Station meteo autonome

L’objet de ce projet est de construire une station météo totalement autonome et indépendante afin de mieux appréhender l’environnement du rucher.

2 questions se posent donc :

  • comment avoir suffisamment d’énergie tout au long de l’année ?
  • comment transmettre nos données collectées ?

Les réponses sont a priori (seulement) très simple. Nous allons utiliser ce qui est disponible et largement diffusé : un panneaux solaire pour produire notre énergie et le réseau GSM pour envoyer nos données.

Mais avec quoi ?

Toujours le même raisonnement : nous allons utiliser un arduino comme base de travail pour construire notre station. Il a l’avantage d’être très économe en énergie comparativement à un PC par exemple, s’interface bien avec des sondes et il existe sur le marché des « shield » GSM qui permettent de lui offrir une interface de communication avec ce réseau très répandu.

Commençons par le commencement !

Il nous faut tout d’abord construire un abri météo – créant un environnement suffisamment abrité pour ne pas détruire avec une petite pluie notre électronique, mais suffisamment aéré pour ne pas créer une ambiance différente de celle de l’air libre !..

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Voici le premier abri :

Construit en bois avec du contreplaqué puis enduit d’une résine epoxy afin d’assurer l’étanchéité et la résistance aux intempéries. Sur 5 faces, nous créons des ventilations.

Quelles données collecter ?

La donnée essentielle est la température !..

Mais nous y ajoutons quelques autres informations :

  • l’altitude
  • la pression atmosphérique (au niveau de la mer)
  • les coordonnées GPS, de la position de la station
  • l’humidité relative
  • le taux de particules fines (inférieur à 1micron) contenues dans l’air (PM10)

Et le reste ?

Dans la version actuelle de ce projet, nous nous sommes arrêtés là car les autres sondes étaient pour la plupart soit trop onéreuses, soit très énergivores  – j’y reviendrais.

Néanmoins, maintenant que nous avons la position exacte de la position de la station, nous pouvons utiliser des services web disponibles gratuitement pour avoir d’autres informations :

  • la vitesse du vent
  • l’éphéméride
  • le calendrier lunaire
  • les prévisions météo pour les heures et les jours à venir

Puis avec quelques calculs en croisant ces informations, nous obtenons au final :

  1. L’heure du lever et du coucher du soleil
  2. L’heure de l’aube et du crépuscule civil
  3. La température réelle
  4. L’humidité relative
  5. La température du point de rosée
  6. La vitesse du vent en Km/h
  7. La température ressentie (WindChill ou Hulidex)
  8. La pression atmosphérique réelle
  9. Les taux de PM10 dans l’air ambiant
  10. Les prévisions dans les heures et dans les jours à venir
  11. Une vue satellite Infrarouge des conditions climatiques au dessus du rucher

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Le gros problème a été la gestion de l’énergie : un panneau photovoltaïque monocristallin produit beaucoup d’électricité lorsqu’il est … ensoleillé !! Malheureusement, dans une région boisée et en hiver, ce n’est pas toute la journée, ni même tous les jours ! Alors même si nous avons ici construit le projet autour d’un panneau de 50W, il nous a fallut réduire notre consommation.

Le point noir de cette station est le capteur de particules fines et .. l’émetteur GSM !

Par conséquent, après de nombreux essais, nous avons finalement décidé de mettre en place un second Arduino :

Celui-ci aurait pour fonction d’allumer et d’éteindre la station en elle-même toutes les 30 min à travers un relais. Mais c’est plus qu’un automate :

Sa fonction est d’allumer la station puis de communiquer avec elle afin de contrôler que le processus de prises de mesures et d’envoi des données se déroule correctement.

En effet, la carte GSM a 2 défauts majeurs :

elle peut consommer énormément de courant – jusqu’à 2A

elle peut avoir du mal a « accrocher » le signal puisque par définition, notre station se situe en site isolé – et en zone blanche !

Ainsi, si l’émission prend trop de temps, il faudra prendre une décision : couper la station météo et attendre le prochain cycle pour tenter une nouvelle émission.

 

Exploitation des données

Toutes les données sont collectées sur un serveur et enregistrées dans une base de données Mysql. Ensuite grâce à PHP, nous pouvons construire des graphiques à partir de ces données. Aujourd’hui, sur le portail de l’associaiton, vous pouvez retrouver les mesures en temps réel.

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BILAN

Cette station fonctionne bien depuis plusieurs semaine à l’heure où j’écris ces quelques lignes : l’énergie est bien maitrisée et nous avons plusieurs jours d’autonomie, ce qui nous permet d’affronter des jours de mauvais temps.

Néanmoins, les services Web ont leurs limite en terme de précision et de performance.

Il est dommage que nous n’ayons pas de pluviomètre et d’anémomètre sur la station – il nous faut croire les services web.

Cela nous permet de mieux connaitre l’historique des conditions climatiques qu’on pu connaitre les colonies mais aussi de prévoir correctement des déplacements ou des essaimages.

A prévoir :

Maintenant que nous avons vérifié que cela pouvait fonctionner en site isolé en GSM, il pourrait être intéressant de tester le même projet avec Sigfox : le réseau dédié aux objets connectés dont la couverture est bien meilleure.

Nous pourrions maintenant envisager de collecter des données sur les ruches elles-mêmes afin de comprendre l’interaction entre les conditions climatiques et l’activité de la colonie.

 

1 an après – mai 2017

La station a bien fonctionné tout l’hiver même si nous avons eu tout de même un petit souci d’energie.. Vers mi-janvier, nous avons connu durant plusieurs jours des températures négatives (-8° en moyenne) et le givre est venu occulter le panneau solaire, en plus du brouillard.

Pour remédier au problème, nous avons ajouté un autre panneau solaire mais amorphe.
L’avantage des panneaux amorphes (comme ceux présents sur les calculettes) est que la luminosité suffit à produire de l’énergie – pas besoin de soleil direct. bien entendu le rendement est faible mais le couple amorphe + monocristalin semble bien fonctionner !..

Aujourd’hui, nous avons donc des données sur plus d’un an ce qui nous permet de comparer les années et les saison. Voici quelques graphiques :

windrose amplitude_mensuel avant.php graph_previsions

 

 

histo_mensuel max_mensuel min_mensuel