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Déploiement de capteurs et de sondes liés à l’arrosage

L’évolution de la technique de l’arrosage a été particulièrement importante ces dernières décennies, en termes de matériel, et de pilotage en lien avec l’évolution de l’informatique. Les résultats quant à la distribution d’eau et l’amélioration de la qualité de l’arrosage sont prouvés et constatés depuis maintenant plus de 20 ans.

Le point de vue des intendants et des gestionnaires de l’arrosage évolue. Il ne s’agit plus simplement de savoir si l’arrosage a fonctionné correctement et si le matériel est performant, mais aussi de maîtriser la ressource en eau de l’amont jusqu’à l’aval, c’est-à-dire, concernant les réseaux d’arrosage, depuis le prélèvement de l’eau dans la ressource jusqu’à son action dans le sol ou sa perte par drainage.

Jusqu’à récemment, beaucoup de questions restaient sans réponse : où va l’eau que l’on a apportée par le biais de l’arrosage ? Cette eau a-t-elle été efficace ?

Est-ce que la pluie a été efficace ? Quel est l’impact réel d’un syringe sur la température et sur l’humidité de surface sur mon parcours ? Quelle quantité d’eau a été consommée par jour, par semaine, par mois ? Où en est-on du prélèvement de l’eau dans le milieu naturel ? Est-ce que la conduite de l’arrosage est bonne, tout simplement ?

Les évolutions récentes de la technologie permettent, en 2021, de répondre à beaucoup de ces questions. Le principe est d’utiliser des capteurs peu consom­mateurs en énergie, raccordés sur des boîtiers de communication sans fil également sobres en énergie, qui émettent directement leurs données sur internet. Une plateforme de gestion sur internet se charge alors de l’affichage et du traitement des données pour les rendre exploitables.

 

Voici les principaux usages qui sont aujourd’hui largement opérationnels et déployés :

• Parmi les capteurs « techniques », le relevé automatique de compteurs permet de lire le volume d’eau passé par un compteur, mais aussi le débit instantané estimé. Le relevé de la pression dans le réseau, mais aussi de la hauteur d’eau dans les bassins, les nappes de forages, les cuves etc. sont parti­culièrement appréciés car ils permettent non seule­ment de connaître le niveau d’un point de vue fonctionnel, mais aussi de connaître la réserve en eau exprimée en volume.

Ce dernier exemple est typique de la révolution qu’a apporté la technologie des objets connectés : lire le niveau d’une nappe d’un forage n’est pas une nouveauté, beaucoup d’installations de pompage élaborées dispo­sent de ce type de sondes, mais elles nécessitaient jusqu’à présent un automate sophistiqué et un logiciel de lecture, voire obligeaient à un relevé manuel sur place des valeurs enregistrées. Aujourd’hui, un capteur peut transmettre assez simplement ces informations sur une plateforme internet, sans programmation avancée, et l’utilisateur peut gérer l’affichage graphique ou numérique de manière autonome !

Il faut également citer les capteurs permettant de connaître l’état des installations de pompage éloignées, la présence ou l’absence de défaut, ou le compteur de déclenchement de certains appareils (traitement, relevage etc.).

• Les capteurs dits « agronomiques » concernent les sondes d’humidité du gazon, des arbres, de la température du sol, etc. Il faut ajouter les capteurs qui composent traditionnellement les stations météo (rayonnement solaire, humidité et pression de l’air, vitesse et direction du vent).

Les sondes d’humidité constituent un incontournable des sondes à installer pour avoir une vision claire du parcours de l’eau dans le sol. Les informations fournies sont innombrables, à condition d’utiliser le matériel adéquat. La mise en place d’une sonde dans le sol n’est pas suffisante. L’idéal est d’avoir deux ou trois profondeurs de mesure afin de connaître le chemi­nement de l’eau, la vitesse d’infiltration, la zone où l’eau apportée par l’arrosage est réellement stockée, etc. L’idéal est même d’avoir une sonde assez proche de la surface, qui donne l’information pour savoir si l’eau a réellement pénétré le sol. Les résultats sont parfois très surprenants !

