteur de température :…………………………………………………….. 35

b -Le capteur de lumière :…………………………………………………….. 37

Table des matières

III.3.3 Convertisseur analogique numérique (ADC) :……………………………….39

III.3.1 Définition :……………………………………………………………… 39

III.3.3.2 Principes du convertisseur analogique numérique :……………………… .41

III.3.3.3 Les étapes de conversion :………………………………………………… 41

III.3.4 Conversion de grandeur numérique de tension en grandeur physique :……..42

III.3.5 Chronométrage de durée de gèle :……………………………………………44

III.3.5 .1 principe de circuit électronique :………………………………………….. 44

III.3.5.2 Programmation :…………………………………………………………..45

III.3.6 Système d’affichage LCD (Light Control Display) :………………………46

a. Présentation :………………………………………………………………..46

b. Principe des cristaux liquides LCD :………………………………………..47

c. Brochage :…………………………………………………………………...47

III.3.7 Programmation :……………………………………………………………48

III.3.7.1 Partie de contrôle le (pic 16f877A):……………………………………….48

a. Définition :………………………………………………………………….49

b. Principales caractéristiques du PIC 16F877A :…………………………….49

c. Mémoires du PIC :………………………………………………………….50

d. Architecture Externe:…………………………………………………………50

e. Architecture interne :………………………………………………………….51

III.3 .7.2 Organigramme :…………………………………………………………..53

a. Organigramme utilisant le capteur LM35DZ :…………………………….54

b. Organigramme utilisant le capteur LM35CZ :…………………………….55c.d. Organigramme des séquences de chronométrage: …………………………56

III.3.8 L’implantation de programmation dans pic : ………………………………58

III. 3.8.1 Etapes de programmation du PIC avec le logiciel WINPIC 800:………..58

Table des matières

III.3.9 Schéma électrique :…………………………………………………………. 59

III.3.9 .1 schéma électrique utilisant LM35DZ :……………………………….…... 60

III.3.9.2 Schéma électrique utilisant LM35CZ :……………………………………. 60

III3.10 Résultat de la simulation :…………………………………………….. 64

Conclusion :…………………………………………………………………… .65

CONCLUSION GENERALE…………………………………………………. 66

BIBLIOGRAPHIE

ANNEXE

Liste des Figures

Liste des Figures :

CHAPITER I :

Figure I.1 : Résistance des plantes au froid……………………………………. . 8

Figure I.2 : Végétaux sensibles au froid, qui présentent des troubles à des températures plus

basses que 7-15°C…………………………………………………………….. 9

Figure I.3 : Effet du gel sur les plantes …………………………………………. 11

Figure I.4 : Effet du gel sur les animaux, la mort des oiseaux sous l’effet du gel 13

Figure .5 : Les cartes climatiques destinées à l’agriculture montrent les températures

minimales par zone…………………………………………………… 15

Figure I.6 : Nombre annuel moyen de jours de gelée et le nombre moyen de jours de

neige en France…………………………………………………………… 16

CHAPITRE II : les capteurs

Figure II.1 : schéma de capture…………………………………………………… 18

Figure II.2: Chaine de mesure……………………………………………………….19

Figure II.3: schéma de capteur analogique………………………………………… 20

Figure II.4: Structure interne d’un capteur………………………………………….20

Figure II.5 : schéma de principe de thermocouple………………………………… 23

Figure II.6: fonctionnement générale de capteur……………………………………24

Figure II.7 : le circuit LM 35……………………………………………………………… 26

Figure II.8: schéma Capture d'écran des différentes versions de LM35…………………..27

Figure II.9: photorésistance LDR………………………………………………… 27

Figure II.10 : CAPTEUR SCHERTLER ELECTRODYNAMIQUE……………. 31

CHAPITER III : Résultats et interprétations

Figure III.1 : Schéma bloc de la carte électronique ………………………………..35

Figure III.2: Le capteur LM35………………………………………………………36

Figure III.3: Capteur LDR………………………………………………………… 37

Figure III.4: Schéma synoptique du principe de fonctionnement de l’LDR…… 38

Liste des Figures

Figure.III.5 : Schéma synoptique d’étalonnage la LDR sous ISIS……………… 39

Figure.III.6 : Schéma fonctionnel de la fonction conversion analogique numériquedu PIC 18F………………………………………………………………….. 40

Figure III.7: Schéma fonctionnel…………………………………………………41

Figure III.8: L’échantillonneur bloqueur: schéma de principe ……………………42

Figure III.9 : Courbe permettant de déterminer la relation entre les valeurs de tensiondétectées et les températures à afficher l’écran LCD……………………………. 44

Figure III.10 : Schéma de circuit électronique…………………………………….. 44

Figure III.11: L’organigramme de la boucle sans fin programmation…………… 45

Figure .III.12 : Image d’un afficheur LCD 2*16………………………………… 46

Figure .III.13 : Brochage de circuit LCD………………………………………… 47

Figure .III.14: Schéma de l’unité de contrôle et de traitement (PIC 16F877A)…… 49

Figure .III.15: pic 16F877A microcontrôleur avec configuration des pins……… 51

Figure .III.16: Structure interne du PIC16F877……………………………………52

Figure .III.17 : schéma d’organigramme de LM 35DZ…………………………… 54

Figure III.18 : schéma d’organigramme de LM 35CZ…………………………… 55

Figure III.19: schéma d’organigramme de chronométrage……………………… 57

Figure III.20: Fenêtre de suppression du contenu de la mémoire du μ-Contrôleur…58

Figure III.21 : Schéma de programmateur ICPROG universel…………………… 59

Figure.III.22: Séquence de chronométrage des durées de gel (a) : T=7°C arrêt duchronométrage (b) : T<= seuil (0°C) affichage de la durée de gel pendant le jour,

(c) : T<= seuil (0°C) affichage de la durée de gel pendant la nuit……………… 61

Figure.III.23 : Séquence de chronométrage des durées de gel (a) : T=5°C arrêt duchronométrage (b) : T<= seuil (-4°C) affichage de la durée de gel pendant le jour,(c) : T<= seuil (-4°C) affichage de la durée de gel pendant la nuit……………… 62

Figure III.24 : la Pourcentage de prédictif du gel dans une année………………. 63

Liste des TableauxLISTE DES TABLEAUX

Chapitre III :

Tableau III.1: Correspondance entre les tensions et les valeurs de températures à afficher

sur l’écran LCD……………………………………………. 43

Tableau III.2 : Brochage du connecteur……………………………… 48

Tableau.III.3 : le nombre d’heure de gel (nuit, jour) avec une année…… 63

INTRODUCTION GENERALE

Introduction générale

2

Introduction

Avec le réchauffement climatique qui semble aujourd'hui incontestable et bien installé,

nous oublions qu’il y a eu, et qu’il y aura encore, des hivers particulièrement rigoureux. Les

sociétés technologiques sont bien sûrs durement frappées par les froids extrêmes et les chutes

de neige : canalisations gelées et éclatées, chaussées dégradées, circulation difficile, activité

économique ralentie, productions agricoles détruites et, une des hontes de ce début de XXème

siècle, SDF morts de froid.

Nos ancêtres n’avaient évidemment pas tous ces problèmes de riches, mais le froid, faute

d’échanges commerciaux lointains, était synonyme de famines généralisées. L’activité

agricole, sans assurance, mettait des années à se remettre en route. Les maladies, sur des

organismes mal nourris et fragilisés par des températures dont ils ne pouvaient guère se

protéger, causaient de véritables hécatombes dans la population.

L’étude statistique de la chronique climatologique d’une manière générale permet de dresser

le bilan des séquences glaciales et d’identifier, par analyse spatiale, les sites les plus froids

d’une telle ou telle région. Il est donc intéressant d’établir la carte de la fréquences des jours

et pourquoi pas des nuits, où la température est inférieure à 0°C ou -5°C et cela permet de

localiser ce que l’on appelle « les pièges à froid ». Ces fameux sites où la température est

glaciale à répétition et durant de longues périodes, constituent de véritables informations qui

peuvent être exploitées d’une manière rigoureuse dans tous les secteurs.

Le but de ce projet, c’est de réaliser une carte électronique qui permet de chronométrer les

durées de gel dans les régions froides le long de l’année, ainsi que dans les régions

caractérisées par des saisons hivernales très froides. Le dispositif de chronométrage est

contrôlé par un capteur de température qui détecte les températures du milieu où il est placé,

les valeurs ainsi détectées seront converties en grandeurs électroniques accessibles par la carte

électronique. Lorsque la température descend sous les seuils fixés (0°C et -5°C), un dispositif

de chronométrage est lancé, et si la température augmente et atteint des valeurs supérieures

aux seuils le processus de chronométrage est arrêté et conserve la valeur initiale chronométrie.

Notre projet est répartie en trois chapitre, le premier est consacrée à l’étude du phénomène de gel et

son impact sur la végétation, les animaux, l’homme et sur l’environnement.

Introduction générale

3

Nous avons présenté aussi quelques études statistiques sous forme de cartes dans un pays

comme la France, et montrer à travers ses informations l’importance de la connaissance des périodes

de gel pendant l’année.

Le deuxième chapitre est consacré à l’étude des principaux composants de la carte à concevoir qui

sont les capteurs de température et de lumière.

Le chapitre. 3 est une synthèse du travail que nous avions mené, il englobe l’ensemble des

résultats obtenus : les organigrammes de fonctionnement, la programmation en C, le schéma

électrique simulé sous ISIS. et la réalisation pratique de la carte.

CHAPITRE I :

LE GEL

Chapitre I : Le gel

5

I. Introduction

Le gel est souvent utilisé comme synonyme de gelée, il désigne tout abaissement de

la température de l'air d'une valeur supérieure à une valeur inférieure ou égale à 0 °C à un

moment déterminé et sur une région donnée. Les productions agricoles, les transports, la

tenue vestimentaire et bien d'autres domaines risquent d'être affectées par le gel à certaines

époques de l'année, en particulier pendant la période hivernale. L'apparition de celle-ci se

traduit par la transformation de l'eau liquide en glace.

