Simulation et installation d'une maison intelligente dédiée aux personnes vivant avec handicapés

INTRODUCTION GENERALE

De nos jours la domotique est de plus en plus utilisée dans le monde. C'est un terme générique regroupant toutes les techniques permettant d'automatiser la gestion d'une maison, de la rendre "intelligente". Ces techniques font massivement appel à l'informatique et aux objets connectés afin de faciliter la vie de l'utilisateur. Cet ensemble de techniques peut servir à plusieurs choses : automatiser certaines tâches pour faciliter la vie de l'utilisateur, augmenter la sécurité de l'habitat, ou encore réduire la consommation énergétique du logement.

L'internet des Objets (IoT) s'annonce comme une évolution sans précédent. Le développement de cette technologie de la prochaine génération est devenu une technologie réaliste. Cette révolution facilite la création d'objets intelligents permettant des avancées dans de multiples domaines, l'un des domaines les plus affectés par l'émergence de l'IoT est la domotique.

Dans le premier chapitre nous présentons les concepts de base relatifs au domaine d'IoT, et dans le deuxième chapitre nous parlons de la maison intelligente pour les handicapées ces critères et présentons aussi le réseau domestique. Dans le troisième chapitre nous présentons la partie simulation de la maison intelligente pour les handicapées en utilisant le langage UML et un smartphone pour contrôler les objets connectés de la maison à distance et nous terminons notre travaille avec une conclusion générale qui résume le but de notre étude, les remarques et les résultats obtenue.^'

01. Problématique

Santé, sécurité, confort, économie, d'énergie, multimédia etc..., dans tous ces services la domotique y intervient. Cependant, dans le cas de notre étudie, il s'agit d'allier confort et sécurité avec économie d'énergie.

D'où notre problématique :

? Comment contrôler et gérer l'accès à une maison et à son éclairage, que ce soit par de handicapées, par des personnes du troisième âge et par des personnes valides ?

? Pourquoi la domotique réduit vraiment notre impact sur l'environnement ?

' Cours sur la domotique : internet

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La domotique serait une manière de rendre l'habitat ou le lieu de travail de ces personnes plus accessible et faire d'eux des personnes quasi autonomes.

Hypothèse

Pour apporter un peu de lumière à notre problématique, nous essaierons de mettre en place une solution accessible financièrement et performante dans son exploitation.

A l'aide du logiciel IDE (integrated development environment) nous allons programmer une carte ARDUINO. Cela nous permettra de gérer l'allumage et l'extinction des lampes de la maison, soit en programmant le moment d'exécution de ces tâches ou soit en les exécutants en temps réel.

L'accès à la maison se fera grace à une carte puce radio de la technologie RFID (Radio frequency identification) qui permet d'identifier des objets lorsqu'ils passent à proximité d'un champ magnétique généré par un lecteur RFID.

Cette carte contiendra les informations de son propriétaire, les lecteurs seront placés aux entrées. Notre système permettra d'identifier une personne en temps réel et de lui donner ou non l'accès à la maison. Un dispositif d'alarme se déclenche lorsqu'il y a intrusion.

3. Choix et intérêt du sujet 03.1. Choix du sujet

Le choix de ce sujet a été motivé par le fait que de nos jours tout a tendance. A être automatisé et qu'il y a une opportunité à saisir.

De plus, ce travail aura un impact social vu qu'il permettra le bien-être des personnes ayant une mobilité réduite. Avec la domotique c'est votre maison qui s'adapte à vos besoins et à vos envies.

En RDC 13 millions des personnes, vivent avec un handicap en 2021 selon la fédération nationale des associations de personnes vivant avec handicap, soit 16% e la population.

On y retrouve des personnes vivant avec des déficiences auditives, motrices, visuelles et psychiques. Ces personnes handicapées manquent parfois d'assistance dans leur habitat ou sur leur lieu de travail, ce qui entraîne une certaine dépendance d'auxiliaire de vie.

