Les capteurs capacitifs d'humidité du sol constituent l'une des techniques les plus courantes pour la mesure moderne de l'humidité du sol (généralement une technique de réflectométrie dans le domaine fréquentiel). Leur principe repose sur la détermination indirecte de la teneur en eau volumique du sol par la mesure de sa constante diélectrique. La constante diélectrique de l'eau (environ 80) étant bien supérieure à celle des autres composants du sol (environ 1 pour l'air et environ 3 à 5 pour la matrice du sol), la variation globale de la constante diélectrique du sol dépend principalement de sa teneur en eau.
Voici ses principales caractéristiques :
I. Principaux atouts et avantages
1. Peu coûteux et facile à populariser
Comparés aux capteurs de réflectométrie temporelle (TDR) de haute précision, les capteurs capacitifs ont des composants électroniques et des coûts de fabrication inférieurs, ce qui leur permet d'être largement utilisés dans des scénarios nécessitant un déploiement à grande échelle, tels que l'agriculture intelligente et l'irrigation des jardins.
2. Consommation d'énergie extrêmement faible
Les circuits de mesure capacitifs présentent une très faible consommation d'énergie et sont parfaitement adaptés à la surveillance de terrain à long terme et aux applications de l'Internet des objets alimentées par batteries et panneaux solaires. Ils peuvent fonctionner en continu pendant des mois, voire des années.
3. Il peut être surveillé en continu pendant une longue période.
Comparativement à la méthode de séchage qui nécessite une intervention manuelle, les capteurs capacitifs peuvent être enterrés dans le sol pour effectuer une collecte de données continue, automatique et sans surveillance, et peuvent capturer le processus de changement dynamique de l'humidité du sol, comme l'influence de l'irrigation, des précipitations et de l'évaporation.
4. De taille compacte et facile à installer
Les capteurs sont généralement conçus comme des sondes. Il suffit de percer un trou à l'endroit de la mesure et d'insérer la sonde verticalement dans le sol, ce qui endommage peu la structure du sol.
5. Bonne stabilité et absence de radioactivité
Contrairement aux compteurs à neutrons, les capteurs capacitifs n'utilisent aucune source radioactive, sont sûrs d'utilisation et ne nécessitent aucune autorisation ni protection spéciale.
6. Intégrable et intelligent
Il est très facile de l'intégrer à des collecteurs de données et à des modules de transmission sans fil (tels que 4G/LoRa/NB-IoT) afin de constituer un réseau complet de surveillance de l'humidité du sol. Les utilisateurs peuvent consulter les données à distance et en temps réel via un téléphone mobile ou un ordinateur.
II. Limites et défis
La précision de la mesure est affectée par de multiples facteurs
Influence de la texture du sol : Les courbes d’étalonnage diffèrent selon qu’il s’agisse de sols argileux, limoneux ou sableux. Les capteurs sont généralement étalonnés en usine avec du sable et de la terre de qualité standard. Leur utilisation directe dans des sols de textures différentes entraînera des erreurs.
Influence de la conductivité électrique du sol (salinité) : Il s’agit d’une des principales sources d’erreur pour les capteurs capacitifs. Les ions de sel présents dans le sol peuvent perturber les champs électromagnétiques, entraînant une surestimation des valeurs mesurées. Dans un sol salinisé, la précision des mesures diminue considérablement.
Influence du compactage et de la porosité du sol : le contact étroit de la sonde avec le sol et la présence de gros pores ou de pierres dans le sol auront tous une incidence sur la précision des résultats de mesure.
Influence de la température : La constante diélectrique varie avec la température. Les capteurs de haute qualité intègrent des capteurs de température pour compenser cette variation, mais l’efficacité de cette compensation reste limitée.
2. Un étalonnage sur site est nécessaire
Pour obtenir des mesures de haute précision, notamment pour certains types de sols, un étalonnage in situ est généralement nécessaire. Concrètement, des échantillons de sol sont prélevés, leur teneur en eau réelle est mesurée par la méthode de séchage standard, puis comparée aux relevés du capteur afin d'établir une équation d'étalonnage localisée. Cette étape est cruciale pour garantir la précision des données, mais elle augmente également le coût d'utilisation et les exigences techniques.
3. La plage de mesure est relativement locale
La portée du capteur est limitée au volume fini de sol autour de la sonde (c’est-à-dire la « zone sensible » du capteur). Cette zone est généralement très petite (quelques centimètres cubes), de sorte que le résultat de la mesure ne représente qu’un point précis. Pour connaître l’humidité du sol sur l’ensemble de la parcelle, il est nécessaire de mettre en place plusieurs points de mesure.
4. Stabilité et dérive à long terme
Si la sonde est enfouie dans le sol pendant une longue période, le métal peut vieillir sous l'effet de la corrosion électrolytique ou de réactions chimiques, ce qui entraîne une dérive des valeurs de mesure. Un contrôle et un réétalonnage réguliers sont nécessaires.
III. Scénarios applicables et suggestions de sélection
Des scénarios très appropriés
Agriculture intelligente et irrigation de précision : surveillance de la dynamique de l’humidité du sol, détermination du moment et de la quantité d’eau à irriguer, réalisation de la conservation de l’eau et augmentation de la production.
Aménagement paysager et entretien des terrains de golf : Capteurs essentiels des systèmes d’irrigation automatisés.
Recherche scientifique : Recherches dans des domaines tels que l'écologie, l'hydrologie et la météorologie qui nécessitent un suivi continu et à long terme de l'humidité du sol.
Système d'alerte précoce aux catastrophes géologiques : Surveiller l'humidité du sol sur les pentes et les assises de routes afin de prévenir les risques de glissements de terrain.
Scénarios nécessitant une utilisation prudente :
Dans les zones à sols à forte salinité et à forte alcalinité : à moins d’utiliser des modèles spécialement conçus et calibrés, la fiabilité des données est faible.
Dans les scénarios de certification métrologique avec des exigences extrêmement élevées en matière de précision absolue : Il peut alors être nécessaire d'envisager des capteurs TDR plus coûteux ou d'utiliser directement la méthode de séchage.
En résumé, les capteurs capacitifs d'humidité du sol constituent une option économique. Bien qu'ils ne fournissent pas de valeurs d'une précision absolue en laboratoire, ils reflètent fidèlement l'évolution relative de l'humidité du sol, de sec à humide. Pour la grande majorité des décisions de production et de gestion, cette information est déjà très précieuse. Une bonne compréhension de leurs caractéristiques et un étalonnage précis sont essentiels à leur utilisation optimale.
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Date de publication : 1er décembre 2025