Sauvons les récoltes du gel de printemps

Dans cette présentation, nous allons voir plusieurs aspects de ce projet pilote

Présentation

Au début de chaque saison de croissance, lorsque les feuilles et les bourgeons commencent à émerger, les cultures seront sensibles aux dommages causés par le gel. C’est ce qu’on appelle un gel de rayonnement, dû à l’absence de mélange d’air (vent) près de la surface. Dans des conditions nuageuses et / ou venteuses, les événements de gel par rayonnement ne se produisent pas.

Malheureusement, la surveillance de la température de l’air à elle seule ne suffit pas. L’équilibre d’énergie sur les surfaces physiques peut être différent de celui de l’air sus-jacent. Cela provoque des différences de température. En particulier, lors de nuits calmes et claires, le rayonnement à ondes longues s’échappe vers le ciel beaucoup plus froid, ce qui peut conduire la température des objets bien en dessous de celle de l’air. Une condensation se produit alors et, si elle est suffisamment froide, de la glace (appelée gel radiatif) peut se former à la surface ainsi qu’à l’intérieur de la feuille ou de la fleur.

En gros, il existe deux façons d’estimer la température d’une feuille, d’un bourgeon ou d’une fleur:

  • des modèles de prévision
  • des mesures plus directes

Les modèles de prévision sont basés sur des mesures météorologiques étendues (par exemple, température de l’air, humidité relative, vitesse du vent et rayonnement net). De nombreux réseaux météorologiques agricoles proposent des alertes de gel en fonction de leurs réseaux et modèles de stations météorologiques.

Pour les zones non couvertes par ces services, ou pour les producteurs souhaitant leurs propres informations, trois types de mesures peuvent être utilisés :

  • la température de l’air
  • le rayonnement solaire et
  • la température de surface
  • la vitesse du vent

Ce projet consiste à journaliser ces quatre derniers points et générer des alarmes lorsque la température des bourgeons s’approche d’un seuil critique, avant que ces derniers ne subissent des dégâts causés par le gel de printemps.

 

 

Pour se faire, nous allons utiliser plusieurs méthodes

  • Détection du gel par rayonnement. La sonde utilisée simule à la fois une feuille et un bouton floral dans une seule sonde, fournissant une estimation directe de ces températures
  • Surveillance des températures des bourgeons. Des sondes thermocouple placées à un centimètre du bourgeon
  • Un anémomètre pour mesurer la vitesse et le sens du vent
  • Un pyranomètre, pour mesurer la radiation solaire
  • Un baromètre pour mesurer la température de l’air ambiante, la pression et l’humidité.
  • Une sonde infrarouge pour mesurer la surface du feuillage

Durée du projet

Le projet pilote se déroulera depuis fin février 2021 à fin mai 2021.

Mais les stations seront progressivement déployées dans les deux vignes dès décembre 2020. Le projet a néanmoins commencé en octobre 2020 afin de préparer le matériel et de le tester sur le terrain.

Présentation du matériel

Pyranomètre

Marque : Davis Instrument
Réf: 6450

Pyranomètre
Un pyranomètre de Davis Instrument

Un pyranomètre mesure le rayonnement solaire en W/m2.

  • Plages de température : -40°F à 150°F (-40°C à 65°C)
  • Résolution et Unités : 1 W/m2
  • Plage de mesure : 0 à 1 800 W/m2
  • Précision : ±5% à pleine échelle (Référence: Eppley PSP à 1000 W/m2) plus 45 W/m2 par câble additionnel de 100 ‘ (30 m)
  • Dérive : jusqu’à ±2% par an
  • Intervalle de mise à jour : 50 secondes à 1 minute

Anémomètre

Marque: Davis Instrument
réf: 6410

Anémomètre pour mesurer la direction et la vitesse du vent

L’anémomètre Davis (référence: 07911) est conçu pour mesurer à la fois la vitesse et la direction du vent. Le capteur de vitesse du vent utilise un interrupteur magnétique qui se déclenche une fois par tour des coups à vent. La direction du vent est mesurée à l’aide d’un potentiomètre.

  • Plages de température: 40° to +149°F (-40° to +65°C
  • Wind Direction
    • Display Resolution: 16 points (22.5°) on compass rose, 1° in numeric display
    • Précision: ±5°
  • Wind Speed
    • Résolution et unités :mesuré en 1 mph. Les autres unités sont converties de mph et arrondies à 1 km / h, 0,1 m / s ou 1 nœud le plus proche
    • Plage de mesures : 1 to 200 mph, 1 to 173 knots, 0.5 to 89 m/s, 1 to 322 km/h
    • Précision: 2 mph (2 nœuds, 3 km / h, 1 m / s) ou ± 5%

Détecteur de gel par rayonnement

Marque: Apogee Instruments
Réf: SF-110

SF-110
un capteur de température innovant conçu pour imiter les feuilles et les boutons de fleurs / fruits

Les capteurs de température des feuilles et des bourgeons Apogee modèle SF-110 sont conçus pour estimer approximativement les températures des feuilles et des boutons floraux des plantes pour la prévision des événements de gel. Ils sont destinés aux applications dans les champs et les vergers cultivés lorsque la température de l’air est proche du point de congélation et lorsque les mesures de la température de l’air ne sont pas un bon prédicteur de la formation de gel.

