Vers des Bâtiments Intelligents pour l’élevage de volailles


Thèse de Master, 2019
112 Pages

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Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
1. Contexte général
2. Problématique
3. Objectifs
4. Organisation de Mémoire

Chapitre 1: Les concepts d’Internet Des Objets
I. Introduction
II. Internet des objets.
1. Evolution du Web et de l’Internet
2. Définition de l’IoT
3. Technologies utilisées dans l’IoT
4. Domaines d’applications de l’IoT
5. Travaux existants dans l’IoT
6. Travaux futurs
7. Risques de l’IoT pour la sécurité
III. Conclusion

Chapitre 2 : La filière avicole en Algérie
I. Introduction
II. La filière avicole
1. L’évolution de la filière avicole en Algérie
2. L’élevage de poulets de chair
2.1 Bâtiment d’élevage de poulet
2.1.1 Présentation du bâtiment d’élevage
2.1.2 Les équipements d’un bâtiment d’élevage
2.2 Les conditions d’ambiance climatique dans le bâtiment d’élevage
2.3 Cycle de production
3. Vers une aviculture intelligente
III. Conclusion

Chapitre 3 : Etude de la partie matérielle du projet
I. Introduction
II. Etude de la partie matérielle
1. Présentation des choix de la solution
1.1 Carte Arduino
1.2 Carte NodeMCU
1.3 Carte Raspberry Pi
1.4 Les Critères de choix de la solution
1.5 Etude comparative
1.6 La Carte ESP
2. Capteurs / Accessoires utilisés
2.1 Capteur de Luminosité LDR
2.2 Capteur de température / humidité DHT
2.3 Capteur de CO2 SEN
2.4 Capteur de qualité de l’air MQ-
2.5 Module GSM SIM800L
2.6 Module Relais
2.7 Ventilateur
2.8 Autres composants
3. Etude socioéconomique
III. Conclusion

Chapitre 4 : Analyse & Conception du système
I. Introduction
I I. Spécification des besoins
1. Besoins Fonctionnels
1.1. La Supervision
1.2. Gestion Des Lieux
1.3. Gestion Des Alertes
2. Les besoins Techniques
III. Démarche de modélisation
1. Choix du modèle de conception
IV. Conception
1. La conception software
1.1 Identification les acteurs du système
1.2 Diagramme de cas d’utilisation
1.2.1 Diagramme de cas d’utilisation Globale
1.2.2 Diagramme de cas d’utilisation « Gestion des lieux »
1.2.3 Diagramme de cas d’utilisation « Gestion des Alertes »
1.2.4 Diagramme de cas d’utilisation « Consulter l’historique »
1.2.5 Diagramme de cas d’utilisation « Gérer les bâtiments d’élevages »
1.3 Diagramme de classes
1.3.1 Classe Centre d’alerte
1.3.2 Classe Equipement
1.3.3 Classe capteur :
1.3.4 Classe évènement
1.3.5 Classe SmartFerme
1.4 Diagrammes de séquence
1.4.1 Diagramme de séquence « Superviser l’état des bâtiments d’élevages »
1.4.2 Diagramme de séquence « Gestion des lieux »
1.4.3 Diagramme de séquence « Scénario d’Alarme »
1.4.4 Diagramme de séquence « Consulter l’historique »
1.4.5 Diagramme de séquence « gérer les bâtiments d’élevage »
2. Le déploiement du système
2.1 Architecture Du Système
2.2 La conception des composants électronique
2.2.1 Schéma du système de détection de température et d’humidité
2.2.2 Schéma du système de détection de Gaz Ammoniac
2.2.3 Schéma du système de détection de Gaz CO
2.2.4 Schéma du système de détection de luminosité
2.2.5 Schéma du système d’envoi des Messages
2.2.5 Schéma du système du branchement des différents équipements
V. Conclusion

Chapitre 5 : Implémentation et Tests
I. Introduction
I I. Présentation de la plateforme
1. Module Tableau de bord
2. Module Historique
3. Module Command
4. Module Gestion de la ferme
5. Module Alerte
III. Test & Evaluation du système
1. Test de fonctionnalité de système
2. Evaluation des performances du système
IV. Environnement ET Outils de développement
V. Conclusion

Conclusion Générale

Bibliographie

REMERCIEMENTS

En préambule à ce mémoire, nous remercions ALLAH qui nous a aidé et donné la patience et le courage durant cette longue année d’étude.

Nous souhaitons adresser nos remerciements les plus sincères aux personnes qui nous ont apporté leur aide et qui ont contribué à l’élaboration de ce mémoire ainsi qu’à la réussite de cette formidable année universitaire.

Ces remerciements vont tout d’abord à notre promotrice Mme LEILA OUAHRANI Pour sa disponibilité tout en long de la réalisation de ce Mémoire, Ainsi pour son inspiration, aide et son suivi.

Nous remercions très chaleureusement aussi, Mr BENNOUAR DJAMAL, Notre encadreur, pour sa confiance et ses encouragements.

Nos remerciements iront également vers tous ceux qui ont accepté avec bienveillance de participer au jury de ce mémoire.

On n’oublie pas nos parents pour leur contribution, leur soutien et leur patience.

Enfin, nous adressons nos plus sincères remerciements à tous nos proches et amis, qui nous ont toujours encouragées au cours de la réalisation de ce mémoire

Merci à tous et à toutes

Dédicaces

Je dédie ce modeste travail

À mes parents qui depuis mon plus jeune âge ont toujours fait leur maximum, en consacrant temps et argent, pour m’éveiller et m’encourager dans mes passions. C’est grâce à vous et pour vous que j’ai fait mon mémoire. Aucun mot sur cette page ne saurait exprimer ce que je vous dois, ni combien je vous aime. Qu’Allah vous bénisse, vous assiste, vous vienne en aide

A mon binôme OUTHMAN

A mes chers frères, sœurs et mes neveux

A ma promotrice Mme LEILA OUAHRANI A mon encadreur Mr BENNOUAR DJAMAL

A tous mes collègues, plus particulièrement : MOHAMED, YOUCEF, FETHI ABDELGHAFAR, OMAR, AYMEN, MOUSTAFA et toute la section Master2

SIR

en témoignage de mon amitié sincère;

A tous mes amis, plus particulièrement : HOSSIN, ZINOU, AHMED, ABDERAOUF

en témoignage de mon amitié sincère;

A tous ceux qui m’ont soutenu, qu’ils trouvent ici l’expression de mon

Amour et ma profonde

Gratitude

Dédicaces

Je dédie ce modeste travail

A mes parents, à mes chères sœurs, à mon frère « YOUCEF » pour m’avoir encouragé, Sans eux, je n’en serais pas là.

