Détails du sujet
Conception d’un système de commande automatique de l’éclairage à détection multi-capteurs et supervision distante pour la réduction de la consommation d’énergie
Résumé
Auteur : KALAMO Gédéon
Niveau: G3
Département: Genie Electrique
Année Ac: 2024-2025 , | 2025-09-27 09:10:41
Mots clés
Arduino, Proteus, Lampes, Capteurs, Lumieres, Luminaires
Intérêt
Le choix de ce sujet s’inscrit dans un double dynamique :
• D’une part, celle de la lutte contre le gaspillage énergétique, qui constitue une priorité mondiale dans le cadre des Objectifs de Développement Durable (ODD) [4] ;
• D’autre part, celle de l’intégration des technologies de l’automatisme et de la domotique dans les environnements domestiques et professionnels, en pleine expansion.
En effet, un système de commande automatique des lumières contribue non seulement à une gestion intelligente de l’énergie, mais également à une amélioration du confort et de la sécurité des usagers.
Ce système innovant, combinant détection multi-capteurs (présence, luminosité) et supervision distante, optimise la gestion énergétique tout en renforçant le confort et la sécurité des usagers. Pour un pays comme le notre, confronté à un accès irrégulier à l’électricité et à des coûts élevés, sa capacité à réduire les dépenses d’éclairage offre un impact économique significatif aux ménages comme aux institutions. Enfin, ce projet permet à l’étudiant de maîtriser des compétences clés (électronique embarquée, programmation, capteurs intelligents) tout en développant une réflexion sur l’innovation technologique au service de l’efficience énergétique collective.
Problématique
L'éclairage demeure un consommateur majeur d'électricité à l'échelle mondiale, représentant près d'un cinquième de la consommation totale. Ce chiffre souligne le potentiel substantiel d'économies d'énergie dans ce secteur. Dans de nombreux environnements urbains et résidentiels, les systèmes d'éclairage fonctionnent de manière inefficace, souvent en raison d'infrastructures obsolètes ou d'un manque de mécanismes de contrôle intelligents.
Plusieurs facteurs contribuent à cette consommation élevée :
● Négligence et ignorance humaines : Un facteur prépondérant est la tendance humaine à laisser les lumières allumées dans des pièces inoccupées, des bureaux ou des espaces publics, ou pendant des périodes de lumière naturelle suffisante. Ce manque de vigilance se traduit directement par un gaspillage d'énergie.
● Systèmes obsolètes : De nombreuses infrastructures d'éclairage existantes reposent sur des interrupteurs traditionnels et des sources lumineuses inefficaces (par exemple, les ampoules à incandescence), manquant de la capacité d'ajustement dynamique basé sur les conditions en temps réel.
● Fonctionnement continu : Dans les zones publiques comme les rues ou les grands bâtiments commerciaux, les lumières sont souvent programmées pour fonctionner en continu pendant des périodes fixes, indépendamment du besoin réel ou des niveaux de lumière ambiante.
Les conséquences d'une consommation d'énergie excessive sont multiples et interconnectées. Sur le plan environnemental, la forte consommation d'énergie due à l'éclairage contribue de manière significative aux émissions de gaz à effet de serre, aggravant le changement climatique et la dégradation environnementale associée. Parallèlement, pour les ménages, les entreprises et les municipalités, une consommation d'énergie excessive se traduit par des factures d'électricité plus élevées, ce qui représente une contrainte financière importante. Ce coût économique peut être substantiel au fil du temps, impactant les budgets et la rentabilité. La dépendance aux sources d'énergie non renouvelables pour la production d'électricité contribue également à l'épuisement des ressources naturelles finies, soulignant la nécessité de la conservation .
La problématique de la consommation énergétique excessive crée une boucle de rétroaction économique et environnementale. L'augmentation des coûts de l'électricité et la réduction des émissions de CO2 ne sont pas des problèmes distincts, mais sont intrinsèquement liés. Une consommation d'énergie élevée entraîne des coûts accrus, souvent dus à la combustion de combustibles fossiles, ce qui conduit à davantage d'émissions .
