Memoire de Fin D Etudes - Mumba Mukabe

UNIVERSITE MAPON
KINDU
Faculté Polytechnique /Département de Génie Electrique

BAC+3
CONCEPTION ET REALISATION D’UN COMPTEUR

D’ENERGIE ELECTRIQUE PROGRAMMABLE AVEC SYSTEME
DE SECOURS ET COMMUNICATION GSM
Par : MUMBA MUKABE Moïse
Mémoire présenté à la faculté Polytechnique de l’Université Mapon

En vue de l’obtention du Grade de Bachelier en Génie Electrique
2023
UNIVERSITE MAPON
KINDU
Faculté Polytechnique /Département de Génie Electrique

BAC+3
CONCEPTION ET REALISATION D’UN COMPTEUR

D’ENERGIE ELECTRIQUE PROGRAMMABLE AVEC SYSTEME
DE SECOURS ET COMMUNICATION GSM
PAR : MUMBA MUKABE Moise
Directeur : Co-directeur :
Prof. Hikma SHABANI Ass. Msc. Dieu-merci TABARO
Mémoire présenté à la faculté Polytechnique de l’Université Mapon

En vue de l’obtention du Grade de Bachelier en Génie Electrique
2023
Epigraphe
Epigraphe
« La technologie seule ne suffit pas. Il est aussi question d’inspiration, d’imagination et de

la volonté de créer quelque chose de nouveau et d’innovant. »
ABHIJIT NASKAR
TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON I

Dédicace
Dédicace
A
Mon père KAPIANA KYANSONSO KEFA
Ma mère KASONGO YENGA YENGA AIMERANCE
MUMBA MUKABE Moïse
TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON II

Remerciements
Remerciements
Il est essentiel de reconnaître que la réalisation de ce travail n’aurait pas été possible sans la
contribution collective de plusieurs personnes, à qui nous exprimons ici notre profonde
gratitude.
En premier lieu, nos remerciements les plus sincères vont à l’Éternel Dieu Tout Puissant, notre
premier et constant soutien, dont l’omniprésence a été source de merveilles tout au long de
notre parcours.
Nous tenons à exprimer notre reconnaissance envers les autorités académiques de l’Université
MAPON, en particulier de la faculté polytechnique, Département de Génie électrique, pour leur
accompagnement précieux tout au long de notre formation. Leurs efforts remarquables trouvent
ici une reconnaissance bien méritée. Nous adressons nos remerciements chaleureux au
Professeur HIKMA SHABANI pour sa direction bienveillante de ce travail, au Master
TABARO DIEU-MERCI et à l’ingénieur DJIBRIL pour son encadrement exemplaire.
Nous souhaitons également exprimer notre gratitude envers nos amis, nos sœurs et frères, qui
ont contribué à la réalisation de nos objectifs. Parmi eux, nous remercions tout particulièrement
Sarde KILAMBE, Ardente KIYOMBO, Danite TSHIMBU, Francisco KASWESHI, Nadège
MWANZA, Kefa KAPIANA, Martial MPALA, Amélia KASONGO, Kevin MWANZA,
Daliana KAINDU. Nos amis Jeannette, Gloire, Archimède, Mathieu, Arnauld, Junior, Arsène,
Caleb, Philémon, Franck, Arisia méritent nos remerciements pour leur soutien précieux. Nous
adressons nos remerciements à nos tantes et oncles pour leur soutien constant, tant sur le plan
matériel que moral, durant notre formation.
Enfin, un grand merci à tous nos camarades étudiants pour leur collaboration exemplaire, en
particulier a : Gloire MUSES, Audrey NAMEGABE, Harley MWANZA.
Nous souhaitons adresser nos remerciements à toutes les personnes dont l’apport n’a pas été
mentionné ici, pour leur contribution précieuse a ce projet.
MUMBA MUKABE Moïse
TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON III

Résumé
Résumé
Le présent mémoire expose le processus de conception et de réalisation d’un compteur
d’énergie électrique programmable avec système de secours et communication GSM. Ce
dispositif repose sur l’utilisation de composants tels que l’Arduino Nano, le module GSM
SIM900, des capteurs de courant et de tension, un écran LCD, un relais et une batterie de
secours. En collectant les données de tension et de courant, le système calcule la puissance et
l’énergie consommée, puis afficher ces informations sur l’écran LCD. Ces données sont
également transmises à un téléphone mobile via le module GSM, assurant ainsi une surveillance
à distance. De plus, en cas de coupure de courant, le compteur bascule automatiquement sur la
batterie de secours, garantissant ainsi une continuité de la communication entre le compteur et
le téléphone mobile. Les tests rigoureux effectués ont confirmé la fiabilité et la performance du
système tant dans des conditions simulées que réelles, soulignant ainsi son potentiel pratique et
opérationnel.
Mots-clés : Arduino Nano, GSM SIM900, tension, courant, compteur d’énergie, système de
secours
TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON IV

Abstract
Abstract
This thesis describes the design and production process of a programmable electrical energy
meter. This innovative device is based on the clever use of components such as the Arduino
Nano, the SIM900 GSM module, current and voltage sensors, an LCD screen, a relay and a
backup battery. By collecting voltage and current data, the system is able to accurately calculate
the power and energy comsumed and then display this information on the LCD screen.
Ingrniously, this data is also transmitted to a mobile phone via the GSM module, thus ensuring
remote monitoring. In addition, in the event of a power outage, the meter automatically switches
to the backup battery, thus guaranteeing continuity in measurement of electrical energy. The
rigorous tests carried out confirmed the reliability and performance of the system both in
similated and real conditions, thus highlighting its pratical and operational potential.
Keywords :
Arduino Nano, GSM SIM900, voltage, current, energy meter, backup system.
TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON V

Table des matières
Table des matières

Epigraphe ................................................................................................................................................ I
Dédicace.................................................................................................................................................. II
Remerciements ..................................................................................................................................... III
Résumé .................................................................................................................................................. IV
Abstract .................................................................................................................................................. V
Table des matières ................................................................................................................................ VI
Liste des figures .................................................................................................................................... IX
Liste des tableaux ................................................................................................................................. XI
Sigles et abréviations ........................................................................................................................... XII
Introduction générale ............................................................................................................................ 1
0.1 Contexte de la recherche ....................................................................................................... 1
0.2 Choix et intérêt du sujet ........................................................................................................ 1
0.3 Problématique........................................................................................................................ 2
0.4 Hypothèses ............................................................................................................................. 2
0.5 Limites du travail .................................................................................................................. 2
0.6 Méthodes et techniques utilisées........................................................................................... 2
0.7 Objectifs du travail................................................................................................................ 3
0.8 Difficultés rencontrées .......................................................................................................... 3
0.9 Subdivision du travail ........................................................................................................... 3
Chapitre 1 GÉNÉRALITÉS SUR LES COMPTEURS ELECTRIQUES ....................................... 4
1.1 Introduction ................................................................................................................................. 4
1.2 Historique ..................................................................................................................................... 4
1.3 Le compteur électromagnétique................................................................................................. 5
1.3.1 Définition ............................................................................................................................... 5
I.3.2 Le principe de fonctionnement ............................................................................................ 5
I.3.3 Les avantages et les inconvénients d’un compteur électromagnétique ............................ 6
1.4 Compteur électronique ............................................................................................................... 7
1.4.1 Définition ............................................................................................................................... 7
1.4.2 Principe de fonctionnement ................................................................................................. 8
1.4.3 Les avantages et les inconvénients d’un compteur électronique ...................................... 9
1.5 Le compteur intelligent ............................................................................................................. 10
1.5.1 Définition ............................................................................................................................. 10
1.5.2 Le comptage intelligent ...................................................................................................... 10
1.5.3 Quelques types des compteurs intelligents programmable............................................. 10
1.5.4 Le compteur d’énergie intelligent avec module GSM ..................................................... 11
TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON VI

Table des matières
1.5.4.2 Architecture du réseau GSM............................................................................................ 12

1.6 Conclusion partielle................................................................................................................... 13
Chapitre 2 MATERIELS ET METHODES ..................................................................................... 14
2.1 Description du projet ................................................................................................................ 14
2.2 Les grandeurs électriques en régime sinusoïdal ..................................................................... 14
2.2.1 Tension électrique............................................................................................................... 14
2.2.2 Intensité du courant électrique.......................................................................................... 15
2.2.3 Les puissance en régime sinusoïdal ................................................................................... 16
2.3 Composants matériels ............................................................................................................... 20
2.3.1 Microcontrôleur Arduino .................................................................................................. 20
2.3.2 Le module GSM SIM900 ................................................................................................... 22
2.3.3 Le capteur de courant ACS712 ......................................................................................... 24
2.3.3 Le capteur de tension ZMPT101B .................................................................................... 25
2.3.4 Afficheur LCD .................................................................................................................... 28
2.3.6 Batterie de secours R18650 3S2P UN ............................................................................... 29
2.3.7 Alimentation AC/DC .......................................................................................................... 30
2.3.8 Alimentation DC/DC MB-102 ........................................................................................... 32
2.4 Conception et intégration matérielle ....................................................................................... 32
2.5 La conception logicielle ............................................................................................................. 33
2.5.1 Présentation du logiciel Arduino IDE............................................................................... 33
2.5.2 Présentation du logiciel Proteus ........................................................................................ 35
Chapitre 3 SIMULATION ................................................................................................................. 39
3.1 Prototype de simulation sur le logiciel Proteus ...................................................................... 39
3.2 Description du prototype .......................................................................................................... 40
3.2.1 Partie mesure ...................................................................................................................... 40
3.2.2 Partie affichage (LCD 20x4) .............................................................................................. 42
3.2.3 Partie communication ........................................................................................................ 43
3.2.4 Partie secours du compteur ............................................................................................... 43
3.2.5 Le programme Arduino du compteur d’énergie ............................................................. 44
3.2.6 Simulation du compteur sur le logiciel Proteus ............................................................... 47
Chapitre 4 RÉALISATION ET RESULTATS ................................................................................. 53
4.1 Réalisation .................................................................................................................................. 53
4.1.1 Description des composants ............................................................................................... 53
4.1.2 Réalisation du prototype .................................................................................................... 53
4.2 Résultats ..................................................................................................................................... 55
4.2.1 La partie mesure et analyse des résultats ......................................................................... 55
TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON VII

Table des matières
4.2.2 La partie Secours ................................................................................................................ 57

4.2.3 La partie communication ................................................................................................... 59
4.3 Conclusion partielle................................................................................................................... 59
Conclusion générale ............................................................................................................................ 60
Bibliographie........................................................................................................................................ XII
Annexes ............................................................................................................................................... XIV
1. Évaluation économique du système .......................................................................................... XIV
2. Code de programmation sur Arduino IDE ............................................................................... XV
3. Les ports de branchements de prototype ................................................................................. XVI
3.1 Port d’entrée du secteur....................................................................................................... XVI
3.2 Port d’entrée pour brancher la charge .............................................................................. XVII
3.3 Port d’entrée pour la programmation de Arduino Nano ................................................ XVII
TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON VIII

