Expérience sur le terrain

Deux stations ont été installées, fin juin 2018, dans un verger genevois, au milieu des pommiers.

Les deux stations se trouvent au deux extrémités du verger. L’une au point le plus haut et la seconde au point le plus bas du verger. Toutes les deux mesurent:

• l’état hydrique du sol à 3 niveaux différents* grâce a trois sondes tensiométriques
  
• un compteur de goutte pour mesurer la quantité d’eau utilisée par arrosage
• l’humidité de l’air
• la température du sol
• la température de l’air
• la luminosité
• la pression atmosphérique
• l’état de la batterie

* Une sonde tensiométrique ne mesure pas l’humidité du sol mais la force de liaison entre l’eau avec le sol (exprimé en tension), autrement dit, la force de succion que la racine doit exercer pour extraire l’eau du sol

Toutes les heures, elles envoient les 10 mesures cités haut-dessus, à la passerelle qui elle se trouve à 1 kilomètre de la première station.

Les stations sont alimentées par une batterie au lithium de 3.7V/1000mA. Cette dernière est connectée à un petit panneau solaire de 3W qui suffit largement pour maintenir une tension de 4 à 4.3V sur 24h. A savoir qu’une batterie au lithium a une plage de fonctionnalité entre 3.6V et 4.3V. C’est à dire qu’en dessous de 3.6V, elle ne suffit plus pour alimenter une charge alors qu’à 4.3V, elle est entièrement chargée. Ce qui nous donne une marge dans le cas où des journées non ensoleillées devaient se suivent.

Les pommiers sont arrosés tous les deux-trois jours grâce à système d’arrosage goutte-à-goutte. En moyenne, 10 litres d’eau est versés par goutteur. Fin juillet, j’ai installé un pluviomètre sous le goutteur afin de compter le nombre de gouttes par heure.

Évolution

2018

Durant le mois de juillet et le mois d’août 2018, les deux stations ont bien fonctionné. Cependant, cette période de teste m’a permis de corriger et de perfectionner le code et les fonctionnalités des stations.

En premier temps, j’avais positionné les sondes Watermark à 30cm, 35cm et 50cm de profondeur. Puis j’ai voulu essayer de mesurer la bulbe d’eau. J’ai donc repositionné la première sonde à 15cm du goutteur et à une profondeur de 30cm. La deuxième à 15cm et 30cm de profondeur, et la dernière à 15cm et 60cm de profondeur du point de chute des gouttes. Cependant, j’avais mal évalué ce point de chute et la bulbe d’eau se formait légèrement à côté des sondes.

Afin de mieux mesurer cette bulbe d’eau formée par le goutteur, j’ai simulé l’eau versé par le goutteur avec une jerrican d’eau de 10litres en dosant le débit, de manière à ce que les gouttes tombent à côté de la sonde positionnée à 15cm/30cm. Dès ce moment, cette sonde à vite réagit mais pas celle plantée à 60cm de profondeur. Ce qui laisse à croire que la bulbe se forme env. entre 15 et 50cm de profondeur.

J’ai aussi constaté que mon code qui calcule l’état hydrique du sol (en kpa) avait une erreur. Même si les courbes du graphique réagissaient, elles évoluaient en forme d’escalier. Aussi, il n’y avait aucunes mesures entre 100 et 199kpa. Pour comprendre l’erreur, j’ai utilisé l’équation de Koch (courbe jaune) pour calculé le tension grâce au la résistance électrique (courbe rouge) des sondes Watermark et je l’ai comparé le résultat avec ma fonction erronée (courbe violette).

On voit que le 16 septembre, j’ai corrigé ma fonction et la courbe violette évolue similairement avec la courbe jaune.

Aussi, à la station 2, le 21 septembre, j’ai replanté les trois sondes Watermark différemment.

• Sonde 1: à 1m du goutteur et à une profondeur de 30cm. Elle se trouve aussi à quelques centimètre du goutteur suivant
• Sonde 2: au point de chute (env 1-5cm) des gouttes du goutteur et à une profondeur de 30cm
• Sonde 3: à 10cm du point de chute et à une profondeur de 50cm

Ainsi, je peux continué à mesurer la bulbe d’eau avec la station 1, et comparer les mesures avec un positionnement différent, des sondes à la station 2, qui n’a pas pour but « d’observer » la bulbe d’eau, mais de mesurer l’état hydrique sur une longueur de 1m, entre deux goutteurs.

Watermark Digital Reader

Afin de vérifier mes mesures, J’ai acquis un lecteur digital (Watermark Digital Reader) avec lequel j’ai pu comparé la tension de l’eau du sol, (autrement dit, la force de succion que la racine doit exercer pour extraire l’eau du sol) mesurées par mes deux stations. J’ai eu l’agréable surprise de constater qu’une différence de 2 à 7 kpa par sonde, c’est qui est très bien.

2019

En 2019, j’ai repositionné les sondes:

Station 1: Les sondes sont à 30cm de profond-eur et distancée de 1m
Station 2 et station 3: Une station ne permet d’avoir que 3 sondes tensionétriques. Afin de mieux mesurer la formation du bulbe d’eau, j’ai ajouté une nouvelle station (station 3), juste à côté de la station 2, pour avoir 6 sondes tensionétriques autour du point de chute du goutteur.

