Version du 19 septembre 2019 à 12:31

Présentation générale

Parmi les sujets disponibles, j'ai choisi de reprendre le projet Hydroponie réalisé lors de la période 2015/2016. Le but est de reprendre ce projet, d'expliciter les raisons de son échec et de mener le projet à son terme. Le projet consiste à réaliser une petite ferme hydroponique gérée aussi automatiquement qu'il est possible afin de faire pousser quelques plantes en intérieur (type fraises, plantes aromatiques, etc.). Pour cela, nous analyserons tout d'abord les raisons de l'échec du projet précédent afin d'éviter de tomber dans les mêmes travers et d'accomplir le projet jusqu'à son terme.

Description

Qu'est-ce que l'hydroponie ?

L'hydroponie est une technique de pousse hors-sol. La plante n'est pas au contact de terre, de terreau ou de substrats organiquement actifs. La plante pousse dans un milieu biologique inerte tels que la laine de verre, les fibres de coco ou encore la perlite. L'apport nutritif de la plante est alors assuré par un système d'arrosage d'une solution nutritive. Plusieurs techniques existent et proposent des rendements similaires pour des couples avantages/contraintes assez différents.

Une telle façon de cultiver présente plusieurs avantages : l'affranchissement du sol permet de garder un contrôle sur l'alimentation des plantes et sur leur pousse, ainsi que d'éviter les maladies, cela permet également un meilleur rendement surface/plante en apportant à la plante une "alimentation de luxe", c'est-à-dire riche en ressources, mais également d'éviter à devoir travailler la terre, opération souvent longue et pénible.

Malgré cela, quelques inconvénients sont à préciser : la technicité pour obtenir de bons rendements est élevée, ces systèmes de culture possède une faible inertie : au moins problème pris en charge trop vite, la plante meurt et également cette technique est plutôt polluante du fait de la solution nutritive et de son recyclage.

Néanmoins, cela reste une solution très utilisée car elle permet une meilleure gestion des carences de la plante et des apports, une meilleure aération des racines et par conséquent une meilleure absorption des nutriments, une économie en eau et en engrais, le sol n'absorbant plus en excès ces derniers et finalement il est plus aisé de contrôler la présence de maladie et de nuisibles.

Il existe plusieurs techniques de cultures hydroponiques telles que la Nutrient Film Technic (NFT) ou la culture sur substrat.
La NFT consiste à faire circuler un léger film de solution nutritive aux racines des plantes en permanence afin qu'elles puissent absorber ce dont elles ont besoin. Cette technique permet de réutiliser la solution nutritive une fois celle-ci écoulée des racines mais présente plusieurs inconvénients, comme une asphyxie possible des racines si la solution s'y concentre, ou encore des problèmes d'infections si jamais la solution se retrouve contaminée. La culture sur substrat consiste à utiliser un substrat organiquement inactif et d'y faire pousser la plante. L'apport en eau et nutriments est assuré à l'aide d'un goutteur placé dans le substrat près du plant, c'est de loin la solution ayant la plus grande inertie mais pas la plus économe, les solutions nutritives étant difficile à récupérer.

Il existe également une technique appelée l'aéroponie, dérivée de la NFT où cette fois les plants sont surélevés et seules l'extrémité des racines baigne dans la solution nutritive. Le problème de cette technique est l'inertie encore plus faible de ce système en cas de pépin.

Pour réaliser ce projet, il serait intéressant de s'appuyer sur l'aéroponie du fait de l'atmosphère fermé que notre ferme possédera.

Objectifs

Afin d'éviter d'obtenir quelque chose qui serait similaire à la précédente tentative, j'ai formulé quelques objectifs dont la priorité est décroissante et pourrait correspondre à différentes étapes du projet.

Quelques recherches préliminaires sur le sujet sont de rigueur afin d'identifier rapidement le cahier des charges qu'il serait possible de rédiger. nous pouvons de ce fait nous intéresser aux différentes techniques et technologies hydroponiques disponibles (concernant l'eau, les engrais, le matériel, la façon de procéder, etc.). Bien entendu la seconde étape serait de rédiger ce cahier des charges et de choisir une technique hydroponique.

Par la suite il serait nécessaire de commander le matériel rapidement afin de pouvoir créer un espace de culture en conséquence. Pour finir, une fois le système monté et "fonctionnel", il faudra réaliser les différentes fonctions de gestion de la ferme hydroponique : gestion de l'eau, de l'engrais, de la solution nutritive, de la lumière et de la température. Je pense que le plus judicieux serait bien évidemment de d'abord récupérer les informations importantes pour par la suite développer les commandes nécessaires au bon fonctionnement de la ferme.
Si le temps le permet, pourquoi pas continuer l'idée principale du précédent projet et essayer de rendre ce système aussi autonome et automatique qu'il est possible de le faire.