Les capteurs de température des feuilles et des bourgeons d’Apogee Instruments SF-110 se composent de deux thermistances de précision, l’une combinée à une feuille simulée et l’autre à un bourgeon simulé, dans un seul boîtier.

Les détecteurs sont résistants aux intempéries et sont conçus pour mesurer en continu la température dans les mêmes conditions environnementales auxquelles les plantes sont exposées

  • Temps d’équilibre : 10s
  • plages de température : -50 to 70 C; 0 to 100 % humidité relative
  • Précision: 0.02°C

Sonde Température des bourgeons

Température de l’air

Marque: Maxim Integrated
Modèle: DS18B20

ds18b20
Capteur de température étanche

La sonde DS18B20 étanche mesure en degrés Celsius avec une précision de 9 à 12-bit,-55C à 125C (+ /-0.5C). Chaque capteur possède un numéro unique de 64-bit de série programmé dans ce qui permet un grand nombre de capteurs pour être utilisé sur un bus de données. Le DS18B20 communique via le bus1-Wire.

  • Interface: 1-Wire
  • plages de température -55°C to +125°C
  • Précision: ±0.5°C de -10°C à +85°C
Température de surface

Modèle: MLX90614

Capteur de température infrarouge
Capteur de température infrarouge

(en préparation)

Baromètre

Marque: Bosch
Modèle: BME280

BME280

Le BME280 est un capteur d’humidité spécialement développé pour les applications mobiles et les appareils portables où la taille et la faible consommation d’énergie sont des paramètres de conception clés. Le capteur d’humidité offre un temps de réponse extrêmement rapide et prend donc en charge les exigences de performance pour les applications émergentes telles que la connaissance du contexte et une précision élevée sur une large plage de températures.

  • Plages de fonctionnement
    • Pression: 300…1100 hPa
    • Température: -40…85°C
  • Interface : I2C
  • Humidité
    • Temps de réponse: 1s
    • Précision: ±3%

La techonolgie

LoRaWAN

LoRaWAN est un protocole de télécommunication permettant la communication à bas débit, par radio, d’objets à faible consommation électrique. Elle communique selon la technologie LoRa et connectés à Internet via des passerelles, participant ainsi à l’Internet des objets (IoT). Ce protocole est utilisé dans le cadre des villes intelligentes, le monitoring industriel ou encore l’agriculture. La technologie de modulation liée à LoRaWAN est LoRa, crée en 2009 par la startup grenobloise Cycléo et racheté par Semtech en 2012. Semtech promeut sa plateforme LoRa grâce à la LoRa Alliance, dont elle fait partie. Le protocole, LoRaWAN sur la couche physique LoRa, permet de connecter des capteurs ou des objets nécessitant une longue autonomie de batterie (comptée en années) et un coût réduit. LoRaWAN est l’acronyme de Long Range Wide-Area Network que l’on peut traduire par « réseau étendu à longue portée ».

schema lorawan

Z-Wave

Z-Wave est un protocole radio conçu pour la domotique (éclairage, chauffage…). Z-Wave communique en utilisant une technologie radio de faible puissance dans la bande de fréquence de 868 MHz ; elle est conçue spécifiquement pour les applications de domotique et ce qu’on appelle l’Habitat communicant.

Déroulement

Présentation du terrain

Le projet est mené grâce à la collaboration du Domaine Les Hutins à Dardagny (GE) et du domaine La Printanière à Avully (GE).
En tout 10 stations seront réparties dans deux vignes de {dimension} et de (dimenssion), qui se trouvent dans deux coteaux différents, dans un périmètre de 4 kilomètres. A mi-chemin, une passerelle LoRaWAN collectera les données de toutes les stations, en temps réel.

Le déroulement

Toutes les 15 minutes, les stations mesureront la température à 1cm des bourgeons et à 10 cm et 1m du sol. Certaines stations auront en plus une sonde BME280 pour mesurer la pression, l’humidité de l’aire, et une sonde infrarouge pour mesurer la température à la surface du feuillage.

Sur les hauteurs de chaque parcelle, une station additionnelle mesurera la vitesse du vent et le rayonnement solaire grâce à deux sondes de Davis Instrument.
[Photo: anenometer-pyranometer.png]

Pour compléter les mesures, j’ai acquis un détecteur de gel par rayonnement SF-110 d’Apogee Instrument. Vu le coût de cette sonde, j’en ai acquis qu’une pour commencer et elle sera installée un certain temps dans la première parcelle, puis dans la deuxième pour comparer les mesures. Il est possible qu’en cours du projet, j’achète une deuxième sonde.