Liste des figures
Liste des figures

Figure 1-1:Compteur électromagnétique. [11] ....................................................................................... 5
Figure 1-2:Compteur électromagnétique. [1] ......................................................................................... 6
Figure 1-3:Compteur électronique. [12] ................................................................................................. 7
Figure 1-4:Compteur d'énergie électronique. [1] ................................................................................... 9
Figure 1-5:Principe général du CPL. [6] ................................................................................................. 11
Figure 1-6:Compteur d'énergie avec module GSM. [15]....................................................................... 12
Figure 1-7:Architecture du réseau GSM. [16] ....................................................................................... 13
Figure 2-1:Diagramme de puissances. [18] ........................................................................................... 20
Figure 2-2: Arduino Nano. [19].............................................................................................................. 21
Figure 2-3: Broches d’Arduino Nano. [20]............................................................................................. 21
Figure 2-4:Module GSM SIM900. [11]................................................................................................... 23
Figure 2-5:Capteur de courant ACS712. [21] ........................................................................................ 24
Figure 2-6:Description du capteur de courant ACS712. [21] ................................................................ 25
Figure 2-7:Capteur de tension ZMPT101B. [22] .................................................................................... 25
Figure 2-8:Schéma du capteur ZMPT101B. [2]...................................................................................... 26
Figure 2-9:Caractéristiques du signal de ZMPT101B. [23] .................................................................... 27
Figure 2-10:ÉcranLCD. [2] ...................................................................................................................... 28
Figure 2-11:Circuit interne de LCD. [2] .................................................................................................. 28
Figure 2-12:La batterie R18650 3S2P UN. [25]...................................................................................... 29
Figure 2-13:Alimentation AC/DC. [26]................................................................................................... 30
Figure 2-14:Etude fonctionnelle d’une alimentation continue. [27] .................................................... 31
Figure 2-15:Le Redressement................................................................................................................ 31
Figure 2-16:Alimentation DC/DC MB-102. [28]..................................................................................... 32
Figure 2-17:Diagramme fonctionnel du système. ................................................................................. 33
Figure 2-18:Présentation du logiciel Arduino IDE. [2] ........................................................................... 34
Figure 2-19:Interface du logiciel Arduino IDE. [2] ................................................................................. 34
Figure 2-20:Structure d’un programme. [2] .......................................................................................... 35
Figure 2-21:Interface Isis. [29]............................................................................................................... 36
Figure 2-22:Interface de Proteus. [29] .................................................................................................. 36
Figure 2-23:Outils de l'interface Isis. [29].............................................................................................. 38
Figure 3-1:Circuit électronique global du système. .............................................................................. 39
Figure 3-2:interface du transformateur abaisseur sur arduino. [2] ...................................................... 41
Figure 3-3:Mesure de la tension. .......................................................................................................... 41
Figure 3-4:Mesure du courant. ............................................................................................................. 42
Figure 3-5:Partie affichage. ................................................................................................................... 42
Figure 3-6:Partie communication. ......................................................................................................... 43
Figure 3-7:Partie secours....................................................................................................................... 44
Figure 3-8:Déclaration des bibliothèques. ............................................................................................ 44
Figure 3-9:Configuration du module GSM. ........................................................................................... 45
Figure 3-10:Partie calculs. ..................................................................................................................... 45
Figure 3-11:Parties affichages des mesures dans le LCD. ..................................................................... 46
Figure 3-12:Envoi du message vers le téléphone mobile...................................................................... 46
Figure 3-13:Resultats de mesures avec un ampèremètre et un voltmètre. ......................................... 47
Figure 3-14:Valeurs mesurées affichées dans le LCD. .......................................................................... 47
Figure 3-15:Tests avec une charge inductive. ....................................................................................... 49
Figure 3-16:Valeurs mesurées pour une charge inductive. .................................................................. 49
TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON IX

Liste des figures
Figure 3-17:systeme de secours lorsqu'il y a la tension au niveau du secteur. .................................... 50

Figure 3-18:Système de secours lorsqu'il y a pas la tension au niveau du secteur. ............................. 51
Figure 3-19:Message lorsqu'il y a pas la tension au niveau du secteur. ............................................... 52
Figure 3-20:Message lorsqu'il y a la tension au niveau du secteur....................................................... 52
Figure 4-1:Vue de face du prototype. ................................................................................................... 53
Figure 4-2:Boitier. .................................................................................................................................. 53
Figure 4-3:Aspects extérieurs et fonctionnement à vide du prototype................................................ 54
Figure 4-4:Lorsqu'il y a la tension au niveau du secteur. ...................................................................... 58
Figure 4-5: Lorsqu'il y a coupure ou panne. .......................................................................................... 58
TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON X

Liste des tableaux
Liste des tableaux

Tableau 1:Puissance apparente, active et réactive. [9] ........................................................................ 19
Tableau 2:Description des broches Arduino Nano. [10] ....................................................................... 22
Tableau 3:Caractéristiques électriques de ZMPT101B. [14] ................................................................. 27
Tableau 4:Résultats pour une charge résistive. .................................................................................... 48
Tableau 5:Résultats pour une charge inductive. ................................................................................... 49
Tableau 6:Analyse des résultats pour les deux lampes......................................................................... 56
TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON XI

Sigles et abréviations
Sigles et abréviations
I : Intensité du courant
U : Tension
t : Temps
E : Energie électrique
A : Ampère
V : Volt
W : Watt
J : Joule
KWh : Kilowattheure
DC : Courant continu
AC : Courant alternatif
VCC : Voltage at the commun collector
GND : Ground
VDC : Volt en courant continu
ADC :Analog-to-Digital Converter
USB : Universal Serial Bus
SMART METER : Compteur d’énergie intelligent
MHz : Mega Hertz
2D : Deux dimensions
3D : Trois dimensions
SMS : Short Message Service
MMS : Multimédia Messaging Service
IDE : Integrated Development Environment
GPRS : General Packet Radio Service
UART : Universal Asynchronous Receiver/Transmitter
GSM : Global system for mobile
P : puissance active
S : puissance apparente
Q : puissance réactive
TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON XII

Introduction générale
0.1 Contexte de la recherche
Après avoir découvert l’électricité et sa diffusion parmi les pays, les compteurs
électriques sont apparus pour calculer l’énergie consommée. Mais à cause du grand nombre des
compteurs dans chaque cité, la facturation et la collection des informations et des données de
consommation sont devenue un souci pour les fournisseurs. D'autre part la consommation
quotidienne du client augmente d’une façon rapide. Alors pour résoudre ces problèmes, les
inventeurs et les ingénieurs décident d’utiliser les nouvelles technologies informatiques et
économiques pour mettre en œuvre ses compteurs électriques qui permettent de faciliter la
facturation et contrôler la consommation du client.
Le compteur d’énergie qui a pour rôle le calcul de la consommation ainsi que

l’établissement de la facture, est un élément essentiel pour les sociétés de l’électricité. Au
départ, seuls les compteurs électromécaniques ont été utilisés. Après, il y a eu recours aux
compteurs électroniques.
Vue le progrès technologique dans les domaines informatiques et télécommunications,

l’électricien est amené à créer des nouvelles catégories des compteurs d’énergie. Dans ce
contexte, l’idée de remplacer le compteur classique par un compteur intelligent ou
communiquant est apparue. C’est un compteur programmable permettant d’envoyer et de
recevoir des données telles que la consommation. Par conséquent, le client va être capable de
suivre sa consommation en termes d’énergie en temps réel. [1]
0.2 Choix et intérêt du sujet
L’idée de concevoir un compteur d’énergie électrique programmable basé sur le GSM

s’avère pertinent et captivant pour plusieurs raisons. Tout d’abord, cette initiative associe une
technologie avancée de mesure électrique à la connectivité mobile, offrant ainsi une solution
innovante pour surveiller et gérer la consommation d’énergie de manière efficace. De plus,
l’insertion d’une batterie de secours pour assurer la continuité de la communication en cas de
coupure de courant, renforçant ainsi la fiabilité du système.
Le présent projet a un intérêt majeur dans son application pratique, pour une utilisation
domestique, où il contribue à une gestion plus efficace de l’énergie électrique. En favorisant
une surveillance avancée de la consommation électrique et en offrant une communication à
distance.
TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON 1

0.3 Problématique
En menant cette étude, nous chercherons à apporter des réponses à la question

fondamentale suivante :
Comment concevoir et mettre en œuvre un compteur d’énergie électrique programmable

qui mesure la consommation électrique, intégrant une batterie de secours et une communication
GSM, afin de permettre une surveillance de la consommation électrique à distance et une
gestion efficace de l’énergie pour une utilisation domestique ?
0.4 Hypothèses
 Hypothèse 1 : La combinaison des capteurs de courant ACS712 30A et de tension

ZMPT101B 250V avec l’Arduino Nano permet une mesure précise de la consommation
d’énergie, contribuant à des données de haute qualité pour le calcul de la puissance et
d’énergie consommée.
 Hypothèse 2 : L’utilisation du module GSM SIM900 pour la communication à distance
offre une solution efficace pour la transmission des données du compteur d’énergie vers
un téléphone mobile, facilitant ainsi le suivi à distance de la consommation électrique.
 Hypothèse 3 : La mise en place d’u système de secours avec une batterie de capacité
suffisante permettra de maintenir la communication active même en cas de panne,
assurant ainsi surveillance continue de la consommation d’énergie.
0.5 Limites du travail
Les limites de ce travail portent sur la mesure exclusive de l’énergie active dans une
installation monophasée située dans un appartement d’un bâtiment connecté au réseau de
distribution basse tension, restreignant ainsi l’étude a un seul type d’installation et a un seul
paramètre. Les mesures et les analyses sont spécifiques à cet environnement monophasé,
excluant les caractéristiques des installations triphasées et d’autres paramètres électriques plus
complexes tels que l’énergie réactive ou la puissance apparente.
0.6 Méthodes et techniques utilisées
Dans le but d’atteindre et de satisfaire les objectifs qu’on aura cité, nous ferons recours
aux méthodes analytiques, déductives, inductives, et expérimentales qui permettront de
déterminer les grandeurs physiques et caractéristiques de certains composants partant des
notices des fabricants ou dataSheets.

La méthode fonctionnelle aura son utilité pour servir à expliquer le comportement des
éléments du système. Une autre méthode est l’utilisation de la technique documentaire, pour
rassembler les documents nécessaires pour élaborer notre travail. Et cette technique nous donne
une facilité de consulter les différentes archives, notes de cours, articles, ouvrages et internet.
Nous utiliserons aussi le logiciel Proteus pour concevoir le circuit électronique global
de notre système puis le simuler, Enfin nous utiliserons le langage de programmation comme
le langage Arduino pour commander le microcontrôleur Arduino Nano et le module GSM
SIM900.
0.7 Objectifs du travail
En tenant compte du problème évoqué précédemment, ce travail visera à trouver une

solution pour concevoir et mettre en œuvre un système qui sera capable de :
 Calculer la puissance et la consommation en énergie électrique.

