Sauver de l’eau avec l’IoT

Sauver de l’eau (et de l’argent) avec l'IoT

Le but de ce projet est de fournir une application IoT (Internet of Things ou Internet des objets) pour permettre aux agriculteurs de sauver jusqu’à 30% d’eau.

En d’autres mots, je souhaite que l’on puisse mieux gérer l’irrigation des sol en temps réel, économiser le coût du pompage tout en augmentant votre rendement.

Pour arriver à ces résultats, j’utilise une technologie promettante: LoRaWAN. Cette technologie est particulièrement intéressante car elle permet de transmettre des donnée par radio, dans un rayon de 3 à 10 kilomètres (en fonction de la configuration du terrain), à bas débit et surtout à une très faible consommation.

Dans l’expérience en cours, deux stations (noeuds) sont équipées de

1. trois sondes tensiométriques Watermark, pour mesurer le teneur en eau du sol en kPa (6 sondes Watermark pour la deuxième station)

2. une sonde pour mesurer la température du sol

3. un pluviomètre pour compter les gouttes versées par le système d’arrosage goutte-à-goutte.

4. une sonde pour mesurer la température de l’air, la pression atmosphérique et l’humidité

5. une sonde pour mesurer la luminosité

6. et bientôt, une sonde IR pour mesurer la température des bourgeons (en phase de teste)

Sur la deuxième station, nous avons ajouté 3 sondes tensiométriques supplémentaires, soit 6 en tous, positionnées pour observer la formation de la bulbe d’eau qui va se former avec l’arrivée des chaleurs et de l’arrosage.

Toutes les heures, les stations prennent les mesures et les envoient à la passerelle (gateway) qui traitera les données reçues et les transmettra à un serveur distant. Une interface web permettra aux propriétaires de visualiser l’état de leurs cultures, depuis leur smartphone, et en temps réel, depuis n’importe où, comme lors de votre petit-déjeuné, par exemple.

Ainsi, il sera plus facile de choisir le bon moment pour irriguer vos sols, et de bien quantifier le besoin en eau.

On en veut plus

Je souhaite encore améliorer le projet. La configuration du terrain joue en rôle important dans la transmission des données. Par exemple, une colline, une forêt, le changement de dénivelé entre les stations et la passerelle, peuvent interférer dans la bonne transmission des données. Aussi une station trop éloignée de la passerelle, en tenant aussi en compte les obstacles naturelles, peut ne pas arriver à transmettre ses données à la passerelle. Pour remédier à ce problème, il suffirait de placer une passerelle supplémentaire ainsi que tous les éléments pour la faire fonctionner: batterie, panneaux solaires, carte SIM, etc.

Avec l’évolution de cette technologie (LoRaWAN), il est actuellement possible de créer une passerelle-relay à un coût beaucoup, beaucoup moins élevé et qui nécessite qu’une petite batterie de 3000mA pour une durée de vie extrêmement longue (en années). Cette étape est importante pour que la transmission des données soit optimale, quelque soit la configuration du terrain, à un moindre coût.

Finalement, je souhaite profiter de cet été pour améliorer les stations, pour qu’elles puissent aussi être utilisées l’hiver, et particulièrement avant le printemps pour surveiller la température des bourgeons, et ainsi prévenir des conséquences du gel tardif lorsque que les bourgeons murissent.

Je souhaite acquérir des nouvelles sondes, soit, un pyranomètre (pour mesurer le rayonnement solaire), un anémomètre (vitesse du vent) ainsi qu’une sonde infrarouge de température, pour expérimenter la mesure de l’évapotranspiration de la plante.

AMÉLIORATION ET PERFECTIONNEMENT Les circuits électroniques en place actuellement doivent être remplacées par un nouveau modèle amélioré, dont les modifications suivants ont été apportés:

1. remplacement un circuit intégré trop gourmand

2. modification de la programmation de micro-controlleur pour améliorer l’autonomie (58 mn de veille sur 60 mn).