J’exprime toute ma reconnaissance et gratitude à l’administration et à l’ensemble du corps enseignant de l’Université de (SAAD DAHLAB) pour leurs efforts à nous garantir la continuité et l’aboutissement de ce programme deMaster.

Je tiens à remercier aussi et chaleureusement mes encadreurs Mme (OUAHRANI) et Mr (BENNOUAR DJAMAL) de m’avoir permis de mener ce travail, pour leur engagement et leur soutien ainsi que pour la pertinence de leur remarques et de leur feed-back.

Mes vifs remerciements vont également aux membres du jury pour l’intérêt qu’ils ont porté à notre recherche en acceptant d’examiner notre travail et de l’enrichir par leurs propositions.

Enfin, Je tiens également à remercier toutes les personnes qui ont participé de près ou de loin à la réalisation de ce travail, à mes amis, ma famille, Merci.

Résumé

Notre projet vise à moderniser le secteur avicole en Algérie en mettant en place un système de contrôle et de régulation automatique dans les bâtiments d’élevage de volailles. Ce système permettra aux éleveurs, à travers internet, le contrôle efficace de leurs bâtiments d’élevage afin d’assurer d’une part une excellente production quantitative et qualitative et d’autre part réduire les coûts exploitation via l’automatisation et le contrôle automatique. Pour concrétiser cette idée, nous avons divisé le projet en trois parties:

La première partie consiste à la mise en place d’un réseau de capteurs couvrant toute la surface d’élevage puis le raccorder à un centre de traitement, ce qui permet le suivi en temps réel de l’état des paramètres climatiques dans les bâtiments.

Dans la deuxième partie, nous avons développé une plateforme qui permet via internet de : visualiser les paramètres climatiques en temps réel et de les enregistrer dans une base de données, configurer les consignes du régulateur et intervenir manuellement sur les actionneurs de bâtiment...

Enfin nous avons réalisé un prototype d’un bâtiment d’élevage qui nous a permis de tester les performances et le bon fonctionnement de notre système.

Motsclés: secteur avicole, Système de contrôle, bâtiments d’élevage, réseau de capteurs, paramètres climatiques, application web, base de données, Prototype.

Abstract

Our project aims to update the Algerian poultry sector through achieving an automated control system for poultry farms. This system will allow breeders through the internet to effectively control poultry building to ensure excellent quantitative and qualitative production on one hand and reduce operation costs through automation and automated control. To achieve this idea we split the project into 3 parts:

First is to create a network of sensors to cover the entire breeding area and then link them to the treatment center, allowing real time monitoring of the climatic conditions and parameters in the breeding buildings.

Second we have developed a platform interface that enables through the internet to: see real time climate information on the main interface, store it in the database, adjust the control and performs manual intervention on the controls in the poultry building. And last, we have created a prototype to test the performance and the conduct of the project.

KEYWORDS: poultry sector, control system, breeding building, sensor network, climate parameters, web application, database, prototype.

Liste des figures

Figure 1: Une nouvelle dimension pour l’IoT

Figure 2 Quelques exemples sur les objets connectés

Figure 3 Différentes catégories de réseaux sans fil

Figure 4 Exemples des capteurs sans fil

Figure 5 exemple d’un système RFID

Figure 6 Domaines d’application de l’IoT

Figure 7 Exemple d’un bâtiment d’élevage (Photo source personnelle) (la Ferme de l’ORAC Meftah-Blida)

Figure 8 Les interactions entre les paramètres de l’ambiance climatique

Figure 9 Le poulailler en période de démarrage (Photo source personnelle) (Bellat Boufarik - Blida-)

Figure 10 Le poulailler en période de croissance (Photo source personnelle) (Bellat Boufarik -Blida-)

Figure 11 Le poulailler en période de finition (Photo source personnelle) (Bellat Boufarik - Blida-)

Figure 12 Exemples des cartes Arduino

Figure 13 Exemples des cartes NodeMcu

Figure 14 Carte Raspberry Pi

Figure 15 schéma de brochage de l’ESP

Figure 16 Une Photorésistance avec son symbole

Figure 17 Capteur DHT11 et son schéma de brochage

Figure 18 Capteur de CO2 SEN

Figure 19 Capteur de qualité de l’air MQ-135

Figure 20 le module GSM SIM800L

Figure 21 Un relais à 8 canaux

Figure 22 Ventilateur 12 volts

Figure 23 diagramme de cas d’utilisation global

Figure 24 : diagramme de cas d’utilisation “Gestion des lieux”

Figure 25: diagramme de cas d’utilisation “ Gestion des Alertes “

Figure 26:Diagramme de cas d’utilisation «Consulter l’historique»

Figure 27 Diagramme de cas d’utilisation «Gérer les bâtiments d’élevages»

Figure 28 Diagramme des classes

Figure 29: Classe Centre d’alerte

Figure 30: Class Equipement

Figure 31 Classe capteur

Figure 32Classe évènement

Figure 33 Class SmartFarm

Figure 34 Classe Bâtiment

Figure 35 Diagramme de séquence «Superviser l’état des bâtiments d’élevages»

Figure 36 Diagramme de séquence « Gestion des lieux »

Figure 37 Diagramme de séquence «Scénario d’Alarme»

Figure 38 Diagramme de séquence «Consulter l’historique»

Figure 39 Diagramme de séquence «gérer les bâtiments d’élevage»

Figure 40 Schéma globale du système à concevoir

Figure 41 Schéma du système de détection de température et d’humidité

Figure 42 Schéma du système de détection de Gaz Ammoniac

Figure 43 Schéma du système de détection de Gaz CO

Figure 44 Schéma du système de détection de luminosité

Figure 45 Schéma du système d’envoi des Messages

Figure 46 Schéma du système du branchement des différents équipements

Figure 47 Vue sur les Modules de la plateforme développée

Figure 48 Module Tableau de bord qui montre l’évolution des paramètres climatiques

Figure 49 Module Historique « page de Température»

Figure 50 Sous module de Commande

Figure 51 Sous module de Configuration

Figure 52 Module Gestion de la ferme « calendrier»

Figure 53 Partie alerte

Figure 54 les boutons de notification

Figure 56 Enregistrement de l’évolution d’humidité

Figure 57 Enregistrement de l’évolution Température

Figure 58 Enregistrement de l’évolution d’Ammoniac

Figure 59 Enregistrement de l’évolution de carbone dioxyde 85

Liste des tableaux

Tableau 1 L’évolution de la production des viandes blanches en Algérie, Source : .