La mesure de la température du sol est également un atout irremplaçable, si on peut la mesurer en continu et analyser les données.

Un point particulier sur les pluviomètres : l’utilisation et le relevé automatique de pluviomètres de précision a ouvert les yeux de beaucoup de gestionnaires d’arrosage sur l’efficacité réelle de la pluie durant la saison chaude, et cela à partir d’un capteur et d’un boîtier de communication relativement simple à déployer sur une agglomération ou un site étendu comme un parc, un golf, une plaine de sports.

De même, il est aujourd’hui possible de greffer certains pluviomètres qui comptent la pluie réelle (avec une précision de l’ordre de 0,2 mm) sur des programma­teurs traditionnels d’arrosage, pour couper l’arrosage au-delà d’un seuil défini précisément (4,2 mm par exemple). Ce qui n’est pas le cas des pluviomètres de coupure traditionnellement utilisés en espaces-verts, dont la précision est très relative…

On peut ajouter à cette liste des capteurs moins connus, permettant de relever la salinité, le pH, le taux d’oxygène dans l’eau etc. qui sont de plus en plus employés.

• Les réseaux de communications empruntés par ces capteurs sont très divers ; c’est ce qui permet, en théorie, le déploiement sur un large territoire comme une agglomération, de capteurs de tous types et de qualité de données adapté à chaque besoin.

Explication : les capteurs peu gourmands en énergie utilisent les réseaux bas-débit comme Sigfox, ou les réseaux LoraWan de certains opérateurs téléphoni­ques, même si les zones isolées ou agricoles du territoire sont encore peu couvertes. Ces capteurs fonctionnent sur batterie ou pile, ou bien sur panneaux solaires et sont donc autonomes sur la durée d’une ou deux saisons d’arrosage. Les installations qui nécessitent une supervision plus poussée utilisent les réseau 2G-3G-4G, ou bien les réseaux affiliées (LTE par exemple). L’énergie nécessaire à l’usage de ces réseaux interdit souvent l’usage de capteurs sur batterie, il faut donc une alimentation électrique. Ils permettent en revanche l’envoi de données très nombreuses et donc de disposer d‘informations précises, parfois à la seconde près.

• La plateforme internet qui gère les données doit être particulièrement poussée en termes de rapidité et de capacité de traitement. En effet, les capteurs embar­quent généralement assez peu d’intelligence, et le traitement, le recoupement et l’affichage des données est dévolu entièrement au logiciel distant.

Compte tenu de la constante évolution de ces serveurs, des réseaux de communication, des capteurs, les plateformes qui gèrent ces capteurs sont distinctes des logiciels permettant traditionnellement de gérer l’arro­sage (logiciels d’arrosage ou d’accès aux program­mateurs d’arrosage, matériel bien connu des exploi­tants désormais). Une fois les données transmises au serveur internet, leur affichage est géré entièrement par l’utilisateur. L’affichage de données anciennes, la compa­raison de données après coup, l’exploitation des mesures est entièrement libre, à partir du moment où on a pu enregistrer des valeurs à un moment ou un autre.

La plateforme internet permet de compiler des données et de les interpréter, en lien avec l’usage de l’arrosage qui veut en être fait.

C’est le principe d’un assemblage par brique : on peut se contenter de lire 1 seul capteur (relevé de compteur ou bien de la pluie), puis de compléter son installation au fur et à mesure par l’ajout successif de capteurs.

 

L’apport de ces outils constitue-t-il un apport intéressant, par rapport à la gestion traditionnelle de l’arrosage ?

La réponse est clairement positive. La lecture de sondes d’humidité directement sur site, de relevés de pluie et de température permet une analyse poussée de l’arrosage. On peut définir la capacité de rétention du sol concerné, ainsi que des seuils critique, constater ou non l’efficacité de la pluie en période chaude, réduire l’arrosage en connaissance de cause lorsque le sol est plein et la consommation de la plante faible.

