Systèmes d'irrigation à pivot central à Paulman Farms. La taille des champs irrigués circulaires typiques peut être vue en la comparant avec les bâtiments agricoles. Crédit :Google Earth
La conservation de l'eau est une préoccupation croissante à l'échelle mondiale, et en particulier pour les agriculteurs aux USA, où des décennies d'irrigation d'immenses champs ont épuisé les ressources vitales d'eau douce de surface et d'eau souterraine. Une spin-off de l'ESA qui peut contribuer à préserver l'approvisionnement en eau tout en garantissant l'irrigation des cultures est actuellement en phase finale de test.
Le plan ambitieux de l'ancien employé de l'ESA Javier Marti est de lutter contre la surutilisation de l'irrigation, basé sur un concept développé au centre technologique de l'agence aux Pays-Bas :utiliser des signaux de navigation par satellite réfléchis pour détecter à distance la surface de la Terre.
Économiser l'eau et augmenter les rendements des cultures
Situé sous huit États du centre des États-Unis, le vaste aquifère d'Ogallala fournit près d'un tiers des eaux souterraines pour l'irrigation des cultures dans le pays - mais une grande partie de l'aquifère, en particulier dans les États du Nouveau-Mexique, Texas et Oklahoma, pourrait se tarir d'ici une génération ou deux si aucune mesure n'est prise.
Les deux tiers de l'eau de l'aquifère se trouvent sous le Nebraska, faire de l'État un lieu privilégié pour tester l'approche développée par la société de Javier, Divirod.
Au cours des prochains mois, plusieurs fermes vont réguler et optimiser leur irrigation en utilisant la nouvelle technique pour réduire la consommation d'eau.
"Notre système compare les signaux de navigation satellite réfléchis et directs pour révéler la teneur en humidité du sol et des cultures, " a expliqué Javier, PDG de Divirod.
L'aquifère d'Ogallala s'étend sur huit états des États-Unis et est une source d'eau majeure pour l'agriculture et l'habitation. Crédit :Département américain de l'Agriculture
« Nous prévoyons que notre système pourrait permettre aux agriculteurs d'économiser environ 30 % sur les coûts d'exploitation en termes d'eau et d'énergie. Les rendements des cultures dépendent de nombreux facteurs, mais nous estimons que nous pourrions également améliorer les rendements de 10 à 12 %."
Utilisation des signaux satnav pour la télédétection
Javier a travaillé avec l'ingénieur de l'ESA Manuel Martin-Neira sur le satellite SMOS de l'Agence pour l'humidité du sol et la salinité des océans. Ici, il a eu l'idée d'utiliser des signaux satnav réfléchis à partir d'un projet proposé par Manuel pour la télédétection. Manuel a proposé d'utiliser les signaux micro-ondes pour mesurer des caractéristiques terrestres telles que la topographie des océans.
"Les satellites équipés d'altimètres utilisant un radar ne peuvent mesurer que le long de la ligne de vol, alors que je me suis rendu compte que l'utilisation de signaux satnav réfléchis nous permettrait de prendre des mesures à partir de plusieurs points différents, " expliqua Manuel.
Spin-off de l'espace
"Les travaux de Javier et Manuel ont abouti à trois brevets de l'ESA pour l'utilisation de signaux satnav réfléchis, une percée désormais disponible pour développer de nouvelles applications terrestres, ", a déclaré Mercedes Sánchez Álvarez, responsable du programme de transfert de technologie de l'ESA.
« C'est formidable de voir que Javier a adopté la même approche de signal et l'a utilisée d'une autre manière pour développer un système pratique de mesures au sol de la teneur en humidité du sol en surface, niveaux d'eau dans les réservoirs, manteau neigeux et zones humides, entre autres applications."
Irrigation à pivot central à la ferme Sipes à Longmont, Colorado. Crédit :Divirod
Manuel a ajouté, "Bien que les principes de mesure de l'humidité du sol par SMOS soient différents de l'approche Divirod, les deux techniques fournissent essentiellement la même chose.
"Mais ce qui est bien ici, c'est que la navigation par satellite elle-même fait l'objet de nombreux développements, Donc, baser un système de mesure de l'humidité du sol dessus devrait permettre des résultats rentables."
Javier a expliqué que la clé est la façon dont les signaux satnav sont traités. "L'utilisation de satnav pour la télédétection n'est pas unique, mais nous avons développé un logiciel qui nous permet de mesurer les variations sur un champ immense jusqu'à une résolution d'environ 5x5 m ou moins, en utilisant un seul capteur sur un poteau au centre du champ.
"Pour certaines applications, nous pourrions réduire cette résolution à moins d'un mètre carré à l'avenir."
Cette couverture détaillée peut être intégrée aux systèmes d'irrigation afin que l'eau soit distribuée précisément dans différentes zones de chaque champ, selon les besoins.
Des capteurs peuvent également être intégrés aux systèmes d'irrigation à pivot central industriel qui sont largement utilisés aux États-Unis et combinés à l'apprentissage automatique pour créer un système autonome, schéma en boucle fermée.
Terres agricoles du Nebraska :tous les cercles sont des champs irrigués à pivot central, tandis que les carrés sont irrigués selon un système différent. Les systèmes de signaux satnav de Divirod fonctionneront avec l'un ou l'autre pour optimiser l'utilisation de l'eau. Crédit :Google Earth
Mieux cultiver au Nebraska
« Je suis vraiment enthousiasmé par la perspective d'utiliser la technologie Divirod pour affiner la façon dont nous utilisons l'eau sur notre ferme, " a déclaré Roric Paulman, propriétaire de Paulman Farms au Nebraska, l'un des premiers sites d'essai.
"Nous sommes actuellement situés dans une zone de gestion des restrictions d'eau. La législation du Nebraska reconnaît que les besoins futurs en eau de surface et en eau souterraine sont importants pour la durabilité de l'aquifère."
Les méthodes alternatives d'évaluation de l'humidité du sol sont les sondes physiques et les images satellites. Cependant, une sonde ne mesure que la valeur en un point, et extrapoler à partir de cela peut être compliqué par les différents types de sols, des pentes et une élévation du sol variable, même sur un seul champ.
"Les problèmes avec l'imagerie satellite ne sont pas seulement la résolution et le coût, mais aussi le temps qu'il faut pour rassembler les données et les traduire dans un cadre pour l'outil d'irrigation. Cela peut prendre des jours, mais dans une ferme on travaille en temps réel, " ajouta Roric.
Vers une utilisation efficace de l'eau
Divirod effectue des tests de capteurs à la Lincoln Experiment Station de l'Université du Nebraska pour confirmer les mesures des capteurs. Ce sera également l'une des technologies étudiées par le projet d'agriculture coordonnée sur l'eau d'Ogallala, qui peut impliquer des milliers de capteurs.
Bien que l'agriculture soit une priorité pour Divirod, l'entreprise explore déjà d'autres applications. A partir de mai, des capteurs seront testés sur deux sites à Boulder, Colorado, pour leur potentiel de modération de l'utilisation de l'eau dans les paysages municipaux. Le Moyen-Orient a également suscité l'intérêt. Un brevet provisoire a été déposé et d'autres pourraient suivre.
