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MEMOIRE

DE FIN DE FORMATION

Pour l’obtention du Diplôme de :

« Technicien Supérieur en maintenance des équipements informatique Et bureautique »

Présenté par :

SABRI Islem

BAHRIA Mohamed El Amine

Thème :

Encadreur : Mr. BOUREGBA Mounir

Année de Formation : 2017 / 2020

Réalisation d’un système agRicultuRe hoRs-sol

automatique (l'agRicultuRe jaRdin intéRieuR)

Organismes D’accueil :

- Etablissement Hospitalier général Dali Abed El-Kader - GHRISS-

- Lycée Akid Lotfi -TAKHMARET-

Dédicaces

A la mémoire de ces dernières années d’études

De nos chers parents

De nos professeurs

De tous nos amis

De tous ceux que nous aimons

Nous dédions ce travail

Remerciements

En tout premier lieu, nous remercions Dieu tout puissant, de nous avoir donné la force

et

Le courage de surmonter les difficultés.

Nous souhaitons rendre hommage à tous ceux qui ont contribué à la réalisation de ce

travail.

Nous tenons, avant tout, à adresser nos plus vifs remerciements et gratitude à Monsieur

BOUREGBA Mounir, notre encadreur à l’institut national spécialisé à la formation

professionnelle ‘ Mascara’ pour l’encadrement sérieux dont il a fait

Preuve et pour la

Confiance qu’il a accordée ainsi que Madame LAAMOURI

ET tous les enseignants de la spécialité MEM.

Enfin, Nous adressons nos vifs remerciements aux membres du jury pour nous avoir

honoré, en acceptant d’évaluer ce travail.

L’organisme D’accueil

Etablissements Publics Hospitaliers Non Universitaires Ghriss :

La structure des Etablissements Publics Hospitaliers Non Universitaires (EPH) de Ghriss est structurés de 9 hectares construits dont les 2 à 3 Etage. A- Cet hôpital est doté des Services suivants :

Médecine Interne Hémodialyse. Infectieux. Pédiatrie. Chirurgie générale. Chirurgie infantile. Gynécologie obstétrique. Pneumo-phtisiologie. U.M.C. Ophtalmologue. ORL. Urgences Médicaux Chirurgicales.

Table des matières

Table des matières : Introduction Générale ................................................................................................................................... 1-2

Chapitre 1 : Généralité sur les systèmes irrigations :

I.1- Introduction ................................................................................................................................................ 3

I.2- L’irrigation gravitaire .................................................................................................................................. 4

I.3- Mode d’irrigations ...................................................................................................................................... 5

A. L ‘irrigation par planches ................................................................................................................... 5

B. L ‘irrigation par bassin ........................................................................................................................ 6

C. L ‘irrigation à la raie ........................................................................................................................... 6

D. L ‘irrigation par siphon ....................................................................................................................... 7

E. L ‘irrigation par rampe à vannettes ................................................................................................... 8

F. L ‘irrigation par gaine souple ............................................................................................................. 9

G. Trans-irrigation .................................................................................................................................. 10

G.1 Mode de distribution .................................................................................................................. 10

G.2 Difficulté des réglages de débit ................................................................................................ 11

H. L ‘irrigation goutte à goutte ............................................................................................................. 11

H.1 Equipements du système goutte à goutte ................................................................................ 12

H.2 Unité en tête ................................................................................................................................ 12

H.3 Les distributeurs ......................................................................................................................... 13

H.4 Les rampes .................................................................................................................................. 14

H.5 Pompes doseuses et injecteurs ............................................................................................ 15-16

H.6 Filtration ................................................................................................................................. 16-17

I. Irrigation par aspersion ................................................................................................................. 17-18

I.1 Les arroseurs ........................................................................................................................... 18-19

I.4- Comparaison des méthodes d’irrigation ....................................................................................... 19-20

I.5- Les techniques agriculture intelligent ................................................................................................ 21

A. Agriculture Hors-sol ......................................................................................................................... 21

B. Hydroponiques ................................................................................................................................... 22

B.1 Les avantages des cultures hors sol ..................................................................................... 23-24

B.2 L’économie d’eau et d’engrais minéraux ................................................................................ 24

B.3 La simplification des techniques culturales ............................................................................ 25

B.4 L’élimination des problèmes liés au sol .................................................................................. 25

B.5 Le gain de précocité ................................................................................................................... 26

B.6 Une meilleure qualité des produits ........................................................................................... 26

C. L ‘agriculture de précision .......................................................................................................... 27-28

C.1 A quoi ça sert .............................................................................................................................. 28

C.2 Les systèmes modernes ............................................................................................................. 28

D. Gardénia .............................................................................................................................................. 28

D.1 Centrale d’irrigation ................................................................................................................... 29

D.2 Goutteurs de fin de ligne ........................................................................................................... 29

D.3 Goutteurs en ligne ...................................................................................................................... 30

D.4 Micro asperseurs ........................................................................................................................ 30

D.5 Arroseur oscillant ....................................................................................................................... 31

E. Agriculture intelligente face au climat ............................................................................................ 32

I.6- Conclusion ................................................................................................................................................ 32

Chapitre 2 : La carte Arduino et le matériel utilise :

Introduction ................................................................................................................................................ 33

II.1- Description de chaque composant .................................................................................................... 33

A. Création d’Arduino ........................................................................................................................... 33

B. Définition ............................................................................................................................................ 34

C. Le Principe de fonctionnement ........................................................................................................ 34

D. Logiciel ............................................................................................................................................... 34

D.1 L'interface ............................................................................................................................... 35-36

D.2 Les boutons ................................................................................................................................. 36

D.3 Le langage Arduino ................................................................................................................... 37

E. Description de la carte .................................................................................................................. 37-39

E.1 Le microcontrôleur ..................................................................................................................... 37

E.2 Alimentation ................................................................................................................................ 37

E.3 Visualisation ................................................................................................................................ 38

E.4 La connectique ....................................................................................................................... 38-39

F. Caractéristique .................................................................................................................................... 39

G. Brochage de la carte Uno ............................................................................................................ 40-41

G.1 Les broches d'alimentations ...................................................................................................... 40

G.2 Broches numériques ................................................................................................................... 40

G.3 Broches analogiques .................................................................................................................. 41

II.2- Les plaquettes d’essais sans soudures (Bread Board) ................................................................... 41

II.3- Les capteurs .................................................................................................................................... 42-46

A. Définition d’un capteur ..................................................................................................................... 42

B. Caractéristiques des capteurs ...................................................................................................... 42-43

II.3.1- Capteur d’humidité sols ........................................................................................................ 43

II.3.2- Capacitive soil moisture sensor v1.2 ................................................................................... 44

II.3.3- Capteur de niveau d’Eau ...................................................................................................... 45

II.3.4- Module ultrasonique de détection d’obstacle .................................................................... 46

II.3.5- Capteur de température et d’humidité ................................................................................ 47

II.3.6- Capteur de flotteur magnétique ........................................................................................... 48

II.4- Les câble ......................................................................................................................................... 49-50

A. Câble alimentation ............................................................................................................................. 49

B. Cable USB Type A/B ........................................................................................................................ 50

C. Jumper ................................................................................................................................................. 50

II.5- Convertisseur de tension DC-DC ..................................................................................................... 51

II.6- Micro pompe .................................................................................................................................. 51-52

II.7- Ventilateur (Fan) ................................................................................................................................. 52

II.8- RELAIS ................................................................................................................................................ 53

II.9- Ecran (I2C-LCD2004) ........................................................................................................................ 53

II.10- Horloge (I2C RTC) .......................................................................................................................... 54

II.11- Buzzer d'alarme ................................................................................................................................. 55

II.12- Les Lampes ........................................................................................................................................ 55

A. T5 LED Tubes ................................................................................................................................... 55

II.13- Module Peltier 12 Vcc TEC1-12706 ............................................................................................. 56

II.14- Higrow ESP32 Wifi ......................................................................................................................... 57

Chapitre 3 : Conception et réalisation du système irrigations :

Introduction ................................................................................................................................................ 58

III.1- L’importance hydroponique ............................................................................................................ 58

III.2- Les avantages tangibles de notre programme ................................................................................ 58

III.3- Le schéma de principe ...................................................................................................................... 59

III.4- Description des principes de connexions .................................................................................. 60-64

III.5- Un schéma de câblage ...................................................................................................................... 65

III.6- Logiciel et programmation ............................................................................................................... 66

III.7- Test pratique ...................................................................................................................................... 66

III.8- Aspect final de la Forme de Projet ............................................................................................. 67-71

A. Modèle de concept ....................................................................................................................... 67-68

B. Les dimensions ................................................................................................................................... 68

C. Le filtre ............................................................................................................................................... 69

D. Le sol ................................................................................................................................................... 69

E. La plante ............................................................................................................................................. 70

F. Conception et réalisation ................................................................................................................... 71

III.9- Wemos Higrow ESP32 WIFI ..................................................................................................... 72-74

III.9.1- La revue ................................................................................................................................ 72

III.9.2- Test Avec Web Server ........................................................................................................ 73

III.9.3- Interface avec Blynk Apps ............................................................................................ 73-75

III.10- Les résultats ..................................................................................................................................... 76

III.11- conclusions ...................................................................................................................................... 77

Conclusion Générale ................................................................................................................................... 78

Bibliographie ................................................................................................................................................. 79

Annex......................................................................................................................................................... 80-95

Table des figures

Table des figures : Figure I-1 : Les grandes catégories de système irrigation__________________________________3

Figure I-2 : Irrigation gravitaire traditionnelle_________________________________________ 4

Figure I-3 : Irrigation par planches___________________________________________________5

Figure I-4 : irrigation par bassin_____________________________________________________6

Figure I-5 : irrigation à la raie_______________________________________________________6

Figure I-6 : Irrigation par siphon____________________________________________________7

Figure I-7 : Irrigation par rampe à vannettes___________________________________________8

Figure I-8 : Irrigation par gaine souple________________________________________________9

Figure I-9 : Trans Irrigation_______________________________________________________10

Figure I-10 : irrigation goutte à goutte_______________________________________________11

Figure I-11 : Equipements du système goutte à goutte___________________________________12

Figure I-12 : Tête d'unité centrale d’irrigation_________________________________________12

Figure I-13 : les distributeurs______________________________________________________13

Figure I-14 : les différents modèles des tuyaux________________________________________14

Figure I-15 : Pompe doseuse Alimentation Animale injecteur_____________________________16

Figure I-16 : Filtre à tamis 125microns______________________________________________17

Figure I-17 : Irrigation plein champ par aspersion______________________________________18

Figure I-18 : Exemple des arroseurs_________________________________________________19

Figure I-19 : coco sol pépinière____________________________________________________21

Figure I-20 : coco sol plantation____________________________________________________21

Figure I-21 : Un chercheur de la NASA vérifie les oignons hydroponiques___________________22

Figure I-22 : un plant de bananier dans le potager hydroponique (Hydro Town) _______________22

Figure I-23 : Culture hydroponique de tomates________________________________________23

Figure I-24 : prototype l’agriculteur verticale_________________________________________23

Figure I-25 : Culture hydroponique de fraise__________________________________________24

Figure I-26 : Le système de positionnement par satellite de type GPS_______________________26

Figure I-27 : La centrale d’irrigation________________________________________________28

Figure I-28 : Un goutteur de fin de ligne_____________________________________________28

Figure I-29 : Un goutteur en ligne__________________________________________________29

Figure I-30 : Un micro-asperseur___________________________________________________29

Figure I-31 : Un arroseur oscillantn_________________________________________________30

Figure II.1 Architecture de la carte Arduino UNO______________________________________34

Figure II.2: l'interface de l'IDE Arduino) ____________________________________________35

Figure II.3: le menu file d'arduino__________________________________________________35

Figure II.4: les boutons de 'IDE Arduino_____________________________________________36

Figure II.5: présentation d'une carte arduino__________________________________________37

Figure II.6: Carte Arduino Uno + Shield Ethernet______________________________________38

Figure II.7: la connectique de la carte Arduino________________________________________39

Figure II.8: brochage d’une carte Arduino____________________________________________40

Figure II.9: Une plaquette d’essai sans soudure________________________________________41

Figure II.10 : principe de fonctionnement d’un capteur__________________________________42

Figure II.11: Capteur hygrométrie du sol_____________________________________________43

Figure II.12: Capteur hygrométrie du sol endommagé __________________________________44

Figure II.13: Capacitive soil moisture sensor v1.2 _____________________________________44

Figure II.14: Capteur de niveau d’Eau _______________________________________________45

Figure II.15: HC-SR04 Ultrasonic__________________________________________________46

Figure II.16: Capteur de température et humidité – GROVE ______________________________47

Figure II.17: Capteur de flotteur magnétique _________________________________________48

Figure II.18: Câble alimentation Arduino pour piles 9V_________________________________49

Figure II.19: Cable USB Type A/B _________________________________________________50

Figure II.20: câble connecteurs mâle/mâle___________________________________________50

Figure II.21: convertisseur 12v DC à 3.3v / 5v / 12v DC_________________________________51

Figure II.22: micro pompe à eau avec connecteur jack - 12vdc 3w _________________________52

Figure II.23: 12V ventilateur Computer Case_________________________________________52

Figure II.24: module de relais à 6 canaux avec accouplement léger 5v______________________53

Figure II.25: Ecran LCD-i2c 20x4__________________________________________________54

Figure II.26: module horloge temps réel i2c rtc________________________________________54

Figure II.27: Buzzer d'alarme électronique piézo active_________________________________55

Figure II.28: T5 LED tubes_______________________________________________________55

Figure II.29: Module Peltier 12 Vcc TEC1-12706 _____________________________________56

Figure II.30: Higrow ESP32 Wi-Fi _________________________________________________57

Figure III.1 schémas de câblage RTC avec Arduino ____________________________________59

Figure III.2 schémas de câblage LCD avec Arduino ____________________________________59

Figure III.3 schémas de câblage Relais avec Arduino ___________________________________60

Figure III.4 schémas de câblage Buzzer avec Arduino___________________________________60

Figure III.5 schémas de câblage Dht11 avec Arduino___________________________________61

Figure III.6 schémas de câblage moisture sensor avec Arduino____________________________61

Figure III.7 schémas de câblage HC-SR04 avec Arduino________________________________62

Figure III.8 schémas de câblage Capteur Flotter Sensor avec Arduino______________________63

Figure III.9 schémas de principe___________________________________________________64

Figure III.10 schémas de câblage___________________________________________________65

Figure III.11 Arduino IDE________________________________________________________66

Figure III.12 Tests dans laboratoire_________________________________________________66

Figure III.13 Modèle de concept Unité de base________________________________________67

Figure III.14 Modèle de concept de diviseur__________________________________________67

Figure III.15 jardinière modèle Concept_____________________________________________68

Figure III.16 Dessin du modèle de projet_____________________________________________68

Figure III.17 Galets d'aquarium____________________________________________________69

Figure III.18 Le sol de terreau_____________________________________________________69

Figure III.19 Le Coleus __________________________________________________________70

Figure III.20 Photo de notre maquette _______________________________________________71

Figure III.21 Contenus de Higrow ESP32____________________________________________72

Figure III.22 schémas de câblage de Higrow ESP32____________________________________72

Figure III.23 Web Server Data production ___________________________________________73

Figure III.24 Blynk App Connect avec Higrow ESP32 __________________________________75

Figure III.25 Plante de Système agriculture hors-sol Automatique _________________________76

Figure III.26 les Plante de Système agriculture hors-sol Automatique ______________________77

Figure III.27 Plante de L’agriculture de base (Normale)_________________________________77

Liste des Tableau

Liste des Tableau : Chapitre 1 : Généralité sur les systèmes irrigations :

Tableau I-1 : Valeur en % de l’efficience au champ .................................................................................... 20

Chapitre 2 : La carte Arduino et le matériel utilise :

Tableau II.1: Caractéristique d'une carte Arduino Uno ........................................................................ 39

Chapitre 3 : Conception et réalisation du système irrigations :

Tableau III.1: Tableau de Comparaison des Résultats ......................................................................... 76

Liste des abréviations

Liste des abréviations : PVC : Chlorure de Polyvinyle.