 Communiquer à distance
 Rendre la communication de manière continue en y intégrant un système de secours.
0.8 Difficultés rencontrées
La réalisation de ce travail n’a pas été facile, elle a connu des problèmes, tels que
l’absence des matériels sur le marché local, le lieu pour faire les expériences et faire le test du
prototype réalisé ainsi que nous n’avons pas trouvé la carte SIM 2G pour faire fonctionner le
module GSM SIM900 pour la communication vers le téléphone mobile.
Vu cette difficulté de trouver une SIM 2G, nous avons effectué le test dans le moniteur série de
Arduino IDE.
0.9 Subdivision du travail
Ce travail est structuré de la manière suivante :
 CHAPITRE I : GÉNÉRALITÉS SUR LES COMPTEURS ÉLECTRIQUES

 CHAPITRE II : MATERIELS ET METHODES
 CHAPITRE III : SIMULATION
 CHAPITRE IV : RÉALISATION ET RESULTATS

GÉNÉRALITÉS SUR LES COMPTEURS ELECTRIQUES
Chapitre 1 GÉNÉRALITÉS SUR LES COMPTEURS ELECTRIQUES

1.1 Introduction
Le compteur d’électricité est un appareil utilisé pour mesurer l’énergie électrique

consommée en un seul endroit, comme un espace de vie, une usine, une installation industrielle,
une école, une direction, une entreprise, etc.). Cette énergie est mesurée en kilowatts par heure
(KWh) et calculé en fonction de la puissance instantanée et du temps d’utilisation. Utilisé pour
estimer et facturer la consommation d’énergie. [2]
1 kWh est équivalent à 3,6 × 106 J
1.2 Historique
Dès le début de l’électrification, à la fin du 19e siècle, les sociétés de distribution

d’électricité ont eu à résoudre le problème de la facturation des services rendus à leur clientèle.
Faute d’appareils de mesure appropriés, elles ont souvent eu recours à des tarifs forfaitaires peu
satisfaisants. L’invention de compteurs d’énergie électrique assez précis et peu coûteux a
permis d’instaurer des systèmes de tarification plus élaborés.
Cependant, il ne suffit pas de savoir mesurer les consommations d’énergie électrique

pour établir des factures. L’élaboration d’une structure satisfaisante des tarifs de l’électricité est
une opération très complexe, qui met en jeu un grand nombre de facteurs laissant un grand
champ libre à l’imagination.
Il n’en demeure pas moins que l’outil de base indispensable à toute opération de
tarification ou de facturation de l’énergie électrique reste le compteur d’électricité.
On peut définir un compteur d’électricité comme suite :
Soit x(t) la puissance électrique ; débitée par le réseau vers une charge ; susceptible de varier
avec le temps t. On appelle compteur d’électricité un appareil qui effectue d’une façon continue
(ou quasi continue) l’intégration :
𝑡
∫0 𝑥(𝑡)𝑑𝑡 (1 − I)
Et qui donne à chaque instant le résultat actuel de cette intégration soit sous forme
convenant à une lecture directe, soit sous toute autre forme adaptée à l’utilisation envisagée. [3]

1.3 Le compteur électromagnétique
1.3.1 Définition
Les compteurs électromécaniques sont les compteurs les plus anciens et les plus
traditionnels installés grâce à sa grande qualité est sa robustesse et sa simplicité d’utilisation. Il
s’agit de la première génération des compteurs installés et ils utilisent un dispositif mécanique
de comptage pour afficher un seul indice de consommation qui est l’énergie. Ce compteur est
généralement situé dans le logement lorsqu’il s’agit d’un logement individuel. Dans le cas d’un
immeuble comportant plusieurs logements, il est situé à l’extérieur, souvent dans un
compartiment ou local technique qui lui est réservé.
Figure 1-1:Compteur électromagnétique. [11]
I.3.2 Le principe de fonctionnement
Le fonctionnement d’un compteur électromagnétique repose sur le principe de

magnétisme. Un disque métallique est encadré de part et d’autre de deux électroaimants.
Chacun de ces électro-aimants est traversé par le courant consommé sur place créant ainsi des
champs magnétiques inversés. Ce sont ces champs qui permettent de mettre le disque en
mouvement, sa vitesse étant proportionnelle à la qualité électricité passant par le compteur.
La rotation du disque entraine une série roues chiffrées permettant d’indiquer la consommation
totale d’électricité du logement depuis l’installation du compteur et de lire l’index en KWh. [1]

Figure 1-2:Compteur électromagnétique. [1]
Les éléments essentiels et principaux du compteur sont visibles à travers le capot transparent à
savoir :
(A) L’inducteur « Intensité » constitué par quelques spires de gros fil.
(B) L’inducteur « Tension » constitué par une bobine comportant un grand nombre de spires de
fil fin.
(C) Le disque en aluminium constituant le rotor.
(D) L’aimant de freinage.
(E) Le totaliseur d’énergie constitué d’un ensemble d’engrenages qui actionne un dispositif
d’affichage.
I.3.3 Les avantages et les inconvénients d’un compteur électromagnétique

1.3.3.1 Les avantages
Ce type de compteur est le plus ancien des affichages mécaniques, il présente l’avantage de :
 Haute fiabilité lors de la coupure de courant et même en cas de court-circuit, ils peuvent
continuer à fonctionner après avoir éliminé toutes les conséquences.
 Convient aux réseaux de faible qualité.
 Le prix d'achat est inférieur aux prix des appareils électroniques.
 Pas besoin de configuration supplémentaire. Tout ce qui est nécessaire est le câblage
correct.
 De plus en cas de détérioration ou de vandalisme, la dernière formation enregistrée reste
affichée ce qui rend sa lecture toujours possible.
 Longue durée de vie grâce à sa grande robustesse et sa grande qualité.
 Sa facilité d’installation et d'utilisation.

1.3.3.2 Les inconvénients
Tandis que ce compteur électromécanique procure à leurs utilisateurs une foule

d’avantages, il leur pose des inconvénients et des problèmes comme :
 Précision réduite avec consommation réduite. Cela est dû à une diminution du champ
électromagnétique.
 Petite classe de précision. Il ne dépasse pas une valeur de 2 unités.
 Défaillances de suivi avec une forte variation des courants de charge.
 Coefficient élevé de consommation intérieure. C'est-à-dire le compteur lui-même est
capable d'influencer partiellement la quantité dans la réception d’électricité.
 Dimensions relativement grandes.
C’est pour ça la technologie a évolué et sont apparus les compteurs numériques.

Cependant, il est très aisé de les programmer pour compter l’électricité qui a été prélevée où
injectée dans le réseau.
1.4 Compteur électronique
1.4.1 Définition
C’est un compteur d'énergie électrique numérique qui fonctionne avec un système de
comptage électronique, il s'agit de la deuxième génération des compteurs installés (après le
compteur électromécanique), sur lequel on peut lire les informations qui sont affichées sur un
dispositif d’affichage à cristaux liquides (LCD). Ce type de compteur est plus sensible aux
surintensités et surtensions, et tout particulièrement à la foudre et pour mesurer les fortes
intensités. [4]
Figure 1-3:Compteur électronique. [12]

1.4.2 Principe de fonctionnement
Maintenant, place aux compteurs électroniques. Ils sont facilement reconnaissables

grâce à leur conception basée sur les circuits et les composants électroniques modernes, ils se
composent d'un cadran d'affichage digital de la consommation d’électricité et de deux boutons
poussoirs S et D pour faciliter la lecture des index et des informations du compteur.
 La touche D (Défilement) : elle permet d’accéder à l’index du compteur.

 La touche S (Sélection) : elle permet de faire défiler les informations qui sont relatives
à l’appareil telles que le numéro de série du compteur ; l’option tarifaire ; la puissance
instantanée ; le réglage du disjoncteur choisi ; la puissance que vous avez souscrite, le
contrôle du fonctionnement de l'écran.
Pour un compteur d’électricité numérique, la formule fondamentale de la mesure de la

puissance active est toujours représentée par l’intégral :
𝑡
1
𝑃𝑎 = ∫ 𝑢(𝑡)𝑖(𝑡)𝑑𝑡 (2 − 𝐼)
𝑇
0
Avec :
Pa : la puissance active (w).
U(t) : tension instantanée présente par le réseau.
i(t) : courant instantané parcourant par le réseau.
Et pour calculer l’énergie consommée, on a l’équation suivante :
𝐸 = 𝑃𝑎. 𝑡 (3 − I)
Avec :
E : l’énergie consommée (KWh).
Pa : la puissance active (KW).
t : le temps (h).
Alors le compteur électronique détecte le signal de tension et de courant par un capteur

de tension et un capteur de courant, puis le signal de tension et de courant provenant des
capteurs sont multipliés pour obtenir une capacité instantanée et par l'intégration et la
multiplication avec le temps de ce dernier, nous obtenons l'énergie consommée en
kilowattheures, après ces mesures sont stockées dans des enregistrements. Le compteur est

caractérisé par un voyant lumineux sur la façade du compteur indique qu'il fonctionne bien. Ce
voyant clignote plus ou moins vite selon la quantité d'électricité consommée.
Figure 1-4:Compteur d'énergie électronique. [1]
1.4.3 Les avantages et les inconvénients d’un compteur électronique
1.4.3.1 Les avantages

 Le compteur numérique (affichage LCD) présente l’avantage de pouvoir afficher
différentes informations : (tarifs du KWh, Watt, tension).
 Les données calculées ainsi que les paramètres programmés sont enregistrées sur une
mémoire non-volatile permettant leur sauvegarde en cas de coupure d'alimentation.
 Ces compteurs sont plus sensibles aux surintensités et surtensions, et tout
particulièrement la foudre et les pannes de courant pourront être détectées plus
rapidement.
 Ce type de compteur est caractérisé par la précision, fiabilité, modularité,
souplesse…etc.
 Erreur minimale.
 Dimensions compactes par rapport aux appareils à induction.
 Manque de pièces mécaniques les plus susceptibles de s'user.

1.4.3.2 Les inconvénients

Les compteurs électroniques présentent certains inconvénients tels que :
 Haute sensibilité et instabilité aux fortes modifications réseau.

 Prix élevé, surtout quand il s'agit d'appareils multi-tarifs.
 La réparation coûte très cher.
 Problème de détection des défauts.
 Difficulté à effectuer des réparations.
 Sensibilité à un changement brusque de température.
1.5 Le compteur intelligent
1.5.1 Définition
Un compteur intelligent, également appelé compteur "smart", est un appareil numérique

qui enregistre électroniquement la consommation et l'injection d'énergie quotidiennement,
stocke ces données et les transmet à distance à votre gestionnaire de réseau de distribution
(GRD).
1.5.2 Le comptage intelligent
Le « comptage intelligent » est un concept qui remonte à la fin des années 80, il désigne
un système comprenant des compteurs communiquant de manière mono ou bidirectionnelle à
travers un réseau de communication fixe avec un système informatique central situé chez le
gestionnaire de réseau. Ce système peut communiquer avec l'extérieur ceci signifie qu’il peut
recevoir des ordres et envoyer des données et des informations sans l’intervention physique
d’un technicien. Il a été conçu pour faciliter la vie des clients et les consommateurs. Il est équipé
d’un système informatisé reliés au système électrique du foyer, ce compteur calcule à 1 kwh
près le débit de l’électricité consommée. Le chiffre précis en temps réel est fourni par le
compteur afin d’informer le consommateur et le distributeur. De plus il transmet simplement
les informations qu'il affiche et qui sont directement connectées aux bases de données des
fournisseurs d’énergie. Ces informations facilitent les relevés à distance, le suivi précis des
consommations et la fraude.
1.5.3 Quelques types des compteurs intelligents programmable
1.5.3.1 compteur d’énergie CPL
Le compteur intelligent CPL (Courant Porteurs en Ligne) est un type de compteur

d’énergie intelligent qui utilise les réseaux électriques existants pour transmettre des données.

Ces compteurs intègrent la technologie du CPL, qui exploite les câbles d’alimentation
électrique pour transmettre des signaux de communication. Le principe de cette technologie
consiste à coupler un signal haute fréquence (HF, un signal à plus haute fréquence et de faible
énergie) au signal 50 du réseau électrique. Le signal HF se propage sur l’installation électrique
et peut être reçu et décodé à distance. Ainsi le signal CPL est reçu par tout récepteur CPL de
même catégorie se trouvant sur le même réseau électrique. [5]
Figure 1-5:Principe général du CPL. [6]
1.5.3.2 Les avantages et les inconvénients d’un compteur intelligent CPL
1.5.3.2.1 Les avantages

 Utilisation de l’infrastructure existante
 Communication bidirectionnelle
 Surveillance en temps réel
 Gestion flexible de l’énergie
1.5.3.2.2 Les inconvénients

 Interférences électromagnétiques
 Problème de sécurité des données
 Compatibilité avec la qualité du réseau
 Coûts initiaux
1.5.4 Le compteur d’énergie intelligent avec module GSM
Un compteur d’énergie intelligent avec module GSM est un appareil de mesure avancé
qui intègre la technologie GSM (Global System for Mobile) pour transmettre et recevoir des
données de consommation électrique à distance. Ce type de compteur offre une surveillance en
temps réel, une communication bidirectionnelle pour les mises à jour logicielles et une capacité
de répondre aux commandes à distance. Il permet aux gestionnaires de réseaux électriques et
fournisseurs de services publics d’accéder aux données de consommation électrique. [1]

Figure 1-6:Compteur d'énergie avec module GSM. [15]
1.5.4.1 Les avantages d’un compteur d’énergie intelligent avec module GSM
Le compteur intelligent avec le module GSM présente les avantages suivants :
 Communication bidirectionnelle
 Surveillance en temps réel
 Gestion avancée de l’énergie
 Accessibilité à distance
 Adaptabilité dans les zones éloignées
1.5.4.2 Architecture du réseau GSM
Dans un réseau GSM, le terminal de l’utilisateur est composé notamment d’une carte
SIM (Subscriber Identity Mobile), permettant d’identifier l’usager de façon unique et d’un
telephone portable. L’ensemble est appelé station mobile. Les terminaux son identifiés par un
numéro d’identification unique de 15 chiffres appelé IMEI (International Mobile Equipement
Identity).
Chaque carte SIM possède également un numéro d’identification unique (et secret)
appelé IMSI (International Mobile Subcriber Indentity). Ce code peut etre protéger à l’aide
d’une clé de 4 chiffres appelé PIN.
La carte SIM permet ainsi d’identifier chaque utilisateur, indépendamment du terminal

utilisé lors de la communication avec une station de base. La communication entre une station
mobile et une station de base se fait par l’intermédiaire de la propagation des ondes
électromagnétiques à travers une interface air qui est le plus souvent un environnement multi-
trajet.

