Concevoir un système d'irrigation intelligente efficace : fonctionnalités clés et stratégies de réussite

Saviez-vous que 70 % des prélèvements d'eau à l'échelle mondiale étaient utilisés pour l'irrigation ? Malheureusement, c'est également dans ce secteur qu'intervient la majorité du gaspillage, avec environ 60 % de l'eau d'irrigation perdus en raison de l'évapotranspiration, du ruissellement et de méthodes d'utilisation inefficaces. Avec l'augmentation de la population mondiale et la diminution des ressources d'eau douce, il est urgent de prendre des mesures pour améliorer la manière dont nous prélevons, utilisons et stockons l'eau à l'échelle mondiale. Cela souligne la nécessité primordiale de gérer nos ressources de façon plus intelligente et plus efficace, en particulier dans les industries émergentes basées sur l'Internet des objets (IoT). Aujourd'hui, nous allons plonger dans l'univers de l'irrigation intelligente et nous intéresser au rôle majeur qu'elle peut jouer dans l'atténuation des niveaux de stress hydrique de plus en plus élevés dans le monde entier.

Figure 1 : Système d'irrigation par arrosage. (Source de l'image : Radiocrafts)

Dans cet article, nous allons donc étudier les principaux facteurs qui façonnent le marché de l'irrigation intelligente, identifier les défis spécifiques à relever et présenter la solution Radiocrafts Industrial IP Mesh (RIIM) prometteuse pour les systèmes d'irrigation intelligente.

Quels sont les moteurs du marché de l'irrigation intelligente ?

La demande liée aux systèmes écologiques et à la gestion durable des ressources est devenue une force motrice sur le marché de l'irrigation intelligente. Il existe une nécessité croissante de développer des architectures efficaces et responsables sur le plan de l'environnement, pour réduire notre empreinte écologique. Par ailleurs, il faut désormais atteindre ces objectifs d'une manière rentable afin de rendre le développement de telles infrastructures plus accessible et plus facilement réalisable.

L'irrigation intelligente possède la capacité remarquable de permettre le développement de systèmes d'irrigation et de production alimentaire dans des endroits auparavant inhospitaliers, notamment les paysages désertiques. Cela peut paraître contre-intuitif, mais avec l'irrigation intelligente, on peut révolutionner notre vision des déserts et ne plus les voir comme des étendues stériles, mais comme des terres fertiles pour la production alimentaire. Cette technologie a le potentiel de transformer des paysages arides en paradis luxuriants permettant la production alimentaire, et ainsi de nous permettre de répondre à la demande croissante en nourriture d'une population mondiale en pleine expansion. De plus, l'irrigation intelligente est particulièrement essentielle dans les régions démunies, comme la zone saharienne en Afrique, où la production alimentaire locale peut jouer un rôle indispensable dans la réponse aux besoins alimentaires de la population et le renforcement de la sécurité alimentaire.

Figure 2 : Agriculture avancée dans un environnement désertique. (Source de l'image : Radiocrafts)

Néanmoins, le marché de l'irrigation intelligente fait face à certaines contraintes, comme l'accès limité à l'eau, la disponibilité de terres cultivables et la main-d'œuvre adéquate pour gérer efficacement le système d'irrigation.

Quels sont les problèmes spécifiques à résoudre quant à l'irrigation intelligente ?

Lors de la conception d'un système d'irrigation intelligente efficace, il faut relever plusieurs défis de communication sans fil. Les exigences clés incluent notamment les points suivants :

• Connectivité fiable : garantir une faible perte de paquets et atteindre un taux de réception de paquets élevé de 99,99 %, pour une communication robuste et fiable.
• Faible latence : atteindre une faible latence d'environ 10 ms pour les applications où les retards sont inacceptables, tout en prenant en compte les applications qui peuvent tolérer des retards légèrement plus longs, comme pour les processus lents impliqués dans la surveillance des opérations et la supervision de la maintenance.
• Portée et couverture suffisantes : assurer une portée et une couverture étendues dans les vastes environnements semi-ouverts afin de garantir une connectivité fluide dans tout le système d'irrigation.
• Communication bidirectionnelle : permettre une communication bidirectionnelle pour non seulement recueillir des données issues des capteurs, mais aussi contrôler des dispositifs comme des vannes, pour un fonctionnement et une commande à distance du système d'irrigation.
• Implémentation simple : garantir une facilité d'implémentation, en particulier dans les environnements difficiles comme les déserts, où le système doit résister à des conditions extrêmes.
• Haute fiabilité : garantir une grande autonomie des batteries pour un fonctionnement fiable et pour réduire la nécessité de changer fréquemment les batteries des systèmes à distance.
• Installation simple : simplifier l'installation sans nécessiter de câblage d'alimentation supplémentaire, pour une configuration plus simple du système à différents endroits.
• Mises à jour sans fil (OTA) : permettre les mises à jour sans fil et sans contact des micrologiciels, en particulier pour les sites à distances et difficiles d'accès.

