Monitorer l'humidité d'un mur

Petit article de support pour une question support. A la base, il s'agit de monitorer l'humidité avec un Raspberry-Pi... mais selon l'approche utilisée, ce sera un Raspberry-Pi ou un Arduino ou combinaison des deux.

La question
J'ai eu il y a quelques temps une infiltration d'eau sur le mur entre ma salle de bain et ma chambre à coucher. Comme j'ai une armoire sur mesure dans la chambre sur ce mur, je ne m'en suis rendu compte que très tard.

Je voudrais donc placer un capteur d'humidité sur ce mur derrière l'armoire et le relier à un Raspberry Pi 3 qui pourra monitorer l'humidité et me prévenir en cas d'augmentation.

Est-ce que cela vous semble faisable ? Là où je bloque c'est pour trouver un capteur d'humidité qui conviendrait. J'en trouve soit un pour capter l'humidité ambiante, soit pour capter l'humidité dans la terre mais je ne suis pas sûr que cela convienne. Sans parler des protocole utilisés (1-wire, i2c, ...).

Les réponses
La réponse n'est pas simple car il faut tenir compte de plusieurs éléments... a commencer qu'il s'agit de relever l'humidité
  1. Dans un mur. 
  2. Dans un endroit difficilement accessible
  3. Et dont la fiabilité doit être assurée dans le temps
Nous allons donc voir les différentes options qui s'offrent à nous avantage et inconvenient

Les senseur de pluie, Humidité de sol
Senseur de pluie, Niveau d'eau

Senseur d'humidité de sol
Le senseur de pluie (ou niveau d'eau) utilise la propriété conductrice de l'eau pour détecter sa présence.  Plus il y a d'eau et plus les "barrettes" sont en contact l'une avec l'autre... il est donc possible de mesurer la résistance et d'en déduire le niveau d'eau (et/ou la présence).

Ce sont des senseurs qui doivent être couplés à un Arduino (vous pourrez ensuite utiliser la liaison USB-Série de votre Arduino pour communiquer avec le Raspberry-Pi).

Ils sont cependant inutilisables dans notre cas de figure. En effet, la surface de détection est en cuivre (étamé dans le meilleur des cas).
Le senseur est donc très sensible à la corrosion, ce qui le rend très peu fiable à moyen et long terme.

DHT22 (AM2302) - senseur d'humidité

Le AM2302 est une version du DHT22 avec des fils, contenu dans une corps en plastique. C'est un senseur de température et humidité de base et abordable. Il utilise un senseur d'humidité capacitif et une thermistance pour mesurer l'air environnent et produire un signal digital sur une broche/pin data. Ce senseur ne nécessite aucune entrée analogique.
DHT22 (AM2302) disponible chez MCHobby
L'avantage du DHT22 c'est qu'il est directement utilisable avec le Raspberry-Pi (voyez notre fiche produit pour plus de détails).

Attention au placement du senseur!
Il faut relever l'humidité dans mur et pas sur le mur.
Lorsque l'on étudie les procédés d'isolation, on apprend rapidement que la température chute toujours fortement à la jonction entre deux matériaux. C'est le cas dans votre salle de bain et c'est la raison pour laquelle l'eau perle sur le mur (car l'air refroidir ne peut plus retenir une si grande quantité d'humidité, humidité rendue au mur :-) ).
En plaçant le senseur sur le mur, le montage sera très sensible aux conditions de variation de température de la pièce, la mesure ne sera donc pas fidèle.

Je vous propose plutôt le montage suivant:
Vous noterez que le senseur est enfermé hermétiquement dans le mur.
C'est pour éviter:
  • Que la variations de température de la pièce influence le senseur (et le taux d'humidité relative dans la cavité).
  • Que l'humidité déposée sur le mur (cfr effet salle de bain expliqué ci-dessus) ne puisse pas pénétrer la cavité de mesure.
Encore deux points importants à garder à l'esprit:
  • Le DHT22 n'apprécie pas être "mouillé" (100% d'humidité).
    Il faudra envisager le remplacement dans le cas d'un autre accident d'humidité dans le mur.
  • Le DHT22 est un senseur d'humidité capacitif... cela signifie que le senseur se dégrade au fur et à mesure de son utilisation.
    Il faudra donc envisager un remplacement de temps en temps.
Le do-it-yourself
Cette dernière méthode est fort probablement la plus fiable pour une approche à long terme. Elle demandera par contre une étude beaucoup plus importante et sa mise en oeuvre sera aussi plus délicate.