Figure 1-7:Architecture du réseau GSM. [16]
L’ensemble des stations de base d’un réseau cellulaire est lié à un contrôleur de station
de base(en anglais Base Station Controller, noté BSC). Qui est la partie intelligente du lien
radio : c’est lui qui décide de l’activation ou désactivation vers une station mobile, qui décide
de la puissance d’émission des stations de base et des stations mobiles et qui gère le changement
de cellules. Les contrôleurs des stations de base connectés, forment le sous-système radio (en
anglais BSS pour Base Station Subsystem). Enfin les contrôleurs de stations sont eux-mêmes
reliés physiquement au centre de commutation du service mobile (en anglais MSC pour Mobile
Switching Center), géré par l’opérateur téléphonique, qui les relie ainsi au réseau téléphonique
public et à internet. Le MSC appartient à un ensemble appelé sous-système réseau chargé de
gérer les identités des utilisateurs, leur localisation et l’établissement de la communication avec
les autres abonnés. [6]
1.6 Conclusion partielle
Dans ce chapitre, nous avons présenté ce qu’est le compteur d’électricité en général et

montré son histoire, son rôle et ses types ; nous avons ajouté un aperçu sur les avantages et les
inconvénients de chaque type de compteur et nous avons aussi présenté la notion d’architecture
du réseau GSM qui nous permet de faire la communication entre un téléphone mobile et le
compteur d’énergie électrique.

MATERIELS ET METHODES
Chapitre 2 MATERIELS ET METHODES

2.1 Description du projet
Notre projet consiste à concevoir, simuler et réaliser un compteur d’énergie électrique

programmable censé mesurer avec précision la consommation électrique, fonctionner
continuellement même en cas de coupure d’alimentation et enfin communiquer à distance.
Le compteur d’énergie programmable avec système de secours et communication GSM,

est réalisé avec un microcontrôleur Arduino Nano, qui reçoit des signaux venant des capteurs
de tension et de courant, un module GSM pour la communication à distance et une batterie de
secours pour assurer la continuité de fonctionnement du compteur. Le rôle de notre compteur
est de mesurer les grandeurs électriques d’une installation basse tension (domestique), via les
capteurs de tension et de courant pour ensuite envoyer un message contenant les paramètres
tels que la tension, le courant, la puissance et l’énergie électrique.
Ce chapitre vise à présenter les outils et matériels utilisés dans l’expérimentation et aussi
d’expliquer les détails techniques, méthodes et démarches pour la conception du compteur.
2.2 Les grandeurs électriques en régime sinusoïdal
Avant d’entamer les méthodes et démarches de la conception, il est primordial de

rappeler les notions et les théories des grandeurs électriques et aussi les puissances et l’énergie
électrique en régime sinusoïdal. Connaitre ces théories, permet à la suite de l’étude de
manipuler ces grandeurs électriques aisément et d’établir des bons algorithmes de calcul et de
trouver les bonnes solutions pour nos objectifs du projet.
2.2.1 Tension électrique
La tension symbolisée par la lettre (U), mesurée en volt (V), représente la différence de
potentiel électrique entre deux points d’un circuit. Elle est la force qui pousse les charges
électriques à se déplacer dans un circuit. Une tension plus élevée signifie une grande force
motrice pour les charges.
En régime sinusoïdal, caractériser un signal par une seule valeur n’est pas très pratique
vu que le signal n’est pas constant. Alors, la grandeur est définie par sa valeur moyenne et sa
valeur efficace.
 Valeur moyenne :
 Si u(t) est la tension instantanée générée par la source alternative, sa valeur moyenne
entre deux temps respectifs t1 et t2 est Um tel que :
1 𝑡2
𝑈𝑚 = 𝑡1+𝑡2 ∫𝑡1 𝑢(𝑡)𝑑𝑡 (1 − II)
Et pour un intervalle de temps de demi-période, l’équation devient :

𝑇
2
𝑈𝑚 = 𝑇 ∫0 𝑢(𝑡)𝑑𝑡2 (2 − II)
 Valeur efficace de la tension :
Cette valeur efficace est la plus utilisée et la plus importante, car elle est décisive pour
la production d’énergie. Pratiquement, c’est la valeur donnée par le multimètre, mais
mathématiquement, elle est calculée par l’équation suivante, définie par U sur une période T:
𝑇
2
U=√= 𝑇 ∫02 𝑢(𝑡) ^2 𝑑𝑡 (3 − II)
En régimes sinusoïdaux de tension et de courant, pour une tension instantanée u(t) telle que:
𝑈(𝑡) = 𝑈𝑚𝑎𝑥 𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑡) (4 − II)
Il est montré que la valeur efficace est égale à la valeur de crête (valeur maximale, Umax)
divisée par la racine carrée de deux :
𝑈𝑚𝑎𝑥
𝑈= (5 − II)
√2
2.2.2 Intensité du courant électrique
Le courant(I), mesuré en Ampères (A), représente le débit de charges électriques qui

circulent à travers un conducteur. Il essentiel pour alimenter les composants électriques d’un
circuit. Plus le courant est élevé, plus la quantité de charges électriques en mouvement est
importante.
De la même façon que la tension électrique, le courant est aussi caractérisé par sa valeur
moyenne et efficace en régime sinusoïdal :
 Valeur moyenne du courant :

t2
1
Im = ∫ i(t)dt (6 − II)
t1 + t2
t1
Et sur une demi-période l’équation du courant moyen Im devient :

𝑇
2
2
𝐼𝑚 = ∫ 𝑖(𝑡)𝑑𝑡 (7 − II)
𝑇
0
 Valeur efficace du courant
De même pour le courant efficace I, la valeur efficace du courant est définie par
l’équation mathématique suivante :
𝑇
2
I=√= 𝑇 ∫02 𝑖(𝑡) ^2 𝑑𝑡 (8 − II)
Et il est montré aussi qu’en régimes sinusoïdaux, la valeur efficace est égale à la valeur
de crête (valeur maximale, Imax) rapportée à la racine carrée de deux :
𝐼𝑚𝑎𝑥
𝐼= (9 − II)
√2
2.2.3 Les puissance en régime sinusoïdal
2.2.3.1 Puissance en régime périodique
La puissance instantanée dissipée, souvent notée par p(t), est la quantité de puissance
active, c’est-à-dire la puissance réellement utilisée pour effectuer un travail, qui est dissimulée
à un moment précis dans un circuit électrique. Cette grandeur varie au fil du temps en fonction
de la tension et du courant présents dans le circuit à cet instant.
La formule générale pour calculer la puissance instantanée dissipée dans un circuit est donnée
par :
𝑝(𝑡) = 𝑢(𝑡). 𝑖(𝑡) (10 − II)
Où :
p(t) : est la puissance instantanée dissipée en Watts (W),
u(t) : est la valeur de tension a l’instant t en Volts (V),
i(t) : est la valeur de courant à l’ instant t en Ampères (A).
La connaissance de la puissance instantanée dissipée est cruciale pour évaluer la

consommation d’énergie à tout moment dans un circuit électrique, identifier les pics de
puissance, surveiller les performances des composants et optimiser l’efficacité énergétique des
systèmes électriques.
En régime périodique de période T, la puissance moyenne est définie par P :
1 1
𝑃= ∫ 𝑝(𝑡)𝑑𝑡 = ∫ 𝑢(𝑡). 𝑖(𝑡)𝑑𝑡 (11 − II)
𝑇 𝑇
(𝑇) (𝑇)
2.2.3.2 Puissance instantanée en régime sinusoïdal
En régime sinusoïdal, les grandeurs peuvent être exprimées comme des fonctions sinusoïdales
du temps :
𝑢(𝑡) = 𝑈. √2. 𝑐𝑜 𝑠(𝜔𝑡 + 𝜙(𝑈)) (12 − II)
𝑖(𝑡) = 𝐼. √2. 𝑐𝑜 𝑠(𝜔𝑡 + 𝜙(𝐼)) (13 − II)
Où :
ω : est la pulsation,
𝜙 (U) : est l’angle de déphasage de la tension,
𝜙 (I) : est l’angle de déphasage du courant.
En substituant ces expressions dans la formule de la puissance instantanée, nous obtenons :
𝑃(𝑡) = 𝑢(𝑡). 𝑖(𝑡) (14 − II)
𝑃(𝑡) = 𝑈. √2. 𝑐𝑜 𝑠(𝜔𝑡 + 𝜙(𝑈)) ∗ 𝐼. √2. 𝑐𝑜 𝑠(𝜔𝑡 + 𝜙(𝐼)) (15 − II)
𝑃(𝑡) = 𝑈. 𝐼. 2 [𝑐𝑜 𝑠(𝜔𝑡 + 𝜙(𝑈)) ∗ 𝑐𝑜 𝑠(𝜔𝑡 + 𝜙(𝐼))] (16 − II)
En utilisant l’identité trigonométrique 𝑐𝑜𝑠𝐴 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝐵 nous obtenons:

1
[cos(𝐴 + 𝐵) + cos(𝐴 − 𝐵)] (17 − II)
2
Nous pouvons simplifier l’expression :
𝑃(𝑡) = 𝑈. 𝐼. [𝑐𝑜𝑠(𝜙(𝑈) − 𝜙(𝐼)) + 𝑐𝑜𝑠(2𝜔𝑡 + 𝜙(𝑈) + 𝜙(𝐼))] (18 − II)
La première partie de l’expression, 𝑈. 𝐼. 𝑐𝑜𝑠(𝜙(𝑈) − 𝜙(𝐼)) représente la composante de

puissance active réelle, tandis que la seconde partie est une composante de fréquence double
qui oscille rapidement et ne contribue pas à la puissance réellement dissipée. Ainsi, la puissance
instantanée en régime sinusoïdal est déterminée par la tension, le courant et leur déphasage.
𝑃(𝑡) = 𝑈. 𝐼 . 𝑐𝑜𝑠(𝜙(𝑈) − 𝜙(𝐼)) (19 − II)

2.2.3.3 Puissances moyennes
En électricité dans le régime sinusoïdal, il existe plusieurs types de puissances

moyennes, mais trois types de puissances moyennes peuvent etre distinguées : la puissance
active ou réelle, la puissance apparente et la puissance réactive.
 La puissance active P en Watt :
Elle est la valeur moyenne de la puissance instantanée p(t). Elle dépend de la valeur
efficace des tensions U et des courants I en régime sinusoïdal ainsi que le déphasage entre la
tension et le courant. La puissance active est maximale en cas de charge purement résistive et
elle est nulle dans le cas de récepteurs purement réactifs (inductance ou condensateur idéal).
Tenant compte du déphasage entre la tension et le courant, la puissance active (ou puissance
réelle) est celle qui est le plus généralement utilisée, car elle correspond à la réalité du travail
ou de la chaleur fournie par la charge.
𝑃 = 𝑈. 𝐼. 𝑐𝑜𝑠𝜙 (20 − II)
Deux cas peuvent se présenter :
 -π/2 < φ < +π/2 : P > 0, c’est-à-dire que le dipôle absorbe de la puissance ;
 +π/2 < φ < +π : P < 0, c’est-à-dire que le dipôle fourni de la puissance.
 Puissance réactive Q en Volt Ampère Réactif (VAR) :
La puissance réactive représente la moyenne temporelle de la puissance réactive absorbée

et restituée par les inductifs et capacitifs d’un circuit électrique.
𝑄 = 𝑈. 𝐼. 𝑠𝑖𝑛𝜙 (21 − II)
Le type du dipôle est défini par la valeur de la phase φ :
 0 < φ ≤ π/2, Q > 0 et on dit que le dipôle est de type inductif ;

 -π/2 ≤ φ < 0, Q < 0 et le dipôle est dit capacitif
 La puissance apparente S en Volt Ampère [VA] :
Elle représente l'amplitude des fluctuations de la puissance instantanée p par rapport à sa

valeur moyenne. Elle correspond au produit des valeurs efficaces de la tension U et du
courant I, mesuré à l'aide d'un voltmètre et d'un ampèremètre.