Tableau 2 Densité à l’intérieur de bâtiments selon le type de production .

Tableau 3 Les différents équipements de bâtiment d’élevage (Photos source personnelle) (Meftah–Blida-)

Tableau 4 Température idéale pour les poussins en fonction de leur âge

Tableau 5 Les normes d’humidité optimale

Tableau 6 Taux de ventilation minimale

Tableau 7 Programme de lumière recommandé

Tableau 8 Etude comparative de quelques cartes disponibles sur le marché

Tableau 9 Estimation du prix de revient de notre projet

Tableau 10 fonctionnalité de systèmes

Liste des Abréviations

RFID: Radio Frequency Identification.

NFC: Near Field Communication.

FTP: File Transfer Protocol.

HTTP: HyperText Transfer Protocol.

URI: Uniform Resource Identifier.

WSN:Wireless Sensor Network.

QOS: Quality Of Service.

ONAB:Office national des aliments du bétail.

ORAC:Office Régional Aviculture du Centre.

ORAVIE:Office Régional Aviculture de l’Est.

ORAVIO:Office Régional Aviculture de l’Ouest.

PPM: Partie par million.

GPIO: General Purpose Input/Output.

RAM: random access memory.

ROM: read only memory.

EPROM: Erasable Programmable Read-Only Memory

TCP/IP:Transmission Control Protocol/Internet Protocol.

WPA: Wi-Fi Protected Access.

WiFi: Wireless Fidelity.

GPS:Global Positioning System.

INTRODUCTION GENERALE

1.Contexte général

La filière avicole connait depuis plusieurs années, un développement important dans tous les pays concernés par la volonté d’augmenter la qualité et la quantité de ces produits avicoles, destinés à la consommation alimentaire des populations. Les avancées technologiques ont pu créer ce qu’on appelle aujourd’hui l’aviculture intelligente et digitale.

En Algérie, La filière avicole a aussi connu un développement notable depuis les années 1980 grâce à l’intervention de l’Etat, et a permis d’améliorer la ration alimentaire du point de vue protéique et de faire vivre plus de deux millions d’employés , Mais malheureusement le fonctionnement de cette filière reste toujours en dessous des normes internationales avec des niveaux technologiques relativement dépassés au regard des standards technologiques en vigueur dans le monde. Ceci se traduit ensuite par des surcoûts à la production, influe sur les prix à la consommation et entrave toute tentative de développement de cette filière. Aujourd’hui, le chalenge est de procurer aux éleveurs, un cadre de travail organisé afin d’améliorer la conduite d’élevage, d’augmenter la production et de mettre à la disposition du consommateur un produit sain de bonne qualité à des prix raisonnables et disponibles le long de l’année.

Dans ce contexte, notre contribution consiste à développer un système informatique pour le contrôle des bâtiments d’élevage en vue d’avoir une ferme intelligente et autonome à basse consommation avec la possibilité de gestion à distance. Ceci doit permettre aux éleveurs de piloter, contrôler et de surveiller en te mps réel l’état de leurs bâtiments d’élevage de volaille. Cette amélioration de l’efficacité technique tente d’apporter un développement considérable dans la filière avicole algérienne en améliorant les rapports coûts/qualités par rapport aux éleveurs et aux consommateurs en même temps.

2.Problématique

Malgré tous les efforts fournis par l’état à travers différents programmes de développent, à ce jour le fonctionnement du secteur avicole reste archaïque. En effet, une simple inspection dans les endr oits de production montre que la grande partie des fermes d’élevage est à caractère privé non évolutif et très classique dans les modèles de production(ventilation statique, défaillances d’équipement, maîtrise insuffisante des conditions d’ambiance climatique, les boitiers de régulation ne fonctionnent pas le plus souvent , la régulation se fait donc d’une façon manuelle et par l’observation de l’éleveur...). C’est ainsi qu’un grand retard technologique est remarqué au niveau des différents processus de production. Malheureusement ces processus ne répondent pas aux normes zootechniques, et entrainent par la suite, une faible productivité avec des surcoûts de produit pour le consommateur. Aujourd’hui, nous pensons que la production de volaille en Algérie peut être améliorée grâce à l’utilisation de solutions dites «Smart». Parallèlement à la production, d’autres facteurs peuvent être améliorés comme le confort des employés et leur sécurité ainsi que la fiabilité des équipements et leur bonne marche.

3.Objectifs

L’objectif de notre projet de fin d’études est de réaliser un système informatique qui permettrait le contrôle efficace et optimal des paramètres d’un environnement d’élevage de volaille. L’environnement est souvent représenté par un garage dans lequel évolue un nombre important de sujet (poulet, dinde etc..). Le contrôle efficace de l’environnement d’élevage de volaille assure d’une part une excellente production quantitative et qualitative et d’autre part réduire les coûts d’exploitation via l’automatisation et le contrôle automatique des activités quotidiennes dans les bâtiments d’élevage. Dans sa forme finale, ce système doit permettre aux éleveurs via l’internet de :

- Controller l’état des paramètres climatiques des différents bâtiments d’élevage de la ferme en temps réel (avec alerte via SMS/Appel dans les cas anormaux)
- Configurer les consignes du régulateur selon le type de sujet (poulet, dinde etc).
-Possibilité de l’intervention manuelle sur les actionneurs et choisir le type de commande automatique.
- Exploitation des historiques des paramètres climatiques enregistrés sur une base de données et la visualisation de l’analyse de ces données sur des graphes.
- Suivi de l’élevage des différents bâtiments.

