- Le système hybride sans fil sépare les fonctions de communication pour optimiser la couverture locale et longue portée.
- Une alimentation photovoltaïque assure une autonomie énergétique prolongée sans besoin fréquent de maintenance.
- Les données recueillies incluent le rayonnement photosynthétiquement actif, améliorant la prise en compte des besoins réels des plantes.
- Les essais sur une plantation de fraises confirment une très bonne fiabilité des transmissions avec un faible taux de perte de paquets.
Dans l'article de recherche Elsevier intitulé « Système d'irrigation efficace utilisant un réseau de capteurs sans fil combiné basé sur les technologies LoRaWAN et IEEE 802.15.4 et des mesures du rayonnement photosynthétiquement actif », J. Medina-García, J.A. Gómez-Galán, J.M. Vilaplana-Guerrero et J.A. Bogeat décrivent la conception et les essais sur le terrain d'un système d'irrigation automatisé qui combine spécifiquement deux mondes sans fil : IEEE 802.15.4 pour les points de mesure denses dans la population végétale et LoRaWAN pour la longue distance jusqu'à la passerelle.
L'article se veut explicitement une solution « à faible coût et faible consommation » pour les applications IoT agricoles et combine matériel, micrologiciel, pipeline de données et interface utilisateur dans un système complet.
Pourquoi une seule norme sans fil est rarement suffisante
L'irrigation de précision repose sur les détails : l'humidité du sol, la température et la disponibilité des nutriments peuvent varier considérablement en l'espace de quelques mètres. C'est précisément cette variabilité spatiale qui détermine si un système permet réellement d'économiser de l'eau ou s'il ne fournit finalement que des valeurs moyennes.
Dans la pratique, cette exigence se heurte souvent aux contraintes du sans fil : les technologies longue portée couvrent de vastes zones, mais deviennent coûteuses et complexes lorsqu'un grand nombre de points de mesure doivent transmettre directement sur de longues distances ; les réseaux radio locaux sont idéaux pour une technologie de capteurs dense, mais atteignent leurs limites sur de longues distances. L'article aborde ce conflit avec un principe architectural qui sépare les tâches au lieu de surcharger une norme.
L'idée architecturale : la densité locale rencontre la longue portée
Sur le terrain, les nœuds de capteurs fonctionnent avec la norme IEEE 802.15.4, une norme LR-WPAN à faible consommation d'énergie qui convient à de nombreux points de mesure à courte et moyenne distance.
Pour garantir que les données de mesure arrivent toujours de manière fiable au backend sur de longues distances, les auteurs utilisent des nœuds à double radio: des coordinateurs locaux qui collectent un sous-réseau 802.15.4 (en forme d'arbre) puis transmettent les données regroupées à la passerelle via LoRaWAN dans un réseau en étoile.
La solution combine ainsi les avantages des deux mondes : la norme 802.15.4 fournit des informations spatiales détaillées sur le terrain, tandis que LoRaWAN réduit le nombre de liaisons à longue portée et donc les coûts d'exploitation, les dépenses en temps d'antenne et la complexité.
L'autonomie énergétique comme condition préalable à la mise à l'échelle
L'approvisionnement en énergie est un autre enjeu majeur. Le système est conçu pour fonctionner sur le terrain pendant de longues périodes sans intervention régulière. Pour y parvenir, les auteurs combinent un matériel à faible consommation d'énergie avec des stratégies de veille cohérentes et une alimentation photovoltaïque (panneau solaire, batterie, électronique de charge).
Le fonctionnement suit un cycle de mesure : brève mesure active et transmission, suivies d'un mode veille. Cette interaction vise à obtenir un déploiement nécessitant peu d'entretien, qui peut également être utilisé dans des zones reculées où l'alimentation secteur n'est pas disponible et où le remplacement des batteries devient rapidement un facteur de coût.
Cas d'utilisation dans le domaine de l'irrigation : de la valeur mesurée à la décision opérationnelle
La chaîne technique ne s'arrête pas à la transmission sans fil. Les données des capteurs sont reçues à la passerelle, traitées via un terminal de contrôle, stockées dans une base de données et visualisées via une interface web. Le système est ainsi conçu comme une plateforme de bout en bout pour la surveillance et la gestion de l'irrigation, incluant l'historique et des informations en temps réel.
De plus, les auteurs intègrent le rayonnement photosynthétiquement actif (PAR) à la passerelle et calibrent un capteur à faible coût par comparaison croisée avec des radiomètres de référence. Cela étend la technologie classique des capteurs de zone racinaire pour inclure un signal de rayonnement pertinent pour les plantes, qui peut être important pour la croissance et les contextes de stress.
Où a-t-il été testé ?
Le système a été testé dans une plantation de fraises à Matalascañas (Huelva), dans le sud-ouest de l'Espagne, près du parc national de Doñana. Cet environnement de terrain est pertinent car la radio et l'alimentation électrique y sont exposées à des conditions réelles (végétation, obstacles, météo).
Selon les résultats des mesures rapportés dans l'article, le système a fonctionné de manière très stable en mode test : un taux de réussite de transmission de bout en bout de 97,5 % entre le point de mesure et la passerelle LoRaWAN est rapporté (≈ 2,5 % de perte de paquets), avec une latence de surveillance inférieure à 100 ms.
Dans les tests, les auteurs rapportent des portées allant jusqu'à environ 60 m pour la section 802.15.4 entre le nœud capteur et le coordinateur local, et jusqu'à environ 2 km pour la liaison LoRaWAN entre le coordinateur et la passerelle, conformément à la répartition des tâches prévue.
Classification
L'article est particulièrement convaincant dans les domaines où l'irrigation intelligente échoue souvent dans la pratique : l'infrastructure évolutive. Le sans-fil hybride résout le problème de la portée par rapport au détail, l'autonomie énergétique réduit les coûts d'exploitation et le cas d'utilisation de l'irrigation est mis en œuvre comme un chemin de données complet vers l'interface utilisateur.
Source et auteurs
Article (Elsevier/ScienceDirect) : https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542660525003154
Auteurs: J. Medina-García et J.A. Gómez-Galán du département d'ingénierie électronique, d'informatique et d'automatisation de l'université de Huelva (Andalousie, Espagne) et J.M. Vilaplana-Guerrero et J.A. Bogeat du département de recherche atmosphérique et d'instrumentation de l'Institut national de technologie aérospatiale (INTA) à El Arenosillo (Huelva, Espagne).