En connaissant la puissance active P et la puissance réactive Q amène naturellement à

définir la quantité S de la puissance apparente.
S=√𝑃2 + 𝑄 2 (22 − II)
Et qui donne ensuite :
𝑆 = 𝑈. 𝐼 (23 − II)
Donc la puissance apparente correspond au produit des valeurs efficaces de la tension U et

du courant I.
 Facteur de puissance cos𝜙 :
Le facteur de puissance indique la proportion de la puissance apparente qui est utilisée pour
effectuer un travail utile. Un facteur de puissance idéal est égal à 1, ce qui signifie que toute
la puissance apparente est convertie en puissance active. [7]
𝑃
𝐶𝑜𝑠𝜙 = (24 − II)
𝑆
Tableau 1:Puissance apparente, active et réactive. [9]
Puissance Symbole Unité Formule
Puissance S Volt Ampère 𝑺 = 𝑼. 𝑰
Apparente [VA]
Puissance P Watt 𝑷 = 𝑼. 𝑰. 𝒄𝒐𝒔𝝓
active [W]
Puissance Q Volt Ampère 𝑸 = 𝑼. 𝑰. 𝒔𝒊𝒏𝝓
réactive Réactif

Figure 2-1:Diagramme de puissances. [18]
2.2.3.4 Energie électrique consommée
L’énergie électrique E consommée par un appareil de puissance P pendant un temps de

fonctionnement t s’exprime par :
𝐸 = 𝑃. 𝑡 (25 − II)
L’énergie est exprimée en Joule « J », équivalant à Watt-Seconde « Ws ». Mais dans le

domaine électrique, l’unité de l’énergie est généralement le Kilowattheure « KWh ». La
conversion du Ws en KWh se fait en multipliant le E en Ws par un kilo (1000) et par 3600
secondes pour une heure.
1 [𝐾𝑊ℎ] = 1 [𝑊𝑠]. 1000. 3600[𝑠]
2.3 Composants matériels
Dans ce point nous allons approfondir les caractéristiques et les fonctionnalités des
matériels ainsi le choix des matériels que nous avons utilisé pour notre conception du compteur.
2.3.1 Microcontrôleur Arduino
Une carte Arduino est une carte programmable open-source. Elle est composée d’un
microcontrôleur, d’une mémoire de connecteur d’entrée/sortie et d’autres composants
électriques.
2.3.1.2 Description de la carte Arduino Nano
La carte Arduino Nano est la plus populaire pour le moment et la plus facile à utiliser
pour les projets électroniques.

Figure 2-2: Arduino Nano. [19]
Figure 2-3: Broches d’Arduino Nano. [20]

Tableau 2:Description des broches Arduino Nano. [10]
Numéro du Nom Type Description

pin
1-2, 5-16 D0-D13 I/O Digital input/output port 0 to 13
3, 28 RESET Input Reset (active low)
4, 29 GND PWR Supply ground
17 3V3 Output +3.3V output (from FTDI)
18 AREF Input ADC reference
19-26 A7-A0 Input Analog input channel 0 to 7
27 +5V Output +5V output (from on-board regulator) or
orInput +5V (input from external power supply)
30 VIN PWR Supply voltage
2.3.1.2 Caractéristiques
 Alimentation : Via port USB ou 5VCC
 Microprocesseur : ATMega328
 Mémoire flash : 32Kb
 Mémoire SRAM : 2Kb
 Mémoire EEPROM : 1Kb
 Intensité : 40 mA
 Cadencement : 16 MHz
 Fiche USB : mini-USB
 Dimensions : 45 x 18 x 18 mm
2.3.2 Le module GSM SIM900
2.3.2.1 Description
Le SIM900 est un module sans fil fiable et ultra-compact. C’est un module quadri-bande
GSM/GPRS complet de type SMT et conçu avec un processeur à puce unique tres puissant
intégrant un cour ARM926EJ-S, ce qui permet de bénéficier de solutions de petites dimensions
et économiques. Doté d’une interface standard de l’industrie, le SIM900 offre des performances
GSM/GPRS à 850/900/1800/1900 MHz pour la voix, les SMS, le fax et les données dans un
petit facteur de forme et avec une faible consommation d’énergie.
Le module SIM900 fournit un moyen de communiquer en utilisant le réseau de téléphonie

cellulaire GSM à travers une liaison série, ainsi il nous permet d’atteindre les SMS, MMS,
GPRS et audio via UART. [8]

Figure 2-4:Module GSM SIM900. [11]
Le module présente les caractéristiques suivantes :
 Quadri-Bande 850/ 900/ 1800/ 1900 MHz (fonctionne avec tous les réseaux GSM de
tous les pays)
 GPRS multi-slot class 10/8
 GPRS mobile station class B
 Conform a GSM phase 2/2+
 Class 4 (2W a 850/900 MHz)
 Class 1 (1W a 1800/ 1900 MHz)
 Contrôle à l’aide de commande AT (Commandes standard : GSM 07.070 et 07.05)
 Message SMS (Il est ainsi possible d’envoyer de petites quantités de données via le
réseau mobile (ASCII ou données hexadécimales).
 Embarque une stack TCP/UDP (Permettant d’envoyer des données sur un serveur web
Support RTC).
 Port série sélectionnable
 Prise pour micro et casque
 Basse consommation (1.5mA(en mode veille))

 Supporte la norme de température industrielle (-40°C à +85°C)

 Tension d’entrée 5V-12V DC
2.3.3 Le capteur de courant ACS712
2.3.3.1 Description
Dans ce travail, nous avons choisi un capteur de courant à effet Hall. C’est un dispositif
qui détecte le courant électrique dans un fil, et génère un signal proportionnel à celui-ci. Le
signal généré pourrait être une tension analogique ou numérique. Il peut ensuite être stocké pour
une analyse plus approfondie dans un système d’acquisition de données. Le capteur de courant
utilisé est un capteur à effet Hall, de modèle ACS712 30A, connecté en série avec la ligne dont
le courant doit être mesuré.
Le capteur de courant à effet Hall exploite l’effet Hall pour produire une tension image
exacte du courant à mesurer. L’apparition d’un champ électrique transversal et d’une différence
de potentiel dans un métal ou un semi-conducteur parcouru par un courant électrique lorsqu’on
l’introduit dans un champ d’induction magnétique perpendiculaire à la direction du courant, est
appelée effet Hall.
Figure 2-5:Capteur de courant ACS712. [21]
2.3.3.2 Caractéristiques techniques de l’ACS712

 Dimensions : 31x13x15mm
 Puce : ACS712ELEC-30A
 Gamme de courant mesuré : -30A a +30A
 Sensibilité : 66mV/A
 Vref a 0A : Vcc/2 soit 2.5V
 Isolation : 2.1KV

 Consommation : 10mA
 Erreur : 1.5% à 25°C
 Alimentation : 5VDC (4.5-5.5VDC)
 Poids : 2g
La carte comporte trois pins : VCC, GND et OUT. Le pin OUT sort la tension de mesure,
proportionnelle au courant mesuré qui est de 100mV par Ampère. Le pin VCC est
l’alimentation de la carte et GND se relie à la masse. [9]
Figure 2-6:Description du capteur de courant ACS712. [21]
2.3.3 Le capteur de tension ZMPT101B
2.3.3.1 Description
ZMPT101B est un capteur de tension de type AC qui possède un transformateur supposé

idéal de tension intégré. Il a une grande précision, une bonne cohérence pour la mesure de
tension et de puissance et il peut mesurer jusqu’à 205V AC.
Le capteur de tension ZMP101B nous l’avons choisi parce qu’il est idéal pour mesurer
la tension alternative en utilisant Arduino Nano comme une plate-forme open source.
Figure 2-7:Capteur de tension ZMPT101B. [22]

2.3.3.2 Schéma et caractéristiques du capteur ZMPTB
 Schéma de capteur de tension ZMPT101B :
Le schéma électrique de ZMPT101B est présenté par la figure ci-dessous :
Figure 2-8:Schéma du capteur ZMPT101B. [2]
𝐼𝑒 = 𝐼𝑠 (26 − II)
𝑉𝑖𝑛 𝑉𝑜𝑢𝑡
𝐼𝑒 = ; 𝐼𝑠 = (27 − II)
𝑅1 𝑅2
En remplaçant Ie et Is par leurs expressions nous obtenons Vin/R1=Vout/R2

𝑉𝑖𝑛
Donc 𝑉𝑜𝑢𝑡 = ∗ 𝑅2 (28 − II)
𝑅1
Où :
Ie : courant d’entré au primaire du transformateur
Is : courant de sortie au secondaire du transformateur
Vin : tension d’entrée au primaire du transformateur
Vout : tension à la sortie du transformateur
R1 et R2 : les résistances du primaire et du secondaire du transformateur.
 Caractéristiques de capteur ZMPT101B :
Il est caractérisé par :
• Une haute précision.
• Une bonne fiabilité.
• Une large gamme de mesure (0-250 AC).
• Très facile à utiliser et à construire.

• Un potentiomètre pour régler la sortie ADC.
 Erreur de ± 1.5%
Le transformateur de tension intégré l’a réduit à 2,5 V (pic). Puis un décalage de 2,5 V a été
inséré pour déplacer le signal vers un niveau positif où l’Arduino Nano peut être détecté,
donc le pic va être décalé à 5V. [10]
Figure 2-9:Caractéristiques du signal de ZMPT101B. [23]
Tableau 3:Caractéristiques électriques de ZMPT101B. [14]
Courant d’entrée nominal 2mA
Courant de sortie nominal 2mA
Rapport de transformation 1000:1000
Tension d'isolation 4000V
Température de fonctionnement -40℃ ~ + 60℃
 Applications :
 Comptage (compteurs d'énergie électrique).
 Détection de défaut de masse.
 Equipement électrique domestique.
 Equipement de contrôle électrique et protection des relais.

