Dans l'article précédent, nous avons expliqué qu'une mesure fiable de l'humidité du sol ne se limite pas à une simple mesure, mais qu'elle est le fruit d'un processus.

Une valeur de VWC (contenu en eau du sol) relevée sur le terrain n'est pas une observation directe de l'eau. Il s'agit d'une estimation, générée par le signal d'un capteur, convertie par étalonnage et corrigée en fonction des conditions environnantes au moment de la mesure.

Cela soulève la question suivante :

Que faut-il corriger exactement ?

C’est là que la conductivité électrique (EC) et la température deviennent bien plus que de simples points de données supplémentaires. Elles permettent de déterminer si une variation du signal du capteur est réellement due à l’eau — ou en partie aux conditions du sol autour de cette eau.

Pour comprendre pourquoi, il faut approfondir d’un cran la mesure elle-même.

Le capteur ne mesure pas l’eau. Il mesure un comportement électrique.

La plupart des capteurs d’humidité du sol en temps réel reposent sur le même principe de base : l’eau se comporte très différemment de l’air et des particules de sol lorsqu’elle est exposée à un signal électrique ou électromagnétique.

L’eau présente une réponse diélectrique bien plus élevée que l’air ou un sol minéral sec. C’est cette différence qui rend possible la détection diélectrique de l’humidité du sol. Lorsque les pores se remplissent davantage d’eau, le comportement électrique du sol change. Le capteur détecte ce changement et le traduit en teneur volumétrique en eau.

C’est le principe sur lequel reposent de nombreux capteurs TDR, FDR et à capacité. C’est également la logique qui sous-tend l’une des références les plus importantes en matière de mesure de l’humidité du sol : l’équation de Topp. Topp et ses collègues ont démontré que, pour de nombreux sols minéraux, il existe une forte corrélation entre la permittivité diélectrique apparente et la teneur en eau volumétrique.

Ce fut une avancée majeure.

Mais l’histoire ne s’arrête pas là. En effet, le signal du sol n’est pas déterminé par l’eau seule.

La texture du sol, la densité apparente, la teneur en argile, la matière organique, la concentration en sel et la température peuvent toutes influencer la relation entre le signal électrique et l’estimation finale de la teneur en eau volumique (VWC). En d’autres termes : la courbe d’étalonnage est puissante, mais elle n’a rien de magique. Elle présente une plage dans laquelle elle fonctionne bien, et des conditions dans lesquelles elle a besoin d’être complétée.

Ce soutien provient de la mesure des autres paramètres présents dans le sol.

Pourquoi les sels peuvent fausser une estimation de l’humidité

Les sels ont leur importance car ils modifient la conductivité de la solution du sol.

Lorsque la concentration en sels ou en ions dissous augmente, la solution du sol conduit plus facilement l’électricité. Pour un capteur qui déduit l’humidité à partir d’un signal électrique, cela peut fausser la mesure. En termes simples : une partie du signal peut donner l’impression d’une « plus grande quantité d’eau », alors qu’il s’agit en réalité d’une « conductivité accrue ».

Ce phénomène est particulièrement pertinent dans les sols affectés par le sel, les zones irriguées par goutte-à-goutte, les zones côtières, les champs utilisant de l’eau d’irrigation saumâtre, ou dans les situations où les engrais et les sels se déplacent à travers le profil du sol.

L’important n’est pas que les capteurs d’humidité du sol tombent en panne dans ces situations. Ce qui importe, c’est que le problème de mesure devient plus complexe.

Un système de haute qualité doit distinguer deux phénomènes pouvant se produire simultanément :

1. Le sol peut devenir plus humide ou plus sec.
2. La solution du sol peut devenir plus ou moins conductrice.

Si le système ne mesure que le signal d’humidité, il dispose d’informations limitées pour distinguer ces deux effets. S’il mesure également la conductivité électrique (CE), il obtient une deuxième perspective sur l’état du sol. Cela permet d’effectuer des corrections. C’est pourquoi la CE ne relève pas uniquement du contexte agronomique. Elle fait partie intégrante de la logique de mesure.

La conductivité globale n’est pas la même chose que la salinité de la zone racinaire

Il existe un autre point subtil qui a son importance.

Lorsqu’un capteur mesure la conductivité électrique (CE) du sol, il mesure généralement la CE globale : la conductivité électrique du sol dans son ensemble. Cette valeur est influencée par la concentration en sel de l’eau du sol, mais aussi par la quantité d’eau présente, le degré de connectivité des pores et la structure du sol.

Cela pose un problème d’interprétation courant.