PE : Poly Ethylène.

PP: Poly Propylene.

WEM: Water mark Electronique Module.

USB: Universal Serial Bus.

BSD: Barklay Software Distribution.

PWM: Pulse width Modulation.

GND: Ground.

VCC : Voltage Common Collector

IDE : Integrated Développement Environnement.

GPS : Global Positionne System.

MAC OSX : Version de MAC10.

CAO: Conception Assist par Ordinator

I2C: Inter Integrated Circuit Bus

LCD: liquid Crystal Display

LED: Light Emetting Diode

ATmega : est un microcontrôleur monopuce créé par Atmel dans la famille megaAVR

MCU : microcontrôleur unité

PLC : Power line Communications

JD-VCC : pour alimentation DC séparé 12v (Jumper removed)

ESP : Espressif System puce

Liste des symboles

Liste des symboles : s : seconde.

h : heure.

b : bar.

q : débit

k : constant.

h : pression.

x : coefficient qui caractérisé le type d’écoulement.

m : mètre.

m3 : mètre cube.

m2 : mètre au carré.

mm : millimétré.

cm : centimètre.

ha : hectare.

l : litre.

v: volt.

mhz: megahertz.

ko: kilo octet.

a : ampère.

mA : milli ampère.

d : dimension.

wA : watt.

Celsius : l'unité de l'échelle de température.

f : Le degré Fahrenheit.

Introduction Générale

1

Introduction générale

Introduction générale :

L'irrigation est le processus d'amener l'eau aux plantes cultivées artificiellement pour augmenter la

production et permettre leur croissance naturelle, dans le cas du déficit hydrique provoquée par un déficit

de précipitations ou d'échange excessif ou une diminution de la nappe, en particulier dans les zones arides.

Des canaux d'irrigation ont été construits sur les pistes pour le transport par eau, et parfois en haute

montagne.

Selon l'enquête hydrologique internationale, l'irrigation est un approvisionnement industriel en eau à

terre à des fins agricoles.

En général, on parle de « l'irrigation » pour les petites surfaces « jardinage », réserver le terme «

Irrigation » pour les grandes surfaces (champ de l'agriculture, de l'horticulture), mais il n'y a pas de norme

dans ce domaine. Une irrigation inadaptée ou mal conçue peut-être source de beaucoup de problèmes.

La sur-irrigation peut être source de propagation de pathogènes et les polluants dans le jardin et la

pluie est trop capricieuse. Alors, il est important de suivre le taux d’humidité de manière à conserver au

maximum les plantes en vie, car chaque plante a besoin d’un taux d’humidité spécifique.

L'irrigation à la main est fastidieuse, perde du temps et dispendieux en eau. Afin d'assurer que nos

plantes restent vertes et saines, pour gagner du temps, nous permet de partir en vacances en toute

tranquillité, plus besoin de demander de l’aide à nos voisins ou à la famille, voilà pourquoi nous réaliserons

le projet du système l’agriculture hors-sol automatique.

Pour réaliser l’agriculture hors-sol automatique on a choisi la carte ARDUINO UNO pour faire le

contrôle et la commande de la pompe à eau qui permet la mise en mouvement de l'eau et un écran LCD

qui permet d’afficher tous les paramètres de système, capteur d'humidité du sol et capteur de niveau

d’eau.et en-plus ventilateurs pour contrôle la température.

2

Introduction générale

Le programme contrôle automatiquement les cycles d'irrigation et Empêche le gaspillage d'eau en coupant

de manière automatique, et contrôle la température. Cette économie d’eau sera réalisée en faisant recours à

une bonne étude préalable.

Notre système facilite la vie humaine et soulevé le problème de suivre le jardin. En fin, l’Automatique à

prouver sa présence dans tous les domaines de l’agriculture.

On va résumer notre projet en 3 chapitres principaux :

1ére chapitre :

Généralité Sur Les Systèmes D’irrigations classique, nouveau (Hydroponique) et l’agriculture hors-

sol.

2éme chapitre :

La Carte ARDUINO et le matériel utilisé.

3éme chapitre :

La réalisation du système agriculture hors-sol automatique et le programme de la carte ARDUINO et

ESP32 Et enfin, une conclusion générale sanctionnera l’ensemble de ce travail.

Chapitre I

Chapitre I GENERALITE SUR LES SYSTEMES D’IRRIGATIONS ET L’AGRICULTURE

3

I.1 Introduction :

Le manque d'eau et l'accroissement constant des besoins en eau en agriculture, conjugués aux conflits

d'usage avec les autres secteurs, tels que l'industrie et la consommation en eau potable, nous amènent

constamment à réfléchir sur les économies d'eau et d'énergie. Ceci passera forcément par une gestion

efficace de l'irrigation ainsi que par la maîtrise de l'utilisation et le choix des systèmes d'irrigation.

Les systèmes d'irrigation peuvent être classés en trois grandes catégories :

Dans la Figure I-1, l'irrigation gravitaire (surface), l'irrigation goutte à goutte et l'irrigation par aspersion.

[1]

Figure I-1 : Les grandes catégories de système irrigation


4

I.2 L’irrigation gravitaire (surface) :

La technique de l’irrigation gravitaire consiste à arroser les cultures en faisant ruisseler l’eau à la surface

du sol.

C’était la seule méthode possible jusqu’au milieu du 20èmesiècle. Dans la grande majorité des cas, le

transport de l’eau se fait par canaux fonctionnant à surface libre.

La surface irriguée dans le monde avoisine les 250 millions d’hectares et sur ce total, 80 à 90% est

constitué par de l’irrigation gravitaire. C’est donc une technique qui continue à être très répandue en

particulier dans les pays en voie de développement.

De fait, le coût de construction d’un réseau gravitaire est 3 à 4 fois plus faible que celui d’un réseau sous

pression et il n’y a pas ou peu de consommation d’énergie. En contrepartie l’efficacité de ces réseaux est

faible, le plus souvent inférieure à 30% alors qu’on atteint facilement 80 à 90% sur les réseaux sous

pression. En outre, ils nécessitent une main d’œuvre abondante.

Les faibles rendements de l’irrigation gravitaire sont dus à trois causes principales :

Les pertes importantes des arrosages par ruissellement.

La régulation extrêmement sommaire ou inexistante de nombreux réseaux.

Le manque d’organisation des exploitants et des agriculteurs.

Les deux derniers facteurs sont certainement liés car il semble difficile de mettre en place une organisation

contraignante sans maîtriser la distribution de l’eau et vice versa.

Il y a là un vaste débat mais de toute manière la régulation des canaux constitue un des problèmes majeurs.

[2]

Figure I-2 : Irrigation gravitaire traditionnelle


5

I.3 Mode d’irrigations :

Le mode d’irrigation va imposer de nombreuses contraintes dont la régulation des canaux doit tenir

compte. En irrigation gravitaire il y a 3 méthodes principales, avec de nombreuses variantes, qui sont

l’irrigation à la raie, à la planche ou au bassin. Un débit minimum est nécessaire pour conduire l’eau

efficacement dans les champs, c’est ce que l’on appelle la main d’eau dont la valeur moyenne est de 30

l/s mais peut être plus importante dans le cas des planches.

Enfin de nombreux agriculteurs répugnent à irriguer la nuit et cela implique de fortes variations diurnes

de débit si on ne veut pas perdre d’eau. [2]

A-Irrigation par planches :

L’Irrigation par planche consiste à faire couler une mince couche d’eau sur un sol incliné de 0,2 à 3%. Le

débit à déverser est fonction de la pente, de la largeur et de la longueur de la planche. Cette méthode est

de loin la plus difficile car il faut ajuster le débit d’irrigation de chaque planche avec toutes les autres

variables. Une des formules pratiques est celle de Crevât qui consiste à déterminer la longueur de la

planche qui dépend de l’infiltration du sol, ce qui correspondrait au temps de ruissellement. Autrement

dit, l’aiguade ouvre la vanne et attend que l’eau arrive au bas de la planche, et à ce moment-là il ferme la

vanne d’arrivée. [1]

Figure I-3 : Irrigation par planches


6

B-L ’irrigation par bassin :

L'irrigation par bassin est la plus connue dans l'irrigation gravitaire. Sa pratique sur un sol nivelé (pente

0,1 à 1%) ainsi que la simplicité de l'opération, qui consiste à remplir le bassin, font que cette technique

est fréquemment utilisée, la taille des bassins est de 40 à 50 m2 et cette technique est connue sous le nom

"Robât". Cette dernière occasionne une perte importante de superficie, due au nombre important de

cloisonnements. [1]

Figure I-4 : irrigation par bassin

C-L ‘irrigation à la raie :

L'irrigation à la raie ou par rigole convient parfaitement au sol présentant une pente comprise entre 0,2 et

3%. Les sillons sont séparés d'une distance variant entre 0,6 et 1,25 m, selon le type de sol et la culture.

Suivant le débit dont on dispose, on peut irriguer un ou plusieurs sillons à la fois. Les raies peuvent être

parallèles ou perpendiculaires à la rigole permanente d'amenée d'eau.

D'une manière générale, l'irrigation est réalisée suivant un débit unique ou suivant une succession de deux

débits différents, un premier débit important qui est appelé débit d'attaque et un deuxième débit plus faible

qui est appelé débit d'entretien. L'irrigation à la raie se prête mieux à la mécanisation par siphon, par rampe

à vannettes, par gaine souple ou par Trans irrigation. [1]

Figure I-5 : irrigation à la raie


7

D-Irrigation par siphon :

L'irrigation par siphon s'adapte bien à l'irrigation des raies. Les siphons en PVC, d'épaisseur 1,5 mm et

de diamètre variant entre 20 et 43 mm, sont relativement légers lorsque leur longueur est comprise entre

1 et 1,5 m. Une charge de 10 cm est suffisante pour travailler dans des conditions adéquates. Les débits

varient entre 0,25 et 2 l/s, respectivement pour une charge de 5 et 20 cm. On peut par ailleurs réaliser une

irrigation à deux débits, soit en utilisant des diamètres différents, soit en utilisant des bouchons percés à

l'extrémité des tubes ou tout simplement en jouant sur le nombre des siphons. Dans ce type d'irrigation,

l'amorçage des siphons nécessite un entraînement et une certaine agilité pour mieux maîtriser l'irrigation

Ce type d'irrigation est d'un intérêt certain car il permet d'éviter la construction d'une "séguia" d'amenée,

et donc tous les travaux liés à la distribution. Il permet également de réduire l'érosion du sol à la tête de la

raie. Par ailleurs, l'irrigation par siphon permet une bonne répartition de l'eau et présente un avantage du

fait que l'investissement est faible. [1]

Figure I-6 : Irrigation par siphon


8

E-Irrigation par rampe à vannettes :

Ce type de matériel correspond mieux aux cultures irriguées à la raie et qui nécessitent peu d'interventions

sur la parcelle. L'avantage réside dans la possibilité de réglage du débit par des vannettes coulissantes ;

qui offrent des positions d'ouverture de 25, 50, 75 et 100%. Par rapport aux siphons, on évite l'opération

d'amorçage qui est un travail lent et fatigant. L'autre avantage réside dans le fait que les débits obtenus

sont plus précis et fiables.

Lorsqu'on remplace les vannettes par des cannes verticales qui alimentent des raies ou des planches on

obtient alors le système californien. Il est constitué d'une conduite enterrée sur laquelle on fixe des cannes

dont on peut régler le débit ainsi que l'orientation du jet. La conduite enterrée, de diamètre variant de 160

à 300 mm, est relativement épaisse (3 à 5 mm).

Cette technique présente l'avantage de ne pas gêner les travaux agricoles. Par contre, une étude de

dimensionnement est nécessaire. Lorsque l'irrigation de toute la parcelle se fait en même temps, toutes les

sorties sont ouvertes, sinon les sorties non utilisées doivent être fermées d'une manière étanche. [2]

Figure I-7 : Irrigation par rampe à vannettes


9

F-Irrigation par gaine souple :

La gaine souple est posée dans une rigole préparée à l'avance pour éviter les déplacements de la gaine une

fois remplie d'eau. La pose peut être effectuée à l'aide d'un engin ou d'un petit tracteur. Les perforations

peuvent être effectuées sur un ou deux côtés. Elles peuvent être standards ou selon les espacements des

cultures. La gaine peut être munie de manchettes souples de dérivation qui permettent d'irriguer au centre

des raies, sans se soucier d'un emplacement précis des perforations.

Ce type d'irrigation, ayant une charge de 0,4 à 1 m, convient pour un sol relativement plat. Les débits de

dérivation sont de l'ordre de 2 l/s. Les gaines sont facilement installées sur le terrain et demandent un

investissement modeste. Cependant, elles présentent l'inconvénient d'être fragiles et le réglage des débits

est peu précis.

Les gaines ne peuvent en aucun cas être utilisées pour élever l'eau et leur extrémité reste ouverte sous

peine de destruction par une surpression. Les extrémités doivent donc être posées sur des objets d'une

hauteur d'environ 1m. [1]

Figure I-8 : Irrigation par gaine souple


10

G-Trans Irrigation :

La Trans-irrigation de surface ou souterraine convient parfaitement à l'irrigation de la raie. La parcelle à

irriguer par ce type d'irrigation est relativement grande et peut atteindre 6 H.

Une conduite en PVC rigide de diamètre 250 mm et d'épaisseur 4,9 mm est installée suivant une

inclinaison régulière variant entre 0,25 et 0,6 % sur laquelle sont percés des orifices bien alignés et formant

un angle de 30° par rapport à la verticale. Le diamètre des orifices est fonction du débit. L'ensemble du

système n'est pas sous pression mais la charge au niveau de chaque orifice est créée par le déplacement

d'un piston placé à l'intérieur de la conduite. [1]

Figure I-9 : Trans Irrigation

G.1-Mode de distribution :

Il existe trois modes de distribution de l’eau :

• Partition : l’eau est partagée au prorata des surfaces de manière fixe. Il y a réglage initial de toutes les

prises qui sont alimentées simultanément. Le système est simple mais très rigide. Il est très utilisé dans

l’Inde du Nord sous le nom de Warabandi.

•Tour d’eau : le réseau est découpé en quartier, d’une cinquantaine d’ha en général. Chaque quartier est

alimenté en continu pendant une période de temps déterminée, chaque agriculteur, à l’intérieur du quartier

dispose de tout le débit à tour de rôle. Le débit d’alimentation du quartier peut être fixe (débit et durée)

ou variable (débit ou durée ou les deux).

•Demande : mode de distribution très rare en irrigation gravitaire car il est impossible à mettre en œuvre,

sauf quand le débit disponible est toujours supérieur à la demande. Le rendement du réseau est alors très

faible. [1]


11

Il faut, toutefois, noter l’existence de canaux principaux qui alimentent des réseaux sous pression.

