Truites aquaponiques

La vie en boucles

Alerte automatique par SMS en aquaponie

16/03/2020

Après deux mois d’utilisation, tout fonctionne parfaitement, hormis quelques faux positifs sur les sondes de vibration. Le programme a donc été modifié pour réaliser dix mesures au lieu d’une seule sur chaque sonde de vibration, ce qui supprime les alertes aléatoires erronées.

La mortalité accidentelle de tout un lot de truites est le cauchemar des aquaponistes. Pour prévenir les accidents majeurs, il faut surveiller en permanence la circulation, l’aération et la température de l’eau. Pour ce faire, la réception d’une alerte par SMS sur son smartphone ou téléphone portable permet d’intervenir à temps. Mais les équipements clés en main qui répondent à ce besoin sont onéreux et peu évolutifs. Voici donc un montage à faire soi même pour environ 95 euros. Tout est détaillé pour pouvoir le modifier à volonté selon les situations rencontrées… ou les imperfections à corriger! (Soyez indulgent sur le code et sur le montage car c’est mon premier prototype).

Exemple de messages d'alertes reçus par SMS sur un téléphone portable
Exemple de messages d’alertes reçus par SMS sur un téléphone portable

Postulat de départ

La construction du boitier d’alerte respecte plusieurs principes constitutifs du projet « truites aquaponiques »:
Frugal. Fabriquer au moins cher, avec des technologies anciennes (lowtech)
Simple. Eviter l’usine à gaz en se concentrant sur l’objectif principal. Ainsi, les suivis de pH, oxygène, nitrates, nitrites, teneur en différents éléments minéraux ne seront pas pris en compte. Idem pour la collecte de données en continu.
Résilient. Un système rustique, peu sensibles aux aléas extérieurs, fiable.
Evolutif. Construction documentée pour permettre une adaptation à d’autres contextes ou à d’autres besoins.
Partagé. Le code est libre de droits. Il utilise des portions de codes disponibles en open source.

Analyse des options possibles pour recevoir une alerte

La première option repose sur le réseau internet. Le composant ESP32 communique par wifi avec une box internet et envoie un mail via l’application Pushover par exemple. Avantage : pas de coût de fonctionnement. Contrainte : disposer d’une box internet à proximité.
La seconde option repose sur le réseau téléphonique. Une carte arduino et un shield GPRS SIM900 permettent l’envoi de SMS sur un téléphone portable. Avantage : système passe partout. Inconvénient : un abonnement mensuel pour la carte SIM (1.5 € à 2 €/mois selon le fournisseur).
Nous retiendrons la seconde option pour son adéquation à tous les contextes.

Système d' alerte en aquaponie : analyse de deux options pour la conception du dispositif.
Deux options pour recevoir des alertes de dysfonctionnements aquaponiques

95 € de fournitures pour construire le système d’alerte

Pour notre projet, il faut acquérir:
– une carte Arduino UNO R3 : 10 €
– un shield GPRS SIM900 : 20 €
– un Mini Onduleur Back-UPS : 35 €
– Une sonde température étanche DS18B20 : 5€
– Une sonde de débit YFS201 : 5 €
– Deux sondes de détection des vibrations SW18010 : 5 €
– Une carte SIM : 5 €
– une résistance de 4.7 Khoms
– des menues fournitures (étain, fils, boitier étanche, vernis) : 10 €

Les branchements entre les éléments

 Schéma de branchement des différents modules du dispositif d'alerte par SMS
Schéma de branchement des différents modules du dispositif d’alerte par SMS

Une fois les zones de branchements protégées par du scotch, deux couches de « vernis » tropicalisent les cartes. Cela évite les dysfonctionnements, ou pire les courts-circuits, dus à la condensation sur les cartes.

Modifier la sonde de débit

Quant à la sonde de débit, après démontage et vernissage, le câble d’origine fait place à un câble de 2.5 m de longueur. La flasque de fermeture reprend sa place après application de joint dans l’ensemble du logement pour noyer la carte et l’arrivée du cable dans le silicone.

Cette sonde s’implante sur un tuyau d’arrivée d’eau du bassin à poisson avec un trou de diamètre 20 mm. La sonde ne mesure pas le débit total, mais un débit partiel, indicateur d’un fonctionnement normaL

Modifier la sonde de température

La sonde de température DS18B20 est vendue comme étant étanche. Sur les sondes que j’ai reçues, la membrane thermorétractable ne faisait pas totalement obstacle à l’eau. Les mesures étaient au départ erronées jusqu’à une mise hors d’usage de la sonde. C’est pourquoi il faut noyer la sonde et un bout du câble dans un mastic synthétique.