Il est essentiel de relever ces défis de communication sans fil pour pouvoir développer un système d'irrigation intelligente à la fois robuste et efficace, capable de fonctionner de manière fiable dans divers environnements et d'optimiser efficacement l'utilisation de l'eau pour répondre aux besoins agricoles.

Figure 3 : Surveillance des données de capteurs. (Source de l'image : Radiocrafts)

La solution maillée longue portée de Radiocrafts : une solution efficace pour les systèmes d'irrigation intelligente

La solution RIIM (Radiocrafts Industrial IP Mesh) de Radiocrafts est un module maillé IIoT entièrement embarqué qui inclut tous les composants essentiels pour un réseau sans fil complet, sans aucuns frais de licence ni d'abonnement. Lorsque vous achetez le module RIIM, vous bénéficiez d'une solution prête à l'emploi pour votre système d'irrigation intelligente. En outre, l'architecture de réseau maillé de la solution RIIM lui permet d'être autonome en termes de mise en forme, de régénération et d'optimisation, ce qui simplifie considérablement l'installation et l'implémentation de votre système d'irrigation intelligente.

(Source de l'image : Radiocrafts)

La solution RIIM de Radiocrafts offre une couverture impressionnante d'environ 80 x 80 km² en environnement rural semi-ouvert. Elle prend en charge une distance jusqu'à 1400 mètres entre les dispositifs et peut transmettre des données sur le réseau en les relayant d'un dispositif à un autre jusqu'à 28 fois (28 sauts sur le réseau maillé). La solution RIIM peut également prendre en charge jusqu'à 1000 nœuds pour un seul routeur interzone (passerelle), ce qui aide à réduire les coûts d'installation en nécessitant moins de passerelles pour les déploiements à grande échelle. Par ailleurs, pour couvrir une zone encore plus vaste, vous pouvez facilement ajouter un autre routeur interzone.

Parmi les caractéristiques uniques de la solution RIIM figure sa structure ICI (Intelligent C-Programmable I/O), qui permet d'adapter le comportement du module en fonction des exigences spécifiques de chaque client. L'application ICI est exécutée en continu sur le module et permet de configurer le réseau radio, les interfaces matérielles et les opérations de lecture/d'écriture liées à ces interfaces. Cela signifie que vous pouvez communiquer directement avec une grande variété de capteurs et d'actionneurs, comme des capteurs d'humidité dans le sol, des commandes de vannes d'eau, des capteurs UV, des détecteurs de pluie/gel, des capteurs de vent, et plus, sans avoir besoin de circuits externes.

En outre, la solution RIIM prend en charge le mist computing, qui réduit les exigences de bande passante et permet des réponses plus rapides aux événements locaux. Cela permet un traitement des données et une prise de décisions efficaces en périphérie, réduisant ainsi la nécessité de transmettre les données vers le cloud, pour des actions en temps réel basées sur les données de capteurs locaux. La structure ICI et les capacités mist computing de la solution RIIM en font une solution puissante et flexible pour les systèmes d'irrigation intelligente, offrant des performances fiables et rentables.

Figure 4 : Structure ICI de Radiocrafts. (Source de l'image : Radiocrafts)

L'un des avantages clés de la solution RIIM est qu'elle prend en charge la communication symétrique bidirectionnelle, ce qui est crucial pour la commande de vannes dans les systèmes d'irrigation intelligente. Contrairement à de nombreuses autres solutions de connectivité IoT qui se concentrent sur la communication unidirectionnelle des données de capteurs, la solution RIIM a été conçue pour gérer à la fois la communication en liaison montante et en liaison descendante. Cela signifie que la solution RIIM peut non seulement recueillir des mesures de capteurs, mais aussi commander efficacement des dispositifs comme des vannes, ce qui nécessite une communication en liaison descendante. La solution RIIM est ainsi entièrement symétrique, ce qui permet une communication fluide dans les deux sens.

Cet aspect est particulièrement important pour les systèmes d'irrigation intelligente, où la commande de vannes joue un rôle primordial dans la gestion du débit d'eau et l'optimisation des plannings d'irrigation. De nombreuses technologies LPWAN (réseau étendu basse consommation) populaires ont des difficultés avec la communication évolutive en liaison descendante, mais la solution RIIM est spécialement conçue pour gérer efficacement cette exigence. Par conséquent, les autres solutions LPWAN peuvent mettre environ une minute ou plus pour ouvrir et fermer une vanne, tandis que la solution RIIM peut le faire en seulement quelques secondes. Avec RIIM, vous pouvez gérer en toute confiance à la fois la collecte de données de capteurs et le contrôle de dispositifs, ce qui en fait une solution complète et fiable pour les applications d'irrigation intelligente.