4.Organisation de Mémoire

Le premier chapitre est consacré à la notion de l’internet des objets, nous y parlerons des technologies utilisées ainsi que les domaines d’application; ainsi que les difficultés et obstacles. Dans le deuxième chapitre, nous faisons une analyse sur l’évolution de la filière avicole en Algérie avec une description détaillée du bâtiment d’élevage, ses équipements, son processus de production, et enfin les conditions d’ambiance climatiques les plus importants dans la croissance des volailles. Cette analyse est réalisée suite à plusieurs visites que nous avons réalisées dans différentes fermes d’élevage. Le troisième chapitre englobe une description de la partie matérielle du projet, en identifiant le choix du microcontrôleur le plus adapté, ainsi que le choix des capteurs et actionneurs que nous allons utiliser. Le quatrième chapitre est la représentation des besoins et des exigences qui ont incité au développement de ce Système ainsi que la conception que nous avons adopté pour sa réalisation. La réalisation de notre Système est présentée, dans le cinquième chapitre, qui regroupe la présentation de l’environnement de développement et les différentes étapes de la construction du notre prototype, le montage des divers composants, et enfin l’interprétation des résultats des tests effectués. Nous terminons ce rapport par une conclusion générale récapitulative des différentes phases de notre travail, signalant les côtés bénéfiques du projet et énonçant les perspectives du travail élaboré.

Chapitre 1: les concepts d’Internetm DesObjets

I. Introduction

Notre vie quotidienne a été bouleversée par l’évolution de l’Internet, qui nous relie les uns aux autres indépendamment des distances et des fuseaux horaires qui nous séparent. Cette évolution a concouru au développement d’une nouvelle génération d’objets interconnectés et dotés d’une capacité de communication et de détection en utilisant les différentes technologies existantes (technologie RFID, réseaux sans fils,...). Il s’agit donc d’une nouvelle façon d’interagir avec les objets qui peut changer radicalement notre vie, c’est «L’internet des Objets ou plus couramment IoT pour Internet of Things en anglais».

La section suivante est consacrée à l’IoT, l’évolution du web et d’internet, Nous donnons ensuite une brève description de la notion d’objet par rapport à l’IoT, une définition de l’IoT, ainsi que ses objectifs. Par la suite, nous citerons les technologies utilisées dans l’IoT (Bluetooth, Wifi, NFC, RFID...) et les différents domaines d’application. Pour finir, quelques travaux existants sont présentés. Enfin, nou s citerons les risques de l’IoT qui peuvent toucher notre sécurité.

II. Internet des objets

À l’origine, le terme Internet des objets a été utilisé pour la première fois en 1999 par Kevin Ashton pour décrire des objets équipés de puces d’identification par radio fréquence (ou puce RFID). Chaque objet identifié de manière unique et universelle et peut alors être rattaché à un ensemble d’informations le concernant, ces dernières étant lisibles par d’autres machines. Le concept a toutefois évolué avec le temps et s’est généralisé vers une approche consistant à connecter un très grand nombre d’objets du quotidien au réseau Internet, les dotant ainsi d’une identité propre et leur permettant, entre autres, d’offrir des services et de collecter des informations de manière autonome [1].

1. Évolution du Web et de l’Internet

On confond souvent entre ces deux termes. En effet, le Web est un ensemble d’informations, tandis que l’Internet est le réseau informatique qui permet de les transporter (canal de communication), Internet existait avant le Web et proposait bien d’autres services qui fonctionnent toujours aujourd’hui (mail, news, ftp ...).

1.1.Le Web

Le web est une application du réseau Internet était initialement utilisé par des universités à des fins de recherche. Par la suite Il est passé par plusieurs phases distinctes jusqu’à devenir un ensemble de technologies permettant de représenter des ressources identifiées par des adresses uniques (URI) , ces ressources pouvant être des pages Web, mais aussi des fichiers, des flux ou des services (Facebook, Twitter..) [2] . À l’heure actuelle, le Web interconnecte un très grand nombre d’appareils fortement hétérogènes et permet aux utilisateurs de communiquer, de rester en contact et de partager des informations (textes, photos et vidéos) avec d’autre personnes

1.2 L’internet

Contrairement au Web, l ‘Internet se développe et s’améliore constamment. Dans ce contexte l’importance d’Internet des Objets devient considérable, (puisqu’il s’agit de la première véritable évolution d’Internet). Celle-ci donnera lieu à des applications révolutionnaires capables de transformer profondément notre mode de vie, et notre façon d’apprendre, de travailler et de nous divertir [2].

2. Définition de l’IoT

Selon l’Union Internationale des Télécommunications (UIT), L’Internet of Things (IoT) est une « infrastructure mondiale pour la société de l’information, qui permet de disposer de services évolués en interconnectant des objets (physiques ou virtuels) grâce aux technologies de l’information et de la communication interopérables existantes ou en évolution » [3]. L’IoT peut se définir aussi comme étant « un réseau qui relie et combine les objets avec l’Internet, en suivant les protocoles qui assurent leurs communication et échange d’informations à travers une variété de dispositifs. » [4] , Il existe plusieurs définitions sur le concept de l’IoT, mais la définition la plus pertinente a notre travail de recherche est celle proposée par Weill et Souissi qui ont défini l’IoT comme «L’Internet des objets est une extension de l’Internet actuel à tous les objets pouvant communiquer de manière directe ou indirecte avec des équipements électroniques eux-mêmes connectés à l’Internet. Cette nouvelle dimension de l’Internet s’accompagne de forts enjeux en matière technologique, économique, sociétale et de gouvernance» [5] . Cette vision de l’IoT introduira une nouvelle dimension aux technologies de l’information et de la communication qui permettent aux personnes de se connecter à n’importe quel moment depuis n’importe quel place a n’importe quel objet.

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Figure 1: Une nouvelle dimension pour l’IoT [3]

2.1 Sens d’objet pour l’IoT

Un objet avant toute est un entité physique par exemple un livre, un montre, une voiture ou un téléphone ,et l’objet connecté est un matériel a de composants électroniques lui permettant de communiquer des informations avec un autre objet en utilisant une liaison sans fil par exemples Bluetooth ou Wifi etc.