Ceci étant c'est aussi très intéressant, applicable au jardin (voir "senseur d'humidité et arrosage du jardin")

En utilisant des clou enfoncé dans le mur, il est possible de faire un relevé de la résistance entre les deux points à l'aide d'un Ohmmètre.
Le problème restant de trouver un emplacement permettant de faire des relevés fiables et répétitifs (mesure fixe répétée au moins 7 fois).

Attention au choix des clous: Il est préférable d'utiliser des clous qui ne rouillent/s'oxyde pas! En effet, une couche de rouille ou d'oxyde de cuivre (clou en cuivre) va inévitablement modifier la résistance de celui-ci... ce qui va fausser les mesures sur le long terme.
Des clous avec une couche de Nickel (et ou Zinc) seraient normalement plus approprié dans ce cas.
Relevé de la résistance entre les deux clous (durant la nuit)
Dans l'exemple ci-dessus, nous pouvons voir que durant la nuit, la résistance évolue doucement de 185 Ohms vers 188 Ohms.
Cette élévation de résistance correspond à l'augmentation d'humidité dans le mur (eau de ville assez pure, se présente donc comme un isolant injecté entre les deux clou --> donc augmentation de la résistance).

NB: Si l'eau étaient salée (ex: à la mer), cette eau avec plus d'impureté s'ioniserait plus facilement et transporterait donc plus facilement du courant... et la résistance "chuterait" puisque l'on injecte un "conducteur" entre les deux clou.

NB2: Ne pas confondre un mur et un jardin. La terre contient beaucoup d'impureté et de sels minéraux. Par conséquent, nous nous retrouvons dans le cas de "l'eau salée".

Phase de mesure et d'étalonnage
Il est évident qu'une telle approche nécessite le passage par une phase de test et étalonnage à l'aide d'un multimètre.
Il faudra trouver les points de mesure adéquat, plusieurs essaies peuvent être nécessaire avant de trouver l'endroit idéal.
Une fois la résistance de référence déterminée, il est possible de passer a une solution "automatisée".

Montage autour d'Arduino (mais aussi du Pi)
Ce type de mesure est plutôt destinée à Arduino, il sera ensuite possible de relayer l'information sur un Raspberry-Pi par l'intermédiaire de la connexion USB-Série de votre Arduino.
Si, dans notre approche, nous utilisons un senseur numérique (ex: INA219) il est également possible de faire un relevé directment depuis un Raspbberry-Pi

En partant d'une résistance de 185 Ohms (relevée durant la phase de mesure) ET si l'on place une alimentation 12V entre les clous, nous avons un courant de 12 / 180 Ohms = 0.066 mA (66 mA).

Il deviendrait alors possible d'envisager une combinaison comme celle-ci:
  • Un relais: qui permet de mettre les deux clou sous tension le temps de stabiliser le courant avant de faire une mesure.
    Mesures répétées pour pour écarter les lectures erronées.
    Il convient de ne pas laisser continuellement les clous sous tension pour (1) des raisons évidentes de sécurité, (2) ne pas modifier la chimie du milieu mesuré.
  • Un senseur de courant comme l'INA219 peut être utilisé pour mesure le courant qui passe par le clou branché sur la borne positive de l'alimentation 12V.
    A vérifier: la sensibilité du senseur est en adéquation avec "la phase de mesure et d'étalonnage".
Impression perso
Personnellement, je pense que la dernière approche est des plus intéressante aussi bien sur le plan de l'apprentissage que de la technique utilisée.
Cela ne demande pas de matériel coûteux mais un investissement en temps nettement plus conséquent.
Elle aura le mérite d'être utilisable sur le long terme s'il s'agit de surveiller un mur susceptible de présenter un "accident" (s'il est constamment humide, nous allons faire fasse à un problème de corrosion sur le long terme).

L'approche DHT22 brillera par la rapidité de mise en place. Par contre, il faudra réaliser une logette dans le mur (une logette avec fermeture étanche). La nature même du DHT22 nécessitera son remplacement de temps à autre pour préserver un fiabilité optimale.