En pratique, le fonctionnement réel de nombreux réseaux est compris entre tour d’eau et demande. Le

tour d’eau est appliqué de manière plus stricte pendant les pointes d’arrosage et une demande plus ou

moins restreinte le reste du temps.

G.2-Difficulté des réglages de débit :

En hydraulique à surface libre, la mesure et le réglage des débits sont difficiles si on se limite à des moyens

manuels. Il existe trois types d’appareillages :

A. Les vannes : orifice à section ajustable

B. Les seuils : fixes ou à crête et donc à débit ajustable

C. Modules à masques : associent des lois d’orifice et de seuil dans le même appareil.

Ils permettent un réglage par pas de débit dans une zone de variation de niveau. Ces appareils sont tous

sensibles aux variations de niveau amont, en particulier les seuils.

H-L ‘irrigation goutte à goutte :

Dans l'irrigation goutte à goutte, l'eau est livrée à la plante à faible dose entraînant ainsi l'humidification

d'une fraction du sol. Ceci permet de limiter les pertes par évaporation et percolation. Elle permet aussi

de réduire le développement des mauvaises herbes Elle met également en œuvre des équipements fixes et

légers. Dans la plupart des cas, elle exige une automatisation à travers des contrôleurs associés à des

vannes volumétriques et/ou hydrauliques et des électrovannes. [1]

Figure I-10 : irrigation goutte à goutte


12

H.1-Equipements du système goutte à goutte :

L'installation est composée d'une source d'eau, d'une station de pompage, d'une unité de tête, des

canalisations principales et secondaires, de porte rampes et rampes, et enfin de distributeurs. [1]

Figure I-11 : Equipements du système goutte à goutte

H.2-Unité en tête :

L'unité de tête comporte les éléments nécessaires au conditionnement et à la sécurité de fonctionnement.

Figure I-12 : Tête d'unité centrale d'irrigation


13

H.3-Les distributeurs :

Les distributeurs peuvent être classés selon leur débit de fonctionnement. On distingue alors les goutteurs,

les diffuseurs et les micro-asperseurs.

Figure I-13 : les distributeurs

Les goutteurs ont un faible débit (entre 1 et 16 l/h) et fonctionnent sous une pression relativement faible

(environ 1 bar). Dans la pratique, on utilise souvent des goutteurs de 2 l/h pour les cultures maraîchères

et de 4 l/h pour les cultures pérennes (arbres fruitiers et vignes). [1]

Selon le type de goutteur, le mode de fixation sur la rampe peut être soit en dérivation, en ligne ou intégré.

Actuellement, on tend de plus en plus vers le mode intégré vu son faible coût de fabrication ainsi que sa

facilité d'installation sur le terrain.

En effet, il suffit de dérouler la rampe alors que pour les autres modes, les goutteurs sont à installer un par

un, suivant les espacements désirés. Dans la fixation en dérivée, on peut trouver des circuits courts ou

des circuits longs.

Ces derniers ont l'avantage de couvrir une grande surface et peuvent être disposés en formant un cercle,

pour couvrir une surface plus grande. Dans certains projets d'irrigation goutte à goutte pour des cultures

pérennes, on peut volontairement employer une rampe de faible diamètre lorsque les plants sont petits

pour ensuite rajouter une deuxième rampe lorsque les besoins en eau sont plus importants.

Le débit Q d'un distributeur donné peut s'exprimer en fonction de sa pression par la formule suivante :

Q = K Hx

Où : Q est le débit en l/h ; K est une constante de forme et de dimension ; H est la pression en mètre et x

est le coefficient qui caractérise le type d'écoulement.


14

Lorsqu'on dispose de plusieurs valeurs de débits des goutteurs, avec les valeurs respectives des pressions,

on peut alors à l'aide de l'équation ci-dessus calculer les valeurs de K et de x. Généralement, les

constructeurs donnent les caractéristiques des distributeurs sous forme de tableaux ou de graphes, ce qui

permet d'établir leur équation, ou simplement connaître leur débit. [1]

Les goutteurs autorégulant ont une valeur de x voisine de 0 et donc la variation de leur débit est insensible

aux variations de la pression ; ces variations sont limitées dans une plage de pression.

Les goutteurs non autorégulant ont une valeur de x variant entre 0,5 pour le régime turbulent et 1 pour le

régime laminaire.

Il est important de connaître cette équation pour effectuer correctement le dimensionnement d'un système

d'irrigation goutte à goutte, notamment la longueur des rampes et leurs débits. Actuellement, les

constructeurs donnent assez souvent la longueur maximale de leur rampe en fonction des diamètres et des

goutteurs utilisés.

Les variations de débit d'un distributeur peuvent être également dues à l'usure de l'orifice car les sections

de passage sont généralement faibles (diamètre variant entre 1 à 2 mm).

Les sections des distributeurs doivent être fabriquées avec une grande précision puisque de petites

variations de diamètre occasionnent de grandes variations de débit, sous une même charge.

H.4-Les rampes :

La plupart des conduites en plastique utilisées en irrigation localisée sont fabriquées à partir de :

Figure I-14 : les différents modèles des tuyaux

Les PE sont les plus utilisés pour les petits diamètres, alors que les PVC sont plus utilisés pour les gros

diamètres, en raison de leur résistance à la pression. Le classement des conduites se fait suivant le


15

coefficient normalisé de dimension, qui traduit la pression maximale de service ainsi que la classe de

pression. [1]

H.5-Pompes doseuses et injecteurs :

Le choix d'un appareil d'injection doit tenir compte de la concentration requise en engrais et de la précision

souhaitée. Les autres critères sont la mobilité, le coût et le mode de fonctionnement. On distingue :

A. Les diluer

B. Les pompes doseuses hydrauliques (placées en lignes ou en dérivation)

C. Les pompes doseuses électriques

Les diluer sont constitués d'une cuve étanche dans laquelle on introduit l'engrais sous forme solide mais

soluble. La cuve est montée en dérivation sur la conduite principale de l'irrigation, à l'amont du filtre à

tamis. Le temps de dissolution des fertilisants n'est pas toujours bien connu des opérateurs et la

concentration de l'engrais varie fortement entre le début et la fin de l'irrigation. La cuve doit être vidée à

la fin de chaque irrigation. Le volume de la cuve varie entre 50 et 300 litres, ce qui limite la surface à

irriguer à ½ hectare en culture légumière et 1 hectare en arboriculture.

Les pompes doseuses hydrauliques fonctionnent d'une manière régulière en aspirant et en refoulant une

quantité constante et connue de solution fertilisante dans la conduite d'irrigation. Le démarrage et l'arrêt

peuvent être commandés par une vanne volumétrique ou par une électrovanne. Leur fonctionnement est

précis. [1]

Les pompes doseuses électriques sont constituées d'un moteur électrique qui entraîne une pompe à

membrane ou un piston. Elles sont précises et permettent de disposer d'une gamme étendue de débits

d'injection. Plusieurs pompes peuvent être montées en parallèle pour injecter simultanément plusieurs

solutions.


16

Figure I-15 : Pompe doseuse Alimentation Animale injecteur

H.6-Filtration :

L'irrigation goutte à goutte nécessite une filtration adéquate des impuretés contenues dans l'eau

d’irrigation ainsi que celles qui peuvent se former en cours d'utilisation. Pour cela, il existe plusieurs types

de filtres.

Les filtres à sables sont remplis de couches de gravier calibré pour arrêter les particules solides et

organiques. Ils sont généralement munis d'un montage de contre-lavage qui permet leur nettoyage, réalisé

lorsque la perte de charge est comprise entre 5 et 10. Un filtre à sable est suffisant pour un débit allant de

10 à 15 m3/h. Pour les débits supérieurs, on utilise une batterie de filtres. Pour plus d'assurance, le filtre à

sable est suivi d'un filtre à tamis ou d'un filtre à disques. Le séparateur centrifuge, ou l'hydro-cyclone, est

placé avant le filtre à sable, quand l'eau est chargée de sable. [1]

Assez souvent, on recommande de retenir les particules de granulométrie supérieure au 1/10 de la plus

petite dimension de passage de l'eau dans les distributeurs. L'arrêt des particules plus petites ne fait

qu'accélérer le colmatage des filtres. Une filtration de 150 microns est souvent utilisée pour l'irrigation

localisée ou par aspersion. Dans ce dernier cas, on pense aussi à l'usure des buses des asperseurs.


17

Figure I-16 : Filtre à tamis 125microns

I-Irrigation par aspersion :

L'irrigation par aspersion est recommandée dans les cas suivants :

Sols de faible profondeur, ne pouvant être correctement nivelés pour une irrigation de surface, tout

en conservant une profondeur suffisante.

Sols trop perméables, qui ne permettent pas une répartition uniforme de l'eau dans le cadre d'une

irrigation avec ruissellement en surface.

Terrains à pente irrégulière avec microrelief accidenté, ne permettant pas l'établissement d'une

desserte gravitaire à surface libre.

Par contre, elle est à écarter dans les régions très régulièrement ventées (les vents supérieurs à 4 ou 5 m/s

dégradent considérablement l'homogénéité de l'arrosage) et aussi lorsque l'irrigation se fait avec l'eau salée

sur des plantes au feuillage sensible au sel. [1]


18

Une installation d'irrigation sous pression est généralement composée d'un équipement fournissant la

pression nécessaire à son fonctionnement, d'appareils de mesure et de contrôle de débit, et d'une conduite

principale amenant l'eau jusqu'aux conduites secondaires et tertiaires. D'autres éléments peuvent être

utilisés, notamment un filtre ou une batterie de filtres et un dispositif d'adjonction d'éléments fertilisants.

Figure I-17 : Irrigation plein champ par aspersion

La considération des facteurs suivants est nécessaire à la conduite d'un projet de dimensionnement de tout

système d'irrigation sous pression :

A. La dimension et la forme de la surface à irriguer, sa topographie et le type du sol.

B. Les sources d'eau disponibles ou potentielles et leurs caractéristiques.

C. Les conditions climatiques dans la région, l'accessibilité à la parcelle et la culture à irriguer. [1]

I.1-Les arroseurs :

Les arroseurs utilisés en agriculture sont à rotation lente. Cette rotation est obtenue par le va-et-vient d'un

bras de levier qui porte un seul aubage et qui oscille sous l'effet de l'impact d'un jet qui s'échappe d'une

buse. Les petits arroseurs ont des buses de 4 à 7 mm de diamètre.

La portée de leur jet est relativement faible, leur pression de service se situe entre 2,5 et 3,5 bars et les

gouttelettes d'eau obtenues sont de petite taille. Les arroseurs moyens ont des buses de 8 à 14 mm de

diamètre et nécessitent une pression de service d'au moins 4 bars.

Les grands arroseurs ont des buses de 15 à 25 mm de diamètre et fonctionnent à des pressions d'au moins

4,5 bars. Ils ont une pluviométrie horaire élevée et conduisent à la formation de grosses gouttelettes. [1]


19

La taille des gouttelettes ne doit occasionner aucun dommage ni au sol, ni à la culture. Une augmentation

de la pression s'accompagne normalement d'une réduction de la taille des gouttelettes. L'angle idéal

d'inclinaison par rapport au plan horizontal est de 32° en conditions calmes. Les perturbations causées par

le vent sont influencées par le montant sur lequel repose l'arroseur ainsi que l'angle de projection du jet

d'eau. La plupart des arroseurs moyens à usage agricole ont des angles compris entre 25 et 26°, alors que

ceux des grands arroseurs se situent entre 23 et 24°. [1]

Figure I-18 : Exemple des arroseurs

I.4 Comparaison des méthodes d’irrigation :

Le passage de l’irrigation de surface à l’aspersion est l’une des conversions les plus répandues pour

économiser l’eau. Les raisons de cette conversion résident dans le fait que les techniques d’irrigation de

surface sont intrinsèquement moins efficientes et demandent plus de travail que l’irrigation par aspersion.

Cependant avant de faire cette conversion, différents facteurs doivent être pris en compte : les effets sur

les rendements, les économies d’eau, de main d’œuvre, d’énergie, l’aspect économique, les conditions

climatiques et les caractéristiques du champ.

Pour choisir une méthode d’irrigation, l’agriculteur doit connaître les avantages et les inconvénients des

différentes méthodes. Malheureusement dans bien des cas, il n’existe pas une unique bonne solution car

toutes les méthodes ont leurs avantages et leurs inconvénients. [1]

Le tableau suivant présente une comparaison des différentes méthodes d’irrigation en fonction du site et

des facteurs de situation. Il présente également les avantages et les inconvénients d’une technique

d’irrigation par rapport à une autre. Tous ces éléments doivent être pris en compte avant d’effectuer la

conversion vers une technique plus efficiente. Si un système d’irrigation n’est pas particulièrement bien


20

adapté à une situation donnée, il peut ne pas être plus efficient ou ne pas économiser plus d’eau que la

méthode d’irrigation initiale.

Les économies d'eau que l'on peut espérer en passant d'une méthode d'irrigation à une autre est égales à

la différence entre les valeurs des efficiences au champ pour ces deux méthodes. [1]

Systèmes d’irrigations Efficience au champ (en %)

Systèmes d’irrigations de surface -

Irrigation à la raie (inclinée) 50-80

Avec réutilisation des eaux en aval 60-90

Irrigation à la raie (horizontale) 65-95

Irrigation par planche 50-80

Aspersion avec déplacement 60-85

Canon déplaçable 55-75

Sprays (alimentation par tuyau) 75-95

Goutte à goutte de surface 70-95

Goutte à goutte enterré (SDI) 75-95

Micro asperseurs 70-95

Tableau I-1 : Valeur en % de l’efficience au champ [3]


21

I.5 Les techniques agriculture intelligent :

A-Agriculture HORS-SOL :

Culture de plantes réalisée sur substrat neutre et inerte (ex : fibre de coco, billes d’argile, laine de roche

etc.). Le substrat est régulièrement irrigué d'un courant de solution qui apporte les sels minéraux et

nutriments essentiels à la plante. La culture hydroponique est très présente en horticulture et dans la culture

forcée de certains fruits et légumes. Elle permet d’accélérer le processus de maturation des fruits grâce à

un rythme nycthéméral plus rapide et permet plusieurs récoltes par an.

Figure I-19 : coco sol pépinière

Figure I-20 : coco sol plantation


22

B-Hydroponiques :

L’hydroponie est un terme qui regroupe les différentes techniques de cultures hors-sols, mais c’est aussi

un système de culture assez simple, qui ne nécessite pas beaucoup de matériel et qui n’engendre pas de

gros frais. L’hydroponie est la première culture de plantes hors-sol qui fut développée à échelle

industrielle.