Pendant le séchage, la concentration en sel dans l’eau interstitielle restante peut augmenter, car il y a moins d’eau pour diluer les sels. Mais dans le même temps, la conductivité électrique globale (EC) n’augmente pas nécessairement, car il y a également moins d’eau interporositaire disponible pour conduire l’électricité à travers le sol. Ainsi, la conductivité électrique globale (EC) à elle seule ne permet pas automatiquement de déterminer le degré de salinité de l’eau autour des racines. C’est pourquoi la combinaison de la teneur en eau du sol (VWC) et de la conductivité électrique (EC) est si importante.

Lorsque vous connaissez à la fois la teneur en eau et la conductivité électrique globale, vous pouvez commencer à traduire le signal brut de conductivité électrique en une valeur plus significative sur le plan agronomique : la salinité de la solution du sol, ou une valeur de conductivité électrique basée sur la saturation qui correspond mieux à la réponse des cultures.

C’est la logique qui sous-tend des modèles tels que celui de Hilhorst. L’objectif n’est pas simplement de représenter la conductivité électrique (EC) sur un graphique distinct. Il s’agit d’utiliser conjointement l’humidité et la conductivité afin que le système puisse appréhender la solution du sol avec plus de précision. C’est là qu’un capteur devient plus qu’un simple appareil de mesure. Il devient un traducteur.

La fréquence a son importance

Tous les signaux électriques ne se comportent pas de la même manière dans le sol.

À des fréquences plus basses, les mesures sont généralement plus sensibles aux effets de la conductivité. Les sels et les ions ont davantage d’influence sur le signal, ce qui peut rendre plus difficile l’isolation de l’humidité. À des fréquences plus élevées, la mesure peut devenir moins sensible aux effets de la conductivité, ce qui explique en partie pourquoi les méthodes diélectriques à haute fréquence sont utiles pour la VWC.

Mais « moins sensible » ne signifie pas « pas sensible du tout ». C’est là tout le compromis technique.

Un signal FDR à haute fréquence peut s’avérer très efficace pour mesurer la VWC, car il se concentre davantage sur la réponse diélectrique associée à l’eau. Mais si la salinité devient suffisamment élevée, ou si les conditions du sol varient fortement, la conductivité peut encore influencer l’interprétation. La solution ne consiste donc pas simplement à choisir une fréquence et à ignorer les autres.

La meilleure approche consiste à concevoir un système capable de déterminer quel signal est destiné à répondre à quelle question.

Un signal à haute fréquence peut étayer l’estimation de la teneur en eau du sol (VWC).
Une mesure de conductivité à plus basse fréquence ou distincte peut étayer l’interprétation de la conductivité électrique (EC).
La mesure de la température contribue à stabiliser ces deux paramètres.

Ensemble, ces signaux permettent au système de distinguer les effets de l’eau, du sel et de la température de manière plus intelligente qu’une simple mesure d’humidité.

C’est là que la conception des capteurs devient un gage de qualité du produit.

Le défi ne consiste pas simplement à ajouter un capteur de conductivité électrique à côté d’un capteur de teneur en eau du sol. Le défi réside dans la séparation des signaux, le blindage, le filtrage, l’étalonnage et l’interprétation, afin que chaque mesure renforce les autres au lieu d’ajouter du bruit.

La température n’est pas une simple correction

La température semble plus simple que la conductivité électrique. Mesurer la température. Corriger la lecture. C’est tout.

En pratique, c’est plus compliqué.

La température affecte le comportement diélectrique de l’eau, mais le sol n’est pas uniquement constitué d’eau libre. Il contient de l’eau liée, des surfaces argileuses, des poches d’air, des ions dissous et de la matière organique. Ces éléments peuvent réagir différemment aux variations de température.

Cela signifie que l’effet de la température ne suit pas toujours une simple courbe linéaire.

Dans certains sols et certaines plages d’humidité, le réchauffement peut faire évoluer la permittivité apparente dans un seul sens. Dans d’autres conditions, la réponse peut être plus faible, voire différente. Les recherches sur la capacité du sol et les capteurs diélectriques ont montré que les effets de la température dépendent de la composition et de la structure du sol, et pas seulement de la température elle-même.

Pour les agriculteurs, cela a son importance car la température génère des variations.

La courbe d’un capteur peut présenter un léger rythme quotidien : des variations entre le matin et l’après-midi. Si le système ne tient pas compte de la température, une partie de ce rythme peut être confondue avec une véritable tendance de l’humidité.

Dans une analyse publiée portant sur un capteur de humidité du sol à capacité faible coût, une variation de température de 10 °C a affecté la teneur en eau mesurée d’environ 0,02 cm³/cm³. Cela peut sembler négligeable, mais à proximité d’un seuil d’irrigation, cela peut suffire à influencer la fiabilité avec laquelle un agriculteur interprète la tendance.

Cela ne signifie pas pour autant que les agriculteurs doivent passer leur journée à scruter les graphiques de température.

Cela signifie simplement que le système doit utiliser la température pour stabiliser l’estimation de la teneur en eau du sol (VWC) avant qu’elle ne soit transformée en recommandation.