Modification des capteurs de vibrations

Les capteurs de vibrations, après tropicalisation à l’aide vernis et rajout d’un câble, sont insérés dans un tuyau de plastique rigide. Un bout est façonné à chaud pour pouvoir être vissé sur le corps de la pompe à air. Ce capteur informe le microcontrôleur Arduino du bon fonctionnement des pompes. Le code a du être adapté à un fonctionnement intermittent de 15 mn par demi-heure. Il pourra être simplifié en cas de fonctionnement continu des pompes.

Un boitier pour accueillir les cartes

Le tout est installé dans un boitier électrique étanche en perçant les trous nécessaires aux branchements, aux fenêtres pour les diodes de fonctionnement et l’accès au bouton poussoir pour la mise en route du shield.

Le programme d’alerte par SMS

Le programme est téléchargeable ici (fichier pdf – version 1.3).

Il faut remplacer les XXXXXXXXX par le numéro du téléphone portable qui recevra les SMS ou les appels téléphoniques (9 chiffres, sans le zéro de départ). Les seuils de température sont déclarés dans temperatureLimiteMax et temperatureLimiteMin. Ce sketch peut être copié-collé dans l’IDE-Arduino, puis compilé et téléversé dans la carte électronique Arduino UNO. Pour plus de détail sur le SIM900 et les commandes AT .

Ce programme surveille la température de l’eau, l’arrivée d’eau dans les bassins à truite et le fonctionnement des deux pompes à air. Un dysfonctionnement est signalé par SMS, puis au bout de trois alertes par appel téléphonique. La valeur des sondes est interrogeable à distance par SMS. Ce programme est facilement modifiable pour s’adapter à chaque configuration ou à d’autres besoins.

Installation du système d’alerte dans les bassins

La mise en place du dispositif dans l’installation « Truites aquaponiques » est simple. La sonde de débit s’implante sur le tuyau d’arrivée d’eau dans le bassin à truites. La sonde de température étanche plonge dans le bassin. Les sondes de détection de vibration se vissent sur les pompes à air. Le mini onduleur se branche sur le réseau électrique. La carte SIM900 s’allume en pressant le bouton adhoc pendant deux secondes. Le boitier et le mini onduleur se placent à l’abri du soleil direct pour éviter une surchauffe des cartes.

Boitier d'alerte alimenté par un mini onduleur, placé à l'abri dans la serre
Boitier d’alerte alimenté par un mini onduleur, placé à l’abri dans la serre

Le fonctionnement du dispositif d’alerte

Le système observe l’écoulement de l’eau en entrée de bassin. Cette arrivée d’eau dans le cas présent est continue, fluctuante en débit mais jamais nulle. Si l’écoulement de l’eau s’arrête suite à une coupure d’électricité, l’onduleur maintien les mesures pendant plusieurs heures. Si la pompe tombe en panne, le débit devient nul et le reste. Enfin si l’eau vient à manquer, l’arrêt d’écoulement est ponctuel et irrégulier. Dans ce dernier cas, on recevra des SMS d’alerte, non pas toutes les 7 minutes, mais avec un pas de temps plus élevé.

Le système observe également le fonctionnement des airlifts, ainsi que la température de l’eau. Les alertes envoyées informent donc sur un arrêt du flux d’eau, un arrêt de l’airlift 1 et/ou de l’airlift 2 et un dépassement des températures limites maximale et minimale. Le nombre de SMS d’alerte toutes les 7 minutes est limité à trois, puis complété par un appel téléphonique. Il est possible d’interroger à distance les sondes par SMS.

Après une intervention consécutive aux alertes, la carte Arduino Uno doit être débranchée puis rebranchée pour provoquer une remise à zéro des compteurs de SMS envoyés.

 Courbe des débits d'eau pour une pompe fonctionnant alternativement tous les 1/4 heure. Réaction du système d'alerte selon les contextes. Une mesure toutes les 7.5 mn jusqu' à l'envoi de 3 SMS.
Courbe des débits d’eau pour une pompe fonctionnant alternativement tous les 1/4 heure. Réaction du système d’alerte selon les contextes. Une mesure toutes les 7.5 minutes jusqu’à l’envoi de 3 SMS. Puis une mesure toutes les heures.