Figure 5 : Commande de vannes. (Source de l'image : Radiocrafts)

De plus, une approche à communication entièrement symétrique permet des mises à jour sans fil (OTA) dans RIIM. Cela signifie que vous pouvez mettre à jour le micrologiciel ICI défini par l'utilisateur même lorsque le réseau est déployé et entièrement opérationnel, permettant ainsi l'intégration en toute transparence de nouveaux capteurs ou contrôleurs, selon les besoins. Cette possibilité est particulièrement précieuse dans les systèmes d'irrigation intelligente, où de nombreux emplacements peuvent être difficiles d'accès et fonctionner pendant de longues périodes. Les mises à jour sans fil du micrologiciel garantissent que votre système reste à jour sans en perturber le fonctionnement, offrant ainsi un moyen pratique et efficace d'ajouter de nouvelles fonctionnalités ou d'améliorer les performances.

La solution RIIM est également réputée pour sa fiabilité exceptionnelle, grâce à sa prise en charge de TSCH (Time Synchronized Channel Hopping). Le TSCH est une technique de maillage réseau conçue pour réduire les collisions de paquets et renforcer la fiabilité globale du réseau. En effet, les réseaux basés sur TSCH ont démontré des niveaux de fiabilité atteignant 99,99 %, ce qui fait de RIIM une solution robuste et fiable pour les applications d'irrigation intelligente.

Par ailleurs, la solution RIIM met l'accent sur la sécurité. Elle inclut une fonctionnalité de chiffrement par clé pré-partagée et prend en charge la sécurité de bout en bout DTLS, ce qui garantit la protection de votre système d'irrigation intelligente contre les éventuels pirates informatiques. Avec RIIM, vous avez la certitude que les données de votre système sont sécurisées et que vos processus d'irrigation sont protégés, pour une tranquillité d'esprit et une confiance quant à l'intégrité de votre système d'irrigation intelligente.

Figure 6 : Capteur de vent. (Source de l'image : Radiocrafts)

La solution RIIM est spécialement conçue pour un fonctionnement basse consommation, ce qui en fait une solution idéale pour les projets à long terme qui reposent sur des batteries. Par exemple, RIIM prend en charge une autonomie batterie de 7 ans avec seulement 2 piles AA. Comment est-ce possible ? En intégrant diverses fonctionnalités qui fonctionnent ensemble pour réduire la consommation énergétique, notamment :

• Composants électroniques basse consommation : RIIM utilise des composants électroniques écoénergétiques, veillant ainsi à ce que la consommation soit réduite dès le départ.
• Mode « veille » pour les nœuds terminaux du réseau : RIIM permet aux nœuds terminaux du réseau de passer en mode « veille » basse consommation afin de réduire leur consommation de courant au strict minimum (seulement 4,7 μA), ce qui contribue à étendre l'autonomie des batteries.
• Puissance de sortie configurable : la puissance de sortie du module peut être ajustée, empêchant ainsi toute consommation énergétique inutile lors des opérations de transmission et veillant à ce que seule la puissance requise soit utilisée.
• TSCH : RIIM utilise le TSCH, qui permet aux routeurs maillés de passer en mode veille lorsqu'aucun intervalle de temps n'est prévu pour les paquets de données RF entrants ou sortants, ce qui préserve davantage l'énergie.
• Traitement des données avec ICI : RIIM prend en charge le traitement des données par le biais du micrologiciel ICI défini par l'utilisateur, ce qui peut réduire considérablement la consommation énergétique. Cela permet d'exploiter le cloud computing, où seules les données pertinentes (comme les alarmes déclenchées par des dépassements de seuils) sont envoyées vers le cloud, réduisant ainsi les transferts inutiles de données pour conserver l'énergie.

Cette autonomie batterie impressionnante fait de RIIM un excellent choix pour les projets exigeant un fonctionnement basse consommation à long terme sans remplacement fréquent des batteries.

Que faut-il retenir ?

Tandis que la population mondiale continue d'augmenter à une vitesse sans précédent, nos ressources limitées, en particulier nos sources d'eau naturelles, se font de plus en plus rares. Cette réalité pressante souligne le besoin urgent d'utiliser nos ressources limitées le plus efficacement possible. L'Internet des objets (IoT), malgré le fait qu'il s'agisse d'un concept relativement nouveau, a fait des progrès remarquables pour atteindre cet objectif. L'irrigation intelligente est un domaine dans lequel l'industrie de l'IoT a grandement contribué à optimiser l'efficacité tout en étant écologique. La création d'un système d'irrigation intelligente efficace nécessite de répondre à diverses exigences, comme les modules RF longue portée, la couverture étendue, la communication bidirectionnelle et la basse consommation énergétique, entre autres. La solution Radiocrafts Industrial IP Mesh excelle dans la satisfaction de ces exigences et de bien d'autres, ce qui en fait une solution idéale pour l'irrigation intelligente. En tirant parti de la puissance de l'IoT, nous pouvons faire des progrès significatifs vers l'utilisation et la conservation durables de l'eau, et ainsi contribuer à un avenir plus écologique et plus efficace.