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03.2. Intérêt du sujet

L'intérêt de ce sujet a été motivé par la réduction de la consommation d'énergie est primordiale pour la préservation de notre planète. Selon la banque mondiale, 19% de la population a accès au courant électrique en RDC, cela ne nous exemple pas des gaz à effet de serre que la population mondiale émane à cause de l'utilisation des appareils électrique.

Ce travail n'est pas élaboré seulement pour l'obtenir du diplôme, il est important pour nous d'apporter un plus sur ce que nos prédécesseurs ont pu réaliser dans ce domaine et aussi pour qu'il soit une référence pour ceux qui viendront après nous.

04. Méthodes et techniques de recherche 04.1. Méthodes

Une méthode peut être définie comme un ensemble des opérations intellectuelles par lesquelles une discipline cherche à atteindre les vérités qu'elle poursuit. Nous avons fait recours aux méthodes suivantes :

- Méthode analytique : qui nous a conduits dans une analyse détaillée des toutes les informations recueillies de toutes les documentations.

- Méthode historique : elle nous a permis de connaitre l'histoire de la domotique, son développement rôle, et sa mise en oeuvre.

- Méthode PERT : elle nous a permis d'évaluer le cout et du timing du projet.

04.2. Techniques

La technique est l'ensemble de procèdes, des outils dont se sert un chercheur en vue de récolter les données sur terrain. Nous avons utilisé les techniques ci-après :

- Technique documentation : étant l'une des techniques les plus populaires dans le domaine scientifique ; nous avons dû consulter des ouvrages pour nous familiariser avec le sujet.

- Technique logiciel : nous utiliserons le langage UML pour faire notre modélisation. Le langage UML (Unified Modeling Language, ou langage de modélisation unifiée) a été pensé pour être un langage de modélisation visuelle commun, et riche sémantiquement et syntaxiquement.

5. Délimitation du sujet

Ce travail est mis en oeuvre en vue d'être défendu au cours de l'année académique 2022-2023. Le temps d'élaboration de ce document et la mise en place de système se sont effectués durant une période allant de janvier au mois de juin 2023, soit six mois.

Ce travail se basera sur une maquette d'une maison sur packet tracer, nous ne mettrons pas en place un journal qui répertoire le nombre de fois où les cartes ont été utilisé.

6. Subdivision du travail

Outre l'introduction générale et la conclusion générale, ce travail sera subdivisé en trois chapitres qui sont :

1' CHAPITRE 1 : Notion sur l'internet des objets ;

1' CHAPITRE 2 : Maison intelligente dédiées aux personnes handicapées

1' CHAPITRE 3 : Modélisation et simulation d'une maison intelligente pour les handicapées.

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CHAPITRE PREMIER : NOTION SUR L'INTERNET DES OBJETS
TECHNOLOGIE IOT

1.1. Définition de l'IoT (l'Internet des Objets)

L'Internet of Things (IoT) est « un réseau qui relie et combine les objets avec l'Internet, en suivant les protocoles qui assurent leurs communication et échange d'informations à travers une variété de dispositifs. ».

Ainsi, le terme Internet des objets regroupe tous les objets et appareils physiques qui possèdent une identité numérique. Il peut s'agir d'objets du quotidien omniprésents dans les logements (télévision, réfrigérateur, machine à laver, système de chauffage, porte de garage électrique), d'appareils ou de systèmes plus complexes comme des véhicules (avions, voitures autonomes) et l'éclairage d'une ville.

Autrement, L'IoT constitue un écosystème d'objets, de communications, d'applications et d'analyses des données.

1.2. Le principe d'IOT

? Dans «l'internet des objets», les objets peuvent «communiquer» entre eux, sans intervention humaine -La chaîne industrielle IOT peut être divisée en quatre sections : Identité, détection, traitement et transmission d'informations. Les technologies clés de chaque section est respectivement RFID, capteur, puce intelligente et réseau de télécommunications sans fil. La détection de terminal, la connexion réseau et le calcul en arrière-plan sont les trois technologies clés de l'IOT, parmi lesquelles la détection terminale est à la base des trois.²

1.3. Objectifs d'IOT

L'Internet des Objets (IoT) rend les objets qui nous entourent intelligents en leur offrant la faculté de communiquer entre eux ou avec le nuage (Cloud).

