Le moniteur de ressources à domicile : Une approche novatrice à la conservation des ressources

VIDÉO

Transcription : Bonjour, je m’appelle Emily Krause. Depuis le début de la pandémie, les factures des ressources naturelles, comme l’eau, l’électricité et le gaz naturel ont commencé à grimper astronomiquement, avec une hausse moyenne de 50 %. Dans ma communauté, cet impact a été considérable, où j'ai observé une hausse des coûts allant de 200 à 300 $ ou plus par mois de 2021 à 2026. Dans les communautés plus ruraux, les coûts ont augmenté encore davantage, rendant ces services extrêmement inabordables pour tous. Afin de réduire les coûts et économiser les ressources, j'ai développé un système de monitorage de ressources piloté par une intelligence artificielle pour l’électricité et le gaz et un prototype pour montrer l’eau. J’ai aussi codé un site web pour faciliter le suivi et la réduction de la consommation au quotidien. Grâce à un système de rappels et de définition d'objectifs, mon système a permis de réduire considérablement la consommation de ressources dans les domaines de l'eau, l'électricité et le gaz naturel.

POURQUOI?

Couramment, deux des problèmes les plus importants dans notre pays, ainsi que partout dans le monde sont l’accessibilité financière et le sauvetage des ressources. Pendant l’année 2025, les ressources mensuelles pour une maison à Ottawa coûtent approximativement 90$ pour l’eau, 100$ pour l’électricité (deuxième image) et 110$ par mois pour le gaz (troisième image). Dans les régions rurales, tel que la région de Brant ou de North Bay, le coût des ressources est beaucoup plus dispendieux (première image). Selon la Commission de l'énergie de l'Ontario, les dépenses mensuelles moyennes des ménages en services publics ont augmenté de 41 % depuis le deuxième trimestre 2020 dans l'Amérique du Nord. Au deuxième trimestre de 2025, le coût mensuel moyen combiné de l'électricité, du gaz et de l'eau s'élève à environ 424,00 $, en hausse par rapport aux niveaux nettement inférieurs de 2020/2021. De plus, les factures mensuelles des services publics représentent désormais environ 6,3 % du revenu des ménages, contre 4,5 % en 2020. Toutefois, plusieurs de ces coûts viennent du gaspillage des ressources; selon Statistiques Canada et la USEPA, le montant d’eau gaspillé globalement est de 8 milliards de litres par année, le montant d’électricité gaspillé est de 10 % à 30 % de l'utilisation totale partout au monde et le gaz naturel est de 85 à 90 gigajoules (GJ) par an (au Canada pour une maison unifamiliale). Pour essayer de résoudre ces problèmes, j’ai créé une solution innovante: « Le moniteur de ressources à domicile ».

COMMENT

Mon hypothèse pour ce projet est simple: si les consommateurs de ressources sont plus conscients du montant d’argent et des ressources qu’ils consomment, ils seront plus responsables de leur utilisation. J’ai prouvé mon hypothèse grâce à l’étude « A segmentation approach to understanding water consumption behavioral patterns among households in Saudi Arabia for a sustainable future », par Abdulaziz Almulhim et al. en 2024. Cette étude démontre qu’en fonction de l’éducation et la conscience d’un individu par rapport à leur consommation d’eau, le montant consommé mensuellement diminuera. Si cette approche fonctionne avec de l’eau, elle le fera sûrement avec l’électricité et le gaz.

Avant de pouvoir commencer la construction de mes prototypes, j'ai d'abord faite de la recherche préliminaire sur plusieurs domaines de mon projet. J'ai commencé par me familiarisant sur comment coder dans les langages de MicroPython et de HTML dans le cadre du codage de mon site web. Dans le cadre du moniteur d'eau, j'ai mené des expériences en mesurant la quantité d'eau utilisée, puis j'ai comparé ces résultats avec les données fournies par le capteur afin de convertir l'unité de mesure du champ électromagnétique en litres (deuxième image). Finalement, dans le cadre du moniteur d'électricité et de gaz naturel, j'ai créé une simulation de mon prototype afin de voir si l'IA fonctionnerait réellement. J'ai créé une maquette d'un moniteur d'électricité, puis j'ai lancé la simulation sur mon ordinateur. Mon programme (troisième image), codé en MicroPython sur l'application VS Code, a pris une photo de ma maquette, puis a utilisé l'IA pour prendre tous les chiffres dans l'image. Le numéro dont j'ai inscrit sur ma maquette, soit 849275 a bien été pris et affiché sur mon site (quatrième image). J'ai donc conclu que mon prototype fonctionnait et j'ai passé à ma conception.

QUOI

Comment fonctionnent les moniteurs ?

Moniteur d'eau : Pour ce moniteur, j'utilise un magnétomètre Adafruit qui mesure le champ magnétique du moniteur d'eau relié à ma maison. À l'intérieur de ce moniteur se trouve un aimant (magnet) qui tourne lorsqu'on utilise de l'eau. Le magnétomètre prend la mesure de l'aimant et le Raspberry Pi Pico W transforme ces données en litres d'eau et partage les données avec mon site web maître (plan sur la deuxième image).

Moniteurs d'électricité et de gaz naturel : Pour ce moniteur, j'ai utilisée un Raspberry Pi 4 ainsi qu'un Raspberry Pi Camera Module 3. Étant donnée que les moniteurs d'électricité et de gaz reliés à ma maison sont des moniteurs visuels (le nombre est affichée sur les moniteurs), la caméra prend une image du moniteur à chaque heure (sauf si le programme est relancé) et en utilisant le programme d'IA Google Gemini, tous les numéros sur les moniteurs sont soumis transcrit et envoyer au site web maître (deuxième image).