Une passerelle LoRaWAN, autonome en énergie, sera installée à mi-chemin et récoltera les mesures envoyées par toutes les stations à tout moment. Elle traitera les données et les transmettra à un serveur distant qui sauvera les données dans une base de données.

Gateway LoRaWAN autonome installée sur une remorque

Une application web permettra aux viticulteurs de suivre l’évolution des températures en temps réel

La domotique pour générer les alarmes

L’objectif de ce projet est de surveiller la température des bougeons qui émergent, lors du gel de printemps. Mais l’application ne s’arrête pas là, car elle permet aussi aux exploitants d’être alarmé immédiatement dès qu’une température s’approche d’un seuil critique. Ainsi, l’exploitant pourra prendre les mesures nécessaires pour protéger ses récoltes, comme l’allumage de bougies au paraffine pour réchauffer la zone de croissance.

Pour cela, nous allons utiliser la domotique. Une box Jeedom est installée à mon domicile pour surveiller les messages (mesures) envoyés au serveur, soit la température des zones, en temps réel, grâce au protocole MQTT (Message Queuing Telemetry Transport).

MQTT est un protocole de messagerie publish-subscribe opensource basé sur le protocole TCP/IP. Pour communiquer avec MQTT, les objets connectés utilisent un broker, c’est-à-dire un programme en charge de la réception des informations publiées afin de les transmettre aux clients abonnés. Le broker a un rôle de relais.

Mais pourquoi utiliser la domotique alors qu’il y a le réseau GSM?

Étant donné qu’une application Smartphone ne sera pas développée pour cette saison, la solution est l’envoi de message SMS. (Il est prévu d’optimiser ceci pour la saison prochaine).
Mais l’envoi de SMS présente un coût qui n’est pas négligeable, d’autant plus que les messages SMS peuvent être envoyés à plusieurs personnes, toutes les 15 minutes, si les alarmes ne sont pas validées.

Jeedom est une application OpenSource qui gère votre domotique et présente deux avantages.

Premièrement, on peut utiliser la messagerie Telegram, qui permet l’envoi de message aux exploitants, mais ces derniers peuvent surtout envoyer des messages Telegram à la box Jeedom, pour valider une alarme ou pour questionner un état.

Jeedom permet une autre fonctionnalité très intéressante, pour alarmer les exploitants qui possèdent une boite Jeedom. En ajoutant des appareils Jeedom à votre domotique, comme des ampoules, un gyrophare ou une sirène, vous allez pouvoir être aussi alerté par le clignotement des ampoules de votre habitat ou de votre hangar, ou par l’illumination du gyrophare, ou encore par le son de la sirène.

Les améliorations

Il est prévu

  • d’améliorer en fonction des résultats et des discussions
  • de réaliser une application IOS et Android
  • d’optimiser les codes des stations
  • de proposer une solution “Plug & Play”. C’est à dire une solution qui minimiserait mes interventions et rendrait les exploitants autonomes pour la mise en place des stations
  • et encore

Cette liste est encore non-exhaustive.

Collaboration

Le partage de compétences est indispensable pour optimiser cette application. C’est pourquoi je serai très heureux de partager mes résultats avec des experts qui pourraient compléter et apporter un regard sur le traitement des mesures et sur l’infratsructure

  • Comment faire mieux?
  • Comment ajuster la configuration actuelle pour la prochaine saison?

Pourquoi soutenir ce projet

Je suis constamment à la recherche de financement pour poursuivre et améliorer ce projet. Pour vous donner un exemple de coût pour les sondes de hautes qualités:

  • Davis Pyranomètre : 187 Euro
  • Davis Anemomètre : 155 US
  • Détecteur de gel par rayonnement: Sfr 265
  • Sonde de surface: +/- Sfr 30

Une station avec les sondes de température coût entre Sfr 60.– et Sfr 100 sans compter les heures pour l’assemblage.

Il va falloir que j’investisse encore dans l’achat de panneaux et de batteries solaires pour rentre l’infrastructure totalement autonome en hiver.

J’aimerais encore produire de nouvelle station avec la dernière version de circuit imptimé.

Mais j’aurai principalement besoin d’un financement pour les améliorations pour l’après-projet. C’est à dire après une synthèse et le retour des exploitants ou des intervenants de la branche agricole, pour faire encore mieux.

Vous pouvez nous soutenir depuis la boîte bleue, en haut de cette page, à gauche, ou directement via la plateforme WEMAKEIT.

 

Remerciement

Nous remercions le domaine Bruno Colin pour nous avoir fourni l’image des bougies dans la vigne

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