Des chercheurs de l'Université d'État de Caroline du Nord ont développé un système sans fil qui utilise des émetteurs et des récepteurs radio pour estimer l'humidité du sol dans les champs agricoles à plusieurs profondeurs en temps réel, améliorant les technologies existantes qui peuvent être utilisées pour informer les pratiques d'irrigation qui améliorent le rendement des cultures et réduisent consommation d'eau.

"L'estimation de l'humidité du sol est importante car elle peut être utilisée par les producteurs pour irriguer leurs champs plus efficacement - irriguer uniquement les champs quand et où l'eau est nécessaire", déclare Usman Mahmood Khan, premier auteur d'un article sur le travail et titulaire d'un doctorat. . étudiant à NC State. « Cela préserve à la fois les ressources en eau et soutient des éléments tels que les technologies agricoles intelligentes, telles que les systèmes d'irrigation automatisés. De plus, la conservation des ressources en eau peut également contribuer à réduire les émissions de carbone, car moins d'énergie est utilisée pour pomper l'eau à travers le système d'irrigation.

La nouvelle technologie, appelée Contactless Moisture Estimation (CoMEt), ne nécessite aucun capteur enterré. Au lieu de cela, CoMEt évalue l'humidité du sol en utilisant quelque chose appelé "phase", qui est une caractéristique des ondes radio qui est affectée à la fois par la longueur d'onde des ondes radio et la distance entre l'émetteur de l'onde radio et le récepteur de l'onde.

Les signaux sans fil sont des ondes radio, et le support par lequel ces signaux voyagent affecte la longueur d'onde de ces ondes radio. Lorsque le signal traverse un milieu comme l'air, il aura une longueur d'onde spécifique. Mais lorsque le signal traverse un milieu différent, comme le sol, sa longueur d'onde change.

"Nous savons que ces déphasages sont également influencés par la quantité d'eau dans le sol. Si nous savons jusqu'où le signal a parcouru, et nous mesurons comment la longueur d'onde d'un signal sans fil a changé, nous pouvons déterminer le déphasage du signal, " dit Khan. "Ceci, à son tour, nous permet d'estimer la quantité d'eau dans le sol."

CoMEt s'appuie sur un dispositif sans fil hors sol qui transmet des ondes radio dans le sol. Une partie des ondes radio traverse le sol avant d'être réfléchie dans l'air, où l'appareil sans fil peut recevoir le signal et mesurer le déphasage. Le système permet aux utilisateurs d'évaluer l'humidité du sol à plusieurs profondeurs en augmentant la puissance du signal transmis - plus le signal est puissant, plus l'évaluation est approfondie.

"Ce processus nous permet d'évaluer l'humidité du sol à plusieurs profondeurs à l'aide d'un seul signal, sans utiliser de capteurs dans le sol ou en contact avec la surface du sol", explique Muhammad Shahzad, co-auteur de l'article et professeur agrégé d'informatique. à NC State. "Par exemple, nous avons démontré lors de tests expérimentaux que si nous utilisons un signal suffisamment puissant pour pénétrer à 38 centimètres dans le sol, nous sommes en mesure d'évaluer comment la phase du signal a changé au niveau de la surface du sol, à 38 centimètres sous la surface, et à un niveau intermédiaire entre les deux."

Cela est possible car le dispositif CoMEt contient plusieurs antennes, ce qui lui permet de capturer une quantité importante de données à partir des ondes radio qui "rebondissent" hors du sol. Les mesures collectées par la suite d'antennes de l'appareil sont ensuite connectées à un algorithme qui peut déterminer à la fois les changements de longueur d'onde du signal et la profondeur à laquelle le signal a pénétré dans le sol. Cela permet au dispositif CoMEt d'évaluer avec précision le changement de phase du signal, ce qui donne aux utilisateurs une estimation de l'humidité du sol pour les profondeurs pertinentes.

"Il est important d'estimer l'humidité du sol à plusieurs profondeurs, car les agriculteurs doivent souvent maintenir certains niveaux d'humidité à différentes profondeurs en fonction de la culture et de leur position dans le cycle de culture", explique Khan.

"Nous pensons que CoMEt pourrait être utilisé de plusieurs façons", déclare Shahzad. "Les producteurs peuvent déplacer manuellement l'appareil CoMEt pour mesurer l'humidité du sol à divers points du champ ; ils peuvent utiliser CoMEt en conjonction avec un drone à commande manuelle pour évaluer l'humidité du sol ; ou ils peuvent utiliser CoMEt avec un drone automatisé qui survole un schéma défini. le champ."

Les technologies actuellement utilisées par les producteurs pour mesurer l'humidité du sol reposent sur des capteurs enterrés. Cependant, cette approche oblige les agriculteurs à placer plusieurs capteurs autour du champ afin de capturer les niveaux d'humidité, car les niveaux d'humidité varient en raison des différences de drainage, de la proximité des lignes d'irrigation, etc. Pour les grands champs, les producteurs ont besoin de beaucoup de capteurs, et cela coûte cher.

"Nous pensons qu'il serait possible de fabriquer des appareils CoMEt pour à peu près le même montant qu'un capteur précis dans le sol", déclare Khan. "But where a grower would only need one CoMEt device, they would have to buy quite a few in-ground sensors to collect the same amount of information on soil moisture. In short, we think CoMEt would be significantly more cost effective.

"What's more, installation and maintenance of in-ground sensors is time-consuming and inconvenient. And CoMEt requires neither."

"At this point, we're looking for industry partners to explore how we can get this technology into the hands of growers who will be able to make use of it," Shahzad says.

The paper, "Estimating Soil Moisture using RF Signals," will be presented at the 28th Annual International Conference On Mobile Computing And Networking (ACM MobiCom), being held Oct. 17–21 in Sydney, Australia. + Explorer plus loin

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