Un objet connecté peut effectuer généralement deux rôles :

- un rôle de capteur pour surveiller l’apparition d’un événement ou récupérer des informations [6] (capteur de température, capteur de présence, mesure de la distance…)
- un rôle d’actionneur pour réaliser une action suite à un événement spécifique mesuré ou détecté [6] (alerte via SMS en cas de danger, allumage du ventilateur à distance …)

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Figure 2 Quelques exemples sur les objets connectés

2.2 Objectifs de l’IoT

L’IoT doit permettre une connectivité pour tout le monde dans tout le temps, partout et idéalement depuis n’importe quelle plate-forme [7].

3. Technologies utilisées dans l’IoT

Plusieurs technologies sont utilisées pour faire communiquer un objet avec Internet. Dans ce qui suit, nous présentons les différents concepts et technologies de l’IoT :

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Figure 3 Différentes catégories de réseaux sans fil

3.1 WWAN (IEEE 802.20)

La norme IEEE 802.20, connue sous le nom de MBWA (Mobile Broadband Wireless Access) a été développée en 2002. Elle permet de créer les réseaux métropolitains mobiles qui ont pour but de permettre le déploiement mondial de réseaux sans fil haut débit à un coût accessible et disponible avec une connexion permanente. Cette norme utilise des bandes de fréquences en dessous des 3,5 GHz. Elle permet des débits maximaux par utilisateur de 1 Mbits/s en descente et 300 Kbit/s en montée avec des cellules d’un rayon de 15 km maximum, Il existe d’autres versions sont prévues, utilisant un canal plus large de 5 MHz permettant des débits de 4 Mbits/s en descente et 1,2 Mbit/s en montée pour chaque utilisateur [8].

3.2 WMAN (IEEE 802.16)

La norme IEEE 802.16 est appelée aussi BWA (Broadband Wireless Access). Elle a pour but de créer des réseaux locaux sans fil de la taille d’une ville. Elle offre une alternative aux réseaux câblés entre différents bâtiments. Il existe plusieurs versions de cette norme. La norme IEEE 802.16 fonctionne dans la bande de fréquence 10 à 66 GHz. La norme IEEE 802.16a fonctionne quant à elle dans la bande de fréquence de 2 à 11 GHz, cette dernière permet la couverture de larges zones jusqu’à 50 Km de rayon et atteindre une bande de fréquence 10 à 66 GHz comme le transport de flux audio/vidéo, la téléphonie numérique. La norme IEEE 802.16e ajoute la mobilité à ces réseaux.

Enfin, la norme IEEE 802.16.2 permet l’inter compatibilité entre toutes les normes 802.16. Toutes Ces dernières incluent la notion de Qualité de Service (QoS) permettant par exemple le transport la voix ou la vidéo [8].

3.3 WLAN (IEEE 808.11)

La norme IEEE 802.11 sert à créer des réseaux sans fil, d’une taille d’une cinquantaine de mètres. Elle est prévue pour transférer de gros débits. Il existe de nombreuses normes dérivées de celle-ci. Les trois plus connues sont la norme 802.11b qui offre un débit de 11 Mbit/s dans la bande de fréquence des 2,4 GHz, la norme IEEE 802.11a qui offre un débit de 54 Mbit/s dans la bande de fréquence des 5,3 GHz et la norme IEEE 802.11g qui est un mariage des deux précédentes en offrant un débit de 54 Mbit/s dans la bande de fréquence des 2,4 GHz [8].

3.4 WPAN (IEEE 802.15)

Elle sert à créer des petits réseaux sans fil, appelés WPAN. Ces réseaux sont de l’ordre d’une dizaine de mètres et sont prévus pour connecter différents périphériques autonomes entre eux (réseaux de capteurs). Cette norme est appelé Bluetooth. En réalité, ce n’est qu’un seul cas de cette norme. La norme IEEE 802.15.1 a été adoptée à partir des spécifications Bluetooth déjà existantes. Mais la norme IEEE 802.15 est divisée en quatre parties [8] :

– IEEE 802.15.1 : Définit le standard Bluetooth1.X permettant un débit d’environ
1 Mbit/s. Ce débit a été multiplié par 24 avec la norme Bluetooth 3.x.
– IEEE 802.15.2 : Définit des recommandations pour l’utilisation de la bande de fréquence des 2.4 GHz (fréquence utilisée par d’autres réseaux sans fil).
–IEEE 802.15.3 : Définit la norme UWB (Ultra Wide Band), standard connu sous le nom de Wimedia, géré par la Wimedia Alliance.
–IEEE 802.15.4 : Définit la norme ZigBee qui possède un débit faible mais à faible consommation d’énergie.

3.5 Wireless Sensor Netowrks :

Les réseaux de capteurs (Wireless Sensor Networks) constituent une catégorie de réseaux bien distincte des quartes familles vues jusqu’ici. Alors que les WWAN, WMAN, WLAN et WPAN sont conçus pour répondre à des problématiques de communications où l’homme est souvent un acteur principal (accès à un réseau global comme Internet, téléphonie, télécommande...), les WSN offrent des moyens de communication très souvent spontanés entre objets autonomes, généralement sans aucune intervention humaine. Les réseaux de capteurs sont utilisés dans divers domaines:(militaire, environnement, commerce: gestion de stocks, médical, bâtiment: surveillance des infrastructures, transport: identification des bagages...) [9].

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Figure 4 Exemples des capteurs sans fil

3.6 RFID

Le plus souvent désigné par son acronyme RFID (Radio Fréquence Identification), est une technologie permettant de mémoriser et de récupérer des informations stockées sur des supports distants. Cette technologie assurera deux fonctions basiques pour l’Internet des Objets : l’identification et la communication.

Un système d’identification par radio-fréquence est constitué de trois éléments:

Une Radio-étiquette (RFID tag) : c’est un circuit intégré mémorisant l’information sur l’objet auquel la puce est incorporée. Il est muni d’une antenne pour la réception/transmission des signaux.
Un lecteur : utilisé pour envoyer le signal radio à la puce RFID et capturer la réponse de cette dernière, Le système opère dans la bande de fréquence non licenciée ISM (Entre : 125KHz - 2,45GHz). Cette fréquence dépendra la distance de Communication entre le lecteur et l’antenne (de 1 à 10m) ainsi que la vitesse de transfert des données (de 10Kb/s à 200Kb/s).
Un intergiciel : il reçoit et traite les informations reçues du lecteur.