Un dispositif évolutif

La tentation est forte de faire évoluer le système de surveillance. Par exemple en rajoutant une sonde pH, puis des capteurs pour l’oxygène dissous, l’ammoniac, les nitrites, les nitrates, le fer, le potassium, la température de la serre, l’intensité lumineuse pour les plantes… et pourquoi pas enregistrer en continu ces données dans une base de données… puis les consulter à distance… et activer une vanne ou un moteur avec son téléphone portable, où que l’on se trouve. Tout cela est possible à partir du montage proposé. Mais est-ce utile? Certes au démarrage d’un système, il faut faire quelques mesures pour suivre l’évolution mais depuis plus d’un an je ne fais plus aucune mesure de pH (eau neuve à pH 8!), nitrates et compagnie, hormis le suivi de la température de l’eau en période très chaude ou très froide. Et tout va bien!
Seuls la température, l’écoulement de l’eau et le fonctionnement des pompes à air méritent vraiment une surveillance permanente. Et peut-être le pH selon le type d’eau neuve utilisée.

Bilan économique du dispositif d’alerte DIY

L’investissement total est d’environ 95 €. Et le coût de fonctionnement annuel est de 18 € avec une carte SIM Réglomobile. Or la mortalité d’un lot de 60 truites élevé pendant 1 an avec 60 kg de pellets équivaut à une perte de 150 € à 200 € en frais engagés. Ou bien encore à une perte de 500 € en équivalent produit fini. Un seul incident majeur évité sur 10 ans suffit à rentabiliser l’opération. C’est en quelque sorte une assurance.

Remerciements

Merci à Alexandre, Philippe et Valentin pour leurs précieux conseils, notamment pour la tropicalisation des cartes, l’analyse des options et les ressources biblio.

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6 Comments

  1. Thierry Gourdel

    30/12/2019 at 14:43

    Génial, merci.

  2. Un nouvel article très intéressant en effet et qui mérite de s’y attarder, merci Jean-Claude !
    Je suis d’accord avec toutes tes conclusions à un détail près : la sonde pH peut s’avérer très utile, surtout sur des systèmes plus importants en taille.
    Une question : est il possible de faire une commande par SMS pour recevoir l’état de lecture des paramètres des capteurs à un instant t ?
    Merci encore et au plaisir de suivre les évolutions de ton dispositif !

    • jcgoudeau

      03/01/2020 at 10:57

      Merci guillaume. Oui il est possible de programmer une interrogation de la sonde par SMS avec les commandes AT appropriées. Je ne l’ai pas exploré car la marche était suffisamment haute pour moi dans un premier temps. On peut même donner des ordres pour activer un relais pour ouvrir ou fermer une électrovanne par exemple. Pour l’instant je vais me concentrer sur des capteurs à vibration pour détecter le fonctionnement des airlifts (2 € le capteur !). Puis comprendre pourquoi la sonde de température est capricieuse avec des mesures de temps à autres fausses.

  3. Super, l’idée avec les détecteurs de vibrations. je suis aussi en train de voir pour faire une gestion avec un arduino sur mon système. Je garde précieusement cet article et le partage sur mon magazine flibboard ( https://flipboard.com/@rbonnin/aquaponie-l4tp54jcy )

  4. Lassartesses robert

    22/03/2020 at 09:07

    Bonjour,
    J’aime beaucoup votre approche de faire un système orienté développement durable, économie circulaire, autonomie et low tech. Votre volonté de réduire l’énergie nécessaire pour votre système et donner du sens a ce type de production a vraiment une grande valeur. Je démarre en aquaponie et de tout ce que j’ai trouvé sur internet, vos articles sont particulièrement intéressants. Coupler la puissance innovante de l’électronique Arduino et l’aquaponie apporte l’autonomie nécessaire au développement de ce type de concept dans les jardins familiaux. J’habite a Versailles, ou je construis un sytème compact avec seulement 1 000 litres d’eau au fond du jardin. Malgré cela , je vais mettre des truites dans le système (j’adore les truites fraiches ;-). je viens souvent en Vendée à Jard sur mer. Un jour, quand nous ne serons plus confinés, je serais très intéressé pour vous rencontrer et voir de prêt votre système. Un GRAND MERCI pour le partage de votre expérience.

    • jcgoudeau

      22/03/2020 at 10:04

      Merci pour votre message. Je vous accueillerai avec plaisir à Luçon, le moment venu.

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