Le système proposé par ce travail offre ainsi un double avantage : des économies financières et une protection environnementale, le rendant attractif pour un large éventail de parties prenantes.
De plus, l'inefficacité actuelle de la gestion de l'éclairage, marquée par la négligence humaine, peut être comparée à une "intervention tardive" dans la gestion de crise. L'énergie est gaspillée avant qu'une intervention manuelle ne se produise ou que le problème ne soit remarqué. Un système automatique agit comme une mesure proactive, prévenant le gaspillage avant qu'il ne s'accumule, plutôt que de réagir après coup. Cette approche préventive est essentielle pour maximiser les gains d'efficacité.
Ainsi, faisant face à ces problèmes, le présent travail cherche des solutions efficaces et adaptives pouvant les résoudre de la meilleure façon possible. Pour y arriver, les questions suivantes vont nous guider.
• Comment l’intégration combinée de capteurs (PIR, lumière, bruit) et d’une horloge temps réel affecterait-elle la pertinence et la précision de la commande automatique de l’éclairage dans un bâtiment ?
• Dans quelle mesure la supervision et le contrôle à distance via une application mobile ou une interface web contribueraient-ils à l’efficacité énergétique et à l’acceptabilité du système ?
• Dans quelle mesure l’implémentation d’un système intelligent de gestion de l’éclairage basé sur des capteurs et une supervision à distance contribuerait-elle à la réduction de la consommation énergétique et à l’amélioration de l’efficacité énergétique dans un bâtiment ?
Plan provisoire
Le présent travail de fin de cycle, qui se limite uniquement à la conception et à la simulation du système automatisé, est subdivisé en quatre chapitres :
• Chapitre I : Revue des concepts fondamentaux : Ce chapitre présente les concepts fondamentaux de l'éclairage, aborde la question de la consommation énergétique associée aux systèmes d'éclairage, et fournit un aperçu des systèmes de commande automatique existants.
• Chapitre II : Spécifications fonctionnelles et architecture du système : On y développe les exigences fonctionnelles du système.
• Chapitre III : Conception et simulation sous Proteus : Ce chapitre décrit l’élaboration du schéma de simulation, les composants utilisés, la programmation sous Arduino IDE, ainsi que les tests réalisés dans Proteus.
• Chapitre IV : Analyse des résultats et conclusion : On y évalue les performances du système simulé, les apports en économie d’énergie, les limites rencontrées, et les perspectives d’amélioration futures. Hypothèses
En réponse aux questions de recherche posées, les hypothèses suivantes sont formulées :
1. L’utilisation simultanée des capteurs PIR, de lumière et de bruit, combinée à la prise en compte des plages horaires via une horloge temps réel, permettrait non seulement de réduire les cas d’allumage intempestif ou inutile des lampes, mais aussi d’optimiser les scénarios d’allumage automatique en fonction des besoins réels, tout en offrant une configuration dynamique adaptable aux différents contextes d’utilisation grâce aux modes de fonctionnement sélectionnés (éco, nuit, manuel).
2. La possibilité de contrôle à distance via une application mobile, enrichie par l’accès à des statistiques et un retour visuel en temps réel sur une interface web, permettrait à l’utilisateur de mieux maîtriser l’état du système, de réduire significativement la consommation d’énergie, et, grâce à l’intégration d’alertes ou de notifications, de renforcer son interaction avec le système, améliorant ainsi son efficacité globale.
3. L’automatisation de l’éclairage à partir de capteurs, combinée à la supervision à distance et à l’accès aux données en temps réel, permettrait de réduire les durées d’allumage inutiles, d’identifier les gaspillages énergétiques, et ainsi d’améliorer l’efficacité énergétique globale du bâtiment tout en diminuant les coûts liés à la consommation électrique.
