État de l'art

I. Introduction

Objectif du projet

Ce projet propose la mise au point et la définition d'un kit grand public et bon marché pour le monitoring en micro-agriculture, que ce soit les bacs urbains d'Incroyables Comestibles, l'agriculture sur balcon ou terrasse ou la culture d'intérieur, essentiellement en milieu urbain. Ce projet se situe à la croisée des chemins des enjeux de nutrition saine, d'indépendance alimentaire et de raccourcissement des chaînes d'approvisionnement, tant sur un plan individuel que sur un plan collectif.

Description du projet

La serre miniature connectée TSErre sera conçue pour faciliter la culture hydroponique en milieu urbain.
Elle offrira certains aspects tels que :

un environnement contrôlé pour la croissance des plantes.
un système modulaire permettant différentes configurations en fonction des besoins de l'utilisateur.
une automatisation et optimisation de la croissance des plantes.

II. Analyse des technologies existantes

Structures de serres

Matériaux

Aluminium
Bois
Plastique

Avantages et inconvénients

Aluminium: Léger, modulable, durable mais plus cher
Bois: Écologique, esthétique, mais moins résistant aux intempéries
Plastique: Bon marché, léger, mais moins durable et moins écologique

Systèmes de gestion automatique

Cartes électroniques

Arduino
Raspberry PI
Carte propriétaire

Avantages et inconvénients

Arduino: Simple à utiliser, large choix de capteurs disponible et abordables
Raspberry PI: Plus puissant, mais moins abordable
Carte propriétaire: L'utilisation de ce type de carte va à l'encontre même de l'objectif de notre projet

Systèmes logistique de la serre

Types de systèmes

Hydroponique
Aéroponique
Aquaponique

Avantages et inconvénients

Hydroponique: Economise l'eau, facile à mettre en place
Aéroponique: Offre une meilleure croissance des plantes mais plus complexe
Aquaponique : Offre un écosystème encore plus riche mais extrêmement plus complexe

Exemples concrets

Autopot complet

Avantages: remplit correctement certaines fonctions demandés (sans électricité !), modulable
Inconvénients: Système très onéreux, peu pratique, ne remplit pas le rôle de serre, trop grand pour le cas d'utilisation demandé, pas d'automatisation

iDOO Jardin Intérieur

Avantages: remplit correctement beaucoup de fonctionnalités demandés, design, dispose d'une application, prix convenable
Inconvénients: Pas modulable, pas d'open source, utilisation de plastique, exclusivement pour l'intérieur, ne remplit pas le rôle de serre

III. Les défis à surmonter et nos solutions

Comme vu précédemment avec les exemples précédents, les solutions proposées ne sont pas satisfaisantes pour répondre à notre problématique. En effet, les différents défis qui constituent notre problématique sont nombreux :

Les défis

Les matériaux et les composants peuvent être onéreux.
Rendre la serre la plus modulable possible.
Proposer une solution très facilement réparable.
Proposer une solution durable et scalable dans le temps.
Assurer une rétrocompatibilité entre le code et les différents composants.
Minimiser au maximum l'empreinte carbone de notre solution. (Consommation d'eau / d'électricité, production des matériaux...)
Assurer une réelle utilité à cette serre (i.e. production de culture non-négligeable) afin d'assurer un premier pas vers l'indépendance alimentaire.

Nos solutions

En privilégiant des matériaux peu chers voir même des matériaux de récupération. (les profilés sont plutôt bons marché et une couverture en plastique / plexiglas est convenable)
Pour ce qui est des composants, privilégier l'occasion voir même réparer des composants.
Le choix de l'utilisation des profilés permet d'avoir une grande modularité du projet.
Les matériaux / composants sont facilement trouvables et le fait de devoir assembler la serre nous-même permet d'assurer une grande réparabilité du projet.
Le choix de profilés en aluminium et de plexiglas / plastique pour la couverture permet d'assurer une grande durabilité.
On peut de même envisager que cette serre miniature soit vu avec de plus grandes échelles !
Ce défi est de taille, c'est pourquoi il est essentiel de directement intégrer cet aspect lors du développement du logiciel.
En choisissant des matériaux recyclables, réutilisés et des composants d'occasion (par exemple) il sera possible de minimiser l'empreinte carbone de notre serre.
Ce défi est le plus important de tous, il faut avant tout que cette serre ne soit pas un simple gadget, mais bien un moyen d'assurer une certaine indépendance alimentaire !
Pour ce défi, la solution n'est pas encore établie et doit être très clairement étudiée.

Besoins en matériel

Structure de la serre

Profilés aluminium pour le cadre

20x20mm de longueur variable (à voir selon les modèles: 50cm, 1m...)
Raccords de fixation compatible avec les profilés (cubique pour les angles, en ligne pour un agrandissement du cadre)
Profilés d'encadrement pour insérer les cadres en plexiglas

Avantages:
- Prix assez bas (voir 1)
- Possibilité de faire évoluer la structure avec d'autres profilés plutôt que devoir acheter un autre modèle
- Disponibles dans plusieurs magasins donc pas de dépendance directe a un fournisseur
Incovenients:
- L'Aluminium reste un composant qui pollue lors de sa fabrication, on privilégie alors la praticité du matériau au côté écologique pour le moment.
- L'Aluminium n'est pas l'option la moins chère , nous misons sur la durabilité du matériau pour donner un minimum de qualité aux acheteurs.

Profilé Utilisé
Raccords d'assemblages dans les coins
Connecteurs pour agrandir la serre

Vitres en plexiglas ou en plastique (recyclé ?)

Dimensions variables selon le montage souhaité mais toutes disponibles (voir 2)
Assez cher si en plexiglas

Gestion automatique de la serre

Carte(s) Arduino

Capteurs

Thermomètre [9]
Hygromètre [10]
Luminosité [11]
Module wifi

Système logistique de la serre

Lampe(s) LED et Lampe(s) Chauffante(s)

Système d'apport en nutriments pour la culture hydroponique

Petit tuyau en plastique (recyclé ?)
Pompe
Système d'irrigation goutte-à-goutte
Réservoir facilement accessible pour le remplissage de l'eau et des nutriments

Autres matériels divers

Pot en terre ou plastique recyclé
Terreau
Graines
Attache pour pots

Mise En place du projet

Modélisation de la Serre

Afin d'avoir une idée de l'allure de notre serre, nous l'avons modélisée sur blender pour s'imaginer comment fonctionnera notre projet, les pots seront posés sur un socle directement relié a l'armature de la serre et ils seront sur-élevés ce qui permettra de poser la carte arduino et les différents moteurs en dessous.

Paramétrage du matériel

Nous avons eu accès a une carte Arduino Uno, trois capteurs (hygrométrique, de lumininosité et de température) ainsi qu'un module wifi. Pour verifier leur fonctionnement, nous avons utilisé les codes suivants fournis dans leur datasheet respective ([9][10][11]):

Code pour le capteur de température
Code pour le capteur de luminosité
Code pour le capteur d'humidité

Associé à cela, nous avons associé à ces programmes un serveur web hébergé lui-même sur la carte Arduino Uno. Ce serveur web répond à des requêtes html avec les différentes informations récupérées par la carte pour qu'elles soient à disposition de l'utilisateur sous la forme d'un tableau. Cela met en évidence certaines limitations techniques de la carte Arduino notamment le manque cruel de ram (2ko) ce qui ne permet pas de faire des pages html développées.