• La sonde 1 est à 30cm de profondeur et à 30cm du point de chute (est)
• La sonde 2 est à 30cm de profondeur et à 1cm du point de chute (surface).
• La sonde 3 est à 50m de profondeur et à env 10cm du point de chute (pro- fondeur).
• Les autres sondes tensiométriques sont connectées à la station 3. Elles sont toutes à 30cm de profondeur et à 30cm du point de chute (nord, ouest, sud)

Seuil: 0-10 cbars (ou kPa): Soil saturé. 10-30 cbars: Le sol est suffisamment humide (sauf pour sables grossiers qui commencent à perdre de l’eau) 30-60 cbars: Gamme habituelle d’irrigation (sauf les sols argileux lourds) 60-100 cbars: Gamme habituelle pour l’irrigation dans les sols argileux lourds 100-200 cbars: Le sol devient dangereusement sec.

Analyse de la Station 1, du 20 juin au 19 juillet 2019

Toutes les sondes sont sous un goutteur, à l’exception de la sonde rouge qui est légèrement décalée du point de chute des gouttes. Pour la sonde jaune, j’ai ajouté un conduit pour que les gouttes tombent bien au niveau de la sonde.On constate que la sonde rouge est généralement toujours sèche, Du moins, le sol devient très vite sec, La sonde jaune a tendance à sécher plus rapidement que la sonde verte.Pour la sonde rouge, on peut comprendre que le bulbe d’eau se forme à sa proximité et qu’elle est légèrement humidifiée par le bulbe. Ce qui expliquerait qu’elle sèche rapidement. Ceci probablement parce qu’elle ne se trouve pas exactement sous le point de chute des gouttes.On peut aussi en déduire que le bulbe d’eau reste à env 20-30cm de profondeur et ne doit pas avoir une largeur de plus de 20cm (suggetsion), ou alors son développe-ment se forme dans une direction opposée à la position de la sonde.Pour la sonde jaune et la sonde verte, on voit que le sol est saturé pendant quelques heures. La sonde jaune sèche plus vite que la verte ce qui peut se comprendre par le fait qu’elle soit moins humitifée par le bulbe d’eau formé par le goutteur 2.

Analyse des mesures es stations 2 & 3 – Formation du bulbe d’eau

Analyse (1) du 22 au 25 juillet 2019

Analyse (2) du 13 au 25 août 2019

Le premier point intéressant à constater est la sonde de profondeur et la sonde Est. On peut déduire que lors de l’analyse (1) et (2), le bulbe d’eau ne s’est pas formé jusqu’à ce deux sondes. Le teneur hydrique a été très faible à ces niveaux.La sonde de surface a été la plus réactive lors des arrosages. On peut même constater que lors des fortes pluies (40ml) du 18 au 20 août, toutes les courbes ont réagi. En revanche, il y a une période floue, entre le 22 et 23 juillet (analyse (1)), où la courbe de jaune n’a pas réagi aux arrosages alors que la sonde Ouest a réagi lors de chaque arrosage. C’est un comportement étrange alors que la sonde de surface est la plus proche du point de chute des gouttes. Il se peut que le bulbe n’est pas descendu jusqu’à la sonde de surface mais s’est déplacé rapidement en direction de la soude Ouest.La sonde Nord est relative stable également. Ce qui est intéressant de constater, c’est que lors de tous les arrosages, le bulbe d’eau ne s’est jamais formé jusqu’aux sondes externes (orange, bleu ciel et bleu foncé, violet) alors qu’une forte pluie (qui couvre une plus grande surface du sol) les font toutes réagir, sauf la sonde de profondeur et la sonde Nord (qui se trouve proche du poteau).On constate encore une fois, que la bulbe d’eau ne se forme jamais jusqu’à 60cm de profondeur, et ne doit pas faire plus de 20cm de large.

2022

Je viens d’installer, un peu tardivement, 2 stations LoRaWAN avec deux sondes WATERMARK dans le même verger.

Cette année, je n’utiliserai que deux sondes WATERMAK par station. Une sonde est plantée dans le sol à env. 30cm, au niveau des racines, et la deuxième est plantée dans le sous-sol à env 55cm de profondeur. Les deux sondes se trouvent approximativement dans le même axe, sous le goutteur.

Pour commencer, avec un tarière de 20cm, j’ai creusé un trou de 60cm de profondeur.

Au fur et à mesure que je creusais, je mettais la terre récupérée dans mon seau d’eau, où trempaient déjà me deux sondes WATERMARK

Une fois le trou creusé, j’ai mis un couche de boue venant du seau, puis la première sonde WATERMARK, à env 55cm.

Je me suis assuré de bien recouvrir la sonde (partie cylindrique perforée) de boue, en refermant le trou avec la terre, jusqu’à 35cm du sol.

Puis, j’ai encore ajouté une couche de boue avant de positionner la deuxième sonde à 30cm du sol. J’ai encore ajouté une sonde étanche de température au niveau de cette sonde, pour connaître la température du sol, au moment de la prise des mesures. Là encore, j’ai continué à refermer le trou avec de la boue venant du seau, de manière à ce que la sonde (le tube cylindrique perforé) soit bien recouverte de boue.

J’ai finalement refermé compétemment le trou avec la terre restante. Il faudra encore attendre quelques jours pour que la boue et la terre qui recouvrent les sondes sèchent pour se trouver en équilibre avec le sol, tel que ce l’était avent de creuser ce trou.

 

 

Les mesures seront affichées progressivement, ci-dessous.