Méthodes
Pour vérifier nos hypothèses et valider la conception, nous combinons une approche méthodologique rigoureuse à des techniques éprouvées.
a. Méthodes utilisées
• La méthode analytique : Elle nous a permis d’analyser les situations réelles de gaspillage énergétique dues à une gestion manuelle de l’éclairage, ainsi que les limites des solutions classiques. Cette analyse critique a servi de base à l’élaboration d’une nouvelle approche fondée sur l’automatisation intelligente de l’allumage et de l’extinction des lumières.
• La méthode descriptive : Cette méthode a été utilisée pour décrire de manière détaillée le système de commande automatique conçu, en mettant en évidence les différents composants (capteurs, microcontrôleur, relais, luminaires), leurs interactions, ainsi que le comportement attendu du système dans différents scénarios d’utilisation.
• La méthode SysML (Systems Modeling Language) : Méthode adaptée à la modélisation de systèmes complexes, elle nous a permis de représenter graphiquement le fonctionnement du système à travers des diagrammes de cas d’utilisation, des blocs fonctionnels et des logigrammes. L’utilisation de SysML a facilité la structuration et la compréhension du système automatisé, tout en offrant une base claire pour la simulation.
b. Techniques utilisées
Dans le cadre de notre étude, nous avons eu recours à plusieurs techniques de recherche afin de collecter, analyser et interpréter les données nécessaires à la réalisation de notre travail. Ces techniques sont les suivantes:
• La technique documentaire : Cette technique nous a permis de recueillir des informations pertinentes à partir de diverses sources écrites et numériques. Nous avons consulté des ouvrages spécialisés, des articles scientifiques, des mémoires, des publications en ligne, ainsi que des documents techniques relatifs à notre thématique. Cette démarche nous a permis de comprendre les concepts clés, les approches méthodologiques utilisées par d'autres chercheurs, et d’enrichir notre cadre théorique. L’analyse des documents a également servi de base à la comparaison entre la théorie et notre propre expérience sur le terrain.
• La technique expérimentale : Grâce à cette technique, nous avons pu procéder à la simulation de notre système à l’aide du logiciel Proteus. Cette phase expérimentale a été essentielle pour tester la faisabilité et le fonctionnement du montage que nous avons conçu, sans devoir le réaliser physiquement dans un premier temps. La simulation nous a offert la possibilité de visualiser le comportement du système, de détecter d’éventuelles erreurs, et d’apporter des ajustements avant une éventuelle mise en œuvre pratique.
• La technique d'observation : L’observation directe sur le terrain a constitué un outil précieux pour confronter les données théoriques aux réalités vécues. En nous rendant dans les bâtiments concernés par notre étude, nous avons pu observer de manière attentive les installations électriques existantes, les conditions de fonctionnement, ainsi que les contraintes réelles du milieu. Cette immersion nous a permis de mieux cerner les problèmes concrets et de proposer des solutions adaptées au contexte.
Bibliographie
U. N. E. Programme, The Rapid Transition to Energy Efficient Lighting: An Integrated Policy Approach, UNEP.
IPCC, Climate Change 2022: Mitigation of Climate Change, Contribution of Working Group III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press, Aug. 2022.
E. Y. ADEBIAYE, Etude conception et realisation d'un systeme de gestion de l'énergie dans le batiment, Cotonou, Bénin, 2020.
U. N. G. Assembly, "Lutte contre le gaspillage énergétique et ODD," 2015.
U. V. à. T. l. d. l. Precision-LED, «precision-led,» 5 2025. [En ligne]. Available: https://www.precision-led.fr/de-lobscurite-a-la-lumiere-un-voyage-a-travers-lhistoire-de-leclairage-1800-a-nos-jours/. [Accès le 1 Septembre 2025].
G. Stefan et T. Daniel, L’éclairage intérieur : Efficacité énergétique de l’éclairage, Zurich: Faktor, 2011.
JUnit.org. [En ligne]. Available: http://www.junit.org. [Accès le 2 Janvier 2019].