On dit dans le langage courant : ‘geler à pierre fendre’ Expression utilisée au sens figuré

depuis le milieu du XVIIe siècle, elle utilise une image relative au froid. [1] Il fait si froid, la

température est si basse, que l'eau gèle et pourrait même éclater une pierre, un rocher, dans

lequel elle s'est infiltrée.

Le gel est un phénomène indissociable de la saison hivernale. Il caractérise le climat tempéré

que connaît une partie de notre pays et peut survenir durant plus de la moitié de l'année, sur

une période s'étirant généralement de la mi-Novembre jusqu'à la mi-Avril.[2]

I.1 Formation du gel:

Le gel est un événement météorologique dont l'extension sur une région donnée et à une

époque déterminée de l'année a trois causes possibles :

Advection d'air froid : se produisant en hiver, une masse d'air sous le point de

congélation envahit la région. Ce gel d'advection donne la gelée noire lorsque la

végétation que le vent endommage prend un aspect noirci. [3]

Rayonnement : fréquent surtout au printemps et en automne, il est lié au

refroidissement du sol qui se produit par ciel dégagé et vents calmes ou faibles la nuit.

Le gel de rayonnement est grand producteur de gelée blanche alors que la vapeur d'eau

contenue dans l'air se dépose sur les objets ;

Évaporation : l'eau d'un sol humide surmonté d'un air relativement sec s'évapore dans

ce dernier. Cette transformation nécessite de l'énergie qui sera fournie par l'air sec et

ce dernier se refroidira. [3]

Chapitre I : Le gel

6

I.2 Gel indiqué à la station météorologique et sa relation avec le sol

Dans le cas d'advection d'air froid, la température de la masse d'air est assez uniforme dans

les premières dizaines de mètres au-dessus du sol et la température mesurée à la station

météorologique (environ à 1 mètre à 1,5 mètre du sol) est représentative de ce qui se passe au

sol. S'il a gel à la station, il y a donc gel au sol.

Par contre, dans les cas radiatifs et d'évaporation, la température varie rapidement entre le sol

et le niveau des instruments de la station. La perte de chaleur est plus importante près du sol et

donc la température peut atteindre le point de congélation au sol bien avant que le

thermomètre n'indique 0 °C à la station. En général, il peut y avoir du gel au sol dans les cas

radiatifs dès que la température à la station est de 4 °C. [3]

I.3. Quelques définitions

a. Jour de gel :

En climatologie, un jour de gel désigne une journée dont la température minimale est en

dessous de 0 °C ou 32 °F. L’indicateur le nombre de jours de gel, présente l’évolution du

nombre de jours de gel dans une région déterminée. Certaines régions ne connaissent que très

peu de jours de gel par an en moyenne, c'est le cas notamment des régions côtières (Manche,

Atlantique, Méditerranée), alors que d'autres connaissent plus de 100 jours de gel par an en

moyenne, c'est le cas des massifs montagneux. [4]

b. Niveaux de gel

La sévérité potentielle des dégradations dépend de plusieurs paramètres : [5]

i) Du nombre de cycles de gel-dégel,

ii) De la température minimale atteinte,

iii) de la vitesse de chute de la température

iv) et de la durée du gel.

Pour prendre en considération uniquement ces paramètres, trois niveaux de gel sont définis

dans le fascicule 65A et la norme NF EN 206-1 qui donne la carte des zones de gel dans

n’importe quel pays :

• gel faible : moins de 3 jours par an avec une température < – 5 °C;

• gel sévère: plus de 10 jours par an avec une température < – 10 °C ;

Chapitre I : Le gel

7

• gel modéré : dans les autres cas. [6]

c. Intensité du gel

L'intensité du gel est définie ainsi par rapport à son effet sur les plantes (car les plantes sont

les êtres vivants les plus exposés au froid:

Gel léger : 0 à −1 °C ;

Gel meurtrier : moins de −1 °C sur une période prolongée ;

Le sol Gel de surface : 0 à −6,5 °C ;

Gel peu profond : −6,6 à −11,5 °C ;

Gel profond : moins de −11,5 °C. [6,7]

I.4Effet du gel sur la végétation

Lorsque l’on parle de tolérance des végétaux aux températures basses, il est indispensable

de préciser le degré de sévérité du froid, sa durée dans le temps et à quel moment du

développement des plantes il intervient. Connaître la réponse des plantes permet non

seulement de faire un bon choix des espèces pour les jardins et les espaces verts mais aussi de

mieux les protéger contre le froid.

Lorsqu’on parle de froid, deux cas de températures peuvent être distingués. Les températures

basses négatives, celles qui entraînent le gel caractérisé par la formation de cristaux de glace à

l’intérieur des cellules et des tissus et donc leur mort. Quant aux températures basses

positives, elles sont à l’origine de troubles physiologiques ou « maladies du froid » entraînant

la mort sans gel de nombreuses espèces de climats chauds. Ces mêmes températures, allant de

3°C à 10°C, peuvent aussi avoir des effets bénéfiques sur le cycle de développement des

végétaux de climats tempérés (élimination des dormances des graines et des bourgeons,

floraison…) Figure. 1. [9,10]

Chapitre I : Le gel

8

Figure I.1 : Résistance des plantes au froid

4.1. Le moment et la durée du stress thermique :

Les dégâts causés par les « stress » thermiques dépendent aussi du moment et de la durée

de ceux-ci. Le stress peut être de durée réduite, et si l’abaissement de la température n’est pas

trop rapide, les végétaux disposent souvent de moyens de résistance qui correspondent à des

modifications métaboliques et physiologiques réversibles. La période de températures basses

peut être plus longue, mais temporaire, comme l’hiver dans les climats tempérés. Le végétal

mettra alors en place, avant la période froide, des moyens de lutte contre le gel : les plantes se

préparent progressivement pendant la période automnale, on parle d’endurcissement au gel.

Cette tolérance au gel qui s’acquiert pendant l’automne disparaît rapidement au début du

printemps, d’où le danger des gels de printemps. Les végétaux peuvent aussi produire des

organes, le plus souvent déshydratés (graines, spores), qui supportent des températures très

basses (jusqu’à -196°C, température de l’azote liquide !). Une telle tolérance au froid est mise

à profit pour l’établissement de banque de gènes : les graines sont conservées dans des

congélateurs à -18°C, à -30°C, ou dans des conteneurs renfermant de l’azote liquide -196°C).

Lorsque les températures froides sont permanentes, seuls les végétaux qui présentent des

modifications structurales et physiologiques permanentes, peuvent survivre. On parle alors

d’adaptation.[11]

Chapitre I : Le gel

9

4.2. Les dégâts et la mort des végétaux sans gel

Les désordres métaboliques engendrés par les températures froides, mais supérieures au

point de congélation (généralement situé entre -1°C et -3°C), concernent surtout les espèces

originaires des régions chaudes du globe, particulièrement les espèces tropicales. Ils donnent

lieu à une grande diversité de symptômes qui se manifestent le plus souvent par des

brunissements localisés ou généralisés des organes et aboutissent, à plus ou moins long terme,

à la mort d’ilots cellulaires (dépressions brunes nommées « pitting »), des organes

(brunissement interne des avocats, par exemple, ou superficiels des feuilles), puis de la plante

entière [11]. Les brunissements sont dus à l’oxydation de composés phénoliques. On classe

habituellement les végétaux en trois groupes selon leur degré de sensibilité au froid non

gelant. Les végétaux insensibles au froid peuvent supporter sans dommage des températures

immédiatement supérieures à leur point de congélation. Nous pouvons citer les

chrysanthèmes, les cyclamens, les tulipes, les pensées, les narcisses… Les végétaux

modérément sensibles au froid, altérés à des températures inférieures à environ 2-7°C, le cas

de certaines variétés de pois et de haricots. Les végétaux très sensibles au froid, qui présentent

des troubles à des températures plus basses que 7-15°C. Parmi ceux-ci, on trouve de

nombreuses plantes vertes (Bégonia, Citrus, Dracaena, Dieffenbachia, Ficus…) Figure. 2. ou

fleuries (Anthurium, Gloxinia, Saintpaulia, Hibiscus). Ces végétaux originaires de régions

chaudes sont généralement des plantes d’intérieur qui ne supportent pas des courants d’air

frais.

Figure I.2 : Végétaux sensibles au froid, qui présentent des troubles à des températures plus bassesque 7-15°C

Chapitre I : Le gel

10

4.3. Le froid, bénéfique pour la germination :

Au moment de leur récolte, les semences de nombreuses espèces de climats tempérés sont

considérées comme « dormantes », car elles sont incapables de germer ou germent très

difficilement dans des conditions apparemment favorables (températures proches de 15-20°C,

oxygénation et humidité correctes du sol, lumière…). Cette inaptitude à la germination réside

dans l’embryon lui-même (dormance qualifiée d’embryonnaire) ou des structures qui

entourent l’embryon (inhibition tégumentaire). Dans les conditions naturelles, c’est le froid de

l’hiver qui permet leur germination au printemps suivant, on parle alors de levée de dormance

par le froid. La période hivernale peut être simulée par une incubation des graines en milieu

humide (sable, tourbe, vermiculite…) à des températures proches de 3 à 6°C, pendant

plusieurs semaines à quelques mois. Ce traitement est connu sous le nom de « stratification »

par les horticulteurs et les forestiers.

Parmi les espèces présentant des graines dormantes, nous pouvons citer les rosacées et de

nombreux arbres (conifères et feuillus) d’intérêt horticole. Ce besoin de froid est d’environ 30

à 90 jours pour la majorité des espèces (pommier, poirier, rosier, pin, sapin, noisetier, hêtre…)

mais peut atteindre 120 à 180 jours pour l’églantier, le noyer, l’érable, le frêne et le sorbier…

4.4 Les maladies causées par le froid

En fait, les maladies du froid se développent en trois étapes successives : signal

thermique, phase de latence et développement des symptômes. Le signal thermique, perçu au

niveau des membranes cellulaires, modifie leurs propriétés biologiques. À l’exception des

dommages survenant de façon très rapide sous l’effet d’un « choc froid », les conséquences

nuisibles des basses températures non galantes restent réversibles pendant quelque temps.

