Ateliers de réalisation, programmation, tests et analyse de la station d'eau (5 jours)

Fiche de documentation de conduite d'atelier

Exécution

Accueil

Consignes

Depuis quelques mois, un changement soudain dans la qualité de l'eau a été signalé dans plusieurs régions du monde, ce qui soulève des inquiétudes. Les premières enquêtes révèlent une contamination progressive de l'eau, liée à des défaillances dans les systèmes de traitement et de rejets des eaux usés par une usine. Face à cette menace environnementale et sanitaire, l'association Savoirs Vivants, et l’IUT de Haguenau, ont été missionné par les services secrets français pour monter une équipe de roboticiens et de chercheurs pour identifier l’usine à la source de ces contaminations.

En tant que nouveaux membres de ce consortium de chercheurs votre première mission sera de vous trouver un nom d’équipe pour réussir à communiquer facilement avec le reste des autres chercheurs et votre chef d’équipe.

Votre mission consiste à concevoir, assembler, et programmer la Station AquaLife pour qu'elle soit capable de détecter les contaminants dans l'eau avec précision et efficacité. Pour cela, vous utiliserez des technologies de pointe en robotique, en informatique et en analyse chimique.

La Station AquaLife que vous allez concevoir pour collecter et analyser des échantillons d'eau en temps réel, fournira des données essentielles pour identifier les sources d’eau contaminé et ainsi trouver la source de ces contaminations.

Déroulement du projet :

Lundi : Conception 3D - Initiez-vous au design assisté par ordinateur pour concevoir la pièce manquante de la Station AquaLife, permettant d’afficher les données sur l’écran.
Mardi : Assemblage et Pratique - Construisez le prototype de votre Station AquaLife en assemblant les capteurs et les circuits nécessaires.
Mercredi : Programmation Fonctionnelle - Implémentez le code informatique qui permettra à la Station AquaLife de collecter et d'analyser les données.
Jeudi : Tests chimiques - Testez votre Station AquaLife avec différents échantillons d'eau récoltés autours des usines ciblés.
Vendredi : Analyse et Présentation - Interprétez les données collectées, identifiez les tendances et préparez une présentation de vos résultats. Cette étape sera cruciale pour identifier la source de la contamination.

En participant à la Mission Otez l’eau, vous apportez une contribution concrète à la résolution d'un problème environnemental d’envergure. Vous acquerrez des compétences en robotique, en analyse de données et en travail d'équipe, tout en aidant à protéger la ressource la plus précieuse de notre planète : l'eau. Prêts à relever ce défi vital ?

Préparation des Matériaux / Kits

Connexion des capteurs

Liste du matériel de la station : Liste_materiel.pdf

Connexion des capteurs sur la carte d'extension DRF0762 : connexion_capteurs_carte_DFR0762.pdf

Arduino

Installation de la carte ESP2 et des bibliothèques pour la station d'eau dans l'IDE Arduino : Arduino_Installation_Cartes_Bibliotheques.pdf

Programme Arduino de la station d'eau : 2024_stage_collegiens_v5_Station_Eau.ino

Calibration du capteur pH

Programme Arduino pour la calibration du capteur pH : 2024_calibration_materiel_capteur_pH.ino

Procédure de calibration matériel du capteur pH : Procedure_Calibration_Materiel_Capteur_pH.pdf

Pauses

Fabrication / Assemblage

Etapes avec les participants

Jour 1 - Conception 3D

Mission : Une dernière pièce est manquante pour la réalisation de la station. Vous allez devoir la concevoir et la produire sur mesure en utilisant un logiciel de conception 3D (TINKERCAD), ce qui permettra d'obtenir le boitier de la station AquaLife.

TINKERCAD est un logiciel de conception 3D simple et efficace. Ce tutoriel vous aidera à l’utiliser. Tout d'abord, vous pouvez l'ouvrir dans le navigateur de votre ordinateur, si ce n'est pas déjà fait. https://innovation.iha.unistra.fr/books/2-fablab-activites-logiciels/page/initiation-3d-tinkercad

Dans l'onglet 3, prenez l'outil nommé « boîtes », ensuite faites-le glisser sur le plan de construction.

Une fenêtre apparaîtra, vous permettant de régler différents paramètres de cette fenêtre (rayon, étapes, longueur, largeur et hauteur) pour voir ce qui se passe.

Vous êtes désormais prêt(e) à conceptualiser les pièces nécessaires pour finaliser notre station AquaLife. Celle-ci doit à la fin ressembler à la photo ci-dessous.

Création de la dernière pièce de la station : Pour commencer, il vous faut un rectangle avec les mesures suivantes : Longueur = 126 mm ; Largeur = 54 mm ; Hauteur = 3 mm.

Nous devons créer un emplacement pour l’afficheur. Pour ce faire, nous avons besoin d’un rectangle de perçage. Donnez-lui les dimensions suivantes : Longueur = 25 mm ; Largeur = 18 mm ; Hauteur = 4 mm.