Son principe de fonctionnement général est le suivant : Le lecteur initie la communication en diffusant une requête via une antenne. Les radio -étiquettes du voisinage utilisent l’énergie électromagnétiqu e émise par cette antenne pour s’alimenter et transmettre leur identifiant et leurs données stockées, Le lecteur Interprète ensuite ces informations en binaire. La technologie RFID est utilisée aujourd’hui dans beaucoup d’autres domaines tels que les Titres de transport, Identification des animaux, Traçabilité des bagages dans les aéroports… [10].

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Figure 5 exemple d’un système RFID [10]

3.7 Autres types de réseaux sans fil

Il existe d’autres types de réseaux sans fil qui sont utilisées dans l’IoT, on cite : NFC, wirelessHART, 6lowPAN…

4. Domaines d’applications de l’IoT

Plusieurs domaines d’application sont touchés par l’IoT ,Parmi ces principaux domaines nous citons: le domaine du sécurité, le domaine du transport, l’environnement et l’infrastructure et les services publicsetc. Quelques exemples courants sont présentés dans la figure suivante :

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Figure 6 Domaines d’application de l’IoT

Nous allons maintenant détailler ces secteurs avec des exemples de projets.

4.1 Les transports:

Depuis la création de l’IoT en 1999, le nombre des véhicules intelligents sont en croissance, presque Tous les véhicules vendus aujourd’hui dans le monde renferment déjà des capteurs et de moyens de communication pour traiter la congestion du trafic, la sécurité, la pollution et le transport efficace des marchandises, etc. L’objectif est qu’une voiture soit capable de communiquer de façon autonome avec d’autres véhicules ou une centrale de surveillance pour prévenir les accidents et réduire les coûts d’assurance. Des applications Smartphone (comme Waze) sont déjà très répandues dans le monde pour avertir les usagers de l’application en temps réel sur la présence d’un radar de vitesse mobile, d’accidents ou de ralentissement sur les autoroutes voire de proposer un itinéraire plus rapide à l’aide de Google Maps. Certaines voitures sont également équipées de la fonction appel SOS. Si la voiture subit un accident, elle appelle automatiquement les secours, fournit sa localisation et la possibilité de communiquer avec les usagers. Cette option devient même obligatoire dans les voitures neuves commercialisées dans l’union européenne à compter du 1er avril 2018 [11]. Les constructeurs automobiles travaillent aussi sur des projets de véhicules autonomes (sans conducteur) capables de se déplacer d’un point A à un point B sans aucune intervention humaine.

4.2 La santé :

Le secteur de la santé a connu un très grand nombre d’applications permettant à un patient et à son docteur de recevoir des informations, parfois même en temps réels, qu’il aurait été impossible de connaître avant l’apparition d’IoT. Par exemple, (Porteuse Digital Health) qui est le premier médicament connecté sur le marché grâce à un capteur directement intégré dans l’être humain qui permet après ça le suivi des patients à distance. il existe Plusieurs autres dispositifs sont disponibles, fixé autour du poignet et permettent également de suivre l’activité physique quotidienne du patient, mesurer le taux de sucre, compter le nombre de pas, les kms parcourus, le nombre de calories brûlées..., Le dispositif lui envoie une alerte dans les cas anormaux. Récemment, Goldman Sachs a publié une étude qui prouve que l’Internet des Objets pourrait faire économiser des milliards de dollars au service de santé américain [12].

4.3 La domotique :

La domotique regroupe l’ensemble des technologies permettant l’automatisation des équipements d’un habitat. Elle vise à apporter des fonctions de confort : commandes à distance, gestion d’énergie (optimisation de l’éclairage et du chauffage… etc.), sécurité (comme les alarmes) et de commu nication (contacts et discussion avec des personnes extérieures) [13].

Les services offerts par la domotique couvrent 3 domaines principaux :

– Assurer la protection des personnes et des biens en domotique par la prévenir des risques d’accident (incendie, fuite de gaz, etc.).
– Confort de la vie quotidienne surtout pour les personnes âgées ou handicapées
– Faciliter les économies d’énergie grâce à la réactivité maîtrisée d’une maison intelligente.

4.4 Agriculture :

L’agriculture intelligente a pour objet de renforcer la capacité des systèmes agricoles, de contribuer à la sécurité alimentaire en intégrant le besoin d’adaptation et le potentiel d’atténuation dans les stratégies de développement de l’agriculture durable [14].

Cet objectif a été atteint enfin par l’utilisation des nouvelles technologies, telles que l’imagerie satellitaire et l’informatique, les systèmes de positionnement par satellite de comme GPS, aussi par l’utilisation des capteurs qui vont s’occuper de récolter les informations utiles sur l’état du sol, taux d’humidité, taux des sels minéraux, etc. et envoyer ces informations au fermier pour prendre les mesures nécessaires garantissant la bonne production.

5 . Travaux existants dans l’IoT

Plusieurs travaux sont déjà présentes dans tous les secteurs : aéronautique, automobile, ferroviaire, fabrication industrielle et médicale, énergie, etc. Parmi ceux là nous citons :

– Kolibree : est la première brosse à dents intelligente, équipé de plusieurs capteurs qui lui permettent d’évaluer quels endroits de la bouche l’utilisateur a effectivement brossés et le indique lorsqu’il faut changer de zone afin d’améliorer la qualité du brossage [15].

Kolibree propose le choix de partager les données avec un dentiste pour estimer l’état de vos dents.

– PlastcCard : Une carte qui fait réunir tous les systèmes de paiement en un seul lieu. Cette carte est équipée de puces NFC et RFID, ainsi que d’une bonne vieille puce et d’une bande magnétique. Un écran tactile est placé en façade. Il permet de passer différentes informations : nom du porteur, numéro de carte...etc. La sécurité est prise en considération. Dès qu’elle n’est plus à portée du Smartphone auquel elle est reliée, la carte peut afficher un message pour demander de la renvoyer à son propriétaire ou, pour plus de prudence, un dispositif d’effacement à distance s’active.