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

De plus l'IoT permet de collecter, stocker, traiter et restituer des données pour améliorer un service ou un produit.

² Cours sur l'objets : plateforme openclassroom

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1.4. Les caractéristiques des objets connectés

? Identité : pour que les objets soient gérables il est essentiel que chaque objet connecté possède une identité unique qui le distingue des autres objets du système.

? Interactivité : les progrès technologiques ont permis de connecter une grande variété d'objets et de dispositifs. Un objet n'a pas besoin d'être connecté à un réseau à tout moment. Pour des objets dits passifs tels que des livres ou des DVD, des étiquettes RFID doivent seulement être en mesure de signaler leur présence, de temps en temps, comme le moment de quitter le magasin.

? Sensibilité : un objet a la capacité de percevoir son environnement et peut collecter ou transmettre des informations à celui-ci. Il peut ainsi avoir des capteurs signalant les niveaux de température, humidité, de vibrations, d'emplacement ou de bruit.

? Autonomie : c'est la caractéristique la plus importante pour l'objet connecté. On désigne la capacité de l'objet d'agir sans l'intervention d'un tiers. En d'autres termes, les objets doivent pouvoir être traités et surveillés individuellement, généralement depuis un point éloigné, et doivent fonctionner indépendamment d'une télécommande.

1.5. Les protocoles de communication pour l'IOT

L'IoT se base sur plusieurs protocoles de communication, chacun d'eux a ses propres avantages et ses propres inconvénients, il est à distinguer plusieurs types de protocole qui sont comme suit :

1.5.1. ZigBee

Figure 1.1 : Logo de Zigbee
Source : Google

Le ZigBee est un protocole de communication sans-fil à courte portée et à faible consommation énergétique basé sur la norme IEEE 802.15.4 pour une suite de protocoles de communication de haut niveau utilisés pour créer des réseaux personnels avec des radios numériques de petite taille et de faible puissance.

Il est maintenu par un consortium regroupant des entreprises, des universités et des organismes gouvernementaux connus sous le nom de ZigBee Alliance.

Le standard 802.15.4 sur lequel se base le protocole ZigBee définit plusieurs bandes de fréquences radio pour la communication (868 MHz, 915 MHz et 2.4GHz).

? Avantage : Technologie peu consommatrice en énergie et s'intègre à bas coût dans les équipements.

? Inconvénients : Couverture réseau limitée à une faible zone autour de la passerelle. Achat d'appareils spécifiques car la technologie n'est pas disponible dans les smartphones et ordinateurs.

Applications :

? Home automation : Chauffage, ventilation, air conditionné, sécurité, éclairage, et contrôle d'objets.

? Industrielles : Détection de situation d'urgence, contrôle de machines

? Auto motive : Contrôle de la pression des pneus, etc. ;

? Agriculture : Mesure de l'humidité du sol, détection de situations pour l'usage des intrants, mesure de la salinité du sol, etc.

? Autres : Contrôle d'équipement électronique, communication entre PC et périphériques, etc.

1.5.2. Bluetooth

Figure 1.2 : Logo de Bluetooth
Source : Google

Le Bluetooth est peut-être la technologie de communication à courte portée la plus connue, qui est devenue extrêmement populaire pour les applications grand public basées sur l'IoT telles que le transfert de fichiers de périphérique à périphérique et les haut-parleurs et casques sans fil. Cependant, Bluetooth, une norme

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? Avantage : Très Haut débit, qualité du signal assurée, connexion simple et rapide à la passerelle.