Directeur & Encadreur
Directeur: BARAKA Olivier MUSHAGE
Encadreur: Bertille Japhet MUSHAGASHA
Status
Décision ou observation:
Feu vert:
Déposé : NON
Défendu: NON
Finalisé: NON
Conception d’un système de commande automatique de l’éclairage à détection multi-capteurs et supervision distante pour la réduction de la consommation d’énergie
Résumé
Auteur : KALAMO Gédéon
Niveau: G3
Département: Genie Electrique
Année Ac: 2024-2025 , | 2025-09-27 09:10:41
Mots clés
Arduino, Proteus, Lampes, Capteurs, Lumieres, LuminairesIntérêt
Le choix de ce sujet s’inscrit dans un double dynamique :• D’une part, celle de la lutte contre le gaspillage énergétique, qui constitue une priorité mondiale dans le cadre des Objectifs de Développement Durable (ODD) [4] ;
• D’autre part, celle de l’intégration des technologies de l’automatisme et de la domotique dans les environnements domestiques et professionnels, en pleine expansion.
En effet, un système de commande automatique des lumières contribue non seulement à une gestion intelligente de l’énergie, mais également à une amélioration du confort et de la sécurité des usagers.
Ce système innovant, combinant détection multi-capteurs (présence, luminosité) et supervision distante, optimise la gestion énergétique tout en renforçant le confort et la sécurité des usagers. Pour un pays comme le notre, confronté à un accès irrégulier à l’électricité et à des coûts élevés, sa capacité à réduire les dépenses d’éclairage offre un impact économique significatif aux ménages comme aux institutions. Enfin, ce projet permet à l’étudiant de maîtriser des compétences clés (électronique embarquée, programmation, capteurs intelligents) tout en développant une réflexion sur l’innovation technologique au service de l’efficience énergétique collective.
Problématique
L'éclairage demeure un consommateur majeur d'électricité à l'échelle mondiale, représentant près d'un cinquième de la consommation totale. Ce chiffre souligne le potentiel substantiel d'économies d'énergie dans ce secteur. Dans de nombreux environnements urbains et résidentiels, les systèmes d'éclairage fonctionnent de manière inefficace, souvent en raison d'infrastructures obsolètes ou d'un manque de mécanismes de contrôle intelligents.Plusieurs facteurs contribuent à cette consommation élevée :
● Négligence et ignorance humaines : Un facteur prépondérant est la tendance humaine à laisser les lumières allumées dans des pièces inoccupées, des bureaux ou des espaces publics, ou pendant des périodes de lumière naturelle suffisante. Ce manque de vigilance se traduit directement par un gaspillage d'énergie.
● Systèmes obsolètes : De nombreuses infrastructures d'éclairage existantes reposent sur des interrupteurs traditionnels et des sources lumineuses inefficaces (par exemple, les ampoules à incandescence), manquant de la capacité d'ajustement dynamique basé sur les conditions en temps réel.
● Fonctionnement continu : Dans les zones publiques comme les rues ou les grands bâtiments commerciaux, les lumières sont souvent programmées pour fonctionner en continu pendant des périodes fixes, indépendamment du besoin réel ou des niveaux de lumière ambiante.
Les conséquences d'une consommation d'énergie excessive sont multiples et interconnectées. Sur le plan environnemental, la forte consommation d'énergie due à l'éclairage contribue de manière significative aux émissions de gaz à effet de serre, aggravant le changement climatique et la dégradation environnementale associée. Parallèlement, pour les ménages, les entreprises et les municipalités, une consommation d'énergie excessive se traduit par des factures d'électricité plus élevées, ce qui représente une contrainte financière importante. Ce coût économique peut être substantiel au fil du temps, impactant les budgets et la rentabilité. La dépendance aux sources d'énergie non renouvelables pour la production d'électricité contribue également à l'épuisement des ressources naturelles finies, soulignant la nécessité de la conservation .
La problématique de la consommation énergétique excessive crée une boucle de rétroaction économique et environnementale. L'augmentation des coûts de l'électricité et la réduction des émissions de CO2 ne sont pas des problèmes distincts, mais sont intrinsèquement liés. Une consommation d'énergie élevée entraîne des coûts accrus, souvent dus à la combustion de combustibles fossiles, ce qui conduit à davantage d'émissions .
