Poubelle intelligente : Optimiser la collecte des déchets avec capteurs IoT

Histoire

Directives de contenu

Contexte

Une gestion efficace des déchets est cruciale pour protéger notre planète. Dans les espaces publics et les réserves naturelles, beaucoup de gens ignorent les déchets qu'ils génèrent, et sans collecte opportune, les ordures s'accumulent, nuisant aux écosystèmes. Même les zones protégées sont à risque lorsque les déchets sont laissés sans surveillance.

Déchets pollués

Pour préserver les environnements naturels, des points de collecte de déchets bien gérés sont essentiels. Les poubelles doivent être vidées avant de déborder, ce qui peut être difficile sur les sentiers reculés ou les zones difficilement accessibles.

• Une vidange fréquente empêche le débordement et réduit le risque de propagation des déchets.
• La surveillance automatisée élimine les approximations, assurant une collecte opportune.

Débordement des déchets

• Un tri approprié est vital : les déchets organiques peuvent être compostés naturellement, tandis que les non-organiques nécessitent un traitement spécialisé.
• La surveillance intelligente soutient une ségrégation efficace et la récupération des ressources.

Objectif du projet

Notre but est de fournir un dispositif de supervision qui maintient les poubelles en condition optimale en intégrant plusieurs capteurs pour suivre continuellement leur état.

• Capteur de niveau (ultrasonique) – alerte l'équipe de collecte quand la poubelle approche de sa capacité.
• Capteur température & humidité (DHT11) – surveille l'environnement interne, crucial pour la santé du compost et la prévention d'incendie.
• Capteur de flamme (KY‑026) – détecte les risques d'incendie potentiels, protégeant les écosystèmes environnants.
• Capteur d'humidité (sonde cuivre personnalisée) – assure une humidité optimale pour le compostage.
• Capteur d'ouverture (mini micro-interrupteur) – enregistre l'utilisation du couvercle et détecte les fermetures incorrectes.
• Système de localisation (Sigfox 100m) – identifie la position de la poubelle, aidant la réponse rapide et permettant un déploiement temporaire sur plages, pistes de ski ou événements.

La poubelle comporte deux compartiments : un pour les déchets non-organiques et un autre pour les déchets organiques en compostage.

Poubelle à déchets séparés

Utilisation de Sigfox

Installée dans des zones isolées, la poubelle fonctionne sur batterie, éventuellement complétée par un panneau solaire. Sigfox est choisi pour ses avantages :

• Couverture large, idéale pour déploiements à grande échelle.
• Capacité de charge utile adéquate pour nos besoins en données.
• Localisation 100 m éliminant le besoin de modules GPS.
• Faible consommation, prolongeant l'opération autonome.

Détails du projet

Méthode de conception matérielle

Voici un aperçu haut niveau du processus de conception et des composants matériels.

Étapes du projet

Étape 1 : Comprendre Sigfox

Sigfox connecte les appareils au réseau IoT, opérant dans 45+ pays avec plus de 3 millions d'appareils. Chaque message fait jusqu'à 12 octets, avec un maximum de 140 messages uplink et 4 downlink par jour.

Étape 2 : Recherche matériel

• Arduino MKR Fox 1200
• Mini Micro-interrupteur
• HC‑SR04 – Capteur ultrasonique
• DHT11 – Capteur température & humidité
• KY‑026 – Module capteur flamme
• Capteur d'humidité cuivre personnalisé (voir détails)
• Raspberry Pi 3 Modèle B (pour serveur backend)

Étape 3 : Connexion et disposition matérielle

Voir le schéma ci-dessous pour les connexions de broches à l'Arduino MKR Fox 1200.

Connexion à l'Arduino MKR Fox 1200

• Mini Micro-interrupteur – C vers GND, NC vers Broche 3
• DHT11 – VCC vers 5V, GND vers GND, DATA vers Broche 2
• HC‑SR04 – VCC vers 5V, GND vers GND, Trigger vers Broche 9, Echo vers Broche 10
• KY‑026 – VCC vers 5V, GND vers GND, DATA vers A0
• Capteur d'humidité – VCC vers 5V, GND vers GND, SIG vers A1

Étape 4 : Code Arduino

Installer l'IDE Arduino : Télécharger ici

Obtenir le code : Dépôt GitHub

Installation carte & bibliothèques :

• Carte : Arduino SAMD Boards (32-bit ARM Cortex-M0+)
• Bibliothèques : Arduino Low Power, Arduino Sigfox pour MKR Fox 1200, bibliothèque capteur DHT, Driver capteur unifié Adafruit, RTCZero

Fonctions clés :

• setup() – initialise Sigfox, DHT11 et capteur ultrasonique.
• loop() – vérifie l'état du couvercle ; quand fermé, lit les données des capteurs et envoie la charge utile via Sigfox.
• sendPayload() – empaquette les valeurs des capteurs dans un message de 12 octets et le transmet.