6 . Travaux futurs

Selon les statistiques, en 2020 il devrait y avoir 50 milliards d’objets connectés à Internet [7]. Ces objets connectés comprennent non seulement les Smartphones, les tablettes, les téléviseurs mais aussi les horloges, les ampoules, les serrures, les chaussures, les colliers de chien, des trottinettes etc. Parmi ceux-là nous citons :

–Google prévoit de lancer une bicyclette intelligente (Google self-driving bike) avec la fonction de guidage automatique sans que vous ayez besoin de la diriger. Tout ceci grâce à une caméra 360 située à l’avant du vélo.
Le vélo peut fonctionner comme un Uber et venir vous chercher là où vous le demandez simplement depuis l’application mobile dédiée. Cet appareil a pour ambition de faciliter la vie des habitants du pays qui sont les plus cyclistes du monde [16].
– L’entreprise « Deeper » vient de sortir un nouvel objet connecté qui s’intitule le
« Deeper Fishfinder ».Cet objet a été créé pour les pêcheurs amateurs et professionnels. En effet, ce nouvel appareil est étudié pour localiser les poissons, donner des informations sur la température de l’eau et sa profondeur ainsi que le relief sous-marin. Il est utilisable dans l’eau douce et l’eau salée.
– Le Parlement Européen a adopté l’obligation pour les constructeurs automobiles d’intégrer le système eCall dans toutes les voitures neuves disposant d’un système d’alerte. Concrètement, les véhicules seront tous équipés d’un système de téléphonie mobile et d’une carte SIM dédiée, qui permet de joindre les centres de secours gratuitement [11].

7 . Risques de l’IoT pour la sécurité

Plus les technologies informatiques se diversifient, et plus les possibilités de contournement (Hacking) se multiplient. Or l’IoT risque de ne pas échapper à la règle. Une étude du cabinet d’analystes VDC [17] tend d’ailleurs à confirmer cette crainte : seuls 27% des professionnels des systèmes embarqués estiment que les objets connectés sont peu ou pas vulnérables aux attaques. Si cette étude met surtout en avant le fait que les données transmises automatiquement par les objets peuvent être altérées par l’utilisateur, l’inter ception des données lors de leur transmission (piratage du moyen de communication : signal GPS, réseau Wifi, etc.) Pose un très grand risque.

III. Conclusion

Jusqu’ici, nous avons présenté une vision générale de l’IoT, la définition, les technologies utilisées et les domaines d’application. De ce qu’on a vu, on peut dire que l’IoT est conçue pour offrir une meilleure qualité de vie par l’automatisation des gestes quotidiens en fonction des besoins et des attentes de l’utilisateur final.

Chapitre2 La filière avicole en Algérie

I. Introduction

La filière avicole Algérienne est parmi les productions animales qui a connu l’essor le plus spectaculaire depuis les années 1980 grâce a l’intervention de l’Etat. Ceci a permis d’améliorer la ration alimentaire du point de vue protéique et de faire vivre actuellement prés de deux millions de personnes. La section suivante est consacrée à la présentation du système d’élevage exploré lors des visites effectuées au sein des fermes d’élevage de poulet de chair afin de compléter notre étude théorique. Nous présentons en premier lieu, l’évolution de la filière avicole en Algérie. Brièvement nous rappelons la politique de l’Algérie depuis l’indépendance à ce jour envers le secteur aviculture. En second lieu, nous donnons une description du bâtiment d’élevage et ses équipements et son processus de production, ainsi que Les conditions d’ambiance climatique les plus importants dans la croissance des volailles, nous clôturons ce chapitre par les dernières technologies utilisées dans le secteur aviculture.

II. La filière avicole :

1. L’évolution de la filière avicole en Algérie

Depuis l’indépendance de l’Algérie, différentes phases chronologiques ont guidé le développement de cette filière avicole, l’aviculture familiale était bien intégrée dans la majorité des systèmes fermiers

1. 1 La première phase (de 1962 à 1968) :

Au lendemain de l’indépendance, le système d’élevage était quasiment absent et concentré seulement sur la transformation des anciennes porcheries en poulaillers d’engraissement. la consommation par habitant et par an était environ 500g de viande blanche et une dizaine d’œufs [18].

1.2 La deuxième phase (de 1969 à 1989) :

Cette période a été marquée par la naissance d’une grande l’entreprise publique l’ONAB (L’Office national des aliments du bétail). Cette entreprise était créée pour objectif de la production des aliments composés du bétail (essentielleme nt l’alimentation de la volaille), le développement de l’élevage avicole et même de la régulation des marchés des viandes rouges. Cependant des problèmes tels que la superposition de nombreuses fonctions ainsi que l’incohérence dans la conduite du processus de développement et dans le but de généraliser l’activité a l’ensemble du territoire national une première restructuration de l’ensemble du système était fait à partir de 1980 dans le cadre des deux plans quadriennaux (1980-1984 et 1985-1989). Pendant plans quadriennaux, l’activité aviculture était confiée à trois offices régionaux (ORAC) dans la région du centre, (ORAVIE) à l’Est et (ORAVIO) à l’Ouest [18].

L’analyse de cette période révèle que Depuis la mise en œuvre des politiques avicoles en 1980, la filière avicole en Algérie a connu le premier développement notable dans la production de la viande blanche, cependant aucune évolution significative n’est apparue dans la structure des élevages du secteur privé.

1.3 La troisième phase (de 1990 à nos jours) :

Malheureusement, l’Algérie a connu une instabilité de la production de viande blanche au cours de la déca de 1990-2000 pour cause de la décennie noir. Ci après la production était en croissance, où par exemple, une hausse très appréciable de 67,97 % de la production a été enregistrée en 2006 par rapport à 2005. Il en est de même, mais à un degré moindre (1.19 %), pour ce qui concerne la production d’œufs qui s’est évaluée à plus de 3,5 milliard d’unités. En 2011, les chiffres de production remontent à 300 000 tonnes de viandes blanches et presque 5 milliards d’œufs [19]. Au plan des structures, la filière avicole a connu, depuis 1997, une restructuration profonde dans le sens de l’émergence d’entreprises et de groupes intégrés (aliments du bétail, reproduction du matériel biologique, abattage) [20].

