Les éléments du cahier des charges à respecter pour la conception du portique sont les suivants :
- Etre facilement transportable par l’éleveur d’une parcelle de prairie à une autre, il doit pouvoir également être facilement mis en place ;
- Se situer au niveau d’un passage obligatoire pour les animaux afin d’assurer la régularité des mesures ;
- Etre doté d’une antenne de lecture pour les boucles auriculaire RFID et d’au moins une caméra 3D pour l’appréciation de la croissance et de l’état de santé des animaux ;
- Etre autonome en énergie durant une période suffisante ;
- Les composants nécessaires à sa réalisation devront rester financièrement accessibles pour un éleveur wallon.
Facilité de mise en place et de transport
Différentes solutions de transport habituellement disponibles dans les exploitations agricoles ont été identifiées :
- Tracteur
- Fourches
Le portique devra donc être transportable grâce à un ou plusieurs de ces éléments.
Afin de permettre le déplacement via ces différents moyens, certains éléments ont été (ou vont être) implémentés à la structure. Pour le déplacement via un tracteur, une attache trois points est présente sur la structure. Le déplacement via une fourche sera possible grâce à la forme des poutres placées sous la structure. Il est également prévu d’ajouter des arceaux afin de pouvoir soulever le portique à l’aide de chaines.
Concernant la mise en place facilitée, le choix s’est porté sur une structure complètement fixe pouvant être transportée en un bloc sans montage ni démontage.
Zone de passage obligatoire
La solution la plus simple est de placer le portique comme unique passage vers le point d’eau.
Caméra 3D
De plus en plus, la 3D est présente dans la vision par ordinateur. Différentes technologies d’imagerie 3D existent actuellement. Les principales sont les suivantes :
- LiDAR
- Scanners
- Flash
- Photogrammétrie
- Caméras RGB-D
Le LiDAR (Light detection and ranging) émet et réceptionne des rayonnements laser monochromatiques de longueur d’ondes visibles et dans le proche infrarouge. Il existe différents types de LiDAR : 1D, 2D et 3D. Les lidars 1D donnent une information de distance pour un seul point, cette technologie est trouvée dans les télémètres laser par exemple. Les LiDAR 2D permettent d’avoir l’information de distance pour un nombre fini de points alignés. Concernant les LiDAR 3D, leur but est de donner l’information de distance pour une scène entière et non plus une section comme il était possible d’avoir avec les LiDAR 2D. Pour avoir une haute résolution, deux méthodes existent. La première est de scanner la scène, dans ce cas, le LiDAR sera en mouvement. Il est également possible de fonctionner par flash LiDAR ce qui revient à capturer la scène entière en une seule prise.
La photogrammétrie est, quant à elle, surtout utilisée dans le cadre de photos aériennes. Cette technique permet en général de reconstituer une mosaïque d’images à partir d’images prises par un drone. Le principe est de prendre différentes images autour d’un objet pour en déduire la forme.
Le principe des caméras RGB-D est de combiner l’information de distance à celle des couleurs. L’information de distance et de couleur est prise à chaque image à l’aide d’un seul appareil. Cet appareil peut être composé de deux caméras pour faire de la stéréoscopie par exemple.
Pour le projet, les technologies LiDAR et caméra RGB-D ont été sélectionnées. Les caméras Intel Realsense D430 et Pico Monstar seront utilisées. La première fonctionne par lumière structurée et stéréoscopie. La seconde utilise la technologie LiDAR (flash).
Lecteur RFID
Deux dispositifs d’identification RFID ont été mis à disposition par l’ARSIA. Le premier est l’ agrident ASR550 avec pour alimentation l’AZE156 et pour antenne l’APA206. Le second est l’Allflex RS420, une antenne fixe y a été ajoutée pour l’installer dans le portique. Notre choix s’est porté sur le second dispositif.
Autonomie énergétique
Pour dimensionner le moyen de production d’électricité le plus adapté, il faut calculer la consommation du dispositif et la puissance électrique maximum. Il faut donc en déterminer les besoins en énergie et en puissance.
Les différentes caméras sont reliées à l’ordinateur qui les alimentera, lui-même est relié à l’alimentation en énergie. Le lecteur RFID quant à lui est directement relié à l’alimentation. La puissance de chacun dépend de son utilisation, lors de l’acquisition des images et lors des calculs, la puissance demandée par l’UP Board est d’environ 20W tandis qu’entre deux acquisitions elle est d’environ 10W. Concernant l’antenne, lors de la détection de boucles, la consommation est de 6W alors qu’elle est de 5W en général. En considérant que chaque passage d’animal induit environ 3 min de calculs et que chaque animal passera en moyenne 5 fois par jour sous le portique, le portique sera en pic d’activité 15min par jour par animal. Pour un troupeau de 60 génisses nous serons donc à 900min de pic d’activité par jour. La consommation sur 24h est donc d’environ 525Wh. A cette consommation devra s’ajouter celle du dispositif de télécommunication qui n’a pas encore été estimée. Les besoins en énergie sont donc de 525Wh et les besoins en puissance sont de 26W. Ces deux besoins sont calculés sans le dispositif de télécommunication.
La production d’énergie électrique à partir d’énergie solaire permet de subvenir aux besoins énergétiques et est la technologie la plus adaptée vu la période d’utilisation. Elle est également plus homogène sur le territoire belge et dépend moins de l’emplacement, elle a donc moins de contraintes pour son installation. Les batteries OPzS sont les plus adaptées car résistantes aux températures extrêmes, or le portique se trouvera en extérieur, au soleil. Le régulateur de charges MPPT a un meilleur rendement et ne pas utiliser d’onduleur permet également d’améliorer le rendement.
Pour ce projet, les besoins considérés sont les suivants :
- 3 jours d’autonomie sans production d’électricité
- Une consommation quotidienne de 600 Wh/j
- Un besoin en puissance de 30 W
- Des panneaux inclinés de 35 °
- Une utilisation entre avril et septembre
- Un degré de décharge de 30 % pour les batteries
- Une capacité de courant de charge/décharge maximale de 20 %
- Un régulateur de charge MPPT
- Utilisation de courant continu
Le type d’installation nécessaire est le suivant :
- 1 panneau polycristallin de 260 Wc (Pc = 600 / (0.85 * 0.87 * 3,851) = 211 W) dont le prix est compris entre 117 et 312 €
- 2 batteries OPzS 6 V 546 Ah en série (Cap = (600 x 3) / (0,3 x 12) = 500 Ah) dont le prix est compris entre 1199 et 2601 €
- 1 régulateur type MPTT 100/30 (Accepte : 440 W de puissance maximum des panneaux, 100 V de tension PV maximale de circuit ouvert, 35 A de courant de court-circuit PV maximal) dont le prix est d’environ 200 €
- 1 contrôleur de batterie dont le prix est d’environ 150 €
Le coût du matériel servant à assurer l’autonomie énergétique du portique n’est donc pas négligeable.
Prix abordable
Le prix de la version finale du portique est d’environ 5 800€. Cette somme comprend tout le matériel utilisé (électronique et non électronique).