Pendant cette période (période de latence), dont la durée est très variable selon les végétaux,

aucun symptôme n’est visible, et un réchauffage au-dessus de la température critique rétablit

un métabolisme normal et fait disparaître les troubles. La durée de cette période de latence

peut varier de quelques heures (Saintpaulia, Gossypium, Episcia reptans) à quelques jours

(maïs). Au delà de cette phase, les symptômes de la maladie (taches noires, brunissement

superficiel ou interne, brunissement et chute des feuilles, chute des fleurs..) se développent de

façon irréversible et très rapidement après le transfert des plantes à des températures plus

élevées [12].

Chapitre I : Le gel

11

I.4.5. Effets du gel :

Le gel, qui entraîne la cristallisation de l’eau en glace, peut avoir des effets néfastes indirects

en réduisant l’absorption d’eau par les racines ; les plantes meurent alors de « déshydratation

» avant de mourir de « froid ». Il a aussi des effets directs dus à la formation de cristaux de

glace dans les tissus à l’origine de la mort d’ilots cellulaires (taches brunes), la nécrose de

bourgeons végétatifs ou floraux, la perforation des feuilles (pêcher, prunier) ou leur

déformation (pommier), l’éclatement des tiges ou le décollement de l’épiderme des feuilles.

Les arbres fruitiers, par exemple, sont très sensibles au gel au moment de la floraison, l’ovaire

noircit et la fleur tombe. Toutefois, les cristaux de glace ne sont dangereux que s’ils se

forment dans les cellules, or leur formation intracellulaire ou extracellulaire dépend de la

vitesse de refroidissement. Lors d’un refroidissement lent (quelques degrés par heure), la

glace se forme à l’extérieur des cellules, dans les espaces intercellulaires et est à l’origine de

la sortie d’eau des cellules ; ce phénomène permet une augmentation de la concentration des

solutés dans la cellule et donc de sa pression osmotique, ce qui abaisse le point de congélation

et évite la formation de la glace intracellulaire. Au contraire, si l’abaissement de la

température est rapide, les cristaux de glace se forment dans les cellules entraînant leur mort.

Figure. 3. [11]

Figure I.3 : Effet du gel sur les plantes

Chapitre I : Le gel

12

4.6. Préparation pour l’hiver

Sous nos climats, la tolérance des végétaux aux températures négatives s’acquiert

progressivement avant le froid hivernal. On parle d’endurcissement au gel. Ce phénomène est

induit par les températures fraîches mais positives) de l’automne et du début de l’hiver. Ainsi,

au printemps et en été, les plantes ne supportent pas en général des températures inférieures à

-2°C ou à -4°C, alors qu’en hiver, la majorité des végétaux originaires des zones tempérées

résistent à des températures inférieures à -10°C. En hiver, par exemple, les feuilles des

graminées peuvent tolérer des températures aux environs de -15°C, alors que les aiguilles de

sapin résistent à un froid de l’ordre de -20 à -35°C. L’endurcissement au gel est rapidement

perdu dès l’élévation de la température à la fin de l’hiver. C’est pourquoi les gels de

printemps, même s’ils sont de faible intensité, sont plus dangereux que les températures

hivernales même très basses. Ce phénomène met en jeu différents mécanismes parmi lesquels

l’enrichissement des lipides membranaires en acides gras polyinsaturés, qui améliore la

fluidité des membranes, une augmentation des teneurs en sucres solubles (glucose, fructose,

saccharose…) et en acides aminés, qui permet l’abaissement du point de congélation. La

bonne connaissance de la réponse des végétaux aux températures basses permet de faire un

choix raisonné des espèces à utiliser dans les jardins ou les espaces verts et de proposer des

moyens de protection contre le froid (paillage). Il est aussi possible de placer les plantes à

l’abri du froid dans des locaux frais ou légèrement chauffés pendant la durée de l’hiver (on

parle alors d’hivernage). Les orangeries avaient cette fonction d’abriter et de préserver des

espèces tropicales ou méditerranéennes sensibles.[11,13]

I.5-Effet du gel sur les animaux

Certains animaux à sang froid se laissent geler pendant l’hiver. La chenille du Bombyx du

Groenland par exemple peut rester gelée plus de 10 mois par -50°C, les balanes et les moules

des zones intertidales des côtes de Norvège gèlent lorsqu’elles sont exposées au vent glacé à

marée basse. Certains amphibiens et reptiles qui hibernent se laissent aussi geler : ils ne

respirent plus, leur coeur s’arrête de battre et leur sang ne circule plus. Seule une faible

activité neurologique témoigne de leur survie. C’est ainsi que plusieurs variétés de reptiles, de

tortues, de grenouilles et le serpent jarretière survivent à la congélation !

Chapitre I : Le gel

13

Or l’eau glacée détruit les constituants cellulaires : par osmose la congélation vide les cellules

de leur eau jusqu’à ce que le volume intérieur franchisse un seuil critique en dessous duquel

les parois cellulaires se brisent et libèrent leur contenu.

De plus, lorsque la respiration et la circulation sanguine s’arrêtent, le métabolisme cellulaire

devrait être détérioré, le fonctionnement des organes devrait être altéré et les tissus du cerveau

devraient se nécroser au bout de 3 minutes. Figure. 4. [14,15]

Figure I.4 : Effet du gel sur les animaux, la mort des oiseaux sous l’effet du gel

I.5.1. Les animaux qui survivent au gel

Dans certains cas, la survie au gel est possible grâce à la dessiccation (l'animal est

desséché).

Les tardigrades, petits animaux d'environ 1mm qui vivent dans les mousses et la vase,

subissent sans dommages des températures extrêmement basses : préalablement desséchés

puis placés dans l'air liquide à -190°C pendant 25 h, dans de l'hydrogène liquide par -254°C

pendant 26 h, dans l'hélium liquide à -272°C pendant 3 h, ces petits animaux graduellement

réchauffés puis humectés ont retrouvé leur activité !

Le tardigrade peut supporter une dessiccation complète, un échauffement de 115°C et subir un

refroidissement à -200°C ! A cette très basse température sa vie est interrompue, son

métabolisme est arrêté, mais il n’est pourtant pas mort. Le fait de l'humecter ensuite lui rend

toute sa vigueur. [15,16]

Chapitre I : Le gel

14

I.5.2. Les mammifères

Lorsque le métabolisme des mammifères ne permet pas de survivre aux rigueurs hivernales,

l’hibernation reste la seule chance de survie. On parle d'hibernation quand un mammifère ou

un oiseau passe l'hiver à l'état de vie ralentie à l'abri du froid. Pendant l’hibernation, la

température du corps baisse. Le hérisson, la marmotte, le loir, des chauves-souris hibernent.

En dormant et en abaissant leur température corporelle, les petits mammifères peuvent

économiser jusqu’à 88% de leur ressources d’énergie et réduire leur métabolisme de 90 à 99%

en prévision du dégel. Certains, tel l’écureuil terrestre d’Alaska, laissent certaines parties du

corps descendre sous 0°C mais préservent leurs organes vitaux

I.5.3. Résistance de l’homme au froid

Avec une température corporelle de 37.2°C, l'homme tombe est état d'hypothermie à partir de

35°C et devient inconscient à 33°C. Un skieur qui tombe dans une crevasse ou un pêcheur qui

tombe dans l'eau glacée survivra jusqu'à ce que la température de son coeur franchisse le seuil

de 30°C. S'il panique ou ne contrôle pas sa respiration il peut mourir en quelques minutes par

hydrocution ou sous l'effet du stress. Dans l'eau à 0°C un homme normalement vêtu ne tient

pas plus d'une demi-heure. Son corps en état d'hypothermie devra impérativement être

réchauffé avant d'envisager de le "ressusciter" par des électrochocs. Mais l'homme peut

s'adapter au froid. Si on passez des vacances dans les régions polaires et que notre corps est

au contact du froid, pendant 2-3 jours notre température corporelle va augmenter en moyenne

de 1°C et tout votre corps va frissonner afin que l'énergie libérée par nos muscles nous

réchauffe. Si les tremblements sont importants et continus, nous éprouverons des douleurs

musculaires et la situation ne pourra pas se prolonger sans risque. Dans une situation normale,

cette période d'adaptation dure 3 semaines au bout de laquelle nous pourrons vivre par -10°C

sans protection particulière (en vêtement de travail) et notre corps ne frissonnera plus. Mais

que la température vienne à descendre sous -10°C, des vêtements de laine et des anoraks en

duvets naturels seront indispensables pour annuler l'effet du froid.

Chapitre I : Le gel

15

I.5.5. Persistance du froid

L’effet du froid devient de plus en plus néfaste, lorsqu’il dure dans le temps, en effet le

froid qui dure très longtemps dans une région, pourrait avoir des effets conséquents sur la vie

des êtres vivants. D’autre part, la température qui baisse rapidement et qui ne dure pas dans le

temps n’influe pas d’une manière notable sur les êtres vivants, en particuliers sur la

végétation. De ce fait, on conclue automatiquement que le paramètre temps doit être pris en

considération dans l’étude des variations de température.

Si on prend à titre d’exemple la France en tant que pays méditerrané, caractérisé par un climat

qui est très semblable à celui de notre pays. Les cartes climatiques destinées à l’agriculture

montrent les températures minimales par zone Figure.5, ainsi que le nombre annuel moyen de

jours de gelée et le nombre moyen de jours de neige Figure. 6.

La lecture des ces cartes montrent l’importance du paramètre temps pour collecter le

maximum d’information utile sur les conditions climatiques, et ce qui permettra aux

spécialiste dans chaque domaine de les prendre en considération lors de l’élaboration de leurs

projets. Ces projets qui devraient être adaptés aux conditions climatiques des régions où ils

seront installés.

Exemple : dans les projets agricoles, les cultures maraichères ne doivent pas être cultivées

dans des régions où la température baisse au-delà de 0°C et qui dure dans le temps, cela ne

permet pas de réussir un tel investissement. [17]

Figure I .5 : Les cartes climatiques destinées à l’agriculture montrent

les températures minimales par zone

Chapitre I : Le gel

16

Figure I.6 : Nombre annuel moyen de jours de gelée et le nombre moyen de jours de neige en

France.