La synthèse de cette période montre que le développement de la filière avicole en Algérie a permis d’améliorer la consommation des populations en protéines animales. Cependant les prix restaient excessivement élevés à cause la faiblesse de la productivité des élevages ainsi que la production semi-industrielle et les marges élevées imposées par l’aval.

Unité : 103 Tonnes

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Tableau 1 L’évolution de la production des viandes blanches en Algérie, Source : [21] [19] [22]

2. L’élevage de poulets de chair

Avant de s’immerger dans notre projet, Nous devons d’abord connaître les principes d’élevage et en vue d’explorer ces principes, nous avo ns eu l’occasion de réaliser plusieurs visites aux bâtiments d’élevages réels (ORAC Meftah, Ferme privée Arbaa, Bellat Boufarik). Cette section contient une présentation de tout ce que nous avons appris de cette expérience.

2. 1 Bâtiment d’élevage de poulet

2.1.1 Présentation du bâtiment d’élevage :

Bâtiment d’élevage ou le poulailler, est le Lieu destiné au logement et à l’élevage de volaille, en particulier de poules. Le poulailler offre la possibilité de s’affranchir les différent contraintes extérieures (pluie, vent, neige, les prédateurs...) et créer un environnement donné (microclimat) avec des conditions meilleures que cellesexistantes naturellement afin d’obtenir une meilleure qualité du produit.

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Figure 7 Exemple d’un bâtiment d’élevage (Photo source personnelle) (la Ferme de l’ORAC Meftah-Blida)

Les dimensions d’un bâtiment (largeur, hauteur, surface ouverte) sont déterminées en premier lieu par le type de production et le nombre maximal de volailles par bâtiment :

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Tableau 2 Densité à l’intérieur de bâtiments selon le type de production [23] [24]

2.1.2 Les équipements d’un bâtiment d’élevage

Les équipements techniques d’un bâtiment d’élevage sont constitué principalement de :

Citerne d’eau: distribuent en permanence de l’eau propre pour les volailles car
L’eau est le premier aliment des volailles (elles boivent presque deux fois plus qu’elles ne mangent).
Abreuvoirs à cloche : sont des mangeoires sous forme d’assiettes plastiques Creuses permettent un accès optimal à l’aliment pour les volailles (Il existe plusieurs tailles selon l’âge et la hauteur de l’animal).
Silo d’aliments: Un silo est un réservoir de stockage destiné à entreposer la nourriture pour les volailles (il est présents au sein de chaque bâtiment).
Ventilateurs : apportent l’oxygène nécessaire aux poulets et évacuent les ga z
(Ammoniac, CO2, vapeur d’eau) résultant de l’aération et des fermentations de la litière.
Trappe et Fenêtre d’aération: sont des trappes d’entrée d’air jouent un rôle important pour assurer une veine d’air régulière sur la longueur du bâtiment.
Lampes: sont des lampes spéciales conçues pour l’éclairage d’animaux dans le poulailler.
Chauffages: sont des matériels de chauffage des poussins utilisé pendant la période d’hiver.
thermomètres: sont Utilisés pour assurer un meilleur contrôle des variations de température.

Il existe d’autres Accessoires qui sont utilisées dans les poulaillers, tel que : Groupe électrogène, Matériel contre incendie, Matériel d’intervention (vaccination), Balance, Outils et produits de désinfection et de désinsectisation…

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Tableau 3 Les différents équipements de bâtiment d’élevage (Photos source personnelle) ( Meft ah–Blida-)

Le matériel doit toujours rester propre afin de ne pas contaminer l’eau et la nourriture des volailles de différents parasites et bactéries nuisibles.

2.2 Les conditions d’ambiance climatique dans le bâtiment d’élevage

L’ambiance climatique dans laquelle vivent les volailles, constitue un paramètre essentiel de leur environnement car elle intervient de façon prépondérante dans leur croissance et développement. En Algérie, les aires climatiques sont très diversifiées et le climat varie de type méditerranéen au type saharien. Au nord, les hivers pluvieux et froids, les étés chauds et secs tandis qu’au sud, les températures sont très élevées les jours (35°) et très bas la nuit (0°).

Un bâtiment bien adapté doit permettre à l’éleveur de mieux maîtriser cette ambiance tout au long du cycle de production (La maitrise de l’ambiance, c’est l’appréciation des interactions multiples).

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Figure 8 Les interactions entre les paramètres de l’ambiance climatique

Parmi les facteurs les plus importants qui influent L’ambiance climatique à l’intérieur de poulailler. Nous citons :

2.2.1 Température

Le contrôle adéquat de la température est le facteur le plus important pour garantir une bonne croissance des volailles. En effet, la température et l’un des paramètres le plus important dans la gestion du climat, et aussi le plus difficiles à gérer. La température optimale diffère selon l’âge de la volaille et toute grande déviation de la température par rapport aux températures typiques des volailles provoque un ralentissement de la croissance et la détérioration dans certains cas. Il est recommandé de maitriser la température ambiante durant le cycle d’élevage comme montré dans le tableau ci-dessous

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Tableau 4 Tempér ature idéale pour les poussins en fonction de leur âge [25]

2.2.2 L’humidité

L’humidité est la présence d’eau ou de vapeur d’eau dans l’air ambiant, elle a une grande incidence à l’intérieur du poulailler sur les possibilités de refroidissement corporel des animaux. Le respect des normes d’humidité a pour objet de favoriser la croissance des volailles tout en améliorant leur qualité, éviter les problèmes respiratoires, maintenir une bonne quantité de litière et réduire les dépenses des produits vétérinaires.

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Tableau 5 Les normes d’humidité optimale [26]

[...]

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Résumé des informations

Titre
Vers des Bâtiments Intelligents pour l’élevage de volailles
Auteurs
Année
2019
Pages
112
N° de catalogue
V498700
Langue
Français
mots-clé
vers, bâtiments, intelligents
Citation du texte
Zakaria Haoua (Auteur)Othman Mohamed Mahmoud (Auteur), 2019, Vers des Bâtiments Intelligents pour l’élevage de volailles, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/498700

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