Avoir une analyse qui informe sur l’efficacité de la conduite de l’arrosage (arrosage en plusieurs fois ou une seule, tôt ou tard dans la nuit, en grand quantité ou très faible, etc.) est clairement un atout, qui est dû directement aux outils connectés disponibles depuis peu de temps.

Cette efficacité vient en rapport avec le déclin des installations de stations météo dédiées à l’arrosage, qui ne procurent pas de réponses directes concernant la pratique de l’arrosage.

Au-delà de simples expérimentations, les gestion­naires disposant de ces outils ont déjà fortement modifié leur manière d’arroser depuis la mise en place de ces sondes. L’arrosage des tramways, des espaces-verts, des terrains de sport, et des golfs a fortement évolué ces dernières années grâce à ces outils, dans le sens d’une diminution de la quantité d’eau utilisée et d’une meilleure efficacité (diminution du lessivage des sols par exemple).

En dépit de ces résultats positifs, un certain nombre de points sont à nuancer. Leur compréhension permet de s’éviter les désagréments liés à une technologie qui fourmille encore et qui donne lieu à un panel de solutions qui peuvent paraître séduisantes mais dans lesquelles il faut savoir faire un tri.

Tout d’abord se pose le problème de la compatibilité. Il existe des solutions de communication ouvertes, passant par des réseaux opérés (fournis par des opérateurs de communication), ou bien des solutions utilisation une communication privée, captive, faisant souvent usage d’une passerelle, ou d’une Gateway, qui sert d’intermé­diaire entre les capteurs et le réseau internet, ce qui signifie que seul le fabricant d’origine pourra fournir les pièces et le support pour le maintien en fonctionnement de l’installation.

La compatibilité des capteurs est aussi un sujet. Il faut que les modems soient capables de lire des capteurs industriels, distribués par des fabricants et facilement remplaçables par un modèle similaire d’un autre fabricant (capteur de pression, compteur, sonde de niveau, sonde d’humidité, etc.). D’une manière générale, les produits industriels sont à préférer aux produits montés de manière artisanale, même si ceux-ci paraissent séduisants.

Par ailleurs, les modems et autres objets connectés doivent avoir été conçus ou adaptés spécifiquement pour l’arrosage. Combien de capteurs ou de modems importés d’un métier pour lequel ils étaient adaptés ne sont clairement pas opérationnels une fois mis en place sur des installations d’arrosage ! On ne compte plus le nombre de capteurs qui épuisent leur batterie à remonter des informations durant la période hivernale, durant laquelle les réseaux d’arrosage sont à l’arrêt, ou bien qui ne supportent pas l’humidité liée à la présence d’arroseurs. Ou tout simplement dont la batterie n’autorise un report d’information qu’une fois par mois, ce qui est bien pauvre sur une saison d’arrosage !

Il faut aussi prendre en considération le niveau d’intelligence présent dans chaque capteur. Il faut rappeler que plus les capteurs embarquent d’intel­ligence et de programmation avancée, plus ils sont coûteux à installer et complexes à maintenir opéra­tionnels dans le temps…

Il faut garder en tête que la communication sans fil se rapporte à de la radio, et qu’il arrive très fréquemment que des informations soient perdues. Ainsi, rien ne vaut un relevé visuel d’un compteur d’eau pour déclarer sa consommation. Cela ne remet pas en question le relevé automatique d’un compteur, qui apporte des tendances intéressantes malgré tout, mais, clairement, il faut rester lucide pour ne pas être déçus par ces outils. En outre, le positionnement des boîtiers émetteurs dans un regard peut perturber considérablement la transmis­sion des données, surtout en milieu urbain. D’autant que certains appareils sont destinés à être manipulés par les jardiniers (on pense aux programmateurs à pile connectés), et l’efficacité de la transmission dépend clairement du bon repositionnement de l’appareil.

De même, autant les réseaux bas débit sont excellents pour faire remonter les informations recueillies par les capteurs, autant la communication bi-directionnelle (envoyer un message ou un ordre d’exécution à un boîtier connecté) est beaucoup plus compliquée. Même si, dans la théorie, les réseaux Sigfox et Lorawan par exemple autorisent plusieurs messages dits « descen­dants » par jour, dans la réalité, la complexité technique d’envoi des messages de même que les délais font qu’on est loin d’une fiabilité à 100 %. Faire du pilotage ou de la commande est donc possible, mais avec un taux de réussite qui n’est pas garanti et qu’il faut prendre en considération.

