Senseur d'humidité et arrosage du jardin

Un maker vient de passer chez nous, il voulait réaliser un arrosage automatique de son jardin... à base d'Arduino.
Voici quelques réflexions issues de cette conversation fort intéressante.

Illustration - source : Polka
Les paramètres
Arroser son jardin... oui mais pas n'importe comment.

La méthode la plus répandu est de réaliser un arrosage sur base d'un horodateur (avec une horloge RTC) bête et méchant, cela n'offre aucune finesse.
Cela vide aussi votre puits/citerne inutilement même s'il vient de pleuvoir!

En captant d'autres paramètres, il y a moyen de rendre un système d'arrosage nettement plus intelligent (disons... sensible à son environnement).

Voici quelques facteurs à considérer:
  • Humidité de l'air ou pluviomètre pour connaître les conditions atmosphériques. Un air particulièrement sec provoquera une évaporation importante (donc peu d'humidité pour le sol).
  • De lumière : ne jamais arroser par projection sous plein soleil, surtout s'il s'agit d'un jardin)
  • Un senseur de température - pas vraiment utile d'arroser à 20h00 s'il fait encore 27°C, peut être faut il mieux attendre que la température baisse encore un peu. Je sais, ce n'est pas le cas en Belgique... mais dans le midi de la France c'est possible.
  • Une horloge RTC - pour mieux sélectionne les plages horaires (le matin et/ou le soir)
  • Un capteur d'humidité du sol - Inutile d'arroser plus qu'il ne faut... surtout si l'eau est une denrée plus rare. Ce point est probablement le plus complexe dans la cas d'un vrai jardin.
Utiliser un Pi pour faire un système vraiment très intelligent
En couplant un Arduino (commande et senseur) avec un Raspberry-Pi, il est également possible de collecter des informations sur les conditions météorologiques à venir.
Avec un rapsberry-pi, il est possible d'interroger un site météorologique et d'en extraire des informations utiles (vive beautiful soup).
Cela permet d'affiner l'algorithme de décision en le rendant nettement plus intelligent:
  • Inutile d'arroser le matin s'il va pleuvoir en journée.
  • Opter pour un arrosage plus généreux le matin si la journée est particulièrement sèche et chaude
Détecteur d'humidité
La procédé le plus répandu consiste à utiliser des électrodes plantées dans le sol et à mesurer le courant qui passe entre les électrodes.
Electrodes de mesure

Plus le "sol" est mouillé et meilleure sera le passage du courant (le sol présente une moins grande résistance électrique s'il est mouillé).
Détecter l'humidité dans un sol, ce n'est pas la même chose que dans un pot de fleur de votre appartement.

Dans un pot de fleur, les conditions sont idéales, ce n'est pas de la terre mais un mélange homogène (donc une résistivité homogène). La répartition de l'eau sera également plus homogène, ce qui assure une bonne détection.

Le site Sonelec-Musique.com présente d’ailleurs un excellent article "Détecteur d'humidité" basé sur le principe de la résistivité de la terre.
Détection d'absence d'humidité - source Sonelec-Musique.com
Et ce charmant petit montage pouvant être décliné pour Arduino comme ceci:
Source: cet article sur echofac.org
Où l'on retrouve un pont diviseur de tension constitué de R_terre et R_100K.
Dans tension sur la broche analogique de votre Arduino reste borné entre 0 et 5volts.

La forme du senseur
La forme du senseur est important dans le processus de détection.
Senseur sous forme de peigne
Source: Sonelec-musique.com
En réalisant un senseur sous forme de peigne il sera possible de réaliser un détecteur assez sensible... suffisamment pour détecter un débordement de liquide... évaluer un taux de remplissage, etc.
Par contre, il peu aussi s'avérer être beaucoup trop sensible pour certains type d'application.
Senseur sous forme de deux électrodes
Source: Sonelec-musique.com

Plus répandu, il y a le capteur composé de deux électrodes. Beaucoup moins sensible, il sera plus indiqué pour donner une indication générale du niveau d'humidité.

La corrosion : notre ennemi
Le plus grand ennemi de votre détecteur d'humidité c'est la corrosion.
Electrodes de mesure
Cette corrosion va altérer la résistance de l'électrode... et donc la fiabilité de vos mesures d'humidité.
Suivant les métaux utilisés pour les électrodes vous obtiendrez de la rouille (pour le fer) ou de vert-de-gris (pour le cuivre)... cela modifiera les relevés au court du temps.

Suivant le milieu (la composition de la terre) et les matériaux (différents) utilisés pour les électrodes, vous pourriez avoir une migration du cuivre entre les électrodes ou un phénomène d'électrolyse... même si cela est minime et prend du temps certain, cela dégrade les électrodes... et altère inévitablement la fiabilité de vos mesures.
Voyez ces deux expériences pour vous faire une idée grossières des différents processus pouvant venir perturber vos relevés.

Dans le potager

Dans un potager, il peut y avoir différent type de terre (argile, terre acide ou alcaline, etc) et donc une répartition assez inégale des propriété électrique (résistivité non homogène) mais aussi de la répartition d'eau (suivant que le terrain est plus ou moins perméable d'un endroit à l'autre en fonction de sa composition).
L'acidité du terrain et sa composition en sels joue également un rôle important.

Les relevés risquent de varier assez fort en fonction de l'endroit où l'on place le capteur.
Il est donc préférable d'utiliser un capteur peu sensible (donc composé de deux électrodes).
Vous pouvez également utiliser des fils dénudées pour augmenter facilement la surface de vos électrodes. Il semble logique d'avoir des électrodes plus distantes dans un potager.
Cependant, et compte tenu des phénomènes d'oxydations, il est probablement opportun d'éviter le cuivre et le fer (les clous) pour des projets de longue durée.

La mise à la terre d'une installation électrique reposant sur des piquet galvanisés (recouvert d'une couche de Zinc pour éviter la corrosion), ces piquet offrent un très bon compromis entre corrosion et conductivité électrique.
De tels piquets seraient certainement plus indiqué pour réaliser des relevés fiables d'humidité dans le cadre de cet article.
planter un piquet de terre (galvanisé).
Source: MaisonBrico.com
De même, la résistance de 100KOhms utilisé dans le montage Arduino (la résistance dans un pot de fleur pouvant varier de 200KOhms à 1.2MOhms, voir ci-avant dans l'article) devrait être révisée.

La résistance entre deux piquets de terres plus ou moins écartés pouvant être de l'ordre de plusieurs MegaOhms, il faudra une résistance du même ordre de grandeur si l'on désire avoir une variation de tension suffisante pour effectuer des relevés.

Autre points qui me passent par la tête:
  • Faire des relevés ponctuels pour ne pas laisser les électrodes sous tension).
    Utiliser un relais pour mettre les électrodes sous tension uniquement au moment du relevé.
  • Utiliser une tension plus élevée (ex: 12V) entre les électrodes pour réaliser les relevés.
    Soyez vigilant, il ne faudrait pas appliquer une tension supérieure à 5V sur votre Arduino.
Idée - utiliser un drain
Une autre idée --dont je ne sais pas si elle serait vraiment exploitable-- serait de planter un drain à faible profondeur (eg: 15 à 20 cm) afin de collecter l'eau de filtration ayant atteint cette profondeur (suite à un arrosage ou une pluie).
En collectant cette eau vers un senseur d'humidité à peigne, il serait possible de savoir si le sol est gorgé d'eau ou pas.

C'était une cogitation intéressante et captivante. J'espère que cela fut aussi intéressant pour vous que pour moi ;-).