Figure I-21 : Un chercheur de la NASA vérifie les oignons hydroponiques

Cette technique consiste à nourrir les racines des plantes qui se trouvent dans du substrat (par exemple,

dans des pains de laines de roche) avec une solution nutritive ; ce principe permet à la plante d’avoir un

meilleur accès à l’oxygène, à l’eau, ainsi qu’à la nourriture. Le contrôle du pH de la solution ainsi que sa

conductivité électrique permettent de gérer le milieu par rapport aux besoins de chaque plante, et à chacun

des stades de leur vie. Grâce à ce principe, la plante est poussée au maximum de son potentiel génétique

et elle produira de plus grosses fleurs, de plus gros fruits et, dans le cas des plantes médicinales, celles-ci

verront une forte augmentation de la production de leur concentration en principe actif. Ce système permet

de servir de support à la plante tout au long du cycle de sa vie. La simplicité du système permet un entretien

assez simple et rapide. [15]


23

Figure I-22 : un plant de bananier dans le potager hydroponique (Hydro Town)

Les avantages des cultures hors sol :

L’idée de cultiver en hors sol, est apparue depuis longtemps comme une méthodologie pour établir les

mécanismes de l’absorption racinaire des éléments minéraux, et pour étudier le fonctionnement des

plantes. Cependant au cours des dernières décennies, cette méthode s’est largement répandue. Elle est

devenue indispensable dans la production végétale. Les cultures hors sol se définissent comme des

cultures où les végétaux effectuent leur cycle complet de production sans que le système racinaire ait été

en contact avec leur environnement naturel, qui est le sol. Les racines sont ainsi continuellement

alimentées par un milieu liquide minéral qui est la solution nutritive et qui apporte l’eau, l’oxygène dissous

et les éléments minéraux indispensables. [15]

Figure I-23 : Culture hydroponique de tomates

En réalité, la découverte des cultures hors sol doit être attribuée à deux chercheurs allemands K-nop et

Sachs. Simultanément en 1860 et de manière indépendante, ces deux auteurs ont réussi à faire pousser des


24

plantes sur des milieux entièrement liquides constitués d’eau additionnée de sels minéraux. Plus tard, dans

les années 50, certains organismes de recherches en France, en Hollande et aussi des professionnels

comme Mil land s’intéressaient aux applications horticoles des cultures hors sol, mais il ne s’agit encore

que d’étapes de pré développement. Enfin, le véritable développement des cultures hors sol date des

années 1975-1980 : À un rythme très soutenu cette technique s’implantait dès lors en Europe surtout pour

les cultures sous serre. Ainsi, depuis une quinzaine d’années, les surfaces et la nature des espèces

concernées n’ont cessé d’augmenter. L’extension régulière des surfaces consacrées aux cultures hors sol

résulte d’un bilan en faveur de cette technique qui apporte une série d’améliorations pour l’agriculteur :

Parmi les avantages de cette technique, on cite :

Figure I-24 : prototype l’agriculteur verticale

L’économie d’eau et d’engrais minéraux :

Les cultures hors sol conduisent à une meilleure maitrise des apports d’eau et en éléments minéraux. En

comparant la quantité d’eau nécessaire pour obtenir un kg de produit à partir d’une culture de plein champ

à celle utilisée avec une culture hydroponique, l’économie réalisée par cette dernière peut atteindre 90%

à 95% des apports d’eau, ainsi les cultures hors sol ont permis de développer des activités horticoles dans

des régions où l’eau est un facteur limitant : on évite ainsi les pertes par diffusion dans le milieu naturel.

Quant aux engrais minéraux, les techniques de culture hors sol conduisent aussi à une économie

importante puisque les apports sont calculés en fonction des besoins et qu’il n’y a pas de stockage au

niveau du sol. En réalité, l’économie réalisable va dépendre du choix de la technologie utilisée. Quand

l’agriculteur choisit un système à solution recyclée, cette économie sera importante, la plante consomme

la quasi-totalité des apports, par contre, quand la culture est effectuée à partir d’une solution nutritive non

recyclée (circuit ouvert) les pertes au niveau des percolas sont importantes et les économies réalisables

sont limité.


25

Figure I-25 : Culture hydroponique de fraise

La simplification des techniques culturales :

La culture hors sol permet de supprimer certaines façons superficielles comme la préparation du sol, les

binages, le désherbage …, Également, les étapes de la fertilisation (amendement et engrais minéraux), et

de l’irrigation sont aussi remplacées par l’apport de la seule solution nutritive. En outre, cette technique

facilite considérablement le travail du producteur qui en installant sans contrainte l’ensemble du système

peut s’affranchir facilement de la lourdeur des opérations au niveau du sol.

L’élimination des problèmes liés au sol :

La principale raison du développement agricole de la culture hors sol provient de la nécessité d’éliminer

certains problèmes liés au sol comme le problème de la salinité ou la contamination par les agents

pathogènes. Cette technique a permis, par exemple, de lutter contre la fusariose de l’œillet ou le Cork

root de la tomate.

De plus, le recours à la culture sans sol devient nécessaire quand ce dernier est de qualité médiocre peu

profond ou difficile à amender : C’est le cas du désert sableux notamment dans les pays du Moyen-Orient

où cette technique a permis le développement d’une production maraîchère. Il ne faut pas négliger, par

ailleurs, les potentialités de cette technique pour utiliser des surfaces où il n’y a pas de sol, ainsi des

tentatives ont été effectuées pour créer des espaces verts en culture hors sol sur les terrasses d’immeubles

ou sur des décharges publiques.


26

Le gain de précocité :

La culture hors sol favorise la précocité d’une culture sous serre par rapport à une même culture en sol

selon les régions ainsi un producteur peut bénéficier de prix des primeurs. En effet, l’explication de cette

précocité est due à un effet de température qui permet un réchauffement plus rapide d’un substrat par

rapport au sol en place. Cette élévation de température permettrait un meilleur fonctionnement du système

racinaire et un produit de meilleure qualité.

Une meilleure qualité des produits :

Bien que le concept de la qualité soit difficile à préciser et à quantifier, la culture hors sol a une influence

favorable sur certains critères comme :

A. L’aspect extérieur des fruits et des légumes : On récolte des produits plus attrayants pour le

consommateur, plus propre car jamais souillés de particules de sol et plus brillants.

B. Moins de résidus de pesticides puisque ces cultures reçoivent moins de traitements phytosanitaires.

C. Poids et quantités de protéines : Pendant la période de récolte, certaines études ont montré que les

mesures de différents paramètres représentant la qualité des fruits de tomates cultivées en sol

(fumure minérale ou amendements organiques) ou en hors sol montrent qu’aucune différence

importante ne peut être attribuée à la technique culturale et la comparaison est même favorable à

la culture hors sol qui augmenterait le contenu en protéines.

D’autres parts, les risques les plus nécessaires pour l’environnement paraissent être liés à l’utilisation

incomplète de la solution nutritive par les racines des plantes. Dans les systèmes les plus couramment

utilisés dit à circuit ouvert la solution nutritive est apportée aux racines des plantes en quantité très

supérieure à celle des besoins des racines : L’excédent ou percola est évacué dans le sol avec les eaux de

ruissellement vers les nappes phréatiques. Pour conclure, la pratique de la culture hors sol s’accroit d’une

manière significative dans le monde, c’est une solution efficace pour différentes contraintes et limites

liées au sol, et au milieu et qui permet notamment l’augmentation des rendements et le développement de

l’agriculture en général. En effet, elle représente un concept d’avenir puisque la population de la planète

est en croissance géométrique et il y a de moins en moins de terres arables et fertiles qui sont utilisables

pour subvenir aux besoins de ces populations.


27

C-L ‘agriculture de précision :

Par exemple l’échantillonnage du sol, pour mesurer des qualités telles que la teneur en minéraux et de la

porosité, peut prédire la fécondité des différentes parties d’un champ. La cartographie précise des contours

permet d’indiquer comment l’eau se déplace autour.

Est un principe de gestion des parcelles agricoles qui vise l'optimisation des rendements et des

investissements, en cherchant à mieux tenir compte des variabilités des milieux et des conditions entre

parcelles différentes ainsi qu'à des échelles intra- parcellaires.

Ce concept est apparu à la fin du siècle, dans le contexte de course au progrès des rendements agricoles.

Il a notamment influencé le travail du sol, les semis, la fertilisation, l'irrigation, la pulvérisation de

pesticides, etc.

Il requiert l’utilisation de nouvelles technologies, telles que l’imagerie satellitaire et l'informatique. Il

s'appuie sur des moyens de localisation dans la parcelle dont le système de positionnement par satellite de

type GPS.

Figure I-26 : Le système de positionnement par satellite de type GPS


28

A quoi ça sert :

Sur le papier, moduler les apports présente un triple intérêt : économique (réduire la facture des intrants),

écologique (en limitant le lessivage par exemple) et agronomique (améliorer les rendements en répondant

aux besoins de chaque plante). Concrètement, l'agriculteur peut adapter la dose suivant les caractéristiques

de la parcelle, le rendement de l'année précédente (cartographie du rendement) ou en temps réel. Ces

techniques permettent aussi une véritable chasse au gaspillage, en n’appliquant pas deux doses d’engrais,

de semences ou de pythons au même endroit (coupure des tronçons automatique).

Les systèmes modernes :

Les techniques d’irrigation traditionnelles utilisent énormément d’eau et cette méthode risque de fournir

gaspiller trop d’eau par rapport aux besoins.

Bien qu'il existe une grande variété de solutions disponibles pour économiser l'eau, la conservation

obtenue grâce à une irrigation efficace reste une des alternatives les plus faciles à réaliser et à mettre en

place immédiatement pour obtenir une économie d'eau significative.

Le Sud-ouest de la France et la Portugal ont développé l’irrigation sous pression à travers des réseaux

et de systèmes d’apport par aspersion ou goutte à goutte. Dans ces zones, la ressource en eau n’est pas

toujours garantie.

D’un autre côté, les systèmes d’irrigation aux gouttes à goutte sont les plus efficace et efficiente de tous.

En outre, les systèmes de pulvérisation qui utilisent autant d’eau que nécessaire sont les systèmes les plus

utilisées.

D-Gardénia :

Le micro drop system goutte à goutte GARDENIA est un moyen idéal de favoriser la pousse et de réduire

la consommation d'eau, ainsi que ce système économe 70% d’eau par rapport aux méthodes d’arrosage

traditionnelles. La terre est arrosée en douceur et uniformément empêchant ainsi cette eau précieuse de

s'évaporer, s'infiltrer ou s'écouler en quantité trop importante. Ce système d'arrosage par micro irrigation

utilise l'eau efficacement car il fournit aux racines de chaque plante la quantité exacte d'eau nécessaire.


29

Centrale d’irrigation :

La centrale d'irrigation est le composant de départ du système qui réduit la pression initiale de l'eau pour

un fonctionnement optimal des goutteurs et des micro-asperseurs reliés. L'eau est par ailleurs filtrée lors

de son passage dans la centrale.

Figure I-27 : La centrale d'irrigation

Goutteurs de fin de ligne :

Les goutteurs de fin de ligne sont utilisés pour l'arrosage goutte-à-goutte précis de plantes individuelles

(dans les pots de fleurs ou les paniers suspendus), mais aussi pour les longues rangées de plantes. En

positionnant le goutteur à la base de la plante, la goutte à goutte régulier et dosé maintiendra les plantes

et les fleurs en bonne santé.

Figure I-28 : Un goutteur de fin de ligne


30

Goutteurs en ligne :

Ils sont utilisés pour arroser des rangées plus courtes des plantes. Ces goutteurs sont placés le long du

tuyau d'alimentation à la base de la plante, offrant ainsi une goutte à goutte régulier et dosé pour des

plantes et des fleurs en bonne santé.

Figure I-29 : Un goutteur en ligne

Micro asperseurs :

Les Micro asperseurs sont utilisés pour l'arrosage précis de petites surfaces de massifs fleuris ou de

potagers ainsi que pour arroser des plantes individuelles comme les arbustes ou les buissons. L'eau est

diffusée en jet léger et peut être réglée pour différents secteurs d'arrosage compris entre 90° et 360°.

Figure I-30 : Un micro-asperseur


31

Arroseur oscillant :

L'arroseur oscillant peut arroser des surfaces carrées et rectangulaires et convient particulièrement pour

les massifs fleuris et les potagers. La zone d'arrosage peut être réglée entre 1 et 90 m2.

Figure I-31 : Un arroseur oscillant

Aux Emirats arabes unis, les agriculteurs souffrent d’un manque des ressources en eau, alors

l’amélioration de la gestion des ressources en eau dans ce secteur permettrait de diminuer de beaucoup la

consommation d’eau totale. La mise en œuvre de technique d’irrigations intelligentes par le calcul des

besoins en eau des plantes et donc du volume global de l’eau d’irrigation fondé sur l’équilibre entre le sol

et l’eau permet de savoir quand et comment il faut irriguer pour empêcher que les végétaux ne souffrent

pas de stress hydrique.

Les techniques d’irrigation intelligente constituent l’utilisation d’un réseau de capteurs sans fil d’humidité

du sol et/ou de l’air, qui permettent de réduire le nombre de plages d’irrigation. Grâce aux systèmes

d’irrigation automatisés utilisant des capteurs d’humidité il est possible d’optimiser l’utilisation de la

ressource en maintenant l’humidité du sol à un niveau optimal.

Les informations extraites des capteurs sont indispensables pour être programmé sur ordinateur, il est

possible de stocker et transférer les données vers un programme qui permet de déclencher l’irrigation. Les

données obtenues sont ensuite envoyées par liaison satellite à un ordinateur central. Le logiciel

informatique affiche les données en mode graphique, ce qui aide les chercheurs à observer les taux

d'humidité dans la zone racinaire. Le logiciel traite ensuite ces données pour établir, en fonction du type

de sol, le calendrier d'irrigation et la quantité d'eau à utiliser. Le logiciel commande aussi le

fonctionnement du système d'irrigation


32

E-Agriculture intelligente face au climat :

Le climat mondial change rapidement et cette évolution perdurera à l’avenir, quelles que soient les

mesures prises aujourd’hui. Pour l’agriculture, l’évaluation sera également signification, avec la montée

des températures, l’évolution des régimes pluviométriques et l’apparition de ravageurs et de maladies dans

de nouvelles circonstances, avec de nouveaux risques pour l’alimentation et l’agriculture Jusqu’à

récemment, l’agriculture a généralement été en marge des discussions sur le changement climatique

d’origine humaine, considérée comme la « victime ». Cependant, la contribution de l’agriculture au

changement climatique, passé et présent, est de plus en plus reconnue, de même que les moyens permettant

aux systèmes agricoles de s’adapter aux changements, ainsi que le potentiel de l’agriculture à atténuer

notre impact sur le climat. [4]

Cette reconnaissance a donné naissance au concept « d’agriculture intelligente face au climat »

Selon l’Organisation des Nations unies pour l’alimentation et l’agriculture (FAO), l’agriculture

intelligente face au climat est constituée de trois grands piliers :

A. Une augmentation durable de la productivité et des revenus agricoles (sécurité alimentaire)

B. L’adaptation et le développement de la résilience face au changement climatique (adaptation) ;

C. La réduction et/ou l’éradication des émissions des gaz à effet de serre (atténuation), dans la mesure

du possible.

. I.6 Conclusion :

L’irrigation automatique a entraîné une augmentation moyenne du rendement.

L’irrigation automatique a permis de diminuer nettement la consommation d’eau par rapport à l’irrigation

manuelle traditionnelle : 41 à 58 % d’économie selon l’année. Parmi ces technologies : l’agriculture hors

du sol, l’agriculture audité. Grâce à l'étude, nous avons identifié ses avantages.