2.3.4 Afficheur LCD
2.3.4.1 Présentation
L’écran est indispensable pour notre système qui nécessite l’affichage des paramètres
tels que : la tension, le courant ; la puissance, l’énergie électrique.
L’écran LCD est commandé par le microcontrôleur Arduino, et il va nous permettre de

visualiser les informations venant de l’Arduino ; Nous avons choisi le LCD de type 16*2.
Figure 2-10:ÉcranLCD. [2]
2.3.4.2 Fonctionnement d’un écran LCD
Les écrans LC utilisent des cristaux liquides entre deux plaques de verre polarisées pour
contrôler la transmission de la lumière. Les cristaux liquides modifient l’orientation de la
lumière polarisée sous l’effet d’un champ électrique appliqué. En ajustant le champ électrique
sur chaque pixel, les cristaux liquides permettent de Contrôler la quantité de lumière traversant
chaque pixel, ce qui génère des images et du texte sur l’écran.
2.3.4.3 Schéma fonctionnel d’un afficheur LCD
Le schéma fonctionnel d’un afficheur LCD est montré ci-dessous :
Figure 2-11:Circuit interne de LCD. [2]

Les broches de cet afficheur sont :
• RS : cette broche nous détermine dans quelle mémoire nous écrivons des données,
l'enregistreur de données ou l'enregistreur d'instructions.
• R / W : pour lire ou écrire, ce port spécifie soit sélectionner le mode lecture ou écriture.
• Enable pin : cette broche, si elle est activée, permet d'écrire sur l'écran LCD.
• (D0-D7) : ce sont les broches par lesquelles nous transmettons des données aux enregistreurs.
 2 lignes de 16 caractères
 Rétro-éclairage bleu, caractères blancs
 Alimentation : 5V
 Dimensions : 36 x 79 x 20 mm
 Poids : 40 grammes
 Consommation : 15mA sous 5V
2.3.6 Batterie de secours R18650 3S2P UN
2.3.6.1 Description
La batterie R18650 3S2P UN est une batterie Li-ion (Lithium-ion), c’est une option
pour alimenter le microcontrôleur Arduino Nano, cette batterie dans notre projet va assurer le
secours lorsque l’alimentation AC est coupée et pour sa charge nous allons prévoir une
alimentation DC pour alimenter le régulateur MB-102 et charger la batterie.
Figure 2-12:La batterie R18650 3S2P UN. [25]

La batterie Li-ion présente les caractéristiques suivantes :
 Tension nominale de fonctionnement : 11.1V

 Tension minimale : 9V
 Tension maximale : 12.6V
 Capacité nominale : 5.2Ah
 Capacité minimale : 4.8Ah
 Impédance interne : 30mΩ
 Tension de coupure de décharge : 9V
 Courant de charge standard : 1A
 Courant de charge rapide : 1.3A
 Courant de décharge standard : 2A
 Poids : 200g
 Dimension maximale : longueur (54mm), largeur (36mm), hauteur (67mm)
 Température de fonctionnement : charge (0-45°C) et décharge (-20 à 60°C)
 Température de stockage : durant 1 mois (-5 à 35°C) durant 6 mois (0-35°)
 Technologie : 18650
 Nombre d’éléments : 6
 Sécurité : Circuit de protection intégré(PCB)
2.3.7 Alimentation AC/DC
L’alimentation AC/DC est un convertisseur électronique qu’on appelle redresseur, qui

transforme le courant alternatif (AC) en courant continu(DC).
Figure 2-13:Alimentation AC/DC. [26]

2.3.7.1 Etude fonctionnelle d’une alimentation continue
L’étude consiste à comprendre le passage d’une forme d’énergie sinusoïdale (220V

50Hz pour notre cas) à une forme continue fixe de 12V. Ceci peut se décomposé en plusieurs
étapes. (Comme ci-dessous) de même forme mais de valeur plus faible.
Figure 2-14:Etude fonctionnelle d’une alimentation continue. [27]
 Redresser : Ne garde que la partie positive (ou négative) de la sinusoïde d'entrée.

 Lisser : Cette fonction a pour rôle de maintenir la tension de sortie supérieure à une
certaine valeur.
 Réguler : La tension de sortie de cette fonction doit être constante quel que soit le
courant demandé.
2.3.7.2 Caractéristiques de l’alimentation AC/DC
Pour notre projet nous avons choisi une alimentation AC/DC qui présente les
caractéristiques électriques suivantes :
 Tension d’entrée du secteur : 100-240V, 50Hz-60Hz, 880mA

 Tension de sortie : 12V DC avec un courant de 1.5A
Figure 2-15:Le Redressement.

2.3.8 Alimentation DC/DC MB-102
L’alimentation DC/DC MB-102 c’est un convertisseur électronique qu’on appelle

hacheur ; qui convertit une tension continue en une tension continue variable.
Figure 2-16:Alimentation DC/DC MB-102. [28]
2.3.8.1 caractéristiques
 Entrée : 6.5-12 V DC ou alimentation USB

 Sortie : 3.3/5V commutable
 Courant de sortie maximum : inférieur à 700 mA
 Deux groupes de broches de sortie DC 3.3 V et 5 V
 Contrôle indépendant de deux sorties, commutable avec la carte de développement
Arduino.
 Taille : 55 x 33 mm
2.3.8.2 Avantages
 Facile à utiliser
 Polyvalent
 Abordable
 Compact
2.4 Conception et intégration matérielle
Nous avons planifié l’intégration des capteurs du courant et tension que nous avons mis
dans un bloc Compteur d’énergie, l’installation de la batterie et de l’alimentation ainsi que la
mise en place d’un relais pour la commutation. Le système proposé a été matérialisé à partir
d’un concept noté après des enquêtes et des examens approfondis de divers systèmes
préexistants. Le diagramme fonctionnel est montré sur la figure ci-dessous sous la forme
simple :

Figure 2-17:Diagramme fonctionnel du système.
Le système fonctionne de la manière suivante ; le capteur de tension prélève la tension

fourni par l’alimentation principale du secteur et le capteur de courant mesure le courant
demandé par la charge ; les deux capteurs prennent ses données sous forme des signaux
analogiques et les envois au microcontrôleur Arduino Nano qui a son tour, calcul la
consommation électrique et donne les instructions au module GSM d’envoyer un message au
téléphone mobile. Lorsqu’il y a du courant à l’alimentation principale, le compteur est alimenté
par la source principale via l’alimentation ; et lorsqu’il y a coupure du courant ou panne, la
batterie de secours alimente automatiquement le compteur pour que la communication reste
continue.
2.5 La conception logicielle
2.5.1 Présentation du logiciel Arduino IDE
Le logiciel Arduino est un environnement de développement gratuit et open source

(IDE) téléchargeable sur le site officiel d’Arduino sur « Arduino.cc ».
L’IDE Arduino permet de :
 Éditer un programme des croquis.

 Compiler ce programme en langage "machine" Arduino.

 Installer le programme dans la mémoire d’Arduino.

 Communiquer avec la carte Arduino via le terminal.
Logiciel Arduino pour notre projet va nous permettre de programmer le microcontrôleur

Arduino Nano, il est basé sur les langages C / C++. [15]
Figure 2-18:Présentation du logiciel Arduino IDE. [2]
2.5.1.1 Interface du logiciel Arduino
L’interface du logiciel Arduino est composée d’un menu a cinq boutons ; qui permettent
de démarrer le programme.
Figure 2-19:Interface du logiciel Arduino IDE. [2]
2.5.1.2 Structure d’un programme Arduino
La structure est présentée sur la figure ci-dessous, elle se compose de trois parties :
 Zone globale : permet d’appeler des bibliothèques, de créer des variables globales, de
créer de nouvelles fonctions ou procédures pour votre programme.

 Zone setup : Une fonction "void setup ()" est utilisée pour initialiser les éléments
variables. Cette fonction n’est appelée qu’une seule fois au démarrage par Arduino.
 Zone void : Une fonction "void loop ()" est appelée en continu par Arduino et après la
fonction de configuration, elle contient Le cœur du programme.
Figure 2-20:Structure d’un programme. [2]
2.5.2 Présentation du logiciel Proteus
Proteus est un outil logiciel de simulation et de conception développé par Labcenter

Electronics pour la conception de circuits électriques et électroniques. Il possède également une
fonction de dessin 2D CAO. Il possède deux logiciels principaux : ISIS, ARES.
 ISIS est le logiciel utilisé pour dessiner des schémas et simuler les circuits en temps
réel. La simulation permet un accès humain pendant l’exécution, fournissant ainsi une
simulation en temps réel.
 ARES est utilisé pour la conception de circuits imprimés. Il a la fonction de visualiser
la sortie en vue 3D du circuit imprimé conçu avec les composants.
 Le concepteur peut également développer des dessins 2D pour le produit.

Figure 2-22:Interface de Proteus. [29]
Figure 2-21:Interface Isis. [29]

2.5.2.1 Interface de logiciel ISIS
ISIS a une large gamme de composants dans sa bibliothèque. Il dispose de sources, de

générateurs de signaux, d’outils de mesure et d’analyse tels que l’oscilloscope, le voltmètre,
l’ampèremètre, transformateurs, circuits intégrés numériques et analogiques, commutateurs
semi-conducteurs, relais, microcontrôleurs, processeurs, capteurs et d’autres composants
électroniques.
2.5.2.2 Les outils de l’interface ISIS
Ci-dessous présentons les outils de logiciel et leurs descriptions des principaux outils
utilisés pour notre projet :
 Outil de sélection : Cet outil sert à sélectionner un ensemble ou un objet du circuit.

Suite à cette sélection, l’objet peut ensuite être déplacé, pivoter voir même supprimer.
 Outil de composition : Le but de cet outil est de sélectionner un composant dans la
bibliothèque, et ensuite de le placer à l’endroit voulu.
 Label : L’outil Label sert à nommer les fils reliant les composants.
 Script de texte : On utilise cet outil pour écrire du texte sur n’importe quel endroit de
la feuille.
 Bus : Le mode Bus sert à connecter plusieurs composant sur d’autre à l’aide d’un seul
fil. Cet outil est surtout utile pour les microcontrôleurs.
 Terminal : L’outil terminal sert à remplacer les fils. Les broches devant être connectées
doivent avoir exactement le même nom l’une que l’autre.
 Broches de composant : L’outil broche de composant sert a créé des composant qui
n’existent pas. Et également de les reliés entre eux.
 Générateur : Cet outil est utilisé pour générer un courant, qu’il soit sinusoïdale, pulsé,
transmit par vague etc. [2]

Figure 2-23:Outils de l'interface Isis. [29]

SIMULATION
Chapitre 3 SIMULATION
Dans le chapitre précédent, nous avons décrit les éléments nécessaires pour concevoir
notre projet. Dans ce chapitre nous allons discuter de la simulation et la programmation de notre
système ; pour vérifier son fonctionnement sur le logiciel Proteus ainsi que interpréter les
résultats de la simulation.
3.1 Prototype de simulation sur le logiciel Proteus
Ci-dessous nous présentons le schéma de connexion global de simulation du compteur

d’énergie électrique.
Figure 3-1:Circuit électronique global du système.

SIMULATION
3.2 Description du prototype
La simulation représente un circuit électronique comportant une partie de mesure, une

partie d’affichage, une partie de communication au mobile et une partie de secours
La première partie de la simulation de notre système comporte des capteurs de mesure qui
suivent les instructions venant du microcontrôleur (Arduino) ; utilisant un circuit électronique
équivalent pour mesurer la tension et un module de capteur du courant pour mesurer le courant.
La deuxième partie de la simulation comporte l’affichage des paramètres tel que la tension, le
courant, l’énergie et la puissance sur l’écran LCD.
La troisième partie de la simulation comporte la partie de la communication du compteur avec

le téléphone mobile.
La toute dernière partie de la simulation comporte un système de secours du compteur ;

composée d’une alimentation AC/DC et de MB-102 3.3V-5V, un relais électromagnétique
pour la commutation et une batterie 11.1V de secours.
3.2.1 Partie mesure
Pour notre simulation, nous avons utilisé la carte Arduino UNO, car elle nous permet
de faire la simulation du compteur sur le logiciel PROTEUS.
3.2.1.1 Mesure de la tension
Pour mesurer la tension électrique à l’aide d’Arduino UNO, nous avons construit un
capteur de tension alternative. La figure ci-dessous montre le schéma d’un transformateur
abaisseur de tension efficace de 220/13V AC.
Le capteur de tension son rôle, est de fournir un signal sinusoïdal de faible amplitude de 0V à
5V DC de l’entrée analogique Arduino.

