Une laitue d'un vert luxuriant prospère dans une solution nutritive contenue dans des bassins de culture, le tout contrôlé par plusieurs capteurs de qualité d'eau fonctionnant silencieusement.
Dans un laboratoire universitaire de la province du Jiangsu, une culture de laitues se développe vigoureusement sans terre grâce à un système hydroponique intelligent de surveillance basé sur la technologie IoT à bande étroite. Le chercheur Zhang Jing explique que ce système utilise plusieurs capteurs de qualité de l'eau pour surveiller en temps réel les paramètres de la solution nutritive, et combine des méthodes de contrôle flou pour ajuster automatiquement la qualité de l'eau en fonction des besoins de la culture.
Avec la démocratisation de la technologie hydroponique, ces capteurs discrets de qualité de l'eau jouent un rôle de plus en plus important. Des instituts de recherche aux foyers, les systèmes hydroponiques intelligents transforment discrètement les méthodes agricoles traditionnelles.
01 État actuel de la technologie hydroponique
Comparée à la culture traditionnelle en pleine terre, l'hydroponie permet une croissance plus rapide des cultures et réduit les problèmes de ravageurs. Les cultures absorbant continuellement les nutriments de la solution nutritive, il est essentiel de contrôler rapidement et précisément les paramètres de qualité de cette solution et de la compléter au besoin.
Ces dernières années, grâce au développement des technologies de capteurs et à la réduction des coûts, les systèmes hydroponiques intelligents ont commencé à passer des instituts de recherche aux foyers ordinaires.
Un système hydroponique intelligent typique se compose généralement de trois éléments principaux : des capteurs, des contrôleurs et des actionneurs.
Parmi ces éléments, les capteurs sont chargés de recueillir divers paramètres de qualité de l'eau, faisant office d'« yeux » et d'« oreilles » du système. Leur précision et leur stabilité déterminent directement le succès ou l'échec de l'ensemble du système hydroponique.
02 Aperçu détaillé des capteurs principaux
Capteurs de pH
Le pH est un paramètre crucial pour la croissance des cultures hydroponiques. Comme le savent tous les aquaculteurs, la plage de pH optimale pour les plans d'eau se situe entre 7,5 et 8,5.
Les capteurs de pH pour la qualité de l'eau détectent la concentration en ions hydrogène dans les substances mesurées et la convertissent en signaux de sortie utilisables correspondants.
Les ions H+ présents dans la solution interagissent avec l'électrode du capteur pour produire un signal de tension, dont l'amplitude est proportionnelle à la concentration en ions H+. La mesure de ce signal permet de déterminer le pH de la solution.
Des capteurs de pH spécialisés conçus pour les applications hydroponiques sont disponibles dans le commerce, tels que des capteurs de pH hydroponiques automatiques prenant en charge les protocoles de communication standard, avec des plages de mesure de 0 à 14,00 pH et une résolution allant jusqu'à 0,01 pH, permettant une surveillance et un contrôle précis.
Capteurs d'oxygène dissous
L'oxygène dissous est un facteur clé pour la croissance saine des racines des cultures hydroponiques. Les plans d'eau non pollués par des substances consommatrices d'oxygène maintiennent des niveaux d'oxygène dissous saturés.
Les capteurs d'oxygène dissous mesurent la quantité d'oxygène dissous dans l'eau.
Les molécules d'oxygène de la solution mesurée traversent la membrane sélective du capteur et subissent des réactions de réduction ou d'oxydation à la cathode et à l'anode internes, générant simultanément des signaux de courant. L'intensité du courant est proportionnelle à la concentration d'oxygène dissous.
Les capteurs d'oxygène dissous professionnels sont disponibles en différents modèles : certains sont capables de résister à des conditions environnementales difficiles tout en offrant une excellente précision ; d'autres sont optimisés pour le temps de réponse et conviennent aux contrôles ponctuels et aux applications analytiques.
Capteurs de concentration ionique
Les capteurs de concentration ionique sont des équipements essentiels pour le suivi de la composition des solutions nutritives. Les concentrations d'ions spécifiques, tels que les nitrates, l'ammonium et les chlorures, influent directement sur la croissance des cultures.
Par exemple, des capteurs spécialisés d'ions ammonium peuvent mesurer la teneur en ammonium dans les eaux naturelles, les eaux de surface, les eaux souterraines et dans diverses applications agricoles.