Chapitre II

Chapitre II LA CARTE ARDUINO ET LE MATERIEL UTILISE

33

Introduction :

Dans ce chapitre on va représenter les composants que nous avons utilisé dans notre réalisation :

1 x Arduino UNO

1 x Capteur de flotteur magnétique

1 x HC-SR04 Ultrasonic

1 x Afficheur LCD avec communication I2C

1 x Module horloge RTC (DS3231)

1 x module relais À 6 canaux avec accouplement léger 5V

1 x Capacitive soil moisture sensor v1.2

1 x capteur de niveau d'eau I2C

1 x Buzzer piézoélectrique

3 x Ventilateur (Fan)

5 x T5 LED Tubes

1 x Module Peltier 12 Vcc TEC1-12706

1 x Les plaquettes d’essais sans soudures (Bread Board)

1 x Convertisseur de tension DC-DC

1 x DHT 11 capteur d'humidité et Température

1 x Micro pompe, avec système de filtre (12V)

1 x câble d'alimentation électrique, 127 / 220VAC - 10Amps

Fils et câbles pour les connexions et la communication

De plus, le projet inclura :

1 x Wemos Higrow ESP32 Wi-Fi + Bluetooth batterie + DHT11

II.1 Description de chaque composant

A- Création d’Arduino :

Une équipe de développeurs composée de Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igue, Gianluca

Martino, David Melis et Nicholas Zambetti a imaginé un projet répondant au doux nom d’Arduino

L’avant-propos de cet ouvrage a déjà un peu levé le voile : l’Arduino est une carte de circuit imprimé

supportant une carte électronique et la circuiterie minimum nécessaire pour lui permettre de fonctionner,

associée à une interface USB permettant de le programmer nous allons détailler cela tout au long de ce

chapitre et voir tout à la fois, ce qu’il y a réellement sur une carte Arduino, et le matériel nécessaire. [6]


34

B- Définition :

Une carte Arduino est une petite carte électronique (5,33 x 6,85 cm) équipée d'un microcontrôleur. Il

permet, à partir d'événements détectés par des capteurs, de programmer et commander des actionneurs ; la

carte Arduino est donc une interface programmable, La carte Arduino la plus utilisée est la carte Arduino

Uno Le système Arduino est composé de deux choses principales : le matériel et le logiciel. [7]

Figure II.1 Architecture de la carte Arduino UNO

C- Le Principe de fonctionnement :

1. On conçoit ou on ouvre un programme existant avec le logiciel Arduino.

2. On vérifie ce programme avec le logiciel Arduino (compilation).

3. Si des erreurs sont signalées, on modifie le programme.

4. On charge le programme sur la carte.

5. On câble le montage électronique.

6. L’exécution de programme est automatique après quelques secondes.

7. On alimente la carte soit par le port USB, soit par une source d’alimentation.

8. Autonome (pile 9 volts par exemple).

9. On vérifie que notre montage fonctionne. [11]

D- Logiciel :

Au jour d'aujourd'hui, l'électronique est de plus en plus remplacée par de l'électronique

programmée. On parle aussi d'électronique embarquée ou d'informatique embarquée. [8]


35

D.1- L'interface :

L'interface du logiciel Arduino se présente de la façon suivante :

Figure II.2: l'interface de l'IDE Arduino

1. Options de configuration du logiciel

2. Boutons pour la programmation des cartes

3. Programme à créer

4. Débogueur (affichage des erreurs de programmation) [9]

Le menu File dispose d’un certain nombre de choses qui vont être très utiles :

Figure II.3: le menu file d’Arduino


36

• New (nouveau) : va permettre de créer un nouveau programme. Quand on appuie sur ce bouton,

une nouvelle fenêtre, identique à celle-ci, s'affiche à l'écran.

• Open... (ouvrir) : avec cette commande, on peut ouvrir un programme existant.

• Save / Save a... (Enregistrer / enregistrer sous...) : enregistre le document en cours / demande où

enregistrer le document en cours.

• Exemples (exemples) : ceci est important, toute une liste se déroule pour afficher les noms

d'exemples de programmes existant.

D.2- Les boutons :

Figure II.4: les boutons de 'IDE Arduino

1. Permet de vérifier le programme, il actionne un module qui cherche les erreurs dans le

programme

2. Créer un nouveau fichier

3. Sauvegarder le programme en cours

4. Liaison série

5. Stoppe la vérification

6. Charger un programme existant

7. Compiler et envoyer le programme vers la carte [9]


37

D.3- Le langage Arduino :

Le projet Arduino était destiné à l'origine principalement à la programmation multimédia

interactive en vue de spectacle ou d'animations artistiques. C'est une partie de l'explication de la

descendance de son interface de programmation de Procession. [9]

Procession est une librairie java et un environnement de développement libre. Le logiciel

fonctionne sur Macintosh, Windows, Linux, BSD et Android. Référence :

Le langage Java

Le langage C

L'algorithmique

E- Description de la carte :

Il s'agit d'une carte électronique basée autour d'un microcontrôleur Atmega du fabricant Atmel,

dont le prix est relativement bas pour l'étendue possible des applications. [9]

Figure II.5: présentation d'une carte Arduino

E.1- Le microcontrôleur :

Il va recevoir le programme et le stocker dans sa mémoire puis l’exécuter [9]

E.2- Alimentation :

Pour fonctionner, la carte a besoin d'une alimentation. Le microcontrôleur fonctionnant sous 5V,

la carte peut être alimentée en 5V par le port USB (2) ou bien par une alimentation externe (3) qui

est comprise entre 7V et 12V. Cette tension doit être continue et peut par exemple être fournie par

une pile 9V. Un régulateur se charge ensuite de réduire la tension à 5V pour le bon fonctionnement

de la carte. [9]


38

E.3- Visualisation :

Les trois "points blancs" entourés en rouge sont des LED dont la taille est de l'ordre du millimètre.

Ces LED servent à deux choses :

Celle tout en haut du cadre : elle est connectée à une broche du microcontrôleur et va

servir pour tester le matériel.

Nota : Quand on branche la carte au PC, elle clignote quelques secondes.

Les deux LED du bas du cadre : servent à visualiser l'activité sur la voie série (une pour

l'émission et l'autre pour la réception). Le téléchargement du programme dans le

microcontrôleur se faisant par cette voie, on peut les voir clignoter lors du chargement. [9]

E.4- La connectique :

La carte Arduino ne possédant pas de composants qui peuvent être utilisés pour un programme, mis

a par la LED connectée à la broche 13 du microcontrôleur, il est nécessaire de les rajouter. Mais pour ce

faire, il faut les connecter à la carte (en 5a et 5b).

C'est grâce à cette connectique que la carte est "extensible", car l'on peut y brancher tous types de

montages et modules ! Par exemple, la carte Arduino peut être étendue avec des Shields, comme le «

Shield Ethernet » qui permet de connecter cette dernière à internet. [12]

Figure II.6: Carte Arduino Uno + Shield Ethernet


39

Figure II.7: la connectique de la carte Arduino [7]

F- Caractéristique :

Microcontrôleur ATmega328

Tension de fonctionnement 5V

Tension d’alimentation (recommandée) 7-12V

Consommation maxi admise sur port USB 500 mA avant déclanchement d’un fusible

Broches E/S numérique 14 (dont 6 disposent d’une sortie PWM pour

commander les moteurs)

Broches d’entrées analogiques 6 (utilisables aussi en broches E/S

numériques)

Intensité maxi disponible par broche E/S (5V) 40 mA par sortie (mais attention : 200 mA

cumulé pour l’ensemble des broches E/S)

Mémoire programme flash 32ko

Mémoire RAM (mémoire volatile) 2ko

Mémoire EEPROM (mémoire non volatile) 1ko

Vitesse d’horloge 16MHZ

Tableau II.1: caractéristique d'une carte Arduino UNO [8]


40

G- Brochage de la carte Uno :

Figure II.8: brochage d’une carte Arduino [13]

G.1- Les broches d'alimentations :

À utiliser sont les suivantes :

5V. La tension régulée utilisée pour faire fonctionner le microcontrôleur et les autres

composants de la carte. Le 5V régulé fourni par cette broche peut donc provenir soit de

la tension d'alimentation VIN via le régulateur de la carte, ou bien de la connexion

USB (qui fournit du 5V régulé) ou de tout autre source d'alimentation régulée.

GND. Broche de masse ou 0V. [13]

G.2- Broches numériques :

En entrée ou sortie chacune des 14 broches numériques de la carte UNO (numérotées des 0 à 13) peut être

utilisée soit comme une entrée numérique, soit comme une sortie numérique.

Ces broches fonctionnent en 5V. Chaque broche peut fournir ou recevoir un maximum de 40Ma

d'intensité. De plus, certaines broches ont des fonctions spécialisées :

• Broche 13. Dans la carte est incluse une LED connectée à la broche 13. Lorsque la broche est au

niveau haut, la LED est allumée, lorsque la broche est au niveau bas, la LED est éteinte.

•Broches PWM. Elles pilotent les moteurs à courant continu en vitesse. On peut aussi les

utiliser pour piloter une diode en luminosité.


41

G.3- Broches analogiques :

La carte Uno dispose de 6 entrées analogiques (numérotées d’A0 à A5), chacune pouvant fournir une

mesure d'une résolution de 10 bits (c'est à dire sur 1024 niveaux soit de 0 à 1023). En termes de tension la

sensibilité est donc de 5/1024 = 4,88 mV [13]

II.2 Les plaquettes d’essais sans soudures (Bread Board) :

La Bread Board est une plaquette ou plaque d’essai sans soudures utilisée comme un outil pédagogique

indispensable pour découvrir l’électronique. Son principal avantage est de permettre de tester et réaliser des

montages rapidement des circuits électroniques sans souder aucuns composants. Il est donc possible de

réutiliser les composants. [10]

Figure II.9: Une plaquette d’essai sans soudure

La photo précédente montre un exemple d’une plaquette d’essai. Cette dernière est composée d'une

multitude de trous dont certains sont reliés électriquement entre eux, d’un plastique isolant avec des rangées

verticales de 5 contacts et 4 lignes horizontales pour l'alimentation. Les lignes rouges pour relier les

composants au + et les lignes bleues pour le -. Les composants sont plantés dans les trous de diamètre

0,8mm. Il ne faut pas essayer de planter des composants ayant des connexions de diamètre supérieur.

Le bloc principal permet de placer des composants électroniques typiques comme un circuit intégré, au

milieu, sans court-circuiter ses broches. Il existe différents formats et différentes tailles de Bread Board.


42

II.3 Les capteurs :

A- Définition d’un capteur :

Un capteur est un dispositif qui permet de convertir une grandeur physique observée (température,

luminosité, humidité, débit, présence d’objet…) en une grandeur normée et utilisable, généralement un

signal électrique (courant, tension, niveaux logiques, valeur moyenne, fréquence, amplitude, nombre

binaire…), qui peut être interprétée par un dispositif de contrôle commande (voir la figure II.10).

Figure II.10 : principe de fonctionnement d’un capteur

Les capteurs jouent un rôle indispensable dans le domaine d'IoT, ils peuvent être classés selon deux critères

à savoir :

Grandeur mesurée : nous distinguons par exemple un capteur de température, de position, d’humidité, de

vitesse, de force, de pression, etc.

Le signal délivré : nous trouvons par exemple des capteurs logiques (appelés aussi capteurs TOR11),

capteurs analogiques et numériques.

Capteurs logiques : La sortie est un état logique que l'on note 1 ou 0. La sortie peut prendre ces deux

valeurs exemple : capteurs de fin de course.

Capteurs analogiques : La sortie est une grandeur électrique dont la valeur est une fonction de la

grandeur physique mesurée par le capteur.

Capteur numérique : La sortie est une séquence d'états logiques qui, en se suivant, forment un nombre.

La sortie peut prendre une infinité de valeurs discrètes. Le signal des capteurs numériques peut être du type :

code numérique binaire, train d'impulsions, etc. [10]

B- Caractéristiques des capteurs :

Les capteurs sont distingués par les caractéristiques suivantes :

Étendue de mesure (Pleine Echelle) : L'étendue de mesure est la différence entre la limite supérieure

et la limite inférieure de la grandeur mesurable par un capteur. Lorsque le capteur fournit une valeur de

la grandeur entre 0 et le maximum, ce maximum est appelé « Pleine Echelle ».


43

Résolution : plus petite variation de grandeur mesurable par le capteur.

Rapidité : temps de réaction du capteur. La rapidité est liée à la bande passante.

Précision : Aptitude du capteur à donner une mesure proche de la valeur vraie.

Sensibilité : représente la variation du signal de sortie par rapport à la variation du signal d'entrée.

Linéarité : représente l'écart de sensibilité sur l'étendue de mesure.

Finesse : Elle permet d'estimer l'influence que peut avoir le capteur et de son support ou de ses liaisons

sur la grandeur à mesurer. Par exemple, dans le cas d'un capteur de température, une capacité calorifique

importante réduit sa finesse.

Fréquence de résonance : Un capteur possède une réponse qui peut dépendre de la fréquence de la

grandeur mesurée. Lorsqu’il existe une fréquence à laquelle la réponse est particulièrement élevée, celle

Ci est appelée fréquence de résonance. [10]

II.3.1 Capteur d’humidité sols :

Ce capteur d'humidité peut être utilisé pour détecter l'humidité du sol ou comme détecteur de niveau d'eau.

Il est idéal pour créer un objet connecté qui indique si une plante a soif.

Ceci est un capteur d’humidité simple qui peut être utilisé pour détecter lorsque qu’un sol est en déficit d’eau

(niveau haut) et vice versa (niveau bas). Ce module peut être utilisé pour réaliser des systèmes d’arrosage

automatique. Le capteur d’hygrométrie est très sensible à l’humidité ambiante. Il est généralement utilisé

pour mesurer le taux d’humidité dans les sols. [10]

Figure II.11: Capteur hygrométrie du sol


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Caractéristiques :

VCC : .3V-5V

GND : GND

DO : digital output interface (0 ou1)

AO : Ana log Output Interface

Un câble au standard Grove est fourni avec ce module (Compatible de l'interface Grove, longueur : 50

cm, nombre de pins : 4).

Dimension : 20mm x 60mm

Des problèmes :

Mais au bout de quelques mois d'utilisation c'est le drame : la légère acidité de la terre, et le courant

circulant entre les deux pattes de la sonde a généré une réaction d’oxydoréduction suffisante pour

ronger complètement la fine couche de cuivre du circuit de l'une des deux pattes.

Figure II.12: Capteur hygrométrie du sol endommagé

Solution :

J’utilise capacitive soil moisture sensor v1.2

II.3.2 Capacitive soil moisture sensor v1.2 :

Notre capteur d'humidité du sol mesure les niveaux de moisture du sol par détection capacitive plutôt

que par détection résistive comme les autres capteurs sur le marché. Il est fait d'un matériau résistant à la

corrosion qui lui confère une excellente durée de vie. Insérez-le dans le sol autour de vos plantes et

impressionnez vos amis avec des données d'humidité du sol en temps réel ! Ce module comprend un

régulateur de tension intégré qui lui donne une plage de tension de fonctionnement de 3,3 ~ 5,5 V. Il est

parfait pour les microcontrôleurs basse tension, 3,3 V et 5 V.