SIMULATION
Figure 3-3:Mesure de la tension.
Figure 3-2:interface du transformateur abaisseur sur arduino. [2]
Si la tension de sortie Adapter output est la tension sinusoïdale issue du secondaire du

transformateur. R1 et R2 forment un pont diviseur de tension pour ramener une tension à un
signal faible inférieure à 2,5 Volts qui est la tension mid-point. Etant donné que l’entrée
analogique ne supporte que les signaux positifs, il est nécessaire de faire monter la tension mid-
point dans la partie positive en l’ajoutant de 2,5 Volts continue. En effet, R3 et R4 forment un
pont diviseur et se positionnent pour fournir cette tension d’ajout en divisant la tension de
référence 5 Volts de l’Arduino en deux. Pour ce qui est du condensateur, ce composant se place
seulement en vue d’assurer un signal bien lisse en cas de variation brusque. [9]
3.2.1.2 Mesure du courant
Le courant passe d’abord au capteur qui se branche en série avec la charge ; le pin OUT
se connecte avec l’entrée analogique A1, le VCC avec le 5V et le GND avec le GND de
l’Arduino.

SIMULATION
Figure 3-4:Mesure du courant.
Les charges prennent ses sources avant l’enroulement primaire du transformateur. En

passage le courant passe d’abord au capteur qui se branche en série. Le pin OUT se connecte
avec l’entrée analogique A1, le VCC avec le 5 Volts et GND avec la GND de l’Arduino Uno.
3.2.2 Partie affichage (LCD 20x4)
C’est un afficheur de type LM041L, de 4 lignes et 20 colonnes, Nous avons choisi ce

type pour afficher les variable claire et bien ordonner. La Figure ci-dessous présente le brochage
de l’afficheur LCD avec Arduino Uno.
Figure 3-5:Partie affichage.

SIMULATION
3.2.3 Partie communication
La partie communication comporte un module GSM et un écran virtuel permettant

d’afficher la communication entre le compteur et le mobile. La figure ci-dessous montre la
partie communication ainsi le brochage avec la carte Arduino Uno.
Figure 3-6:Partie communication.
3.2.4 Partie secours du compteur
La partie secours du compteur est conçue pour assurer un fonctionnement continu en

cas de coupure de courant. L’alimentation AC/DC 12V alimente le régulateur de tension MB-
102, ce régulateur délivre à sa sortie une tension de 5V.
La batterie de secours de 11.1V est connectée en parallèle à l’entrée du MB-102 où

arrive également l’alimentation AC/DC 12V. Lorsque le secteur est alimenté en électricité, c’est
l’alimentation AC/DC qui charge la batterie et alimente le MB-102.
En cas de coupure de courant, la batterie prend automatiquement le relais pour alimenter

le MB-102. Ainsi, le MB-102 continue à alimenter la carte Arduino Nano, assurant la continuité
du fonctionnement du compteur. De plus pour éviter tout courant de retour de la batterie vers
l’alimentation AC/DC 12V, une diode a été placée dans le circuit.
La figure 3-7 montre le système de secours pour assurer la continuité de fonctionnement

du compteur.

SIMULATION
Figure 3-7:Partie secours.
3.2.5 Le programme Arduino du compteur d’énergie
Notre programme Arduino comporte 5 parties pour le contrôle et la gestion du système ;

qui sont :
 Partie déclaration des bibliothèques

 Partie configuration de LCD et du module GSM ainsi que de la connexion des capteurs
sur Arduino Uno
 Partie calcules et mesures des paramètres électriques
 Partie affichage
 Partie communication du module GSM avec le téléphone mobile
Figure 3-8:Déclaration des bibliothèques.

SIMULATION
Figure 3-9:Configuration du module GSM.
Figure 3-10:Partie calculs.

SIMULATION
Figure 3-11:Parties affichages des mesures dans le LCD.
Figure 3-12:Envoi du message vers le téléphone mobile.
Pour notre programme nous avons utilisé trois bibliothèques importantes pour le bon
fonctionnement du notre compteur, l’une est « Emonlib.h » qui est spécialisée pour les

SIMULATION
moniteurs d’énergie, elle simplifie le calcul des valeurs de courant et tension entrant, aussi leurs
calibrages pour les entrés analogique du microcontrôleur et calcule des différentes puissances.
L’autre est « LiquidCrystal.h »pour afficher les valeurs mesurées sur LCD. Enfin la dernière
est «SoftwareSerial» pour commander le module GSM afin de communiquer.
3.2.6 Simulation du compteur sur le logiciel Proteus
Notre simulation à consister à tester le fonctionnement du compteur d’énergie ;

comparer les valeurs mesurées par le compteur avec les valeurs obtenues par les méthodes
empiriques (Ampèremètre et voltmètre), tester le fonctionnement du système de secours, enfin
tester la communication en temps réel.
3.2.6.1 Partie mesures

Dans cette étape pour prélever les mesures nous avons testé le compteur sur deux types
de charges ; la charge résistive et la charge inductive.
3.2.6.1.1 Charge résistive

Pour la charge résistive, nous avons choisi une lampe d’une résistance de 550 Ohms.
Figure 3-13:Resultats de mesures avec un ampèremètre et un voltmètre.
Figure 3-14:Valeurs mesurées affichées dans le LCD.

SIMULATION
A. Résultats pour une charge résistive
Tableau 4:Résultats pour une charge résistive.
Mesure Valeur Valeur Différence Erreur Conclusion

mesurée affichée
Tension(U) 220V 220V 0V 0% Acceptable
Courant(I) 0.44A 0.44A 0A 0% Acceptable
Puissance(P) 96.36W 97.66W 1.3W 1.3% Acceptable
B. Calculs pour prouver l’acceptabilité des résultats
 Calcul de l’erreur relative pour la tension :
𝛥𝑈 = (𝑉𝑎𝑙𝑒𝑢𝑟 𝑎𝑓𝑓𝑖𝑐ℎé𝑒 – 𝑉𝑎𝑙𝑒𝑢𝑟 𝑚𝑒𝑠𝑢𝑟é𝑒 )/ 𝑉𝑎𝑙𝑒𝑢𝑟 𝑚𝑒𝑠𝑢𝑟é𝑒
𝛥𝑈 = (220𝑉 – 220𝑉)/220 𝑉 = 0%
 Calcul de l’erreur relative pour le courant :
𝛥𝐼 = (0.44𝐴 – 0.44𝐴)/0.44𝐴 = 0%
 Calcul de l’erreur relative pour la puissance :
𝛥𝑃 = (97.66𝑊 – 96.36𝑊)/96.36𝐴 = 1.3%
Les erreurs relatives pour la tension, le courant, et la puissance pour la charge résistive ont une
marge tolérable. Cela confirme que les résultats obtenus par le compteur électrique sont
acceptables.
3.5.6.1.2 Charge Inductive
Pour la charge inductive, nous avons utilisé un ventilateur, afin de voir le comportement
du compteur.

SIMULATION
Figure 3-15:Tests avec une charge inductive.
Figure 3-16:Valeurs mesurées pour une charge inductive.
A. Résultats pour une charge inductive
Tableau 5:Résultats pour une charge inductive.
Mesure Valeur Valeur Différence Erreur Conclusion

mesurée affichée
Tension(U) 219V 220V 1V 0.45% Acceptable
Courant(I) 6.50A 6.52A 0.02A 0.30% Acceptable
Puissance 1423.5W 1434.17W 10.67W 0.74% Acceptable

(P)
B. Calculs pour prouver l’acceptabilité des résultats pour une charge inductive
 Calcul de l’erreur relative pour la tension :
𝛥𝑈 = (𝑉𝑎𝑙𝑒𝑢𝑟 𝑎𝑓𝑓𝑖𝑐ℎé𝑒 – 𝑉𝑎𝑙𝑒𝑢𝑟 𝑚𝑒𝑠𝑢𝑟é𝑒 )/ 𝑉𝑎𝑙𝑒𝑢𝑟 𝑚𝑒𝑠𝑢𝑟é𝑒

SIMULATION
𝛥𝑈 = (220𝑉 – 219𝑉)/219 𝑉 = 0.45%
 Calcul de l’erreur relative pour le courant :
𝛥𝐼 = (6.52𝐴 – 6.50𝐴)/6.50𝐴 = 0.30%
 Calcul de l’erreur relative pour la puissance :
𝛥𝑃 = (1434.17𝑊 – 1423.5𝑊)/1423.5𝐴 = 0.74%
Pour la tension il y a une petite différence de 1V, est due à la précision des appareils de
mesure et aux tolérances des composants électroniques.
Pour le courant il y a une légère différence de 0.02A entre les deux mesures. Cette variation est
due aux fluctuations de courant dans le circuit et aux limites de précision des instruments de
mesure.
Pour la puissance il y a une différence de 10.67W entre les deux mesures. Cette disparité est
due premièrement aux calibrages de deux mesures, Deuxièmement les arrondis et enfin aux
variations de charge dans le circuit.
Les écarts relativement minimes entre les valeurs mesurées et affichées sont acceptables, et sont
inférieure à la marge de tolérance.
3.2.6.2 Partie du système secours
Dans cette partie, nous avons testé le système de secours, pour voir sa façon d’agir
lorsqu’il y a coupure ou rétablissement du courant.
Figure 3-17:systeme de secours lorsqu'il y a la tension au niveau du secteur.

SIMULATION
Figure 3-18:Système de secours lorsqu'il y a pas la tension au niveau du secteur.
Le système de secours fonctionnement correctement, lorsqu’il y a la tension au niveau

du secteur, l’alimentation AC/DC 12V alimente le compteur et charge la batterie et lorsqu’il y
a coupure ou panne ; la batterie de secours alimente automatiquement le compteur Avec cette
continuité de service, permet une communication continuer entre le compteur et le téléphone
mobile.
3.2.6.3 Partie communication du module GSM
Dans cette partie de simulation, nous avons testé la partie communication, qui consiste
à récolter les données mesurées par le compteur et les envoyer à un téléphone mobile via le
module GSM. Le compteur nous envoi la puissance, la tension, le courant et l’énergie
consommée. Le compteur nous signale s’il y a coupure de courant ainsi que s’il y a
rétablissement de courant. Pour tester la communication sur le logiciel Proteus, nous avons
utilisé virtual terminal pour visualiser la consommation électrique en temps réel.

SIMULATION
Figure 3-19:Message lorsqu'il y a pas la tension au niveau du secteur.
Figure 3-20:Message lorsqu'il y a la tension au niveau du secteur.

RÉALISATION ET RESULTATS
Chapitre 4 RÉALISATION ET RESULTATS

Dans ce chapitre de réalisation et discussion des résultats, nous aborderons les
différentes phases de conception, de mise en œuvre et de l’évaluation du compteur d’énergie
électrique programmable avec système de secours et communication GSM. Nous discuterons
de la configuration matérielle, du processus de mesure, du système de secours, de la
communication mobile et des résultats obtenus à travers des analyses approfondies.
4.1 Réalisation
4.1.1 Description des composants
Nous avons utilisé les matériels principaux suivants pour la réalisation de notre projet :
 Carte Arduino NANO

 Capteur de courant ACS712
 Capteur de tension ZMPT101B
 Module GSM SIM900
 Écran LCD I2C 16x2
 MB-102 power supply
 Alimentation AC/DC 220V AC/12V DC
 Batterie de secours 11.1 V DC
4.1.2 Réalisation du prototype
Les figures ci-dessous montrent la réalisation du compteur d’énergie électrique programmable :
Figure 4-1:Vue de face du prototype.