I.6.Conclusion :

Dans ce chapitre nous avons présenté quelques définitions liées à ce phénomène

climatique, caractérisé par les basses températures. Ainsi, tout abaissement de

la température de l'air d'une valeur supérieure à une valeur inférieure ou égale à 0 °C conduit

à une gelée. Ce phénomène est généralement néfaste sur la vie des êtres vivants sur la planète.

Pour cela il intéressant de le prendre au sérieux en étudiant d’une manière approfondie son

évolution au cours de l’année et établir des cartes de la fréquence du gel par région. Le gel est

un phénomène naturel qu’on ne peut pas contourner, mais on peut diminuer ces effets néfastes

par des mesures préventives et cela ne peut se faire qu’à partir des études statistiques et des

dispositifs électroniques qui servent à contrôler sa variation en fonction du temps.

Chapitre IILES capteurs

Chapitre II LES capteurs

18

Chapitre 2 : les capteurs

II.1 . Introduction :

Dans de nombreux domaines (industrie, recherche scientifique, services, loisirs ...), on

a besoin de contrôler de nombreux paramètres physiques (température, force,

position, vitesse, luminosité, ...).

Le capteur est l'élément indispensable à la mesure de ces grandeurs physiques.

II.2. Définition d’un capteur :

a .Capteur : Un capteur est un organe de prélèvement d'information qui élabore à

partir d'une grandeur physique, une autre grandeur physique de nature différente (très

souvent électrique). Cette grandeur représentative de la grandeur prélevée est

utilisable à des fins de mesure ou de commande

-température - signal logique (TOR)

- signal analogique

- signal numérique

- pression

- force

Figure II.1 : schéma de capture

Capteur

Energie

SignalÉlectriqueGrandeur

Physique


19

b. Généralités sur les capteurs :

Un capteur est un transducteur capable de transformer une grandeur physique en

une autre grandeur physique généralement électrique (tension) utilisable par l’homme

ou par le biais d’un instrument approprié.

Le capteur est le 1er élément d’une chaîne de mesure ou d’instrumentation

Figure II.2: Chaine de mesure

II.3. Les différents types de capteurs :

Un capteur n’est jamais parfait, il convient de connaître avec la plus grande précision

possible son état d’imperfection. De plus, il faut prendre en compte la perturbation

apportée au système par la mesure.

Le concepteur d’une chaîne instrumentale aura donc des choix à opérer.

II.3.1 Capteur analogique :

Les capteurs analogiques servent à transformer une grandeur physique en un autre

type de variation d’impédance, de capacité, d'inductance ou de tension. Un signal

est dit analogique si l’amplitude de la grandeur physique qu’il représente peut prendre

une infinité de valeurs dans un intervalle donné. Ainsi, on peut dire que la tension de

secteur sinusoïdale (230VAC) est un signal de type analogique.

- signal continu : c’est un signal qui varie “ lentement ” dans le temps et qu’on

retrouve en sortie d’une sonde de température, de pression ou encore d’une photo

résistance.

- temporel : c’est la forme de ce signal au cours du temps. C’est aussi la trace du

signal sur l’écran d’un oscilloscope.


20

- fréquentiel : c’est le spectre fréquentiel qui transporte l’information désirée :

Figure II.3: schéma de capteur analogique

II. 3.2 Capteur logique :

Le signal ne comporte que deux états ou valeurs possibles. La transition correspond

au franchissement d'un seuil de la part du mesurande . Ces capteurs de type tout ou

rien portent le nom de détecteurs. Par exemple : Capteur de fin de course de vérin

3 .3) Capteur numérique :

Le signal élaboré par le capteur, est directement codé sous une forme numérique au

sein même du capteur. Par exemple : Roue codeuse. [2]

II.4. Structure interne d’un capteur :

Généralement un capteur est constitué d'un corps d'épreuve et d'un capteur actif ou

passif. Les parties constitutives d’un capteur sont les suivantes [2]

Figure II.4: Structure interne d’un capteur


21

Le mesurande : c'est l'objet de la mesure ou plus simplement la grandeur à mesurer.

1) Corps d’épreuve :

Réagit sélectivement à la grandeur à mesurer en fournissant une grandeur mesurable

proportionnelle

2) Élément de transduction (détecteur)

Transforme la réaction du corps d’épreuve en un signal compatible

3) Module de conditionnement

Lorsque nécessaire, permet l’alimentation de l’élément de transduction (élément

passif)

Assure une mise en forme appropriée du signal de sortie

Transmet le signal de mesure

II.5. Choix d'un Capteur :

Les capteurs de pression, force, poids et couple sont utilisés dans pratiquement

tous les secteurs de la recherche et de l’industrie. Dans ces différents domaines, les

normes d’utilisation, les environnements, les étendues de mesure, les précisions

recherchées sont des plus divers. Des paramètres, essentiels pour les uns, peuvent être

sans importance pour les autres (Encombrement, masse, prix,…). Il découle de ce

contexte qu’il existe sur le marché une multitude de capteurs adaptés aux divers cas

d’utilisation possibles.

Le choix d’une technologie est fondé d’une part sur les performances offertes et

d’autre part sur les prix. Actuellement, quelles que soient les technologies, les séries


22

de fabrication sont limitées à quelques centaines d’unités identiques. A performances

équivalentes, les capteurs possédant des éléments de transduction et des électroniques

simples (exemples : capteurs résistif) ont des prix très compétitifs relativement aux

autres technologies (exemples : capteurs inductifs ou capacitifs) qui nécessitent

souvent une électronique associée assez complexe. [2]

II.6 les capteur de température :

II.6 .1 Méthode électrique :

En se basant sur la variation thermique de la valeur d’une résistance, sur l’effet

Seebeck ou sur la sensibilité thermique de la fréquence d’oscillation d’un quartz .

Ces méthodes ont l’avantage d’une plus grande souplesse d’emploi.

II.6.1.1 Thermomètres à résistance et à thermistance :

Le fonctionnement des thermomètres à résistance et des thermistances est basé

sur le même phénomène physique, à savoir la variation de la résistance électrique

d’un conducteur avec la température .

II.6.1.2 Thermomètres à thermistance :

Une thermistance est un agglomérat d’oxydes métalliques frittés, c’est à-dire


23

rendus compacts par haute pression exercée à température élevée, de l’ordre de

150 bars et 1000 °C.

Il existe deux types de thermistance. Les CTN à coefficient de température négatif, et

les CTP à coefficient de température positif.

II.6.1.3 Thermometers par thermocouple:

a . Principe de thermocouple :

Deux fils composés de métaux différents sont raccordés à leurs extrémités et que

l’une d’elles est chauffées, il se produit une circulation de courant continu dans le

circuit. C’est l’effet thermoélectrique.

Figure II.5 : schéma de principe de thermocouple

b. La fonction d’usage du thermomètre :

La fonction d’usage du thermomètre numérique est de mesurer la température

ambiante et de fournir une information visuelle quantifiant celle-ci.


24

Figure II.6: fonctionnement générale de capteur

1) Fonction « ALIMENTATION »

Elle fournit, de manière autonome, l’énergie électrique dont

-Entrée: aucune.

-Sortie: Vp: énergie électrique régulée en tension a 4.2 V.

2) Fonction principale 1 « CAPTAGE DE LA TEMPERATURE »

Elle produit une tension proportionnelle à la température de l’air ambiant.

-Entrée: air ambiant.

-Sorties: tension.

VT°: tension proportionnelle à la température de l’air ambiant


25

3) Fonction principale 2 « SYNCHRONISATION »

Elle fournit deux signaux d’horloge.

-L’un commande la fonction principale 3 : Conversion Analogique / Numérique

-L’autre est nécessaire à la fonction principale 4 « VISUALISATION ».

-Entrée: aucune.

-Sorties: D: signal logique de début de cycle de mesure.

Fd: signal logique de fond d’affichage

4) Fonction principale 3 « CONVERSION ANALOGIQUE /

NUMERIQUE »

Lorsqu’elle en reçoit l’ordre de FP2 (fonction principale 2), elle convertit la tension

proportionnelle à la température issue de FP1 (fonction principale 1) en une valeur

décimale relative.

Entrées: VT°: tension proportionnelle à la température issue de FP1.

D: signal de début de cycle de mesure.

-Sorties: BCD: 12 bits traduisant 3 chiffres décimaux codés en binaire.

S: signal logique d’indication du signe (négatif ou positif).

M: signal logique d’ordre de mémorisation des 3 chiffres.


26

5) Fonction principale 4 « VISUALISATION »

Elle mémorise et affiche la valeur fournit par FP3.

-Entrées: 12 bits traduisant 3 chiffres décimaux codés en binaire (BCD).

S: signal logique d’indication du signe (négatif ou positif).

M: signal logique d’ordre de mémorisation des 3 chiffres.

-Sortie: information visuelle relative a la température

II.7 . Capteur LM35 :

Lm35 est un capteur de température précis est facilement calibré.

Il fonctionne comme une diode zener dont la tension de claquage est directement

Proportionnelle à la température absolue avec un facteur proportionnel de +10mV/°K.

Avec une impédance dynamique inferieur à 1Ω. Il peut fonctionner de -40°C à 200°C

sous un courant constant pouvant varier de 400μA à 5mA. La tension à ces bornes est

de 5V à 25°C [3]

Le capteur de température LM35 est un capteur analogique de température fabriqué

par Texas Instruments. Il est extrêmement populaire en électronique, car précis, peu

couteux, très simple d'utilisation et d'une fiabilité à toute épreuve.

Le capteur de température LM35 est capable de mesurer des températures allant de -

55°C à +150°C dans sa version la plus précise et avec le montage adéquat, de quoi

mesurer n'importe quelle température.

Figure II.7 : le circuit LM 35


27

Détail de l'image "Capture d'écran des différentes versions de LM35" :

Figure II.8: schéma Capture d'écran des différentes versions de LM35

II.8 Capteur de la lumière :(d’après MIH Valentin, LEROI Thomas et MERTZ

Steve)

- La Photorésistance : Résistance dont la valeur varie (diminue en général) en fonction

de l’intensité lumineuse.