45

Figure II.13: Capacitive soil moisture sensor v1.2

Caractéristiques :

Tension de fonctionnement : 3,3 ~ 5,5 VDC

Tension de sortie : 0 ~ 3.0VDC

Courant de fonctionnement : 5mA

Interface : PH2.0-3P

Dimensions : 3,86 x 0,905 pouces (L xl)

Poids : 15g

II.3.3 Capteur de niveau d’Eau :

Capteur de niveau d'eau facile à utiliser, L'utilisation des pistes parallèles sur la Board permettent de

détecter le niveau d'eau de manière analogique, facile à convertir en numérique pour le Arduino. [14]

Figure II.14: Capteur de niveau d’Eau


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Caractéristiques :

Tension de fonctionnement : 3-5Vdc

Courant en fonctionnement : moins de 20mA

Type de capteur : analogique & digital

Dimension de la zone de détection : 40 x 16mm

Température de fonctionnement : 10-30°

Humidité ambiante : 10-90% (Sans condensation)

Taille de la carte : 62mmx20mmx8mm

Vcc

GND

Signal

Des problèmes :

La légère acidité d’eau, et le courant circulant entre les deux pattes de la sonde a généré une réaction

d’oxydoréduction

Solution :

J’utilise Ultra Sonic comme capteur de niveau d’eau

II.3.4 Module ultrasonique de détection d’obstacle :

Le détecteur HC-SR04 utilise les ultrasons pour déterminer la distance à laquelle se trouve un objet. Peu

importe l'intensité de la lumière, la température ou le type de matière, le capteur pourra facilement détecter

s'il y a un obstacle devant lui. Tout de fois, il peut être contraint sur certains types de couleurs tel que le noir

(contraste), ou encore sur la matière comme le textile. Son champ de vision est de 90° environ selon

l'environnement. Si une impulsion de plus de 10µS et détecter, alors le capteur envoie une série de 8

impulsions à ultrason de 40kHZ et attends le réfléchissement du signal. Ensuite, en ayant en tête la vitesse du

son, il effectue un rapide calcul pour déterminer la distance. [10]

Figure II.15: Module ultrasonique HC-SR04


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Caractéristiques :

Alimentation : 3,3 ou 5 Vcc

Consommation : 15 mA

Fréquence : 40 kHz

Portée : de 2 cm à 4 m

Déclenchement : impulsion TTL positive de 10µs

Signal écho : impulsion positive TTL proportionnelle à la distance.

Calcul : distance (cm) = impulsion (µs) / 58

Dimensions : 45 x 20 x 18 mm

II.3.5 Capteur de température et d’humidité :

Le module Grove capteur de température et d'humidité utilise un capteur DTH11. La technologie utilisée

par le capteur DHT11 garantie une grande fiabilité, une excellente stabilité à long terme et un temps de

réponse très rapide. [10]

Figure II.16: Capteur de température et humidité - GROVE

Caractéristiques :

Compatible de l'interface Grove

Plage de Température : 0°C à 50°C ± 1°C

Plage de d'humidité : 20% à 90% RH ± 2% RH


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II.3.6 Capteur de flotteur magnétique :

Le capteur de flotteur magnétique est utilisé dans les projets où nous devons détecter le niveau d'eau

dans un réservoir et échapper à l'eau pour atteindre la surface.

Figure II.17: Capteur de flotteur magnétique

Caractéristiques :

Puissance de contact maximale : 10 W

Tension de commutation max : 220V DC / AC

Courant de commutation maximum : 1,5 A

Tension de claquage max : 300V DC / AC

Courant de transport max : 3A

Résistance de contact max : 100m ohm

Indice de température : -10 / +85 Celsius


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II.4 Les câbles :

Un câble regroupe généralement plusieurs fils conducteurs au sein d’une même gaine qui va les protéger, ces

câbles sont utilisés pour relier les différents composants et peut être utilisé pour le transport d'énergie électrique

mais aussi pour la transmission de données.

Il existe ainsi plusieurs types et plusieurs modèles de câbles que nous pouvons retrouver sur le marché. Pour

la construction de notre projet on va utiliser plusieurs câblages tels que : les câbles d’alimentation pour assurer

l'alimentation des composants impliquées ou participées dans notre projet (capteurs, carte Arduino, les LED, ...).

Des câbles antenne pour relier les différentes antennes Wifi, Bluetooth, ..., des câbles USB pour connecter

facilement les cartes Arduino à un ordinateur, ainsi ils permettent de téléverser le code Arduino vers le

microcontrôleur. Le tableau suivant présente quelques modèles pour ces genres de câbles : [10]

A- Câble d’alimentation :

Ce câble permet d'alimenter simplement votre kit Arduino UNO ou encore MEGA 2560 à l'aide d’une pile

9V type 6LR61.

Le câble dispose d'un connecteur type clip pile d'un côté et d'une fiche Power jack 2.1mm. Idéal pour

donner toute l'autonomie énergétique à votre montage à moindre frais.

Figure II.18: Câble alimentation Arduino pour piles 9V


50

B- Cable USB Type A/B:

Ce câble USB est nécessaire pour connecter facilement en USB les cartes Arduino suivantes :

Arduino Duemilanove

Arduino UNO

Arduino MEGA 2560

Arduino ADK

Mini-USB Adaptateur

Figure II.19: Cable USB Type A/B

C- Jumper:

Être utilisé pour le projet électronique et la maquette. Compatible avec les en-têtes d'espacement de 2,54

mm

✔ Cet ensemble de fils de raccordement multicolores convient à de nombreux projets Arduino et est facile

à connecter et à utiliser.

✔ Longueur – 20-30 cm (8 pouces),

✔ Jumper Wire cavalier câble connecteurs mâle/mâle, femelle/femelle, mâle/femelle et sont compatibles

avec les connecteurs à broches droites de 2,54 mm [10]

Figure II.20: câble connecteurs mâle/mâle


51

II.5 Convertisseur de tension DC-DC :

Un canal d'entrée: DC 6V – 12V (la tension d'entrée doit être supérieure à la tension de sortie à 1V ou

plus.)

triple sortie: 3.3 V (± erreur de 0.05V), 5V (± erreur de 0.05V), 800mA (courant de charge ne peut pas

dépasser 800mA), 12V (12v entrée directement à la sortie) spécialement conçu deux rangées de trous de

fixation de l'aiguille, peut être directement sur la plaque de fixation de prolonger l'expérience utilisant entrées

multiples et la broche de sortie, facile à utiliser et de se connecter PCB taille du conseil: 4.5 x 4.5cm avec

indicateur de puissance (rouge). [10]

Figure II.21: convertisseur 12v DC à 3.3v / 5v / 12v DC

II.6 MICRO POMPE :

La pompe à eau à débit réglable est conçue entièrement submersible pour l'eau douce et l'eau salée.

Cette pompe crée un débit d'eau et aères pour l’aquarium afin de simuler l'environnement naturel des

océans et des rivières.

La pompe est un accessoire indispensable pour notre aquarium.

Le débit est réglable avec le bouton en face de la pompe. Avec 2 ventouses en bas et à utiliser uniquement

dans l’eau.

Caractéristiques :

Tension : DC5.5-12V

Fréquence : 50Hz / 60Hz

Puissance (puissance) : 1-3W

Débit (sortie) : 200L / H

Tête (H-Max) : 0-1,5M


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Figure II.22: micro pompe à eau avec connecteur jack - 12vdc 3w

II.7 Ventilateur (Fan) :

Nous avons utilisé deux ventilateurs assez grands de 90 x 90 x 25 mm pour Garder la température basse dans

notre projet peut souvent être une nécessité.

Le ventilateur possède un moteur CC sans balais, avec une tension de fonctionnement de 12 V, et est évalué

à 250 mA. [10]

Caractéristiques :

Connecteur : 2 Connecteur de fil.

Longueur du câble : 18cm / 7.

Monté Diamètre du trou : 4mm / 0,16.

Figure II.23: 12V ventilateur Computer Case


53

II.8 RELAIS :

Afin de contrôler chaque appareil nous avons utilisiez 6 modules de sortie relais, contacts de sortie relais

Maximum 250A 10A. Entrée IN1, IN2, IN3, IN4, IN5, IN6 ligne de signal faible active. La puissance

d'entrée de la source d'alimentation VCC, GND seule peut relayer l'entrée d'alimentation du relais JD-VCC.

Taille du module : 10.30cm * 5.27cm [10]

Utilisation :

Prend en charge tous les contrôles MCU.

Zones industrielles.

Contrôle PLC.

Figure II.24: module de relais à 6 canaux avec accouplement léger 5V

II.9 Ecran (I2C-LCD TWI 2004):

Ceci est un grand écran LCD compatible avec les modules Gadgetière de DFRobot, avec des

ressources de broches limitées. Ce module LCD d'interface I2C nous permet d’afficher les informations

que par 2 lignes I2C. L'adresse peut être définie à partir de 0x20-0x27.

Caractéristiques :

Adresse I2C : 0x20-0x27 (0x20 par défaut)

Rétro-éclairé : (bleu avec couleur char blanc)

Tension d’alimentation : 5V

Interface: I2C / TWI x1, interface Gadgeteer x2

Contraste ajustable


54

Figure II.25: Ecran LCD-I2C (20x4)

II.10 Module horloge RTC (DS3231):

Horloge en temps réel (DS3231), elle peut générer des secondes, des minutes, des heures, des jours,

des dates, des mois et des années, et fournir du temps jusqu'à 2100, avec compensation de l'année

bissextile.

Caractéristiques :

Tension de fonctionnement : 3.3 - 5.5 V

Le capteur de température de la puce interne est livré avec une précision de ± 3 °

Les autres appareils I2C peuvent être en cascade, l'adresse 24C32 peut être modifiée par un

court-circuit A0 / A1 / A2, l'adresse par défaut est 0x57 [10]

Avec une batterie CR2032, l'horloge fonctionne encore même éteint.

Figure II.26: module horloge temps réel I2C RTC


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II.11 BUZZER D'ALARME :

Caractéristiques :

Tension nominale : 12V

Plage de tension : 3-24V

Courant nominal : 12mA

Fréquence de pression acoustique : 100dB

Fréquence de résonance : 3.0 ± 0.5

Figure II.27: Buzzer d'alarme électronique piézo active

II.12 Les Lampe :

A-T5 LED Tubes :

Caractéristiques :

Lumière stable de 1M - 5050 SMD 60 LED/M, sans flash.

Installation facile- Branchement direct sur le 220V, Conseils pour un bon éclairage.

Faible consommation d'énergie, lumineux mais fonctionnant à basse température. [14]

Figure II.28: T5 LED tubes


56

II.13 Module Peltier 12 Vcc TEC1-12706 :

Nous avons utilisé ce module thermoélectrique Peltier qui permet d’obtenir un refroidissement allant jusqu’à une

différence de température de 67°C pour Garder la température basse dans notre projet peut souvent être une

nécessité simplement en l'alimentant en 12 V.

Sa forme plate permet de le coller sur toute surface devant être refroidie.

Figure II.29: TEC1-12706

Caractéristiques :

Alimentation : 12 Vcc

Intensité : 6 A

Puissance : 51,4 W

Longueur du cordon : 150 mm

Dimensions : 40 x 40 x 3,8 mm


57

II.14 Higrow ESP32 WIFI:

Ce capteur capacitif d'humidité du sol diffère de la plupart des capteurs résistifs sur le marché, en

utilisant le principe de détection capacitive Pour détecter l'humidité du sol. Cela évite le problème que le

capteur de résistance est facile à corroder et prolonge considérablement sa durée de vie et son travail à

distance par wifi. [5]

Figure II.30: Higrow ESP32 Wifi

Chapitre III

Chapitre III Conception et réalisation du système Hydroponique

58

Introduction :

La programmation pour le contrôle de système d’agriculture commandée par un Arduino et la

réalisation de la maquette qui représente une agriculture intelligente sont l’objet de ce chapitre.

Ce thème est en rapport avec une technologie émergente : car ce domaine d’agriculture est équipé

de divers capteurs qui effectuent des mesures telles que le relevé de la température, l’humidité du temps

extérieur. Ces mêmes capteurs peuvent aussi permettre d’améliorer le besoin du plant (contrôle de la

luminosité, augmentation de l’humidité etc.…).

Ce qui nous a attirés dans ce projet réside dans le fait que c’est une technologie récente mais qui

se développe rapidement. En effet l’agriculture intelligente présente plusieurs avantages indéniables,

elle permet d’assurer la bonne croissance, minimiser le temps de croissance des plants et donner une

bonne qualité, Elle permet aussi d’augmenter le rendement de production et d’être plus facile à

commander. Et enfin l’avantage le plus important est que cette technologie permet de reste marche tous

les terrains agricoles, en permettant à leur propriétaire d’être sûr que le terrain est en sécurité lorsqu’il

part de chez lui.

III.1 L’importance hydroponique :

La remise en état des grands terrains qui ne sont pas fertiles, soit à cause de l'augmentation de

salinité ou le manque des minéraux et les éléments principaux des plantes.

Il peut également être installé dans les hauts terrains rocheux qui manquent de sol.

L'hydroponie n'est pas la même chose comme l'agriculture simple, car l'hydroponie fournit

seulement de l'eau au besoin des plantes. Par contre l'agriculture simple consomme beaucoup d'eau qui

va être absorbée et consommée par la terre.

L'hydroponie peut également réutiliser le sur plus d’eau pour une autre irrigation.

Elle fournit moins d'engrais qui sont utilisés contre les insectes et les champignons vénéneux qui

se trouvent dans la terre, donc elle garantit un gain d'argent et une bonne croissance des plantes.

Elle peut contrôler le lieu où vivent les plantes, aussi elle peut commander le temps de récolte et

de cueillette.

III.2 Les avantages tangibles de notre programme :

1- Réduire l'effort qu'il faut pour traiter l'opération d’allumage et d’éteinte des appareils électroniques.

2- Réduire le temps nécessaire pour contrôler les appareils électroniques.

3- La possibilité d'entretien et la facilité de remplacement des pièces endommagées.


59

III.3 Le schéma de principe :

Voici le schéma de principe de notre projet et les différentes liaisons entre le cœur qui est

l’Arduino UNO et les capteurs, les lampes à LED, les lampes, le ventilateur, la pompe à eau, les relais,

les afficheurs LCD, buzzer.

Figure III.1 Schémas de principe


60

III.4 Description des principes de connexions :

Description des principales connexions :

A. Horloge (I2C RTC)

RTC <-> Arduino :

GND <-> GND

+5 V <-> +5 V

SDA <-> A4

SCL <-> A5

Figure III.2 schémas de câblage RTC avec Arduino

B. L’afficheur (Ecran (I2C-LCD TWI 2004))

LCD <-> Arduino :

GND <-> GND

+5 V <-> +5 V

SDA <-> A4

SCL <-> A5

Figure III.3 Schémas de câblage LCD avec Arduino


61

C. Relais

Relais <-> Arduino :

GND <-> GND

+5 V <-> +5 V

IN1<-> D3 (CoolingFan)

IN2 <-> D4 (Heating Fan)

IN3 <-> D5 (TEC1-12706)

IN4 <-> D6 (pompe)

IN5 <-> D7 (LED Lampe)

Figure III.4 Schémas de câblage Relais avec Arduino


62

D. Buzzer D'alarme

BUZZER <-> Arduino :

Le+ <-> D2

Le - <-> GND

Figure III.5 Schémas de câblage Buzzer avec Arduino

E. Capteur de température et d’humidité

Capteur d'humidité (DHT11) <-> Arduino :

GND <-> GND

+5 V <-> +5 V

OUT <-> D8

Figure III.6 schémas de câblage DHT 11 avec Arduino


63

F. Capteur d'humidité (moisture sensor)

Capteur d'humidité (moisture sensor) <-> Arduino :

GND <-> GND

+5 V <-> +5 V

OUT <-> A0

Figure III.7 Schémas de câblage moisture sensor avec Arduino

G. Module ultrasonique de détection d’obstacle

HC-SR04 Ultrasonic Distance Range Finder<-> Arduino :

GND <-> GND

+5 V <-> +5 V

Trigger<->D10

Echo <-> D9


64

Figure III.8 schémas de câblage HC-SR04 avec Arduino

H. Module Capteur Flotter Sensor :

Capteur Flotter Sensor <-> Arduino :

GND <-> GND

OUT <->D12

Figure III.9 Schémas de câblage Capteur Flotter Sensor avec Arduino


65

III.5 Le schéma de câblage :

Après avoir câblé chaque composant avec l’Arduino, voici ci-dessous le montage électrique final

de notre réalisation :

Figure III.10 Schémas de câblage final


66

III.6 Logiciel et programmation :

Notre réalisation ne fonctionne pas sans la partie soft, la figure ci-dessous décrit celle-ci, et pour

plus de détaille sur la programmation des diférentes composants voir l’annexe.