Le système proposé par ce travail offre ainsi un double avantage : des économies financières et une protection environnementale, le rendant attractif pour un large éventail de parties prenantes.
De plus, l'inefficacité actuelle de la gestion de l'éclairage, marquée par la négligence humaine, peut être comparée à une "intervention tardive" dans la gestion de crise. L'énergie est gaspillée avant qu'une intervention manuelle ne se produise ou que le problème ne soit remarqué. Un système automatique agit comme une mesure proactive, prévenant le gaspillage avant qu'il ne s'accumule, plutôt que de réagir après coup. Cette approche préventive est essentielle pour maximiser les gains d'efficacité.
Ainsi, faisant face à ces problèmes, le présent travail cherche des solutions efficaces et adaptives pouvant les résoudre de la meilleure façon possible. Pour y arriver, les questions suivantes vont nous guider.
• Comment l’intégration combinée de capteurs (PIR, lumière, bruit) et d’une horloge temps réel affecterait-elle la pertinence et la précision de la commande automatique de l’éclairage dans un bâtiment ?
• Dans quelle mesure la supervision et le contrôle à distance via une application mobile ou une interface web contribueraient-ils à l’efficacité énergétique et à l’acceptabilité du système ?
• Dans quelle mesure l’implémentation d’un système intelligent de gestion de l’éclairage basé sur des capteurs et une supervision à distance contribuerait-elle à la réduction de la consommation énergétique et à l’amélioration de l’efficacité énergétique dans un bâtiment ?
Plan provisoire
Le présent travail de fin de cycle, qui se limite uniquement à la conception et à la simulation du système automatisé, est subdivisé en quatre chapitres :• Chapitre I : Revue des concepts fondamentaux : Ce chapitre présente les concepts fondamentaux de l'éclairage, aborde la question de la consommation énergétique associée aux systèmes d'éclairage, et fournit un aperçu des systèmes de commande automatique existants.
• Chapitre II : Spécifications fonctionnelles et architecture du système : On y développe les exigences fonctionnelles du système.
• Chapitre III : Conception et simulation sous Proteus : Ce chapitre décrit l’élaboration du schéma de simulation, les composants utilisés, la programmation sous Arduino IDE, ainsi que les tests réalisés dans Proteus.
• Chapitre IV : Analyse des résultats et conclusion : On y évalue les performances du système simulé, les apports en économie d’énergie, les limites rencontrées, et les perspectives d’amélioration futures.
Hypothèses
En réponse aux questions de recherche posées, les hypothèses suivantes sont formulées :1. L’utilisation simultanée des capteurs PIR, de lumière et de bruit, combinée à la prise en compte des plages horaires via une horloge temps réel, permettrait non seulement de réduire les cas d’allumage intempestif ou inutile des lampes, mais aussi d’optimiser les scénarios d’allumage automatique en fonction des besoins réels, tout en offrant une configuration dynamique adaptable aux différents contextes d’utilisation grâce aux modes de fonctionnement sélectionnés (éco, nuit, manuel).
2. La possibilité de contrôle à distance via une application mobile, enrichie par l’accès à des statistiques et un retour visuel en temps réel sur une interface web, permettrait à l’utilisateur de mieux maîtriser l’état du système, de réduire significativement la consommation d’énergie, et, grâce à l’intégration d’alertes ou de notifications, de renforcer son interaction avec le système, améliorant ainsi son efficacité globale.
3. L’automatisation de l’éclairage à partir de capteurs, combinée à la supervision à distance et à l’accès aux données en temps réel, permettrait de réduire les durées d’allumage inutiles, d’identifier les gaspillages énergétiques, et ainsi d’améliorer l’efficacité énergétique globale du bâtiment tout en diminuant les coûts liés à la consommation électrique.