Un brevet déposé par une université agricole pour un capteur de concentration ionique en solution hydroponique intègre des électrodes ioniques, des capteurs de température et des capteurs de pH, permettant une compréhension rapide des changements de concentration ionique, des variations de température et des changements de pH dans les solutions hydroponiques.
Capteurs de conductivité électrique (CE)
La conductivité électrique est un indicateur clé mesurant la concentration totale d'ions dans une solution nutritive, reflétant directement le niveau de fertilité de cette solution.
Les transmetteurs EC automatiques spécialement conçus pour l'irrigation agricole et l'hydroponie offrent des plages de mesure jusqu'à 0-4000 µS/cm, prennent en charge les protocoles de sortie standard, capables de se connecter aux pompes/vannes de dosage et de contrôler les commutateurs de pompe/vanne.
Capteurs de température et de turbidité
La température influe sur la croissance des racines et l'activité métabolique des cultures, tandis que la turbidité reflète la quantité de particules en suspension dans la solution nutritive.
Dans les projets de réservoirs hydroponiques de serres intelligentes, les développeurs peuvent utiliser des modules de capteurs numériques de température et d'humidité de haute précision, avec une précision de température typique de ±0,3℃ et une résolution de 0,01℃.
Des capteurs de turbidité spécialisés peuvent être utilisés avec des instruments multiparamètres pour surveiller le niveau de turbidité des solutions nutritives.
03 Applications intégrées dans les systèmes intelligents
Les données provenant de capteurs individuels sont souvent insuffisantes pour refléter de manière exhaustive l'environnement hydroponique complet, ce qui fait de la fusion multi-capteurs une tendance croissante dans les systèmes hydroponiques intelligents.
Les sondes multiparamètres, de conception économique, peuvent être facilement intégrées aux systèmes de contrôle et de télémétrie, et conviennent à un déploiement à long terme.
Des équipes de recherche ont développé des systèmes de surveillance intelligents basés sur l'Internet des objets pour l'hydroponie, qui utilisent des interfaces d'applications mobiles pour la surveillance en temps réel des paramètres environnementaux hydroponiques, combinés à des méthodes de contrôle intelligentes pour ajuster les paramètres de qualité de l'eau de la solution nutritive en fonction de l'expérience opérationnelle et des besoins des cultures.
Les résultats des tests montrent que lorsque de tels systèmes régulent les solutions nutritives, des paramètres clés comme le pH et la conductivité électrique peuvent maintenir des valeurs prédéfinies stables dans des délais raisonnables.
04 Défis techniques et tendances futures
Bien que la technologie des capteurs hydroponiques ait réalisé des progrès significatifs, plusieurs défis subsistent. La stabilité à long terme, la résistance à l'encrassement et la fréquence d'étalonnage des capteurs constituent des enjeux majeurs pour les applications pratiques.
Les électrodes particulièrement sélectives aux ions sont sensibles aux interférences d'autres ions et nécessitent un étalonnage régulier.
Les futurs capteurs hydroponiques évolueront vers la multifonctionnalité, l'intelligence et la réduction des coûts.
Les systèmes de capteurs avancés permettent déjà une mesure haute performance de divers paramètres, notamment la chlorophylle, les pigments, la fluorescence, la turbidité, et bien plus encore.
Parallèlement, le développement de projets open source abaisse les barrières à l'entrée pour les systèmes hydroponiques intelligents, permettant ainsi à un plus grand nombre de personnes de participer à cette transformation agricole.
Aujourd'hui, de plus en plus de citadins s'essaient à l'hydroponie domestique. Sur les balcons de leurs appartements, dans différentes villes, des légumes-feuilles poussent vigoureusement dans des réservoirs hydroponiques intelligents pilotés par des microcontrôleurs.
« Les capteurs de qualité de l'eau sont au cœur des systèmes hydroponiques ; ils sont comme les "papilles gustatives" des plantes, nous indiquant quels nutriments doivent être ajustés », a expliqué un passionné.
Les progrès constants dans le domaine des capteurs transforment l'agriculture de précision d'un idéal en réalité.
Nous pouvons également proposer diverses solutions pour
1. Appareil de mesure portable pour la qualité de l'eau multiparamètres
2. Système de bouées flottantes pour l'analyse multiparamètres de la qualité de l'eau
3. Brosse de nettoyage automatique pour capteur d'eau multiparamètres
4. Ensemble complet de serveurs et module logiciel sans fil, compatible RS485 GPRS/4G/Wi-Fi/LoRa/LoRaWAN
Pour plus de capteurs d'eau information,
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Date de publication : 7 novembre 2025