Compilez et téléversez le sketch, en vous assurant que la carte est définie sur Arduino MKR Fox 1200.

Étape 5 : Activer votre appareil

Activez le module Sigfox ici : https://buy.sigfox.com/activate. Suivez les invites pour enregistrer votre appareil.

Étape 6 : Envoi des données

Après activation, ré-exécutez le sketch Arduino. Vérifiez que les données apparaissent dans le backend Sigfox : https://backend.sigfox.com/device/list.

Étape 7 : Serveur d'application

Un Raspberry Pi 3 Modèle B sert de serveur d'application, exécutant Node‑RED, MariaDB et l'interface web.

Étape 8 : Backend avec Node‑RED

Installez Node‑RED suivant le guide officiel : https://nodered.org/docs/getting-started/installation. Ajoutez le paquet node-red-node-mysql via npm.

Node‑RED reçoit les messages Sigfox, les stocke dans MariaDB et transmet les données au tableau de bord web.

Étape 9 : Base de données – MariaDB

Installez MariaDB sur le Pi :

• Raspbian : lien
• Autres OS : lien

Étape 10 : Application frontend (Site web)

Le site web visualise les données en temps réel de toutes les poubelles, permettant une prise de décision rapide pour les collecteurs de déchets.

Impression 3D

Des boîtiers personnalisés imprimés en 3D abritent l'électronique et protègent les capteurs. Étapes d'assemblage :

1. Montez le DHT11 au point 1 et couvrez avec la partie « DHT11 maintain ».
2. Placez le HC‑SR04 au point 2, couvrez-le avec la partie « interior ».
3. Montez le KY‑026 au point 3 sur le dessus de la partie interior.
4. Installez le capteur d'humidité au point 4.
5. Placez l'Arduino MKR Fox 1200 au point 5.
6. Insérez le mini micro-interrupteur dans la partie « middle top », scellez avec la partie « opening detector ».
7. Attachez la partie « support » à la « base » et intégrez l'antenne à l'intérieur.
8. Connectez la partie « support » à la boîte principale et fermez avec les panneaux « middle top », « front top » et « back top ».

Fonctionnalités supplémentaires possibles

• Hauteur de poubelle ajustable affichée sur un moniteur, permettant le déploiement sur des poubelles de tailles variées.
• Ségrégation des déchets améliorée, distinguant matériaux organiques et non-organiques.
• Affichage du niveau en temps réel sur un écran proche pour informer les utilisateurs quand une poubelle est pleine.
• Système de batterie autonome alimenté par solaire pour opération hors réseau.
• Contrôle environnemental actif : alimentation en eau automatisée et volets de ventilation pour optimiser le compostage.

Conclusion

La Poubelle Intelligente offre une approche pilotée par les données pour la gestion des déchets, réduisant l'effort humain et les dommages environnementaux. En fournissant des informations en temps réel sur l'état des poubelles, température, humidité, humidité et risque d'incendie, le système permet une planification proactive de la collecte et une utilisation efficace des ressources.

Pour des démonstrations en direct, visitez : https://grit.esiee-amiens.fr:8069/smartbin/

Remerciements

King Mongkut's University of Technology Thonburi (KMUTT) – pour avoir hébergé notre programme de formation de 7 semaines et soutenu des étudiants en Génie Électronique & Télécommunications et Génie Informatique.

ESIEE‑Amiens – pour avoir fourni l'espace de laboratoire, l'équipement et le mentorat, permettant le développement pratique de ce projet.

Remerciements spéciaux à Nicolas DAILLY (superviseur), Thérèse ABY (co-superviseur), Stéphane POMPORTES, Nicolas HENOCQ (matériaux capteur humidité), et Moustapha KEBE (guidance développement web).

Source : Smart Waste Bin