Déplacez-le sur votre rectangle rouge.

Pour assembler les deux, utilisez les raccourcis clavier : Ctrl+A puis Ctrl+G

Voici le rendu que vous devriez avoir :

Par la suite, créez l’emplacement pour la vis qui maintiendra votre afficheur.

Pour ce faire, créez un cylindre de perçage.

Voici ses dimensions : Diamètre = 8 mm ; Hauteur = 5 mm.

Déplacez-le pour le mettre au bon endroit.

L’outil « règle » sera votre meilleur ami pour placer correctement le cylindre.

Placez cet outil dans le coin inférieur droit de l’emplacement de l’afficheur. Une fois placé, des cotes apparaîtront, comme sur l'image suivante :

Modifiez seulement les cotes en vert. La cote de gauche sera de 5 mm et celle du bas de 8 mm. Ensuite, assemblez les deux en faisant : Ctrl+A puis Ctrl+G.

Votre support pour l’afficheur est maintenant prêt !

Jour 2 - Assemblage mécanique et électronique

Mission :

Aujourd’hui, votre objectif est d’assembler les capteurs de votre station AquaLife. Pour réaliser l’assemblage et le montage, vous allez d’abord découvrir les différents capteurs, le fixer à votre station et les câbler à la carte ESP32 en fonction des recommandations du tableau. Ci-dessous une image du montage final :

Tutoriel des capteurs :


L'ESP32 (et son extension) est une carte microcontrôleur très performante qui permet de créer des projets électroniques connectés. Grâce à ses nombreux ports, tu peux y connecter des capteurs, des moteurs, ou d'autres composants pour réaliser des gadgets intelligents, des systèmes de domotique, ou des robots.	Un afficheur est un écran qui permet de montrer des informations ou des données provenant du microcontrôleur. On peut l'utiliser pour afficher des textes, des chiffres... C'est très utile pour voir ce que fait le microcontrôleur en temps réel, comme la température d'une pièce, le score d'un jeu, ou l'état d'un système.

Un conductimètre est un instrument qui mesure la capacité de l'eau à conduire l'électricité, ce qui nous informe sur la quantité de sels ou d'autres substances dissoutes dans l'eau. Plus l'eau contient de substances dissoutes, mieux elle conduit l'électricité. Cette mesure est très utile pour vérifier la pureté de l'eau.	Un turbidimètre, permet de mesurer la turbidité, qui sert à évaluer la clarté de l'eau en détectant combien de petites particules sont suspendues dans celle-ci. Plus l'eau contient de particules comme de la terre, des micro-organismes, ou des substances chimiques, plus elle apparaît trouble.

Un pH-mètre est un instrument utilisé pour mesurer l'acidité ou la basicité d'une solution. Il donne une valeur appelée "pH", qui varie généralement de 0 à 14. Un pH de 7 est neutre, des valeurs inférieures à 7 indiquent une acidité, et des valeurs supérieures à 7 révèlent une basicité. Le pH-mètre est essentiel, car il aide à comprendre l'équilibre chimique des solutions.	Un thermomètre est un instrument qui permet de mesurer la température de l'eau. En mesurant la température, on peut s'assurer que l'eau est dans les conditions optimales, que ce soit pour assurer la santé des organismes aquatiques, garantir la sécurité des baigneurs, ou maintenir l'efficacité des processus industriels.
	Le DHT22 est un capteur qui mesure à la fois la température et l'humidité de l'air ambiant. Il fournit des informations précieuses pour contrôler les conditions environnementales. En mesurant l'humidité, le DHT22 aide à surveiller la quantité de vapeur d'eau dans l'air, ce qui est crucial pour maintenir une bonne qualité de l'air. Pour la température, il assure que les conditions soient confortables et sûres.

Avec ces informations vous êtes prêts à assembler votre station.

1ère étape : Aller chercher les composants nécessaires

Un afficheur, avec des câbles femelle-femelle de toutes les couleurs.
Un conductimètre avec sa carte d’interface, ainsi qu’un câble correspondant.
Un turbidimètre, avec sa carte d’interface, ainsi qu’un câble correspondant.
Un pH-mètre, avec sa carte d’interface, ainsi qu’un câble correspondant.
Un thermomètre, avec sa carte d’interface, ainsi qu’un câble correspondant.
Un DHT22, avec sa carte d’interface, ainsi qu’un câble correspondant.Un ESP32 et son extension, ainsi qu’un câble USB/USB-C pour alimenter votre station à l’ordinateur.

2ème étape : Fixer les interfaces des capteurs à la station.

Fixer avec des vis, les interfaces des capteurs dans la boite de la station comme indiqué ci-dessous avec les vis adaptées.

3ère étape : Brancher l’afficheur et les capteurs à l’ESP32 via la carte d’extension présentée ci-dessous.

Observer l’organisation de la carte d’extension et repérer les différents signaux.