Méthodes
Pour vérifier nos hypothèses et valider la conception, nous combinons une approche méthodologique rigoureuse à des techniques éprouvées.a. Méthodes utilisées
• La méthode analytique : Elle nous a permis d’analyser les situations réelles de gaspillage énergétique dues à une gestion manuelle de l’éclairage, ainsi que les limites des solutions classiques. Cette analyse critique a servi de base à l’élaboration d’une nouvelle approche fondée sur l’automatisation intelligente de l’allumage et de l’extinction des lumières.
• La méthode descriptive : Cette méthode a été utilisée pour décrire de manière détaillée le système de commande automatique conçu, en mettant en évidence les différents composants (capteurs, microcontrôleur, relais, luminaires), leurs interactions, ainsi que le comportement attendu du système dans différents scénarios d’utilisation.
• La méthode SysML (Systems Modeling Language) : Méthode adaptée à la modélisation de systèmes complexes, elle nous a permis de représenter graphiquement le fonctionnement du système à travers des diagrammes de cas d’utilisation, des blocs fonctionnels et des logigrammes. L’utilisation de SysML a facilité la structuration et la compréhension du système automatisé, tout en offrant une base claire pour la simulation.
b. Techniques utilisées
Dans le cadre de notre étude, nous avons eu recours à plusieurs techniques de recherche afin de collecter, analyser et interpréter les données nécessaires à la réalisation de notre travail. Ces techniques sont les suivantes:
• La technique documentaire : Cette technique nous a permis de recueillir des informations pertinentes à partir de diverses sources écrites et numériques. Nous avons consulté des ouvrages spécialisés, des articles scientifiques, des mémoires, des publications en ligne, ainsi que des documents techniques relatifs à notre thématique. Cette démarche nous a permis de comprendre les concepts clés, les approches méthodologiques utilisées par d'autres chercheurs, et d’enrichir notre cadre théorique. L’analyse des documents a également servi de base à la comparaison entre la théorie et notre propre expérience sur le terrain.
• La technique expérimentale : Grâce à cette technique, nous avons pu procéder à la simulation de notre système à l’aide du logiciel Proteus. Cette phase expérimentale a été essentielle pour tester la faisabilité et le fonctionnement du montage que nous avons conçu, sans devoir le réaliser physiquement dans un premier temps. La simulation nous a offert la possibilité de visualiser le comportement du système, de détecter d’éventuelles erreurs, et d’apporter des ajustements avant une éventuelle mise en œuvre pratique.
• La technique d'observation : L’observation directe sur le terrain a constitué un outil précieux pour confronter les données théoriques aux réalités vécues. En nous rendant dans les bâtiments concernés par notre étude, nous avons pu observer de manière attentive les installations électriques existantes, les conditions de fonctionnement, ainsi que les contraintes réelles du milieu. Cette immersion nous a permis de mieux cerner les problèmes concrets et de proposer des solutions adaptées au contexte.
Bibliographie
U. N. E. Programme, The Rapid Transition to Energy Efficient Lighting: An Integrated Policy Approach, UNEP.IPCC, Climate Change 2022: Mitigation of Climate Change, Contribution of Working Group III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press, Aug. 2022.
E. Y. ADEBIAYE, Etude conception et realisation d'un systeme de gestion de l'énergie dans le batiment, Cotonou, Bénin, 2020.
U. N. G. Assembly, "Lutte contre le gaspillage énergétique et ODD," 2015.
U. V. à. T. l. d. l. Precision-LED, «precision-led,» 5 2025. [En ligne]. Available: https://www.precision-led.fr/de-lobscurite-a-la-lumiere-un-voyage-a-travers-lhistoire-de-leclairage-1800-a-nos-jours/. [Accès le 1 Septembre 2025].
G. Stefan et T. Daniel, L’éclairage intérieur : Efficacité énergétique de l’éclairage, Zurich: Faktor, 2011.
JUnit.org. [En ligne]. Available: http://www.junit.org. [Accès le 2 Janvier 2019].
Directeur & Encadreur
Directeur: BARAKA Olivier MUSHAGEEncadreur: Bertille Japhet MUSHAGASHA
Status
Décision ou observation:Feu vert:
Déposé : NON
Défendu: NON
Finalisé: NON