Figure 4-2:Boitier.

Figure 4-4:Vue interne du prototype.

Figure 4-3:Structure interne du prototype.
Figure 4-3:Aspects extérieurs et fonctionnement à vide du prototype.

4.2 Résultats
Afin de vérifier le fonctionnement de notre compteur nous allons subdiviser les résultats
en trois parties :
 La partie mesure
 La partie secours
 La partie communication
4.2.1 La partie mesure et analyse des résultats
4.2.1.1 Partie mesure
Dans cette partie, pour obtenir les résultats de mesure du prototype ; nous avons utilisé
comme charge, deux lampes à incandescence de 100W et de 60W.
Figure 4-6:Mesure de la tension et du courant pour une lampe de 100W.
Figure 4-7:Mesure de la puissance et de l'énergie pour une lampe de 100W.

Figure 4-8:Mesure de la tension et du courant pour une lampe de 60W.
Figure 4-9:Mesure de la puissance et de l'énergie pour une lampe de 60W.
4.2.1.2 Analyse des résultats
Tableau 6:Analyse des résultats pour les deux lampes.
Test Valeur mesurée Valeur attendue Conclusion
Tension (lampe 219.65 V 220V Acceptable

100W)
Courant (lampe 0.46 A 0.4545A Acceptable

100W) (approximatif)
Puissance (lampe 99.30W 100W Acceptable

100W)

Tension (lampe 220.86V 220V Acceptable

60W)
Courant (lampe 0.23A 0.27A Légèrement

60W) inférieur(Acceptable)
Puissance (lampe 50.16W 60W Légèrement

60W) écarté(Acceptable)
 Pour la lampe de 60W :

 La tension mesurée est proche de la valeur nominale de 220V, cette tension indique
que la lampe est correctement alimentée.
 Le courant de 0.23A est légèrement inférieur au courant attendu pour une lampe de
60W, cet écart est dû à la résistance interne de la lampe.
 La puissance de 50.16W est proche de la puissance nominale de la lampe, cet écart
est dû à une partie de l’énergie qui se transforme en chaleur, pour cette lampe ; elle
ne fonctionne pas avec sa puissance nominale.
 Pour la lampe de 100W :
 La tension mesurée est légèrement inférieure à la valeur nominale 220V, due à des
fluctuations dans le circuit.
 Le courant de 0.46A est presque égal à la valeur vraie du courant (0.4545A) pour
une lampe de 100W.
 La puissance de 99.30W est proche de la puissance nominale de la lampe de 100W,
pour cette lampe elle fonctionne avec presque toute sa puissance nominale sans
beaucoup des pertes.
Les résultats obtenus sont fiables et conformes aux caractéristiques des charges testées.
Les mesures précises de tension, courant et puissance indiquent une bonne performance du
compteur d’énergie électrique.
4.2.2 La partie Secours
Dans cette partie nous avons testé notre système de secours en cas de coupure de courant
ou panne.

4.2.2.1 Sous tension
Lorsqu’il y a la tension au niveau du secteur 220V ; la led rouge est allumée pour
montrer qu’il y a une tension au niveau du secteur.
Figure 4-4:Lorsqu'il y a la tension au niveau du secteur.
4.2.2.2 Hors tension
Lorsque il y a coupure de courant, la led rouge s’éteint pour indiquer qu’il n y a pas la
tension au secteur ; et la led verte indique le fonctionnement du compteur avec la batterie de
secours.
Figure 4-5: Lorsqu'il y a coupure ou panne.

4.2.3 La partie communication
Dans cette partie ; nous avons testé la communication du module GSM dans le moniteur
série de Arduino IDE, vu que nous n’avons pas trouvé une SIM 2G. La figure ci-dessous nous
montre le message contenant les données des paramètres électriques.
Figure 4-12Message lorsqu’il n’y a pas la tension au niveau du secteur.
Figure 4-13:Message lorsqu'il y a la tension au niveau du secteur.
4.3 Conclusion partielle
Dans ce chapitre, nous avons montré les matériels utilisés pour la réalisation de notre
prototype ; et nous avons montré le déroulement de la réalisation. Nous avons effectué
également des tests de notre système y compris les tests de mesure, le test du système de secours
ainsi que celui de la communication.
Les résultats obtenus ont montré que le compteur d’énergie fonctionne correctement
dans son intégralité.

Conclusion générale
Conclusion générale
En conclusion, ce travail de conception et réalisation d’un compteur électrique
programmable avec système de secours et communication GSM a permis de démontrer la
faisabilité d’un tel système. Les tests effectués avec des charges résistives et inductives ont
confirmé la précision et fiabilité des mesures réalisées par le compteur, mettant en évidence sa
capacité à s’adapter à des conditions variées.
La fonctionnalité de secours a été validée avec succès, assurant une continuité de mesure
en cas de coupure d’alimentation principale. De plus, la communication avec un téléphone
mobile a été testée avec succès dans un environnement simulé, ouvrant la voie à une
surveillance à distance des données collectées.
Bien que des contraintes liées à la disponibilité des cartes SIM 2G aient limité les tests
en conditions réelles, l’intégration du module GSM SIM9000 offre un potentiel promoteur
pour une connectivité étendue.
Enfin, ce travail ouvre des perspectives telles que ; la réalisation de tests de

communication en conditions réelles, la sécurité des données sur une plate-forme d’internet des
objets, la conception d’une version triphasée du compteur, l’apprentissage automatique pour
prendre de décision en cas de surcharges.

Bibliographie
Bibliographie
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d'etudes, Master, Université KASDI MERBAH OUARGLA, 2020.
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TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON XII

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https://collectifchartresdebretagne.wordpress.com/2016/11/27/quelques-chiffres-et-
informations-sur-le-cpl-courant-porteur-en-ligne/. [Accès le Lundi Avril 2024].
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china.com/co_ivymetering/product_High-Quality-Best-Price-GPRS-GSM-Module-Electricity-
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[20] D. Aliou, «ResearchGate,» [En ligne]. Available:

https://www.researchgate.net/figure/Architecture-du-reseau-GSM_fig2_41308589. [Accès le
Mardi Fevrier 2024].
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https://conseils-thermiques.org/contenu/energie_active_reactive_apparente.php. [Accès le
Lundi Avril 2024].
[22] «Cytron,» [En ligne]. Available: https://www.cytron.io/p-arduino-nano-main-board. [Accès le

Vendredi Mars 2024].
[23] «Letmeknow,» [En ligne]. Available: https://letmeknow.fr/fr/autres-capteurs/1565-capteur-de-

courant-acs712-30a-0726146001625.html. [Accès le Samedi Mars 2024].
[24] «Amazon,» [En ligne]. Available: https://www.amazon.fr/Syrisora-Capteur-ZMPT101B-

Transformateur-monophas%C3%A9/dp/B0C652LSNC. [Accès le Dimanche janvier 2024].
[25] «TME,» [En ligne]. Available: https://www.tme.eu/fr/details/my4n-24dc/relais-

electromagnetiques-industriels/omron/my4n-24vdc-s/. [Accès le Dimanche janvier 2024].
[26] «KinStar,» [En ligne]. Available: http://kinstarbattery.com/Product/32/352. [Accès le Lundi

Janvier 2024].
[27] «ManoMano,» [En ligne]. Available: https://www.manomano.fr/cat/alimentation+universelle.

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[28] «MAGOE Education,» [En ligne]. Available: https://magoe.fr/chapitre_2.php?idChapitre=356.

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breadboard-mb102-3-3v-5v/. [Accès le Lundi Mars 2024].
[30] «Démarrage et interface de logiciel Proteus,» [En ligne]. Available: https://cpge.frama.io/fiches-

cpge/Proteus/1-Demarrage/. [Accès le Lundi Avril 2024].
TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON XIII

Annexes
Annexes
1. Évaluation économique du système
Composants Types Nombre Prix unitaire Prix total

Alimentation 12V DC 1 5$ 5$
Module GSM SIM 900 1 20$ 15$
Capteur de ZMPT101B 1 5$ 5$
tension
Capteur de ACS712 1 5$ 5$
courant
Arduino Nano 1 8$ 8$
Ecran LCD I2C 16x2 1 9$ 9$
Breadboard 1 5$ 5$
Jumper Mâle et femelle 4.5$ 4.5$
Leds, résistances, 0.7$ 0.7$
et condensateur
Régulateur MB-102 power 1 5$ 5$
supply
Batterie R18650 3S2P UN 1 6$ 6$
Diode 1N4007 Toute la gamme 4.5$
Réalisation de la 10$
marquette
Main d’œuvre 7$
TOTAL 89.7$
TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON XIV

Annexes
2. Code de programmation sur Arduino IDE
TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON XV

Annexes
3. Les ports de branchements de prototype
3.1 Port d’entrée du secteur
TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON XVI

Annexes
3.2 Port d’entrée pour brancher la charge
3.3 Port d’entrée pour la programmation de Arduino Nano
TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON XVII

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UNIVERSITE MAPON

Faculté Polytechnique /Département de Génie Electrique

CONCEPTION ET REALISATION D’UN COMPTEUR

Par : MUMBA MUKABE Moïse

Mémoire présenté à la faculté Polytechnique de l’Université Mapon

Faculté Polytechnique /Département de Génie Electrique

CONCEPTION ET REALISATION D’UN COMPTEUR

PAR : MUMBA MUKABE Moise

Prof. Hikma SHABANI Ass. Msc. Dieu-merci TABARO

Mémoire présenté à la faculté Polytechnique de l’Université Mapon

« La technologie seule ne suffit pas. Il est aussi question d’inspiration, d’imagination et de

TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON I

MUMBA MUKABE Moïse

TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON II

MUMBA MUKABE Moïse

TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON III

TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON IV

TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON V

Table des matières

TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON VI

1.5.4.2 Architecture du réseau GSM............................................................................................ 12

TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON VII

4.2.2 La partie Secours ................................................................................................................ 57

TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON VIII

Liste des figures

TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON IX

Figure 3-17:systeme de secours lorsqu'il y a la tension au niveau du secteur. .................................... 50

TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON X

Liste des tableaux

TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON XI

TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON XII

Le compteur d’énergie qui a pour rôle le calcul de la consommation ainsi que

Vue le progrès technologique dans les domaines informatiques et télécommunications,

0.2 Choix et intérêt du sujet

L’idée de concevoir un compteur d’énergie électrique programmable basé sur le GSM

TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON 1

En menant cette étude, nous chercherons à apporter des réponses à la question

Comment concevoir et mettre en œuvre un compteur d’énergie électrique programmable

 Hypothèse 1 : La combinaison des capteurs de courant ACS712 30A et de tension

0.5 Limites du travail

0.6 Méthodes et techniques utilisées

TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON 2

0.7 Objectifs du travail

En tenant compte du problème évoqué précédemment, ce travail visera à trouver une

 Calculer la puissance et la consommation en énergie électrique.

0.8 Difficultés rencontrées

0.9 Subdivision du travail

Ce travail est structuré de la manière suivante :

 CHAPITRE I : GÉNÉRALITÉS SUR LES COMPTEURS ÉLECTRIQUES

TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON 3

Chapitre 1 GÉNÉRALITÉS SUR LES COMPTEURS ELECTRIQUES

Le compteur d’électricité est un appareil utilisé pour mesurer l’énergie électrique

1 kWh est équivalent à 3,6 × 106 J

Dès le début de l’électrification, à la fin du 19e siècle, les sociétés de distribution

Cependant, il ne suffit pas de savoir mesurer les consommations d’énergie électrique

On peut définir un compteur d’électricité comme suite :

TFC MUMBA Moise/ Bac 3 Génie Electrique UMAPON 4

1.3 Le compteur électromagnétique

Figure 1-1:Compteur électromagnétique. [11]