Ce que la conductivité électrique (CE) et la température permettent de faire

Une fois que la teneur en eau du sol (VWC), la conductivité électrique (EC) et la température sont mesurées conjointement, le système peut faire bien plus que simplement afficher trois courbes distinctes.

Il peut poser de meilleures questions.

• Le sol s’est-il réellement humidifié, ou est-ce la conductivité qui a changé ?
• L’irrigation a-t-elle atteint la zone racinaire, ou n’a-t-elle modifié que la couche supérieure ?
• La culture utilise-t-elle de l'eau, ou la courbe évolue-t-elle en partie en fonction de la température ?
• L’EC évolue-t-elle en raison d’une concentration des sels ou d’une modification de la teneur en eau ?
• Une augmentation de la conductivité électrique en profondeur après des précipitations est-elle un signe possible de lessivage ?

Ce ne sont pas là des questions théoriques. Elles ont une incidence sur des décisions concrètes.

Par exemple, après fertilisation et irrigation, la teneur en eau du sol (VWC) et la conductivité électrique (EC) peuvent augmenter simultanément. Un système mesurant uniquement l’humidité ne détecte principalement que la réponse hydrique. Un système combiné permet également de constater que les ions dissous se déplacent dans le sol.

Après de fortes précipitations, la conductivité électrique (CE) dans la couche supérieure peut baisser tandis que celle des couches plus profondes du profil augmente. Associé aux données de la teneur en eau du sol (VWC) et aux données météorologiques, ce schéma peut indiquer un mouvement vertical des sels ou des nutriments.

Dans un champ affecté par la salinité, deux zones peuvent présenter des niveaux d’humidité similaires, mais un comportement de conductivité très différent. Pour la culture, cela a son importance. Une même quantité d’eau peut ne pas être absorbée aussi facilement si la solution du sol est plus salée.

C’est le passage de la question « quelle quantité d’eau y a-t-il ? » à « quel type d’environnement la culture rencontre-t-elle au niveau de la zone racinaire ? »

L’agriculteur ne doit pas avoir à se soucier de cette complexité

L’agriculteur n’a pas besoin de gérer tout cela manuellement.

Il ne devrait pas avoir à se préoccuper de l’équation de Topp, des pertes diélectriques, de la conductivité électrique (CE) de l’eau interstitielle, de la CE globale, de la réponse en fréquence ou des coefficients de température avant de décider où irriguer.

Ce travail relève du système. L’agriculteur a besoin d’une réponse claire :

Le champ se situe-t-il toujours dans la fourchette acceptable ? La tendance est-elle fiable ? L’irrigation peut-elle attendre ? Le stress s’accumule-t-il ? Le cycle précédent a-t-il été efficace ? Se passe-t-il quelque chose d’inhabituel dans la zone racinaire ?

Les aspects physiques plus complexes n’ont d’importance que dans la mesure où ils permettent d’affiner ces réponses.

C’est là le rôle de la conductivité électrique (CE) et de la température. Non pas pour alourdir la complexité du tableau de bord, mais pour améliorer la qualité des informations sur l’humidité transmises à l’agriculteur.

Des données d’humidité à l’intelligence de la zone racinaire

Chez Agurotech, c’est ainsi que nous envisageons la prochaine génération de capteurs de sol.

La VWC reste le fondement des conseils d’irrigation. Mais l’estimation de la VWC gagne en fiabilité lorsque le système mesure également les facteurs qui l’influencent.

Cela implique de combiner un FDR à haute fréquence pour l’humidité avec des mesures indépendantes de la conductivité électrique (CE) et de la température. Cela signifie :

• Tester le capteur dans différentes conditions d’humidité, de salinité et de température.
• D'étalonner la VWC en fonction des différents niveaux de conductivité électrique (EC), au lieu de partir du principe qu’une seule courbe s’applique partout.
• Valider les mesures sur des parcelles réelles, y compris dans des conditions d'eau saumâtre et salée.
• De traduire ces mesures corrigées en informations réellement exploitables par les agriculteurs.

Le résultat ne doit pas ressembler à un cours de physique. Il doit fournir des informations fiables sur la zone racinaire.

Un agriculteur doit pouvoir ouvrir l’application et comprendre si le sol s’assèche, si l’irrigation a atteint la bonne profondeur, si des sels s’accumulent, si un lessivage est en cours et s’il peut attendre avant de prendre la décision d’irriguer à nouveau.

C’est là que la conductivité électrique (CE) et la température trouvent toute leur utilité. Pas en tant que fonctionnalités supplémentaires.

Mais pour garantir la fiabilité de la teneur en eau du sol (VWC).

L’avenir de l’irrigation intelligente ne se limite pas à l’humidité. Il s’agit d’informations corrigées et contextualisées sur la zone racinaire.