Figure III.11Arduino IDE

III.7 Test pratique :

Nous avons fait notre premier test avec le matériel et les pièces que nous avions dans le

laboratoire de l'institut voire la figure ci-dessous.

Figure III.12 Tests dans laboratoire


67

III.8 Aspect final de la forme de projet :

A. Modèle de concept :

Notre unité a 2 parties principales, un dessus amovible, que nous avons coupé en 3 petits

jardinières en 8 mm clair verre qui a fière allure, un petit coin à une extrémité de l'unité place les

jardinières sur une légère inclinaison pour permettre un drainage vers la jardinière à l'extrémité opposée.

Il y a des trous au-dessous de cette jardinière pour permettre le drainage dans le filtre, qui à son tour

drainera l'eau filtrée dans le réservoir sur la partie inférieure à l'aide d'un peu de gravité. Modifiez notre

conception, mais votre système pourrait être n'importe quel intérieur ou extérieur configuration et ceci

est un modèle de concept d'abord :

Figure III.13 Modèle de concept Unité de base

Figure III.14 Modèle de concept de diviseur


68

Figure III.15 Jardinière modèle Concept

B. Les dimensions :

Dans notre modèle, nous avons utilisé un verre d'une épaisseur de 0,8 cm et les dimensions

indiquées sur la figure ci-dessous.

Figure III.16 Dessin du modèle de projet


69

C. Le filtre :

Nous avons utilisé du gravier utilisé dans Aquarium pour aider à filtrer l'eau et cela a fonctionné

comme un filtre.

Figure III.17 Galets d'aquarium

D. Le sol :

Nous avons utilisé le sol de terreau est un support de culture naturel formé de terre végétale

enrichie de produits de décomposition (fumier et débris de végétaux décomposés) qui apportent la

matière organique et riche fertiles et humides.

Figure III.18 Le sol de terreau


70

E. La plante :

En résumé :

Nom : Coleus

Famille : Labiacées

Type : Vivace, Plante d’intérieur

Exposition : Ombragée

Sol : Ordinaire, bien drainé, terreau

Feuillage : Persistant – Floraison : Eté

On le cultive au jardin l’été mais aussi comme coléus d’intérieur l’hiver où il s’adapte

parfaitement, aime les sols fertiles et humides. Le coléus est certainement l’un des plus beaux feuillages

à cultiver chez soi. Riche en couleur et relativement facile d’entretien, c’est une plante idéale en pot ou

en jardinière.

Figure III.19 Le Coleus


71

F. Conception et réalisation :

Le dernier design de notre maquette est illustré dans la Figure ci- dessous :

.

Figure III.20 Photo de notre maquette


72

III.9 Capture Wemos Higrow ESP32 Wi-Fi + Bluetooth batterie + DHT11:

III.9.1 Les composants du capteur Wemos Higrow ESP32

Les figures ci- dessous illustrent les parties constituant le capteur d'humidité et de température

Higrow ESP32 et son schéma de câblage.

Figure III.21 Contenus de Higrow ESP32

Figure III.22 schémas de câblage de Higrow ESP32


73

III.9.2 Test Avec Web Server :

La première étape pour créer une interface à synchroniser avec le module Higrow ESP32.

Figure III.23 Web Server Data production

Pour plus de détaille sur le programme de Higrow esp32 Web Server voire l’annexe.

III.9.3 Interface avec Blynk Apps :

Blynk a été conçu pour l'Internet des objets. Il peut contrôler le matériel à distance, il peut afficher

les données des capteurs, il peut stocker des données, les visualiser et faire beaucoup d'autres choses

intéressantes.

La plate-forme comprend trois composants principaux :

A. Blynk App - nous permet de créer des interfaces incroyables pour notre projets en utilisant

les divers widgets que nous fournissons.

B. Blynk Server - responsable de toutes les communications entre le smartphone et le

matériel. Nous pouvons utiliser notre Blynk Cloud ou exécuter notre serveur Blynk privé

localement. Il est open-source, pourrait facilement gérer des milliers d'appareils et peut

même être lancé sur un Raspberry Pi.

C. Les bibliothèques Blynk - pour toutes les plates-formes matérielles populaires - permettent

la communication avec le serveur et traitent toutes les commandes entrantes et sortantes.


74

Notre Interface dans le apps Blynk donne la température et l’humidité en temps réel et avec

moisture en deux formes :

1-Forme de courbe c.à.d. l’historique de l’état du sol.

2-Forme des valeurs (pourcentage pour l’humidité et Température en unité de Celsius pour la

température).

Super Chart est utilisé pour visualiser des données en direct et l’historique. Vous pouvez l'utiliser

pour les données des capteurs, pour la journalisation des événements binaires et plus encore.

Pour utiliser le widget Super Chart, vous devez pousser les données du matériel avec l'intervalle

souhaité en utilisant des minuteries.

Afficher l'axe des x (temps) : sélectionnez-le si vous souhaitez afficher l'étiquette de temps au bas de

votre graphique.

Afficher les paramètres de l'axe Y :

Il existe 2 modes de mise à l'échelle des données le long de l'axe Y

1-Auto :

Les données seront automatiquement mises à l'échelle en fonction des valeurs min et max de la

période de temps donnée. C'est une bonne option pour commencer.

2-Valeurs :

Lorsque ce mode est sélectionné, l'échelle Y sera définie sur les valeurs que vous choisissez. Par

exemple, si votre matériel envoie des données avec des valeurs variant de -100 à 100, vous pouvez

définir le graphique sur ces valeurs et les données seront rendues correctement.

Pour plus de détaille sur le programme Higrow esp32 avec Blynk app voir l’annexe.


75

Figure III.24 Blynk App Connecter avec Higrow ESP32


76

III.10 Les résultats :

Le tableau ci-dessous compare les résultats de notre système avec le système d’agriculture de base :

Système agriculture hors-sol

Automatique L’agriculture de base (Normale)

Consommation d'eau 20% par semaine à partir de 20 litres

d'eau

43% par jour à partir de 20 litres

d'eau

Sol humide 70 % 37%

Infection d'insectes Plante guérissante la plupart du temps Corrompu la plupart de l'usine

Taux de croissance Solide Modéré

Consommation de

lumière 4.32 kWh par jour

Façon de soins Automatique Manuel

Tableau III.1 Tableau de Comparaison des Résultats

A partir des résultats obtenus de notre projet de système agriculture hors-sol automatique et la déférence

entre l’agriculture de base (Normale) voir les Figure ci- dessous :

Dans l'usine d'agriculture de base, nous avons vu que la plante a le même problème d'insecte qui affecte

la croissance de la plante et que la feuille a été endommagée.

Figure III.25 Plante de Système agriculture hors-sol Automatique


77

Figure III.26 les Plante de Système agriculture hors-sol Automatique

Figure III.27 Plante de l’agriculture de base (Normale)

III.11 Conclusion :

Dans ce chapitre, nous avons présenté en détail la réalisation de notre projet.

Nous avons commencé par la réalisation et la description de notre système d'irrigation à base d'une

carte Arduino et notre application Androïde avec Blynk et Concernant la partie réalisation de notre

projet, nous avons fabriqué un lieu en verre « intelligent » qui résume les résultats de notre travail et qui

nous permettra à l'aide des machines et des outils, de connaitre tous les objets qui ont une relation avec

les plantes.

Conclusion Générale

78

Conclusion générale

Tout au long de la préparation de notre projet de fin d’étude, nous avons essayé de mettre en pratique

les connaissances acquises durant nos trois années études et cela dans le but de réaliser un modèle d’agriculture intelligent.

On a pris plaisir à travailler sur ce thème, parce que ce projet est une idée extraordinaire qui nous aide dans notre vie quotidienne, ce système est un élément nécessaire qui peut aider à améliorer l’économie du pays par une série de réparations au niveau de l’agriculture qui permet d'éviter la dépendance, réaliser la sécurité alimentaire.

Nous avons étudié notre projet dans des situations diverses à la productivité, la flexibilité, fournir de l’eau etc...

Nous avons fait une simulation sous Fritzing et une réalisation du système d'irrigation à base d'une carte Arduino. D'après les résultats obtenus de la simulation sous logiciel et des tests pratiques, l'utilisation de la carte Arduino comme interface entre la pompe et le PC permet de simplifier et de faciliter la commande de notre système.

En plus :

Nous avons essayé de développer notre réalisation avec la carte ESP32 et utilise la connexion avec application Blynk par distance et contrôle-le data sauvegarder dans le serveur de réseaux Blynk.

A travers ce projet nous avons acquis une bonne maitrise pour la création d’une application Arduino

avec l’environnement Blynk App Inventor après avoir montré les éléments de contrôle de notre réalisation à

distance ou par internet par l’utilisation du module Wifi esp32 et la carte Arduino.

Pour conclure, la pratique de la culture hors sol s'accroit d'une manière significative dans le monde, c'est

une solution efficace pour différentes contraintes et limites liées au sol, et au milieu et qui permet notamment

l'augmentation des rendements et le développement de l'agriculture en général.

Comme point de vue, nous proposons de développer notre réalisation par des autres capteurs au future on utilise l'API à la place de la carte Arduino avec des câbles réseaux, ce travail peut aussi aider les chercheurs de l'irrigation, ça donne des résultats précis et rapides, pour cette opération on peut ajouter des capteurs de : PH, sel de sol, avec des commandes programmer par un langage simple et clair (Pythone).

Ce projet est vivant, entrainant et motivant pour la suite de nos études. Nous pensons avoir entraperçu une partie de notre future vie active.

Bibliographié

79

Bibliographié

[1] : Prof. Mohammed AZOUGGAGH « les différents systèmes d’irrigation »

[2] : Pierre ROUSSET « Société du Canal de Provence et d’Aménagement de la Région Provençale »

[3]: Howell 2002 “STATISTICAL METHODS FOR PSYCHOLOGY Survey the statistical techniques

commonly used in the behavioral and social sciences”

[4] : André ANçAY. Catherine A. baroffio et Vincent Michel « agroscope,1964 Conthey »

[5] : ‘Espressif technologie Web Site’

[6] : Auteurs : SIMON landraunt(eskimon) et Hippolyte Weiss linger (olyte) « premiers pas en

informatique embarquée »

[7] : C. FREOU ET A. GRIMAULT « Découverte des cartes Arduino ».

[8] : C. FREOU ET A. GRIMAULT « La carte Arduino UNO »

[9] : ‘Classes de 2nde SI-CIT et de première SI’

[10] : ‘Wikipédia’

[11] : Jean-Noël montagne centre de ressource Art sensitif « livret Arduino en français «

[12] : Arduino et domotique « librairie de paris »

[13] : PRESENTATION DE LA CARTE ARDUINO UNO « Vue d'ensemble »

[14] : ‘capteur d’eau’

[15] : ‘’Hydroponique’

Sites internet :

- https://blynk.io/

- https://github.com

- https://create.arduino.cc/projecthub

- https://www.filaha.net/

Organismes visités :

- Département de l'agriculture Ghriss -Mascara

ANNEX

80

ANNEX

Autres composants utiliser

Faire soudure Electronique.

Un fil à souder de l'alliage adapté

Tube d'eau 7M

Plaque de circuit

Un circuit imprimé est un support, en général une plaque, permettant de maintenir et de relier électriquement un ensemble de composants électroniques entre eux, dans le but de réaliser un circuit électronique complexe. On le désigne aussi par le terme de carte électronique.

Afficheur LCD

Connection :

1) Broche NOM Description 2) VSS Masse ; 3) VDD Alimentation positive (V+) ; 4) VO Contraste réglable par potentiomètre * ; 5) RS Sélection de registre (0= instruction ; 1 = donnée) ; 6) R/W ou RD Lecture ou écriture (1= lecture ; 0=écriture) ; 7) E Enable (validation, actif au niveau haut) ; 8) D0 Bit 0 du bus de données ; 9) D1 Bit 1 du bus de données ; 10) D2 Bit 2 du bus de données ; 11) D3 Bit 3 du bus de données ; 12) D4 Bi t4 du bus de données ; 13) D5 Bit 5 du bus de données ; 14) D6 Bit 6 du bus de données ; 15) D7 Bit 7 du bus de données ;

Pompe à eau

Principe de fonctionnement :

Une pompe est constituée par :

• une roue à aubes tournant autour de son axe

• un distributeur dans l'axe de la roue

• un collecteur de section croissante, en forme de spirale appelée volute.

Le liquide arrive dans l'axe de l'appareil par le distributeur et la force pousser le Projette vers l'extérieur de la

turbine. Il acquiert une grande énergie cinétique qui se transforme en énergie de pression dans le collecteur

où la section est croissante.

L'utilisation d'un diffuseur (roue à aubes fixe) à la périphérie de la roue mobile permet une diminution de la

perte d'énergie.

81

Capteur d’humidité

Principe de fonctionnement :

La conductivité électrique de la terre dépend de l'humidité du sol, autrement dit la résistance électrique d'un

sol augmente avec la sécheresse de celui-ci. Pour déterminer la concentration d'eau dans le sol, on exploite

la propriété ci-dessus. Ainsi, pour mesurer cette résistance électrique on utilise deux électrodes qui sont

Fixées sur un support en forme de fourche que l'on plante verticalement dans le sol.