Comment est codé le site web ?

Mon site web maître comporte deux pages aux total, soit la page où se trouvent la consommation totale, le coût de chaque ressource, ainsi qu'un diagramme à bandes affichant le montant de ressources consommées pendant la semaine. Sur la deuxième page, j'ai codé une page de suggestions sur comment gérer les ressources (sixième image).

Tests :

Afin de vérifier la fiabilité des résultats, j'ai effectué de nombreux tests pour m'assurer que les données affichées sur le site web correspondaient à la consommation réelle. Ces tests étaient :

Test sur la crédibilité des résultats contre l'humain et du site web à afficher les données :

Pour ce test-ci, dans le cadre du moniteur d'eau, j'ai rempli une carafe d'eau à 1 339 grammes. J'ai d'abord effectué des mesures avec le LSM9DS0 (Magnétomètre Adafruit) réglé sur la fréquence maximale, soit environ 100 Hz (100 mesures par seconde). Ici, le robinet d'eau est légèrement ouvert (troisième image). J'ai aussi effectuées des mesures magnétiques avec le robinet complètement ouvert. Le magnétomètre mesure le champ magnétique du compteur d'eau et ne manque aucun pic (quatrième image).

Pour ce test-ci, dans le cadre du moniteur d'électricité et de gaz, j'ai pris une photo de mon moniteur d'électricité relié à ma maison avec la caméra de mon téléphone cellulaire et mon prototype. Comme observé dans l'image, celle prise avec mon téléphone aligne parfaitement avec celui de mon prototype (cinquième image).

Test sur la capacité du site web à envoyer les messages :

Pour cette évaluation, j'ai établie un objectif de 1 kWh sur mon site web. Puis, j'ai allumer une lumière et j'ai attendue pour un courriel. Environ 1-2 minutes plus tard, soit le montant de temps dont l'IA prend pour examiner l'image, j'ai reçu un courriel, prouvant la capacité du système de messages (image dans ET ALORS).

Au cours de la phase de test, j'ai aussi évalué l'efficacité de mon produit à réduire la consommation. Sur une période de deux semaines (une semaine sans surveillance, une semaine avec), j'ai constaté une baisse considérable de la consommation, confirmant mon hypothèse concernant l'impact du projet.

ET ALORS

En comparant la consommation d'électricité et d'eau de ma famille d'il y a deux semaines versus de cette semaine, j'ai constaté une baisse considérable dans leurs consommations de ressources. Dans le cadre de notre consommation de gaz naturel, j'ai trouvé que le coût est resté assez fixe, mais selon moi, cela a du sens, puisque je vis au Canada dans un climat assez froid, donc mon chauffage doit rester constant.

J'ai constaté que le simple fait de savoir qu'un dispositif surveillait notre consommation nous rendait plus conscients de la quantité d'eau que nous utilisions, ce qui nous amenait inconsciemment à en consommer moins. C'est important, car le simple fait de savoir qu'un dispositif surveille nos données et peut vous alerter à tout moment signifie que le produit est efficace et peut aider les gens à réduire leur consommation d'eau et à faire des économies. Un exemple parallèle s'agit de quelconque interaction sociale. Lorsque nous sommes entourés de personnes dont nous ne connaissons pas vraiment, nous devenons plus conscients de notre comportement. Que ce soit inconsciemment ou consciemment, notre comportement devient beaucoup « appropriée ». De plus, pour améliorer l'effet, j'ai intégré un système de messages courriels en fonction d'un objectif auto fixée. En fonction de l'objectif et de votre consommation, mon site web vous enverra un courriel indiquant le pourcentage (ex : si l'objectif est de 6000 L d'eau, vous recevrez un courriel lorsque vous aurez utilisé 50 %, 75 % et 100 % (deuxième image)) de chaque ressource consommée, ainsi que des conseils pour limiter votre consommation.

ET ENSUITE

Dans le futur, j'aimerais adapter mon projet pour qu'il puisse aider ceux qui vivent dans des régions où le climat est moins tempérée que la mienne, tels que les territoires canadiens. Couramment, mon prototype utilise une boîte de dérivation (un « junction box » en anglais) ce qui est efficace dans le cadre d'intempérie pluviale. Cependant, je ne suis pas confiante de son efficacité contre le froid et la neige, donc un contenant isotherme serait bénéfique. J'aimerais aussi déposer une demande de brevet afin que je puisse commercialiser mon produit et aider d'autres personnes au Canada et autour du monde.

REMERCIEMENTS

Pour ce projet, j’ai eu beaucoup d’aide de plusieurs personnes et ce sont ceux que j’aimerais remercier, car sans eux, je n’aurais pas pu avoir de projet. Premièrement, j’aimerais remercier mon père, David Krause, pour son aide et support durant tout mon projet. Il a été complètement indispensable; m’apprenant comment coder en MicroPython/HTML et en soudant tout mon prototype ensemble. Ensuite, j’aimerais remercier toute ma famille pour vos commentaires et votre soutien sans faille. J’aimerais aussi remercier M. Éric Pilon, mon mentor du Baccalauréat International pour mon projet personnel, pour toute son aide et ses conseils. Un grand merci à tous pour m’avoir soutenu pendant ce parcours et de m'avoir aidé à développer ma passion pour les sciences. Je vous suis extrêmement reconnaissante pour toute votre aide.

BIBLIOGRAPHIE

Abdulaziz I. Almulhim, Ismaila Rimi Abubakar, A segmentation approach to understanding water consumption behavioral patterns among households in Saudi Arabia for a sustainable future, Resources, Environment and Sustainability, Volume 15, 2024, 100144, ISSN 2666-9161, https://doi.org/10.1016/j.resenv.2023.100144

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