→ Utilisé notamment pour faire varier la lumière artificielle en fonction de la lumière

du jour

Figure II.9: photorésistance LDR


28

II.9. Les Types de capteur :[4]

1- Les Capteurs de Lumière (d’après MIH Valentin, LEROI Thomas et

MERTZ Steve)

a. La Photorésistance :

b . La Photodiode : Diode qui lorsqu’elle est polarisée en inverse,

Produit un courant (IR) qui augmente proportionnellement à l’intensité lumineuse.

→ Utilisé dans la fibre optique.

c.Le Phototransistor : transistor dont la base est sensible aux rayonnements

lumineux. Il créé un courant lorsque qu’il est éclairée sa sensibilité est entre 100 et

400 fois supérieure à celle d’une photodiode mais le courant d’obscurité est aussi plus

important. De plus la constante de temps est plus importante (base plus épaisse) et

donc la fréquence de coupure plus basse que celle des photodiodes. → Utilisé dans les

optocoupleurs

.

d. La Capteur Photographique :

Il convertit un signal rayonnement électromagnétique (UV, visible ou IR) en

un signal électrique analogique.


29

→ Utilisé dans les appareils photos afin de convertir une lumière en un signal qui sera

numérisé afin d’obtenir une image numérique.

2) Les Capteurs de Force (HOUPERT Gael)

Les capteurs de force sont des capteurs de type, jauges de contrainte. La jauge de

contrainte est une pièce qui sous l’effet d’une force va s’étirer longitudinalement.

Elle est utilisée principalement pour la pesée d'objet ou de personne, ou pour mesurer

des efforts de traction et de compression.

Il y a différentes types de capteurs à jauges de contraintes tel que:

- les capteurs de mesures de flexions qui sont des capteurs de force précis & stables de

type à flexion, généralement d'étendue de mesure allant de 0.5N à +/- 125N. Ils

trouvent généralement leurs applications dans des mesures de forces avec un

encombrement réduit.

- capteurs de mesures de tractions & de compression: en "s" qui sont des capteurs

conçus pour mesurer des efforts de 0N à ± 20000daN. On les retrouve généralement

dans des applications de mesures de tractions et de compressions.

-Pan-Cake qui est un capteur conçus pour les mesures de poids allant de 0kg à

100tonnes. On les trouve aussi dans des mesures de tractions et de compressions.

-Etalons pouvant mesurer de 0N à 30 MN. Il est utilisé pour la même chose que le

précédent, donc les mesures de tractions et de compressions.

-Miniature mesurant de 0kgf à 5000kgf. Retrouvé dans des applications telles que la

pesée de camion, silos, réservoirs…


30

3) Les Capteurs de Son (MAFIOLY Raphaël, VOURIOT Florian et LURASCHI

Yann)

Entendre la voix d’un ami, cela peut sembler banal. Pourtant ce n’est pas possible sur

la lune.

En effet, le son est une onde, une vibration qui se propage dans un milieu matériel en

l’occurrence dans l’air. Ce sont les molécules qui en se serrant puis en s’espaçant

permettent au son de se propager. Sur la lune, il n’y a pas d’air donc pas de son. Le

premier microphone a été inventé le 4 mars 1877 par Emile Berliner, mais c’est

Alexandre Graham Bell qui inventa le premier microphone réellement utilisable.

Les trois types de micro (électrodynamique) :

- Le microphone dynamique à bobine mobile :

Une membrane vibre suivant les molécules d’air, cette membrane entraîne en

vibration une petite bobine de cuivre dans l’entrefer d’un aimant, ce qui produit une

petite tension induite aux bornes de la bobine qui sera ensuite exploitée pour le

traitement. Ce type de micro ne nécessite pas d’alimentation la tension image du son

et produite directement par la bobine.

Le Shure SM-58 est un microphone dynamique cardioïde unidirectionnel pour voix.

Le SM58 est considéré comme le micro chant de référence pour la sonorisation live. Il

est robuste et bon marché.

Pression acoustique= 1Pa=94 dB SPL

Bande passante 50Hz à 15 000 Hz

Impédance 150ohm

- Le microphone électrostatique à condensateur :

Cette technologie est une référence en matière de réponse transitoire.

Le microphone électrostatique à électret est un proche voisin du micro à condensateur

mais qui possède un composant à polarisation permanente.

Pression acoustique=140dB SPL


31

Bande passante 20Hz à 20 000Hz, Impédance 150ohm

- Le microphone électrostatique magnétique :

Il est utilisé principalement sur les guitares électriques, les basses les pianos

électriques ou encore les violons électriques, pour capter la vibration des cordes

métalliques.

Le champ magnétique de l'aimant traverse notamment la bobine, laquelle est soumise

aux variations de ce champ induit par les cordes en mouvement – elles jouent le rôle

d'un diaphragme mobile qui fait varier la force contre-électromotrice parcourant la

bobine. Ces micros ne peuvent pas directement produire de tension en sorti il est

nécessaire de leur apporté une alimentation appeler alimentation fantôme

Figure II.10 : CAPTEUR SCHERTLER ELECTRODYNAMIQUE


32

Le codeur incrémental est surtout utilisé dans les systèmes dont le traitement de

l'information est entièrement numérique. Ses impulsions sont comptabilisées de façon

à donner une information concernant la position (nombre d'impulsions délivrées

depuis une position d'origine) ou /et une information concernant la vitesse (nombre

d'impulsions par unité de temps). Dans ce dernier cas, il évite l'emploi d'une

génératrice tachymétrique (il est cependant peu précis aux très basses fréquences de

rotation).

Chapitre III

Résultats etinterprétations

Chapitre III Résultats et interprétations

34

Introduction :

Dans ce chapitre nous allons développer les étapes nécessaires pour aboutir à la

réalisation de notre de projet, qui consiste à concevoir un circuit électronique capable

de chronométrer les durées de gel le long de l’année dans les régions froide et dans

les régions qui sont caractérisées par des saisons hivernales très sévères, où la

température baisse au dessous de 0°C et -5°C.

Le principe est basé sur l’utilisation d’un système de détection de la température de la

région où est installée la carte, et des périodes de jours et de nuits. Ce système est

composé de deux capteurs : un capteur de température et un capteur de lumière.

La carte électronique d’une manière générale est basée sur l’utilisation du

microcontrôleur 16F877A possédant un nombre suffisant de ports d’entées/sorties et

doté de la fonction de conversion analogique/numérique existante sur plusieurs ports.

Un afficheur LCD est implanté dans la carte pour afficher les séquences de

chronométrage des périodes de gel pendant le jour et pendant la nuit et cela en

fonction des informations issues du système de détection. En plus des composants

électronique discrets, une logique de programmation est implantée dans le la mémoire

du microcontrôleur qui nécessite donc des outils de programmation et de simulation

tels que : (Mikroc et PROTEUS, WINNPIC 800).

III.3.1 Principe de fonctionnement :

Le circuit électronique est composée du schéma bloc représenté sur la figure…..il est

donc constitué des suivantes :

1- La détection.

2- La conversion A/N.

3- Le chronométrage (compteur de durée).

4- L’affichage LCD et voyants lumineux.


35

Figure III.1 : Schéma bloc de la carte électronique

III.3.2. Fonction de détection :

Cette fonction est composée de deux capteurs :

a- Le capteur de température

b- Le capteur de lumière.

Capteur de température :

Le LM35 est un capteur à circuit intégré qui peut être utilisé pour mesurer la

température avec un signal électrique proportionnel à la température (en ° C)

Nous pouvons mesurer la température avec plus de précision que l'aide d'une

thermistance.

Ce composant est scellé et non soumis à l'oxydation.

Le LM35 génère une tension de sortie plus élevée que les thermocouples et ne peut

exiger que la tension de sortie soit amplifiée.

Il a une tension de sortie est proportionnelle à la température Celsius. Le facteur

d'échelle est 0.1V/°. Il ne nécessite pas de calibration externe ou de taille et maintient

une précision de + / -0,4 °C à température ambiante et + / - 0,8 ° C sur une plage de 0

°C à +100 °C.

Capteur detempérature

Capteur delumière

C.A .NChronométrage de

durées degel

AffichageLCD


36

Le capteur a une sensibilité de 10 mV /°C

Température (° C) * Vout = (100°C / V)

Donc, si Vout est 1V, puis, la température = 100 °C La tension de sortie varie

linéairement avec la température. [02]

Figure III.2: Le capteur LM35

Le capteur retenu est le LM35 de National Semi conducteurs: on le trouve facilement

dans le commerce, il n'est pas très cher (environ 3,35 euros en version DZ, moins de 8

euros en version CZ) et sa mise en œuvre s'avère des plus simples.

Le capteur de température (température sensor ) LM35 décliné en plusieurs versions,

le LM35 est un circuit intégré calibré en usine pour être utilisé comme capteur de

température de précision. Sa principale particularité tient en ceci que sa tension de

sortie Vout est linéairement proportionnelle à la température exprimée en degrés

Celsius. Plus exactement, la tension de sortie Vout augmente de 10 mV chaque fois

que la température augmente de 1°C.

Parmi les points forts de ce capteur, mentionnons sa consommation très faible (de

l'ordre de 60 µA), d'où une puissance dissipée également très faible, et sa linéarité qui

demeure excellente sur toute sa plage de sensibilité. Cette plage va de -40°C à +110°C

pour les LM35C et de 0°C à 100°C pour les LM35D.

Voyons à quoi ressemble le LM35, qui existe sous différents boîtiers et sous de

multiples références, que l'on distingue grâce au suffixe.

La Datascheet nous apprend que le LM35 (toutes versions confondues) doit être

alimenté sous une tension +Vs comprise entre 4 V et 30 V, et que la tension de sortie


37

Vout sera comprise entre +6,0 V et -1,0 V (valeurs absolues), le courant de sortie

n'excédant jamais 10 mA.