IEEE 802.15, est également devenu un acteur important dans les environnements industriels intelligents [16]. Et c'est tout simplement un outil de communication sans fil permettant l'échange de données numériques entre appareils électroniques. La portée Bluetooth est très réduite, ce qui la réserve à des usages à très courte distance. La liaison Bluetooth est utilisée pour simplifier les connexions entre appareils électroniques, en supprimant les câbles.

? Avantage : Haut débit, faible portée, quasiment intégré dans tous les appareils du quotidien.

? Inconvénients : La portée relativement courte et les faibles taux de transfert de données sont un obstacle dans certaines applications. Bluetooth Mesh est plus adapté aux réseaux locaux de proximité.

? Applications : Les domaines d'application de la connexion Bluetooth sont très vastes dans la bureautique : en effet, elle permet de s'affranchir des fils pour les liaisons entre ordinateur et souris, clavier, imprimantes et scanners.

1.5.3.Wi-Fi (Wirless Fidelity)

Figure 1.3 : Logo de Wi-Fi

Source : Google

Le terme est une abréviation de Wireless Fidelity qui peut être traduite en français par "fidélité sans fil". Régi par les normes IEEE 802.11, le Wifi est principalement utilisé pour relier des appareils (ordinateurs portables, PDA, etc.).

Aujourd'hui, le Wi-Fi est omniprésent, tant dans les usages domestiques que professionnels ou dans les lieux publics. Il sert principalement à accéder à Internet, il est recommandé aux utilisateurs de sécuriser leur point d'accès Wi-Fi avec un mot de passe afin d'éviter tout usage frauduleux.

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? Inconvénients : C'est un protocole qui consomme beaucoup d'énergie et qui nécessite un raccord permanent au secteur. Couverture réseau limitée à une faible zone autour de la passerelle.

? Applications : Adapté aux applications de domotique, au contexte indoor.

1.5.4. NFC

Figure 1.4 : Logo de NFC
Source : Google

La technologie NFC est l'une des nouvelles technologies dans le monde de la technologie et des téléphones Android, qui est l'acronyme de Near Field Communication.

La NFC est une technologie qui permet une communication étroite, elle est similaire au Bluetooth, à condition que la distance ne dépasse pas 4 centimètres. Il permet de configurer des connexions Peer-to-Peer et de passer des données d'un appareil à un autre en les touchant ou en les plaçant à proximité les unes des autres.

Les normes NFC ont trois modes de fonctionnement :

? Mode poste à poste : qui permet à deux téléphones intelligents de transférer des données.

? Lecture / écriture : qui permet à un appareil efficace de prendre des données d'un autre inactif.

? Mode d'émulation de carte : il s'agit du modèle dans lequel un appareil doté de la technologie NFC, comme les téléphones mobiles, peut être utilisé comme carte de crédit sans avoir à l'utiliser ou à l'insérer dans des machines.

? Avantage : Technologie facile à utiliser et à mettre en place. Idéal pour échanger de courtes informations.

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Inconvénients : Contrairement au Bluetooth, la technologie n'est pas encore disponible dans les objets du quotidien tels que les smartphones.

Applications : Les utilisations sont multiples : un smartphone peut se connecter à un ordinateur pour télécharger un fichier, un téléviseur échangera des données avec un smartphone..., mais aussi les achats par simple approche d'un terminal pourront avoir lieu (achat d'un produit vendu en distributeur en approchant son téléphone portable de la vitre, par exemple...).

Adapté pour les situations de badge (paiement sans contact, titre de transport, contrôle d'accès...).

1.6. Fonctionnement d'IOT

? IOT repose sur l'identification des objets afin d'en recueillir les données et que celles-ci soient envoyées sur une plateforme Cloud ou sur une application. Chaque objet dispose ainsi d'une adresse IP et le réseau permet de connecter tous les objets disposant d'une adresse IP, pour fonctionner le réseau IOT a besoin de la technologie M2M (machine to machine). En effet, c'est cette technologie qui, en utilisant un réseau de télécommunication, et grâce à un mode cellulaire ou au Wifi, connecte les objets à un réseau.