Analyse du projet

Analyse de l'ancien projet

Le système réalisé précédemment ne répond pas au sujet du projet : il ne s'agit pas d'une ferme hydroponique mais tout au plus d'une chambre de culture. Le système possède en effet le minimum nécessaire pour réaliser cette fonction : quelques leds, un capteur de température et d'humidité et deux ventilateurs. Aucune recherche apparente n'a été faite sur les plantes et leurs besoins. Bien que le système soit dit autonome, trop peu d'éléments sont présents pour véritablement avoir une influence sur la plante de manière positive.

Bien que les idées pour en faire un système autonome en énergie soient intéressantes, le but principal du projet qui est la culture hydroponique n'est que très peu abordée.
Le système donne l'impression d'obtenir une caisse sans réellement aucun système pour permettre de faire pousser un plant de fraise. Finalement, l'approche très électrique/électronique ne permet de répondre correctement à la demande de ce projet et il s'en suit une réalisation un peu douteuse.

Compte-rendu de la première réunion encadrant

Ce jeudi 19 septembre, nous avons discuté avec M. Alexandre Boé des différents points à aborder afin que ce projet soit un succès.

Nous avons défini qu'il conviendrait de séparer le projets en plusieurs blocs fonctionnels différents. D'après mes recherches sur l'hydroponie, il conviendrait de réaliser un système régulé contenant les éléments suivants :

• Un élément chauffant pour réguler la température de l'environnement,
• Un système d'éclairage à LED, reposant sur les raies d'absorption permettant la photosynthèse de la plante,
• Un système permettant de préparer et de stocker la solution nutritive
• Un système permettant d'afficher les informations et de passer des commandes au système,

• Un système d'alimentation en solution nutritive,
• Un système sur lequel la plante puisse se reposer.

En ce qui concerne les derniers, il s'agira sûrement d'un des derniers points qui seront abordés, il faut avant tout que les autres éléments du système de régulation fonctionne.

Il convient maintenant de réfléchir plus en détails à la réalisation pratique de chacun de ces éléments. Ils seront pour la majorité d'abord réaliser sous forme de petits blocs fonctionnels avant d'être agrandi. Par exemple, je me concentrerai d'abord sur l'utilisation d'un petit ensemble de LEDs avant de passer sur une matrice plus grande. Idem quant à la régulation thermique et le mélangeur.

Il a été également abordé la réalisation future du projet. Pour cela nous avons convenu ensemble qu'il est nécessaire de réaliser tout d'abord un cahier des charges et un planning de projet.

Les différentes fonctions du projet seront donc détaillées par la suite. La liste de matériels essentiels sera par la suite mentionnée et finalement je réaliserai un planning prévoyant le temps nécessaire pour chacun des blocs fonctionnels du projet.

Positionnement par rapport à l'existant

Analyse du premier concurrent

Analyse du second concurrent

Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé

Réponse à la question difficile

Préparation du projet

Maintenant que le projet est analysé, il est temps d'écrire un cahier des charges et de voir tous les éléments nécessaires à la réalisation.

Cahier des charges

J'ai choisi de décomposer la ferme hydroponique en 7 blocs différents :

1. l'éclairage LED,
2. le chauffage,
3. la ventilation,
4. la pompe permettant d'amener la solution aux plantes et le bac de solution nutritive,
5. les réservoirs d'eau et d'engrais,
6. le mélangeur permettant d'obtenir une solution nutritive correctement diluée,
7. et pour finir le système permettant de faire pousser les plantes, les alimenter, et récupérer la solution nutritive.

Voyons maintenant ensemble ce que chaque bloc doit être capable de réaliser.

Eclairage LED

Une plante a besoin de deux types de rayonnements pour que la photosynthèse s'exécute : des rayons bleus et des rayons rouges (c'est d'ailleurs parce qu'elle les absorbe qu'une plante est verte).

Pour cela, on se propose d'utiliser une matrice de LED composée tout d'abord d'une vingtaine de lampes pour voir en pratique comment cela fonctionne. Plutôt que d'utiliser des LEDs RGB, il est préférable d'utiliser directement une led qui possède la longueur d'absorption adéquate.

D'après [ce site http://www.edu.upmc.fr/uel/biologie/module1/simuler/chapitre2/photosynt/3spectre-det.htm], les deux types de chlorophilles et la carotène absorbe autour de 440nm pour le bleu et 660nm pour le rouge

Choix techniques : matériel et logiciel

Liste des tâches à effectuer

Calendrier prévisionnel

Réalisation du Projet

Feuille d'heures

Prologue

Semaine 1

Semaine 2

Documents Rendus