S'agissant de la précision, un critère à ne pas négliger pour un capteur, on aura:

LM35C: +/- 1°C (valeur garantie) et +/- 0,4°C à 25°C (typique)

LM35D: +/- 1,5 °C (valeur garantie) et +/- 0,6°C à 25°C (typique)

On le voit, la différence est minime et on s'orientera sans hésiter vers un LM35DZ,

deux fois moins onéreux qu'un LM35CZ.

a- Capteur de la lumière :

Définition :

Les capteurs de lumière sont des composants électroniques de type

transducteur qui réalisent la conversion d'un signal lumineux en signal électrique

photorésistance ou LDR.

Ils sont donc capable de donner une image de la grandeur physique mesurée, la

lumière ou précisément la luminosité, grâce à une autre grandeur physique, la

résistance.

Figure III.3: Capteur LDR

Principe de fonctionnement :

Une photorésistance est un composant électronique dont la résistance dépend

du flux lumineux auquel il est exposé. Elle se nomme aussi LDR (Light-Dépendent

Résistor) ou cellule photoconductrice. Elle permet de détecter la lumière et la

convertir en un signal électrique.


38

On utilise principalement la photorésistance pour mesurer l’intensité lumineuse, qui

s’exprime en Lux (éclairement lumineux). Il existe également d’autres unités pour

mesurer ce type de données, telles que le Candela (cd) qui est utilisé pour calculer la

luminance, exprimée en cd/m² ou encore le lumen noté lm, qui mesure le flux

lumineux.

Une photorésistance est composée d'un semi-conducteur à haute résistivité. Si la

lumière incidente est de fréquence suffisamment élevée, les photons absorbés par le

semi-conducteur donneront aux électrons liés assez d'énergie pour sauter dans la

bande de conduction donneront aux électrons liés assez d'énergie pour sauter dans la

bande de conduction, les électrons libres (avec leurs trous d'électron) ainsi produits

abaissant la résistance de l'ensemble.

La valeur de la résistance (en Ohms) de ces capteurs change en fonction de la quantité

de photons qui les atteint. Il est ainsi possible de détecter un changement de

luminosité brusque tel que l’allumage d’une lumière.

Figure III.4: Schéma synoptique du principe de fonctionnement de l’LDR

Variation de la tension en fonction de l’éclairement:

Le schéma électronique sous ISIS figure III .5, nous montre que le capteur est

associé à une résistance de 10kΩ, constituant d’un pont diviseur de tension. Les

tensions mesurées aux bornes de l’LDR traduisent l’intensité lumineuse captée à la

surface du composant.

Figure.III.5 : Schéma synoptique d’étalonnage la LDR sous ISIS


39

III.3.3 Convertisseur analogique numérique (ADC) :

III.3.1 Définition :

Le signal électrique est une tension analogique continue qui doit être discrétisé

pour pouvoir être stocké. Cette discrétisation ou numérisation est réalisée par un

module appelé Convertisseur Analogique/Numérique (CAN). Il est utilisé pour

échantillonner le signal électrique d’entrée, c’est-à-dire mesurer le plus souvent à des

intervalles réguliers la valeur de ce signal électrique et ainsi produire une suite de

valeurs binaires qui constituent le signal discrétisé ou signal numérique.

Donc la fonction conversion analogique numérique consiste a transforme une

grandeur électrique en une grandeur numérique exprimée sur N bits. Cette grandeur

de sortie représente, dans le système de codage qui lui est affecté, un nombre

proportionnel à la grandeur analogique d’entrée. Le CAN intégré dans le 16F877 aune

résolution de 10 bits qui permet d’attribuer 1024 valeurs numériques à notre signal

d’entrée. Il donne une précision en 5V de 5Mv environ, ce qui constitue une précision

considérable [1].

Figure.III.6 : Schéma fonctionnel de la fonction conversion analogique numérique

du PIC 18F.


40

-Une fonction multiplexage qui permet de diriger les huit lignes analogiques vers une

sortie.

-La fonction CAN qui est un convertisseur 10 bits à approximation successives.

L’entrée de cette fonction s’effectue sur un échantillonneur bloqueur qui permet de

maintenir constante, la tension à convertir durant le temps de conversion.

-Une fonction mémorisation qui permet de mémoriser le résultat de la conversion

dans deux registres de 8 bits chacun (ADRESH : résultat poids forts ; ADRESL :

résultat poids faibles).

-Une fonction de contrôle qui permet de sélectionner les entrées analogiques et de

contrôler la conversion (le lancement et la fin de la conversion) qui est réalisée par

deux registres ADCON0 et ADCON1.

- Les bus d’adresses et de données permettent la communication avec l’unité

arithmétique logique et les autres registres mémoires du microcontrôleur.

Sélectionner la fréquence d’horloge du convertisseur ;

-sélectionner le canal ou l’entrée analogique sur laquelle doit être effectuée la

conversion.[2]

III.3.3.2 Principes du convertisseur analogique numérique :

- convertir une tension analogique, comprise entre deux tension de référence Vref- et

Vref+, en une valeur numérique N sur n bits

- Un système de commande comportant un microprocesseur peut se schématiser de la

manière suivante [3 ]

Figure III.7: Schéma fonctionnel


41

III.3.3.3 Les étapes de conversion :

1-L’échantillonnage

2-action de prélever la valeur du signal à intervalle fixe et répétitif

3-Fréquence des échantillons: Te

4-Le blocage

5-Temps de conversion non nul

6-Maintien de la valeur pendant ce temps

Figure III.8: L’échantillonneur bloqueur: schéma de principe

III.3.4 Conversion de grandeur numérique de tension en grandeur physique :

Pour pouvoir afficher sur l’écran LCD les valeurs exactes des températures détectées par

les capteurs, il est intéressant de faire une correspondance entre les valeurs des tensions

détectées à l’entrées du port RA0 (port ADC) et les températures qu’il faudrait afficher. Pour

cela nous avons configuré les ports RC et RD en sortie et faire apparaître ces valeurs en

binaires sur ces ports. Nous procédons ensuite à une conversion des valeurs binaires en

décimales. Tableau. 1.


42

La courbe est linéaire et qui passe par l’origine elle possède donc la forme suivante :

Y = a*x

La pente a étant calculée à partir de la courbe : a = 0.49.

Y = 0.49*x

Tableau III.1: Correspondance entre les tensions et les valeurs de températures à afficher

sur l’écran LCD

Tension

détectées

en mV

Températures

affichées

0 0

2 1

4 2

6 3

8 4

10 5

13 6

15 7

17 8

19 9

21 10

31 15

41 20

52 25

62 30

82 40

103 50

123 60

144 70

164 80

185 90

205 100


43

Figure III.9 : Courbe permettant de déterminer la relation entre les valeurs de tension

détectées et les températures à afficher l’écran LCD.

III.3.5 Chronométrage de durée de gèle :

III.3.5 .1 principe de circuit électronique :

Si on utiliser un circuit électronique pour concevoir un chronomètre électronique, le

schéma est suive :

Figure III.10 : Schéma de circuit électronique

0 50 100 150 2000

20

40

60

80

100 Courbe linéaire : tension- température

Tem

péra

ture

affi

chée

en

°C

Tensions en décimales lues sur les ports C et D

Horloge Compteur Décodeur Afficheur


44

III.3.5.2 Programmation :Une utilisant les boucle sans fin La structure d’une

boucle sans fin il a suivant :

Figure III.11: L’organigramme de la boucle sans fin programmation

Début

delais

Traitement 1

Traitement 2

Test1

Test 2

Test 3

Traitement 3

Test 3

Traitement 3

Test n

Traitement n


45

III.3.6 Système d’affichage LCD (Light Control Display) :

a. Présentation :

Dans notre projet, nous avons utilisé un afficheur LCD, autrement appelé un

afficheur à cristaux liquides. Il consomme relativement de 1 à 5 mA et constitué de

deux lames de verre, distantes de 20 μm environ, sur lesquelles sont dessinées les

mers nantisses, formant les caractères. L’application entre les deux faces d’une

tension alternative basse fréquence de quelques volts (3 à 5 V), le rend absorbant. Un

afficheur à cristaux liquide ne peut être utilisé qu’avec un bon éclairage ambiant. Son

lisibilité augmente avec l’éclairage.[4]

Figure .III.12 : Image d’un afficheur LCD 2*16.

Plusieurs afficheurs sont disponibles sur le marché et diffèrent les uns des autres,

non seulement par leurs dimensions, (de 1 à 4 lignes de 6 à 80 caractères), mais aussi

par leurs caractéristiques techniques et leur tension de service. Certains sont dotés

d'un rétro éclairage de l'affichage. Cette fonction fait appel à des LED montées


46

derrière l'écran du module, cependant cet éclairage est gourmand en intensité (de 80 à

250 mA) Ils sont très utilisés dans les montages à microcontrôleur, et permettent une

grande convivialité. Ils peuvent aussi être utilisés lors de la phase de développement

d'un programme, car on peut facilement y afficher les valeurs de différentes variables.

b. Principe des cristaux liquides LCD :

Sont dessinées les mantisses formant les caractères. L'espace entre elle est rempli

de cristal liquide normalement réfléchissant (pour les modèles réflectifs).

L'application entre les deux faces d'une tension alternative basse fréquence de

quelques volts (3 à 5 V) le rend absorbant. Les caractères apparaissent sombres sur

fond clair. N'émettant pas de lumière, un afficheur à cristaux liquides réflectif ne peut

être utilisé qu'avec un bon éclairage ambiant. Sa lisibilité augmente avec l'éclairage.

Les modèles transmissifs fonctionnent différemment: normalement opaque au repos,

le cristal liquide devient transparent lorsqu'il est excité l'éclairer par l'arrière, comme

c'est le cas pour les modèles rétro éclaire L'afficheur est constitué de deux lames de

verre, distantes de 20 μm environ, sur les quelles

c. Brochage :[5]

Un circuit intégré spécialisé est chargé de la gestion du module.

Il remplit une double fonction : d'une part il commande l'affichage et de l'autre se

charge de la communication avec l'extérieur.