? Les trois couches d'un système IOT

L'architecture la plus élémentaire est une architecture à trois couches `la couche de perception, la couche réseau et la couche d'application' comme montre la figure suivante :

Figure 1.5 : Les trois couches d'un modèle IOT
Source : Google

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? La couche de perception : La couche de perception est la couche physique, qui possède des capteurs pour détecter et collecter des informations sur l'environnement. Il détecte certains paramètres physiques ou identifie d'autres objets intelligents dans l'environnement.

? La couche réseau : c'est la couche responsable de la transmission des données reçus de la couche de perception vers une base de données. Serveur(ou centre de traitement), les principales technologies utilisées pour réaliser cette couche sont les technologies cellulaire (wifi zigbee, Ethernet). Avec ces différentes technologies en peut donc faire le traitement de plusieurs objets qui seront connectés à l'avenir.

? La couche d'application : cette couche analyse les informations reçues de la couche réseau cette couche fournit des applications pour toute sortes de défis technologique ces applications favorisent l'internet des objets ce qui explique pourquoi cette couche joue un rôle important dans la propagation d'iot.

? Les composants d'un modèle IOT

Nous avons entendu parler de l'Internet des objets, l'IoT qui permet la connexion de nos appareils intelligents et des objets au réseau pour fonctionner efficacement et à

Distance. Ce point répond à la question : quelles sont les principales composantes de l'Internet des objets ?

? Les capteurs : détectent les propriétés physiques et convertissent ces propriétés en signaux numériques.

? Les Actionneurs : reçoivent des commandes pour effectuer des actions à des moments spécifiques.

? End-devices : sont de petites cartes avec un microcontrôleur intégré utilisé pour fournir des capacités de traitement et de communication pour les capteurs et les actionneurs.

? Objets physiques : Un objet connecté est un objet physique équipé de capteurs ou d'une puce qui lui permettent de transcender son usage initial pour proposer de nouveaux services. Il s'agit d'un matériel électronique capable de communiquer avec un ordinateur, un smartphone ou une tablette via un réseau sans fil (Wi-Fi, Bluetooth, réseaux de téléphonie mobile.

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- Surveillance des patients : Surveillance des conditions des patients dans les hôpitaux et chez les personnes âgées.

? Domaines d'applications de l'IoT

Plusieurs domaines d'application sont touchés par l'IoT, Parmi ces principaux domaines nous citons : le domaine de la sécurité, le domaine du transport, l'environnement, l'infrastructure et les services publics....etc.

Figure 1.6 : Domaines d'application de l'IoT
Source : Google

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

? Le transport :

Depuis la création de l'IoT en 1999, le nombre des véhicules intelligents sont en croissance, presque Tous les véhicules vendus aujourd'hui dans le monde renferment déjà des capteurs et de moyens de communication pour traiter la congestion du trafic, la sécurité, la pollution et le transport efficace des marchandises, etc.

L'objectif est qu'une voiture soit capable de communiquer de façon autonome avec d'autres véhicules ou une centrale de surveillance pour prévenir les accidents et réduire les coûts d'assurance.

? La santé intelligente :

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- Réfrigérateurs médicaux : Contrôle des conditions à l'intérieur des congélateurs stockant des vaccins, médicaments et éléments organiques.

- Dentaire : Bluetooth connecté avec une brosse à dents, avec une application Smartphone permettant l'analyse de brossage et donne des informations sur les habitudes de brossage sur le Smartphone. Ces informations sont peuvent être utiles pour les utilisateurs (vie privée) ou pour montrer des statistiques au dentiste.

- Surveillance de l'activité physique : Capteurs sans fil placés sur le matelas détectant de petits mouvements comme la respiration et la fréquence cardiaque. en lançant et en tournant pendant le sommeil, fournissant des données disponibles via une application sur le Smartphone.