Figure : Les électrodes de capteur d'humidité dans le sol

Les Programme

Projet principal :

// libraries definition

#include <Wire.h>

#include <LiquidCrystal_I2C.h>

#include <DS3231.h>

#include "dht.h"

// defines pins numbers

const byte TRIGGER_PIN = 9;

const byte ECHO_PIN = 10;

const int AirValue = 620; //you need to replace this value with Value_1

const int WaterValue = 310; //you need to replace this value with Value_2

const unsigned long MEASURE_TIMEOUT = 25000UL;

const float SOUND_SPEED = 340.0 / 1000;

///////////////////////////

const int OnHour = 7;

const int OnMin = 00;

82

const int OffHour = 12;

const int OffMin = 35;

// frequency musical notes

#define NOTE_C6 1047

#define NOTE_C3 131

#define NOTE_G3 196

///////////////////////////

#define DHT11_PIN 8

#define DHT11 TYPE DHT11

//#define FLOAT_SENSOR 12 // the number of the pushbutton pin

// pins definition

int DHT11PIN = 8;

int soilMoistureValue = A0; // Moisture Analog pin

int audioPin = 2;

int heatingFan = 4; // airRelay1 Blower Air Fan IN

int coolingFan = 3; // airRelay2 Blower Air Fan OUT

int Relay3_Lamp = 5; // Relay3_Lamp Hot Lamp

int Relay4_Water = 6; // Relay4_Water Pump

int Relay6_LED = 7; // Relay5_LED Lamp

// variables

int levelSensorValue; // stores the level sensor values // stores the moisture sensor values

int j = 0;

int temp;

long duration;

int distance;

// system messages

const char *string_table[] =

{

" Welcome! =)", //0

" Tank LOW level", //1

" Dry soil", //2

" Moist soil", //3

" Soggy soil", //4

83

"The water pump is on", //5

" Arduino Starting ", //6

" Hydroponic System", //7

" Please wait!", //8

" Water level High ", //9

};

// objects definition

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,20,4);

dht DHT;

DS3231 rtc(SDA, SCL);

Time t;

void setup() {

// serial initialization

rtc.begin();

pinMode(Relay6_LED, OUTPUT);

digitalWrite(Relay6_LED, LOW);

///////////////////////////////////

pinMode(TRIGGER_PIN, OUTPUT);

digitalWrite(TRIGGER_PIN, LOW);

pinMode(ECHO_PIN, INPUT);

// LCD initialization

lcd.init();

lcd.backlight(); // with Backlight

lcd.clear(); // clearscreen

// Wire initialization

Wire.begin();

// Arduino pins initalization

pinMode(audioPin, OUTPUT);

pinMode(heatingFan, OUTPUT);

pinMode(coolingFan, OUTPUT);

pinMode(Relay3_Lamp, OUTPUT);

pinMode(Relay4_Water, OUTPUT);

// initialize the pushbutton pin as an input:

84

//pinMode(FLOAT_SENSOR, INPUT_PULLUP);

t = rtc.getTime();

Serial.print(t.hour);

Serial.print(" hour(s), ");

Serial.print(t.min);

Serial.print(" minute(s)");

Serial.println(" ");

delay (500);

// LCD initial messages

lcd.clear();

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print(string_table[6]);

lcd.setCursor(0,1);

delay(1000);


lcd.setCursor(0,3);

delay(1000);


// initialization delay

delay(1000);

}

void loop() {

///////////////////////////

///////////////////////////////////// DHT11 CONTROLLING RELAY /////////////////

DHT.read11(DHT11PIN);

Serial.print("Temperature: ");

Serial.print(DHT.temperature);

Serial.println("°C");

if(DHT.temperature >= 20){

digitalWrite(Relay3_Lamp,HIGH);

digitalWrite(heatingFan,HIGH);

}

else{

85

digitalWrite(Relay3_Lamp,LOW);

digitalWrite(heatingFan,LOW);

}

delay(1000);

if(DHT.temperature <= 30){

digitalWrite(coolingFan,HIGH);

}

else{

digitalWrite(coolingFan,LOW);

}

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

/////////////////////////////////////Water levelswitch protection system//////////////////////////////////////////

if(digitalRead(FLOAT_SENSOR) == HIGH)

//system messages

lcd.clear();

lcd.setCursor(0,2);


delay(1000);

plays the alarm sound

for(int i=0;i<2;i++){

tone(audioPin, NOTE_G3, 196);

delay(500);

tone(audioPin, NOTE_C3, 131);

delay(500);

noTone(audioPin);

delay(500);

// }

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

///////////////////////////////////Ultraa sonic //////////////////////////////////////

digitalWrite(TRIGGER_PIN, HIGH);

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(TRIGGER_PIN, LOW);

long measure = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH, MEASURE_TIMEOUT);

86

float distance_mm = measure / 2.0 * SOUND_SPEED;

delay (100);

if(distance_mm >=14 )

{

//system messages

lcd.clear();

lcd.setCursor(0,3);


delay(1000);

// plays the alarm sound

for(int i=0;i<2;i++){

tone(audioPin, NOTE_G3, 196);

delay(500);


noTone(audioPin);

delay(900);

}

}

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

//////////////////////////////////////Moisture contorolinig Pumpe///////////////////////////////////////

// reads the sensors

soilMoistureValue = analogRead(A0); //put Sensor insert into soil

Serial.println(soilMoistureValue);

// check the moisture range

if(soilMoistureValue >= 450){

// in case of dry soil:

// system messages

lcd.clear();

lcd.setCursor(0,2);


delay(1000);

lcd.clear();

87

lcd.setCursor(0,2);


delay(1000);

lcd.setCursor(0,3);


delay(1000);

// turn the pump on

digitalWrite(Relay4_Water,LOW);

delay(500);

// if the soil is not moist so far

// reads the moisture sensor once more

}

else {

// turn the pump off

digitalWrite(Relay4_Water,HIGH);

delay(500);

}

// plays the alarm sound


delay(700);

noTone(audioPin);



if((soilMoistureValue <= 453) && (soilMoistureValue >= 325)){

// in case of moist soil:

// system messages

lcd.clear();

lcd.setCursor(0,2);


delay(1000);

}


88


if(soilMoistureValue <= 320){

// in case of soggy soil:

// system messages

lcd.clear();

lcd.setCursor(0,2);


delay(1000);

}

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

//////////////////////// Lighte Led Timer ///////////////////////

if(t.hour == OnHour && t.min == OnMin){

digitalWrite(Relay6_LED,HIGH);

Serial.println("LIGHT ON");

delay(500);

}

else if(t.hour == OffHour && t.min == OffMin){

digitalWrite(Relay6_LED,LOW);

Serial.println("LIGHT OFF");

} }

89

Program de Higrow esp32 Web Server:

////////////////////////////////////////////////////////////////////Arduino IDE/////////////////////////////////////////////////////////////

int LED_BUILTIN = 16;

//ESP32 things

#include <WiFi.h>

#include <WiFiClient.h>

#include <WebServer.h>

#include <ESPmDNS.h>

const char* ssid = "DJAWEB_7C8BA";

const char* password = "AMINE-SDJ8719";

int port=80;

WebServer server(80);

const int led = LED_BUILTIN ;

//DHT11 things

#include "DHT.h"

#define DHTPIN 22

#define DHTTYPE DHT11

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

//Other things

float asoilmoist=analogRead(32);//global variable to store exponential smoothed soil moisture reading

void handleRoot() {

digitalWrite(led, 1);

String webtext ;

int sec = millis() / 1000;

int min = sec / 60;

int hr = min / 60;

// Reading temperature or humidity takes about 250 milliseconds!

// Sensor readings may also be up to 2 seconds 'old' (its a very slow sensor)

float hum = dht.readHumidity();

// Read temperature as Celsius (the default)

float temp = dht.readTemperature();

// Check if any reads failed and exit early (to try again).

if (isnan(hum) || isnan(temp)) {

90

Serial.println(F("Failed to read from DHT sensor!"));

return;

}

webtext="<html>\

<head>\

<meta http-equiv='refresh' content='5'/>\

<title>WEMOS HIGROW ESP32 WIFI SOIL MOISTURE SENSOR</title>\

<style>\

body { background-color: ##FFFFFF; font-family: Arial, Helvetica, Sans-Serif; Color: ##000000; }\

</style>\

</head>\

<body>\

\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\///////////////////////////////////////////////////////////////

<h1>WEMOS HIGROW ESP32 WIFI SOIL MOISTURE SENSOR</h1>\

\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\ ///////////////////////////////////////////////////////////

<br>\

<p>Code BY SABRI ISLEM .</p>\

<br>\

<p>For soil moist, high values (range of +/-3344) means dry soil, lower values (+/- 2000) means wet soil. The Soil Moist Reading is influenced by the volumetric soil moisture content and electrical capacitive properties of the soil.</p>\

<br>\

<p>Date/Time: <span id='datetime'></span></p><script>var dt = new Date();document.getElementById('datetime').innerHTML = (('0'+dt.getDate()).slice(-2)) +'.'+ (('0'+(dt.getMonth()+1)).slice(-2)) +'.'+ (dt.getFullYear()) +' '+ (('0'+dt.getHours()).slice(-2)) +':'+ (('0'+dt.getMinutes()).slice(-2));</script>\

<br>\

<p>Soil Moisture: "+String(asoilmoist)+"</p>\

<p>Temperature: " +String(temp)+" °C</p>\

<p>Humidity: " +String(hum)+" %</p>\

</body>\

</html>";

server.send(200, "text/html", webtext);

}

void handleNotFound() {

91


String message = "File Not Found\n\n";

message += "URI: ";

message += server.uri();

message += "\nMethod: ";

message += (server.method() == HTTP_GET) ? "GET" : "POST";

message += "\nArguments: ";

message += server.args();

message += "\n";

for (uint8_t i = 0; i < server.args(); i++) {

message += " " + server.argName(i) + ": " + server.arg(i) + "\n";

}

server.send(404, "text/plain", message);


delay(1000);


}

void setup(void) {

pinMode(led, OUTPUT);


Serial.begin(115200);

WiFi.mode(WIFI_STA);

WiFi.begin(ssid, password);

Serial.println("");

// Wait for connection

while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {

delay(500);

Serial.print(".");

}

Serial.println("");

Serial.print("Connected to ");

Serial.println(ssid);

Serial.print("IP address: ");

Serial.println(WiFi.localIP());

if (MDNS.begin("esp32")) {

92

Serial.println("MDNS responder started");

}

server.on("/", handleRoot);

server.on("/inline", []() {

server.send(200, "text/plain", "this works as well");

});

server.onNotFound(handleNotFound);

server.begin();

Serial.println("HTTP server started");

dht.begin();

delay(2000);

}

void loop(void) {

asoilmoist=0.95*asoilmoist+0.05*analogRead(32);//exponential smoothing of soil moisture

server.handleClient();

}

93

Program de Higrow esp32 avec Blynk app:

#define BLYNK_PRINT Serial

#include <WiFi.h>

#include <WiFiClient.h>

#include <BlynkSimpleEsp32.h>

#include <DHT.h>

// Auth Token in the Blynk App.

// Go to the Project Settings (nut icon).

char auth[] = "FTMCJpztdqhm_o4zwqJMYLKWPCCDBy9c";

// WiFi credentials.

// Set password to "" for open networks.

char ssid[] = "DJAWEB_Huawei";

char pass[] = "Islammahi1953";

#define DHTPIN 22 // What digital pin is connected to

const int soilpin = 32;

const int POWER_PIN = 34;

const int LIGHT_PIN = 33;

#define DHTTYPE DHT11 // DHT 11

//#define DHTTYPE DHT22 // DHT 22, AM2302, AM2321

//#define DHTTYPE DHT21 // DHT 21, AM2301

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

BlynkTimer timer;

// This function sends Arduino's up time every second to Virtual Pin (5).

// In the app, Widget's reading frequency should be set to PUSH. This means

// that you define how often to send data to Blynk App.

void sendSensor()

{

float h = dht.readHumidity();

float t = dht.readTemperature(); // or dht.readTemperature(true) for Fahrenheit

int soilmoisture = analogRead(soilpin);

int lightlevel = analogRead(LIGHT_PIN);

if (isnan(h) || isnan(t)) {

Serial.println("Failed to read from DHT sensor!");

94

return;

}

if (isnan(t)) {

return;

}

if (t > 25) {

Blynk.notify(String("Teperature is too high: ") + t);

}

// send any value at any time.

// No more that 10 values per second.

Blynk.virtualWrite(V5, h);

Blynk.virtualWrite(V6, t);

Blynk.virtualWrite(V7, soilmoisture);

Blynk.virtualWrite(V8, lightlevel);

delay(1000);

}

void setup()

{

// Debug console

Serial.begin(9600);

delay(1000);

Blynk.begin(auth, ssid, pass);

// Specify server:

//Blynk.begin(auth, ssid, pass, "blynk-cloud.com", 80);

//Blynk.begin(auth, ssid, pass, IPAddress(192,168,1,100), 8080);

dht.begin();

// Setup a function to be called every second

timer.setInterval(1000L, sendSensor);

}

void loop()

{

Blynk.run();

timer.run();

}

95

Liste d’achat:

N Article Unité Prix Unité Prix Total

01 Arduino UNO 1 4500 Da 4500 Da 02 Capteur de flotteur magnétique 1 700 Da 700 Da 03 HC-SR04 Ultrasonic 1 700 Da 700 Da 04 Afficheur LCD avec I2C 20X4 1 1400 Da 1400 Da 05 Module horloge RTC (DS3231) 1 600 Da 600 Da 06 Module relais À 6 canaux avec accouplement léger 5V 2 1400 Da 2800 Da 07 Capacitive soil moisture sensor v1.2 1 800 Da 800 Da 08 Capteur de niveau d'eau I2C 1 500 Da 500 Da 09 Buzzer piézoélectrique 1 100 Da 100 Da 10 Ventilateur (Fan) 3 500 Da 1500 Da 11 T5 LED Tubes 5 600 Da 3000 Da 12 Module Peltier 12 Vcc TEC1-12706 1 1000 Da 1000 Da 13 Les plaquettes d’essais sans soudures (Bread Board) 1 600 Da 600 Da 14 Convertisseur de tension DC-DC 1 350 Da 350 Da 15 DHT 11 capteur d'humidité et Température 1 800 Da 800 Da 16 Micro pompe, avec système de filtre 12v 1 1600 Da 1600 Da 17 Wemos Higrow ESP32 1 3600 Da 3600 Da 18 Capteur d’humidité sols 2 600 Da 1200 Da 19 18650 batteries 6800mah 3.7v 1 200 Da 200 Da 20 Jumper 20 cm 3 400 Da 1200 Da 21 Jumper 30 cm 2 500 Da 1000 Da 22 Plantation de terreau marque ‘Flora Gard’ 1 1500 Da 1500 Da

Frais de livraison 2500 Da

Prix Total 32150 Da

Le travail réalisé dans ce présent mémoire s’articule autour de concept de l’intelligence

artificielle appliqué à l’agriculture hors-sol.

Suite à l’étude des systèmes existants, nous avons proposé une solution de L'agriculture

simple et son évolution vers la méthode de l’agriculture hors-sol sur des technologies open-

hardware (Arduino et compatibles).

Afin de contrôler le système l’agriculture hors-sol (L'agriculture jardin intérieur) Automatiquement

en plus de cela le développement d’une application mobile sous la plateforme Android ainsi le

déploiement d’un serveur Blynk.

Mots clés : maison intelligente, matériel-libre, contrôleur, Arduino, ESP32, application

mobile, Android, Blynk Apps, capteurs, contrôle distant, électronique, multiutilisateur.

یدور العمل الذي تم في ھذه الأطروحة حول مفھوم الذكاء الاصطناعي المطبق على الزراعة فوق الأرض.

اقترحنا حلاً من الزراعة البسیطة وتطورھا نحو طریقة الزراعة فوق الأرض على تقنیات بعد دراسة الأنظمة الحالیة،

والمتوافقة). Arduinoالأجھزة المفتوحة (

من أجل التحكم في نظام الزراعة بدون تربة (زراعة الحدائق الداخلیة) تلقائیاً بالإضافة إلى ذلك، تطویر تطبیق محمول

.Blynkونشر خادم Androidعلى نظام

، Android، تطبیقات الھاتف المحمول، Arduino ،ESP32الكلمات الرئیسیة: المنزل الذكي، خالٍ من الأجھزة، جھاز تحكم،

Blynk Apps.أجھزة الاستشعار، جھاز التحكم عن بعد، الإلكترونیات، متعدد المستخدمین ،

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