Figure .III.13 : Brochage de circuit LCD


47

Tableau III.2 : Brochage du connecteur

III.3.7 Programmation :

III.3.7.1 Partie de contrôle le (pic 16f877A):

La commande de processus nécessite un circuit intégré qui a pour rôle le

traitement, rapide de l’information. Notre choix est porté sur le PIC16F877A de

MICROCHIP, à Bus de données 8bits /16bits et une fréquence de fonctionnement

élevée, jusqu'à 20 MHz et CAN, PWM….etc. le PIC constitue le cœur de notre

réalisation. Il contient le programme nécessaire à la génération de contrôle des

différentes grandeurs physiques.


48

a. Définition :

Un PIC est un microcontrôleur, il possède une unité de traitement de

l’information de type microprocesseur à laquelle est ajouté des périphériques internes

permettant de réaliser des montages sans utiliser beaucoup de composants externes.

Les Pics sont des composant dits RISC (Reduced Instructions Set Computer), ou

encore (composant à jeu d’instruction réduit).

Figure III.13: Schéma de l’unité de contrôle et de traitement (PIC 16F877A)

b. Principales caractéristiques du PIC 16F877A : [06]

Le PIC 16F877 est caractérisé par:

1. Une fréquence de fonctionnement élevée, jusqu'à 20MHz.

2. Une mémoire vive de 368 octets.

3. Une mémoire morte EEPROM de 256 octets pour la sauvegarde des données.

4. Une mémoire de type FLASH de 8 K mots (1mot = 14 bits)


49

5. Chien de garde WDT.

6. 33lignes d'entrées /sorties. Chaque sortie peut sortir un courant maximum de 25

mA.

7. 3 Temporisateurs:

8. TIMER0 : compteur 8 bits avec pré-diviseur.

9. TIMER1 : compteur 16 bits avec pré-diviseur

10. TIMER2 : compteur 8 bits avec pré-diviseur

11. 2 entrées de captures et de comparaison

12. Un convertisseur Analogique Numérique 10 bits avec 8 entrées multiplexées.

13. Une interface de communication série asynchrone et synchrone (USART/SCI).

14. Une tension d'alimentation entre 2 et 5.5 V [05]

c .Mémoires du PIC :

- Mémoire FLASH

C'est dans celle-ci qu'est stocké le programme du PIC.

- Mémoire RAM:

Fait partie de la zone d'adressage des données.

- Mémoire EEPROM:

L'EEPROM est une mémoire de stockage de données.

d. Architecture Externe:

- Le boîtier du PIC 16F877 décrit par la figure 1.4 comprend

- 40 pins : 33 pins d'entrées/sorties,

4 pins pour l'alimentation,

2 pins pour l'oscillateur

1 pin pour le reset (MCLR).

- La broche MCLR sert à initialiser le pic qui dispose de plusieurs sources de RESET

- Les broches VDD (Broche 11 et 32) et VSS (Broche 12 et 31) servent à alimenter le

PIC.

- On remarque qu'on a 2 connections «VDD» et 2 connections «VSS». [05]


50

Figure III.14: pic 16F877A microcontrôleur avec configuration des pins.

e. Architecture interne :

L’architecture interne de PIC16F877, commune à la majorité des

microcontrôleurs Mid-range. Le microcontrôleur PIC16F877 répond tout à fait à nos

demandes. Il dispose de 40 broches, d’une mémoire programme de 8Kmots, d’une

RAM de 368 octets, ne prend que très peu de place et il dispose de nombreux modules

périphériques internes. ) La figure représenté structure interne de pic16f877. [05]


51

Figure III.15: Structure interne du PIC16F877.


52

III.3 .7.2 Organigramme :

Dans la partie simulation nous avons utilisé deux types de capteurs de

températures, le LM 35DZ qui permet de détecter des températures dans la gamme

située entre 0 et 150°C, et le LM35CZ, dont la gamme de détection s’étend en plus

des températures positives aux températures négatives qui peuvent aller jusqu’à

-50°C.

a. Organigramme utilisant le capteur LM35DZ


53

Déclaration des variables et des constants

Configuration et initialisations LCD

Configuration de la C A N

Configuration et initialisation des portes d’E/S

Delay=1000ms

Affecter la valeur convertie de RA0 à T

Affecter la valeur convertie de RA1 à L

Afficher ‘’ T= ’’

Afficher ‘’ C ’’

Afficher ‘’ ° ’’

Calculer T=T*0.48

Calculer la valeur entrée de T

L>150

T<0

Chronométrage (jour)

Affichage de la durée de gel

T<0

Chronométrage (nuit)


Début

Utilisation des variables de chronomètre


54

Figure III.15 : schéma d’organigramme de LM 35DZ

b. utilisant le capteur LM35CZ

Début

Déclaration des variable et des constant

Calculer voltdiff =(Temp1-Temp2)

Configuration et initialisation de LCD

Configuration des ports RA0 ,RA1,RA3en ADC

Initialisation de l’ADC

Initialisation des variables de chronomètrage

Delay=1000

-Affecter la valeur chronométrer de RA0 à volt AN0

-Affecter la valeur chronométrer de RA1 à volt AN1

-Affecter la valeur chronométrer de RA3 à L

-Afficher ‘’T=’’

-Afficher ’’C’’

-Afficher le degré

-Calculer Temp1=voltAN0*0 .48

-Calculer Temp1=voltAN0*0 .48

Voltdiff <0

Afficher (-)

Calculer valeur entier à (Temp1-Temp2) Calculer la valeur entriér à (Temp1-Temp2)

Afficher(+)


55

Figure III.16 : schéma d’organigramme utilisant le LM 35CZ

c. Organigramme des séquences de chronométrage:

T = Jr : H3 H2 H1 : M2 M1 : S2 S1

00 C ° Nt : H 3 H2 H1 : M2 M1 : S2 S1

S1, S2= les secondes;

M1, M2=les minutes ;

H1, H2=les heures ;

Jr=les jours ; Nt=les nuit ;

T= la température ;

L>150


LED vert allumée

T< - 4

Chronométrage (Nuit)

Calculer T = voltA0 - voltAN1

Chronométrage ( jour)


LED rouge allumée

T< - 4


56

Début

Incrémenter s1

s1=00

Incrémenter s2

Sis1=10

s1=

s2=6

Sim1=10

s1=0, s2=0

Incrémenter m1

Si m2=6

s1=0 , s2=0 ,m1=0

Incrémenter m2

s1=0 ,s2=0 ,m1=0,m2=0

Incrémenter h1

h1=9

s1=0,

s2=0, m1=0, m2=0, h1=0

Incrémenter h2

Delay 1000ms

SiT<0

h3=9

s1=0 ,s2=0 ,m1=0,m2=0,h1=0,h2=0

Incrémenter h3


57

Figure III.17: schéma d’organigramme de chronométrage

III.3.8 L’implantation de programmation dans pic :

III. 3.8.1 Etapes de programmation du PIC avec le logiciel WINPIC 800: [7]

- Branchez la Carte de programmateur ICPROG universel.

-Premièrement, on lance le programme WINPIC 800.

-On clique sur le bouton « Hardware », on sélectionne le programmateur «JDM» et le

numéro du port série connecté à notre programmateur «COM1».

- On clique sur le bouton « Test hardware », si le programmateur fonctionne

correctement.

- On met le programmateur hors tension et nous insérons le microcontrôleur dans le

programmateur (son support correspondant), en respectant le sens.

-On met ensuite le programmateur à nouveau sous tension. La LED doit s'illuminer.

- On lance à nouveau le logiciel WINPIC 800, et on clique sur le bouton «détection

device», il apparait un message de détection la famille de PIC inséré (PIC 16F877A).

- On clique sur le bouton « Effacer » afin de supprimer l'éventuel contenu de la

mémoire de notre microcontrôleur.

Figure III.18: Fenêtre de suppression du contenu de la mémoire du μ-Contrôleur.


58

- On clique sur le bouton « Ouvrir » afin de sélectionner le fichier HEX à programmer

au sein du microcontrôleur.

Figure III.19 : Schéma de programmateur ICPROG universel.

Le port COM : la lésion entre le PC et le programmateur.

2- Le support du différant type de microcontrôleur.

3- Le LED pour détecté le fonctionnement de la programmation.

III.3.9 Schéma électrique :

III.3.9 .1 schéma électrique utilisant LM35DZ :


59

III.3.9.2 Schéma électrique utilisant LM35CZ :

RA0/AN02

RA1/AN13

RA2/AN2/VREF-/CVREF4

RA4/T0CKI/C1OUT6

RA5/AN4/SS/C2OUT7

RE0/AN5/RD8

RE1/AN6/WR9

RE2/AN7/CS10

OSC1/CLKIN13

OSC2/CLKOUT14

RC1/T1OSI/CCP2 16

RC2/CCP1 17

RC3/SCK/SCL 18

RD0/PSP0 19

RD1/PSP1 20

RB7/PGD 40RB6/PGC 39RB5 38RB4 37RB3/PGM 36RB2 35RB1 34RB0/INT 33

RD7/PSP7 30RD6/PSP6 29RD5/PSP5 28RD4/PSP4 27RD3/PSP3 22RD2/PSP2 21

RC7/RX/DT 26RC6/TX/CK 25RC5/SDO 24RC4/SDI/SDA 23

RA3/AN3/VREF+5

RC0/T1OSO/T1CKI 15

MCLR/Vpp/THV1

U1

PIC16F877A

D7

14D

613

D5

12D

411

D3

10D

29

D1

8D

07

E6

RW5

RS

4

VSS

1

VD

D2

VEE

3

LCD1LM016L

LDR1TORCH_LDR

+88.8AC Volts

+88.8AC Volts

0.0

3

1

VOUT 2

U2

LM35

R1100k

R2330

D1LED-RED

A K

D2

LED-GREEN

R3330

X1CRYSTAL

C1

15p

C2

15p

U1(RA1/AN1)

(+)

LDR1(1)

LDR1(1)

