Conception d’un capteur distribué pour la surveillance de l’état hydrique des sols

La mesure microscopique 

Nous étudions tout d’abord un principe de mesure de l’humidité l’air puis nous l’adaptons à la mesure de l’humidité du sol

Mesure de l’humidité de l’air à l’aide de membranes 

La méthode la plus utilisée pour la mesure de l’humidité de l’air est la mesure par membrane. Elle consiste à mettre en contact avec l’air une surface qui va réagir en fonction de l’humidité de l’air. Ce membrane est en polymères tels que le Nafion. Un paramètre électrique de la membrane va donc varier en fonction de l’humidité de l’air. On vient donc ensuite instrumenter cette membrane pour obtenir l’image de l’humidité de l’air. Le principal avantage de cette méthode est la faible surface nécessaire pour effectuer la mesure. En effet quelques mm² suffisent pour obtenir un capteur fonctionnel. C’est pour cela que beaucoup de ces capteurs sont utilisés dans des endroits restreints tels que l’automobile ou les climatisations. Chapitre 2 : Les principes de mesures de l’humidité du sol 

Adaptation à la mesure de l’humidité du sol 

Dans ce projet nous souhaitons mesurer l’humidité du sol. Pour cela, on doit donc adapter ces capteurs pour mesurer l’humidité du sol. Pour nos tests, nous utiliserons le capteur HTG de chez Measurement. Ce capteur est un capteur d’humidité de l’air à membrane comprenant aussi la mesure de la température visible sur la Figure 15. Figure 15 : Photographie du capteur HTG Sur cette photo, on peut voir en blanc la zone des membranes qui réagissent avec l’humidité de l’air. Ce capteur possède en sortie une tension analogique image de l’humidité ainsi qu’une tension image de la température. La plage de mesure de l’humidité s’étalonne de 0 à 100%. Pour l’adapter nous le plaçons dans une chambre fermée contenant de l’air. Cette chambre est isolée de la terre pour conserver l’air pour la mesure du capteur cependant pour permettre l’échange d’humidité entre la terre et l’air, nous plaçons une fenêtre de Gore-Tex. Cette membrane est une membrane microporeuse qui laisse l’humidité la traverser mais qui va bloquer la terre. Cela permet donc l’échange d’humidité entre le sol et l’air pour effectuer la mesure de l’air qui sera image de l’humidité du sol. On effectue aussi les tests avec du voile d’hivernage qui possède les mêmes propriétés. On réalise donc le système de la Figure Le capteur est donc placé dans la boite étanche qui renferme la chambre de mesure. On utilise un presse étoupe pour isoler le câble de connexion. La membrane de liaison est placée sur le couvercle de la boite. On place ensuite la boite dans le sol et on relève les résultats de la Figure 17. Figure 17 : Tests en condition réelle du capteur HTG On relève sur cette courbe les valeurs de plusieurs dispositifs :  le capteur Decagon utilisé en référence,  un capteur HTG dans une boite sans membrane extérieure,  un capteur HTG avec un voile d’hivernage comme membrane,  un capteur HTG avec une membrane Gore-Tex. On effectue deux apports d’eau successifs à un jour d’intervalle. Le capteur Decagon réagit bien à ces apports d’eau. Sa valeur lue augmente avec ces apports puis redescend lentement par la suite, la terre évacuant l’eau par évaporation et les plantes se nourrissant de cet apport. Cependant tous les dispositifs avec le capteur HTG possèdent un retard de lecture avec les apports. La valeur lue pour le deuxième apport n’augmente que quatre heures après. De plus, la valeur ne redescend pas ensuite. Elle reste bloquée à 100% d’humidité. Ces erreurs sont dues à un phénomène de saturation dans le boitier. L’air se sature en eau à cause de l’humidité de la terre environnante mais le système ne revient pas dans son état initial. L’eau dans l’air ne parvient pas à réintégrer la terre. Après plusieurs tests en laboratoire, on a observé qu’il fallait au système plus de 16 jours pour évacuer 10mL d’eau dans le boitier. On en conclut donc que le système ne convient pas pour la mesure dans le sol. En effet dans l’industrie, tous les capteurs d’humidité de l’air sont utilisés dans des milieux ventilés où l’air ne stagne pas ce qui permet d’éviter cette saturation en eau.