Par ailleurs, force est de constater que le nombre de capteurs à déployer doit rester limité sur un même site ou pour un même gestionnaire. En effet, l’inter­prétation des résultats demande un travail d’analyse. Puis un travail d’adaptation de la programmation de l’arrosage, d’adaptation des arroseurs, ou de l’instal­lation, en conclusion de ce travail d’analyse. Multiplier les mesures est souvent contre-productif.

Dans le monde de l’arrosage, les logiciels spécialisés sont particulièrement performants depuis plus de 20 ans. Beaucoup de solutions proposées sur le marché des capteurs connectés pour l’arrosage prétendent également piloter l’arrosage à partir d’un logiciel disponible sur internet, ce qui a un côté pratique, mais dont on constate que le fossé technologique avec les logiciels traditionnels est immense. Si la capacité de ces nouveaux outils peut paraître suffisant pour gérer de l’arrosage restreint en espaces verts, son usage sur des terrains sportifs ou des installations complexes à gérer relève du défi (surtout si l’on compare avec les capacités d’un programmateur à décodeurs disponible sur le marché depuis plus de 15 ans maintenant). Ou alors, il faut accepter de revenir à une gestion de l’arrosage basique, ce qui est serait un comble pour des produits dont la modernité technologique est par ailleurs réelle.

On en vient notamment à constater la mise en place de programmateurs d’arrosage tout-connectés, uniquement connectés, dont il est impossible de se servir sans passer par le serveur internet, la communication à distance, et l’application smartphone. Alors que toutes les rénovations d’arrosage des 10 dernières années ont consisté à mettre en place des program­mateurs dont les jardiniers et techniciens de terrain pouvaient faire usage in situ (quitte à recharger automatiquement chaque soir la programmation décidée à plus haut niveau).

Enfin, le graal de l’automatisation de l’arrosage n’a pas encore été trouvé par les capteurs connectés. L’analyse des mesures d’humidité dans le sol en lien avec l’arrosage et la pluie ne permet pas de piloter l’arrosage de manière automatique. Tout au plus parvient-on à couper l’arrosage de manière automatisée lorsque la situation est clairement lisible (pluie intense ou sol saturé d’eau). De là à ajuster la modulation de l’arrosage au dixième de millimètre comme le fait un intendant sérieux… En fait, le pilotage automatique de l’arrosage n’existe pas vraiment.

Enfin, il faut rappeler que les capteurs sans fils fonctionnent grâce à une batterie (plus rarement avec un panneau solaire). Ces dernières années ont vu l’explosion du nombre de capteurs, qui sont dissé­minés mais dont il faudra assurer la maintenance d’ici peu, ne serait-ce que pour remplacer les piles !

En conclusion, l’apport des nouveaux outils connectés pour l’arrosage a désormais plusieurs années de recul. Le matériel doit être choisi pour son adaptation aux particularités de l’arrosage, et plutôt parmi des fabricants industriels qui seront toujours présents sur le marché dans plusieurs années. Les capteurs installés, s’ils le sont de manière ciblée et limitée, permettent de disposer d’enregistrements et d’analyses qui sont clairement pertinents pour la bonne gestion quotidienne de l’arrosage et d’une manière générale de la ressource en eau. Ils constituent des sources de renseignements précis, sur site, sans équivalent, et réellement pertinents. Pour bien exploiter ces données et maintenir en fonction ces appareils technologiques, il convient de comprendre leur apport sans pour autant tomber dans l’excès du « tout connecté », qui ne ferait qu’exacerber les défauts inhérents à ce type de technologie de pointe. Enfin, ces outils sont efficaces lorsqu’ils sont utilisés en complément de systèmes d’arrosage centralisés performants, sans lesquels disposer d’autant de données serait inutile.