3. amélioration du timing des prises des mesures avec un module RTC (Real Time Clock)

4. amélioration du mode d’alimentation des sondes tensiométriques, pour avoir un résultat plus précis

5. nouveau PCB personnalisé et plus petit

6. intégration du baromètre et du luxmètre dans le PCB

7. remplacement de certains connecteurs pour un montage et branchement des sondes plus simple

8. amélioration des affichages des mesures sur un écran LCD (affichage page par page et mise en veille)

9. utilisation de la carte SD pour enregistrer les paramètres de fonctionnalités du module

Enfin, j’ai refait l’application web (voir contre-partie) pour un affichage plus convivial, sous forme de graphiques complets. Cette application web sera amenée à évoluer, notamment pour la gestion des alarmes, lorsque l’humidité du sol aura franchi le seuil critique.

QUELQUES MOTS SUR LES SONDES TENSIOMETRIQUES La sonde tensiométrique Watermark ® sont des sondes tensiométriques qui permettent de calculer la teneur en eau du sol en kpa. Autrement dit, la force de succion que la racine doit exercer pour extraire l’eau du sol.

C’est un outil robuste et relativement peu onéreux, qui ne nécessite pas d’entretien particulier. Il est simple d’utilisation, les mesures sont précises. Sa construction est ingénieuse: un cylindre perforé en acier inoxydable qui supporte une membrane perméable. A l’intérieur, se trouve un agrégat de sable compact: la «matrice granulaire». A une extrémité, il y a une plaquette de gypse et des électrodes connectées à deux fils qui émergent à la surface du sol. La plaquette de gypse sert de tampon contre les différences d’acidité et de salinité du sol, de sorte que la résistance électrique mesurée entre les électrodes dépend uniquement de l’humidité et de la température du sol.

A quoi votre soutien va servir

Votre soutient m’est important. Il me permettra de fournir aux agriculteurs un outil pour mieux gérer l’irrigation de leurs champs, en temps réel, et ainsi économiser sur le coût du pompage et sauver jusqu’à 30% d’eau.

Il me permettra aussi de financer la réalisation d’une station relay pour optimiser la transmission des données lorsque la configuration du terrain crée des obstacles. Enfin, il me permettra de financer les améliorations prévues, et pour le surplus, couvrir les dépenses déjà engagées.

Je souhaite aussi remplacer les passerelles actuelles pour une beaucoup plus puissante et certifiée.

Comme indiqué, Il me permettra principalement de financer de nouvelles stations (du moins une partie), dans le but d’étendre cette solution à des agriculteurs voisins, et ainsi créer un groupe de travail pour perfectionner et finaliser le fonctionnement de la solution.

• 3 sondes Watermark (Sfr 45.– par sondes)
• une station (+/- Sfr 100.–)
• une passerelle (+/- Sfr 550.–, incl batterie 12V, panneau solaire, régulateur solaire, concentrateur, raspberry, antenne, etc)

Mais aussi, il me permettra de couvrir certains frais:

• achat des composants pour réaliser la passerelle-relay et ainsi se dispenser d’une seconde passerelle coûteuse
• campagne de communication ciblée vers les personnes du métier pour faire connaître l’intérêt de ce projet (newsletter, courrier, flyer, poster, annonces)
• participation à la conférence annuelle (2020) The Things Network, à Amesterdam. (Cette conférence est très importante, car il est présenté des workshops et conférences très enrichissantes (j’ai participé à la conférence 2018))
• financement du nouveau circuit imprimé (PCB) améliorés et de ses composants

Pour prévenir le gel tardif (mars-avril 2020):

• achats des composants pour surveiller le gel des bourgeons
• achat d’un pyranomètre, pour mesurer le rayonnement solaire, ainsi qu’un anénomètre.
• sondes infrarouge pour mesurer la température des bourgeons
• achats subsidiaires

Pour couvrir certains frais déjà engagés

• achat d’un four à souder pour assembler les nouvelles stations
• financement du lecteur Watermark pour vérifier et valider les mesures de la teneur en eau dans le sol
• financement du nouveau circuit imprimé (PCB) et de ses composants
• et de tout l’équipement électronique nécessaire pour la réalisation de ce projet, des modules (fer à souder, loupe, pinces, modules, sondes, composants électroniques, etc…), y compris les achats subsidiaires