RA0/AN02

RA1/AN13

RA2/AN2/VREF-/CVREF4

RA4/T0CKI/C1OUT6

RA5/AN4/SS/C2OUT7

RE0/AN5/RD8

RE1/AN6/WR9

RE2/AN7/CS10

OSC1/CLKIN13

OSC2/CLKOUT14

RC1/T1OSI/CCP2 16

RC2/CCP1 17

RC3/SCK/SCL 18

RD0/PSP0 19

RD1/PSP1 20

RB7/PGD 40RB6/PGC 39RB5 38RB4 37RB3/PGM 36RB2 35RB1 34RB0/INT 33

RD7/PSP7 30RD6/PSP6 29RD5/PSP5 28RD4/PSP4 27RD3/PSP3 22RD2/PSP2 21

RC7/RX/DT 26RC6/TX/CK 25RC5/SDO 24RC4/SDI/SDA 23

RA3/AN3/VREF+5

RC0/T1OSO/T1CKI 15

MCLR/Vpp/THV1

U1

PIC16F877A

D7

14D

613

D5

12D

411

D3

10D

29

D1

8D

07

E6

RW5

RS

4

VSS

1

VD

D2

VEE

3

LCD1LM016L

0.0

3

1

VOUT 2

U2

LM35

R2330

D1LED-RED

D2

LED-GREEN

R3330

X1CRYSTAL

C1

15p

C2

15p

R110k

+88.8AC Volts

+88.8AC Volts

+88.8AC Volts

D31N4001

D41N4001

U2(VS)

R4100k

LDR1TORCH_LDR


60

III3.10 Résultat de la simulation :

Pour le capteur de température LM35DZ :

Figure.III.20 : Séquence de chronométrage des durées de gel (a) : T=7°C arrêt du

chronométrage (b) : T<= seuil (0°C) affichage de la durée de gel pendant le jour,

(c) : T<= seuil (0°C) affichage de la durée de gel pendant la nuit

Sur la figure. III.20. sont représentées les différentes séquences de chronométrage qui

ont été prise au cours de la simulation, la température seuil est fixée à 0°C. La

(b)

(c)

(a)


61

séquence (a) affiche une durée égale à 0, car la température remonte à 7°C, Lorsque

la température du milieu descend au dessous du seuil et atteint la valeur 0°C pendant

le jour le chronomètre est lancé et affiche une valeur de 26mn et 3s au moment de la

sauvegarde de la séquence de chronométrage. Figure. 20 (b). Pendant la nuit le

chronomètre affiche un temps de gelé de 16mn et 02s.

*Pour le capteur de température LM35CZ :

Figure.III.21: Séquence de chronométrage des durées de gel (a) : T=5°C arrêt du

chronométrage (b) : T<= seuil (-4°C) affichage de la durée de gel pendant le jour,

(c) : T<= seuil (-4°C) affichage de la durée de gel pendant la nuit

Sur la figure. III.21. sont représentées les différentes séquences de chronométrage qui

ont été prise au cours de la simulation, la température seuil est fixée à -5°C. La

(a)

(b)

(c)

(b)

(a)


62

séquence (a) affiche une durée égale à 0, car la température remonte à 5°C, Lorsque

la température du milieu descend au dessous du seuil et atteint la valeur -4°C pendant

le jour le chronomètre est lancé et affiche une valeur de 3mn et 5s au moment de la

sauvegarde de la séquence de chronométrage. Figure. III.21 Pendant la nuit le

chronomètre affiche un temps de gelé de 4mn et 48s.

Nbre d'heure

de gel (Jour)

Nbre d'heure

de gel (nuit)

% de gel

(jour)

% de gel

(nuit)

Septembre 0 0 0

Octobre 0 0 0 0

Novembre 5 10 1,38888889 2,77777778

Décembre 30 60 8,33333333 16,6666667

Janvier 50 70 13,8888889 19,4444444

Février 25 40 6,94444444 11,1111111

Mars 30 35 8,33333333 9,72222222

Avril 15 20 4,16666667 5,55555556

Mai 0 2 0 0,55555556

Juin 0 0 0 0

Juillet 0 0 0 0

Aout 0 0 0 0

Tableau.III.3 : le nombre d’heure de gel (nuit, jour) dans une année


63

Figure III.22 : la Pourcentage de prédictif du gel dans une année

III.10 Réalisation :

Les photos ci-dessous représentent la carte de commande réalisées sur la plaque

d’essai :

02468

101214161820

% prédectif du gel (jour)


63




d’essai :

% prédectif du gel (jour) % prédectif du gel (Nuit)


63




d’essai :


64

Figure .III.23 : la carte de commande

Conclusion :

Dans cette partie nous nous sommes arrivés à élaborer un programme qui permet

d’assurer toutes les fonctions de notre carte électronique, à savoir la conversion


65

analogique- numérique (CAN) du signal détecté par les capteurs, et de lancer ou

arrêter le processus de chronométrage des durées de gel et cela en fonction du seuil de

température choisi. Le programme implanté dans le PIC marche bien et donne les

résultats attendus.

CONCLUSIONGENERALE

Conclusion générale

67

Conclusion générale

Dans ce travail, nous avons atteint notre objectif en concevant une carte électronique basée

sur la logique programmée destinée pour le chronométrage des durées de gel dans les régions

froides. Cette carte est caractérisée par une capacité de comptage de 2000 heures partagées

entres les périodes du jour et celles correspondant à la nuit. Ce qui permet de connaître en

temps réel les durées de gel pendant environ 3 mois.

Cette carte est donc intéressante pour les métrologues, les agriculteurs, les industriels et autre,

car elle les renseigne ce phénomène de gel, ainsi que les périodes et les régions qui

subissent des baisses excessives de températures.

Au cours de ce projet nous avons appris à faire de la programmation en langage C et de savoir

utiliser la détection des grandeurs non électroniques (température et lumière), et de les

convertir à des grandeurs électriques accessibles par la carte, qui permet à son tour

d’effectuer les traitements demandés.

En perspective, nous espérons que ce travail trouvera un suivi par les promotions futur, en

améliorant les performances de notre carte, en se basant sur les points suivants :

1- Augmenter la capacité de comptage.

2- Tracer les courbes de variation de la température en fonction du temps.

3- Elargir son utilisation à d’autres seuils de température autre que 0°C et -4°C.

ANNEXE

I. Nomenclature des composants électroniques utilisés

Composant Référence Quantité Valeur Description

Circuit

Intégré

PIC16F877A 1 / U1

Capteur de

Lumière

LDR 1 / LDR

Quartz / 1 3Mhz X1

Résistance / 2 300 Ω R2, R3,

/ 1 10 K Ω R1

100 K Ω R4

Diodes DiodeIN4007

2 D3, D4

Capteur

Température

LM35 1 / U2

Capacité / 2 15pF C1, C2

LCD 16*2 LM016L 1 / LCD1

LED / 2 / D1, D2

BIBLIOGRAPHIE

BIBLIOGRAPHIE :

Chapitre I :

[1] http://www.linternaute.com/expression/langue-francaise/18428/geler-a-pierre-fendre/

[2] http://meteo-express.com/gel-annuel.html

[3] ttps://fr.wikipedia.org/wiki/Gel

[4] http://www.lemondeforestier.ca/etude-sur-laugmentation-des-charges-lors-de-periode-de-gel/

[5] Béton hors série 10- Hiver 2010-2011.

[6] http://www.sos-expert.com/batiment/cartes/carte-zones-de-gel-en-france

[8] http://mag.plantes-et-jardins.com/actus-dossiers/dossiers/les-degats-du-froid-sur-les-vegetau.

[9] http://mag.plantes-et-jardins.com/actus-dossiers/dossiers/les-degats-du-froid-sur-les-vegetau.

[10] Effet de la température sur la photosynthèse, Gabriel Cornic, Février 2007

[11] http://www.jardinsdefrance.org/nos-plantes-face-au-froid-degats-resistance-tolerance/

[12] 19ème colloque internationale de climatologie, association internationale de climatologie,

Maison

Moët & Chandon 6–9 septembre 2006

[13] http://plantesetcouleurs.fr/culture/voici-pourquoi-le-froid-nest-pas-toujours-le-bienvenu/

[14] https://www.google.fr/#q=+l'effet+du+froid+sur+les+animaux

[15] http://cliniqueveterinairecoupry.fr/fr/article/comment-nos-animaux-resistent-ils-au-froid

[16] http://www.chambon.ac-versailles.fr/science/faune/phy_a/temp.htm

[17]http://ptec.xooit.fr/t26-Cartes-de-France-climat :rusticité, pluie, gel-.htm

CHAPITRE II :

[1]

[2] AKROUMA Yassine, à (2013) : Etude et réalisation d’un capteur numérique deTempérature DS1620 à PIC16F628A. Mémoire de fin d’étude pour master, universitéLarbi Ben M’hidi Oum El Bouaghi

[3]

BIBLIOGRAPHIE

[4] site internet : http://www .les type de capteur

CHAPITRE III :

[1] LEFAF ADIL, à (2015) : conception et réalisation du thermomètre électronique.

Rapport de fin étude .université de MOHAMMED BEN ABDEALLAH

[2] NADJI Salaheddine, à (2013) : Etude et réalisation d’un thermomètre à base demicrocontrôleur pic16f877. Mémoire de fin d’étude pour master, université LarbiBen M’hidi Oum El Bouaghi.

[3] AKROUMA Yassine, à (2013) : Etude et réalisation d’un capteur numérique deTempérature DS1620 à PIC16F628A. Mémoire de fin d’étude pour master, universitéLarbi Ben M’hidi Oum El Bouaghi.

[4] www .wikipidia[5] http:// /cm -électronique/projet- pic/thermomètre L CD

[6] ABIDI.H : «Carte de développement pour microcontrôleur de la famille PIC »Mémoire master, univ-biskra2006.

[7] http://w.w.w.electronique.fr/logiciels

Résumé

Résumé :

Dans ce projet, on propose de faire une étude d’un circuit électronique, qui assure lechronométrage des durées ou la température descend de moins de 0°C dans desmilieux froids. La conception du circuit est basée sur l’utilisation d’un capteur detempérature, qui permet la conversion de cette grandeur en une grandeurélectronique, accessible par la carte.

Des microcontrôleurs pic16F877A bien connus et disponibles sur le marché, sontutilisés.

L’affichage du nombre d’heure est assuré par système d'afficheur LCD 7segments

Mots clés : milieux froids, température, capteurs, compteurs, afficheurs

MEMOIRE DE FIN D ETUDES

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