Figure 1.7 La santé intelligente
Source : Image Google

? Agriculture intelligente :

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

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

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Figure 1.8 Agriculture intelligente

Source : Image Google

? Les réseaux intelligents :

Les réseaux intelligents sont des réseaux de distribution de l'électricité, il désigne l'ensemble des technologies et infrastructures « intelligents » installées.

Les réseaux intelligents améliorent l'efficacité et la sécurité des réseaux, et permettent de gérer plus finement l'équilibre entre la production et la

consommation, ils favorisent aussi l'intégration des sources d'énergies renouvelables sur l'ensemble du réseau, comme ils ont un impact sur l'économie, de sorte qu'ils

apportent des économies d'énergie et une diminution de prix.

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Figure 1.9 Les réseaux intelligents
Source : Image Google

? La Domotique :

La domotique regroupe l'ensemble des technologies permettant l'automatisation des équipements d'un habitat. Elle vise à apporter des fonctions de confort : commandes à distance, gestion d'énergie (optimisation de l'éclairage et du chauffage... etc.), sécurité (comme les alarmes) et de communication (contacts et discussion avec des personnes extérieures). Les services offerts par la domotique couvrent 3 domaines principaux :

1. Assurer la protection des personnes et des biens en domotique par la prévenir des risques d'accident (incendie, fuite de gaz, etc.).

2. Confort de la vie quotidienne surtout pour les personnes âgées ou handicapées

3. Faciliter les économies d'énergie grâce à la réactivité maîtrisée d'une maison intelligente.

? L'industrie intelligente :

? Gaz explosifs et dangereux : Détection des niveaux de gaz et des fuites dans les

environnements industriels, environnants des usines chimiques et des mines,

? Surveillance des niveaux de gaz toxique et d'oxygène dans les usines chimiques

pour assurer la sécurité des travailleurs et des biens,

? Surveillance des niveaux d'eau, de pétrole et de gaz

? Réservoirs et Citerne

? Entretien et réparation

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? Les prédictions précoces sur les défaillances d'équipement et la maintenance du service peuvent être automatiquement programmées

Avant une défaillance réelle de la pièce en installant des capteurs à l'intérieur de l'équipement pour surveiller et envoyer des rapports.

Figure 1.10 L'industrie intelligente

Source : Image Google

? Environnement intelligent :

Cette catégorie regroupe la détection précoce des tremblements de terre : contrôle distribué dans des endroits spécifiques de tremblements, les glissements de terrain et la prévention des avalanches : surveillance de l'humidité du sol, des vibrations et de la densité de la terre pour détecter les tendances dangereuses dans les conditions du terrain, la surveillance du niveau de neige : mesure de niveau de neige pour connaître en temps réel la qualité des pistes de ski et permettre la sécurité des avalanches, la détection des incendies de forêt : surveillance des gaz de combustion et des conditions d'incendie pour définir les Zones d'alerte, et la pollution de l'air : contrôle des émissions de CO2 des usines, de la pollution émise par les voitures et des gaz toxiques.

Figure 1.11 Environnement intelligent
Source : Image Google

? Les avantages et les inconvénients du système Iot

Les objets connectés offrent de nombreux avantages aux utilisateurs :

- facilite la vie quotidienne dans certains domaines comme

? La santé, par exemple les patients évitent certains déplacements vers les établissements de santé, en se servant des objets connectés pour transmettre des éléments permettant de diagnostiquer leurs états.

? Dans le domaine de la domotique, les objets connectés améliorent considérablement la sécurisation et le contrôle des habitats, notamment, en multipliant les détecteurs d'anomalie dans un domaine, et en automatisant l'envoi d'alerte vers les autorités, en cas d'intrusion.

? Les principaux soucis des utilisateurs des objets connectés :

? Le problème de la sécurité des informations (dit objet connecté dit échange d'informations « la sécurisation des données personnelles confidentielles ») et donc risque d'interception ou de détournement.

? Les objets connectés vont nous rendre fainéants et la maitrise des informations est un peu difficile, auquel les éditeurs et concepteurs continuent de focaliser leurs efforts et innovations.

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