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Système d'arrosage automatique par goutte à goutte

Nouvelle-Calédonie • Février 2020

Système d'arrosage par goutte à goutte automatique

30 min

25 points

Intérêt du sujet• Il s'agit de travailler la compréhension d'un capteur puis de définir une partie d'un système.

 

Afin d'économiser les ressources en eau, un producteur de tomates sous serre décide d'installer un système d'arrosage par goutte à goutte automatique dans son exploitation. Chaque pied de tomate se voit munir d'un tuyau d'arrivée d'eau et un capteur d'humidité est fixé dans la terre, à proximité des pieds de tomate.

document 1Types de signaux

sci3_2002_11_00C_01

Le capteur d'humidité renvoie une valeur qui varie de 0 à 1 024.

La valeur « 0 » correspond à 0 % d'humidité, la valeur « 1 024 » à 100 % d'humidité.

document 2Enregistrement des valeurs envoyées par le capteur d'humidité de la terre pendant une journée

sci3_2002_11_00C_02

document 3Schéma du dispositif d'arrosage par goutte à goutte automatique

sci3_2002_11_00C_03

document 4Détail de l'arrivée de l'arrosage au niveau du pied de tomate

sci3_2002_11_00C_04

document 5Tableau comparatif des matériaux envisagés pour fabriquer la pièce de maintien du goutteur

Tableau de 4 lignes, 7 colonnes ;Corps du tableau de 4 lignes ;Ligne 1 : ; Résistance à la corrosion (rouille); Résistance aux changements de température; Résistance à la dégradation par les rayons du Soleil; Résistance à l'humidité; Prix; Impact écologique; Ligne 2 : Matière plastique; Excellente; Excellente; Mauvaise; Excellente; Peu cher; Important; Ligne 3 : Bois; Excellente; Moyenne; Moyenne; Mauvaise; Très cher; Faible; Ligne 4 : Matériau ferreux; Mauvaise; Excellente; Excellente; Excellente; Cher; Moyen;

1. D'après les documents 1 et 2, comment s'appelle le type de signal produit par le capteur d'humidité ?

2. On considère que les pieds de tomate ont besoin d'eau lorsque l'humidité de la terre est en dessous de 25 %. Il faut alors déclencher l'arrosage. À quelle valeur envoyée par le capteur faut-il déclencher l'arrosage ? Expliquer votre réponse.

3. D'après le document 2, pendant la journée où ces données ont été enregistrées, à quelle heure aurait-il fallu déclencher l'arrosage ?

4. À l'aide du document 3, compléter les chaînes d'énergie et d'information du système sur le schéma ci-après.

sci3_2002_11_00C_05

5. Compléter le programme ci-dessous qui sera transféré dans l'interface programmable à l'aide des termes suivants :

valeur de déclenchement (terre sèche)

taux d'humidité de la terre

interrupteur ouvert : pompe arrêtée

interrupteur fermé : pompe en marche

le relais

sci3_2002-11-00C-06

6. Le goutteur du tuyau d'arrosage est simplement posé à terre au niveau du pied de tomate, mais on s'aperçoit très vite qu'il finit par s'encrasser et le pied finit par ne plus être irrigué. À l'aide du document 4, imaginer et dessiner une pièce pour tenir le goutteur à 1 cm du sol, afin qu'il ne se salisse pas. Vous dessinerez un ou des schémas avec quelques dimensions. (Il n'est pas nécessaire de rédiger un texte.)

7. À l'aide du document 5, quel type de matériau choisiriez-vous pour fabriquer la pièce de maintien du goutteur ? Justifier votre réponse.

8. Le producteur est satisfait de son installation, mais il désire réduire sa facture d'électricité. Écrire un court paragraphe pour lui proposer une solution afin de réduire le coût de la consommation d'énergie électrique de ce système.

 

Les clés du sujet

Question 1

Comprendre les documents 1 et 2

Le document 1 est un rappel sur la nature des signaux.

Le document 2 présente sous forme de graphique les valeurs envoyées par le capteur d'humidité de la terre pendant 24 h.

Répondre à la question

Compare le graphique du document 2 aux signaux du document 1.

Question 2

Pour répondre à la question 2, il faut analyser le fonctionnement du capteur d'humidité de la terre d'après le graphique du document 2 et les informations données au préalable.

100 % d'humidité correspond à une valeur de 1 024. Le capteur renvoie une valeur qui varie de 0 à 1 024. La valeur « 0 » correspond à 0 % d'humidité, la valeur « 1 024 » à 100 % d'humidité.

L'axe des ordonnées du graphique est gradué de 256 en 256.

Question 3

Il faut lire le graphique du document 2 pour associer les valeurs envoyées par le capteur d'humidité au moment de la journée correspondant. Par exemple, la valeur « 512 » sur l'axe des ordonnées correspond à « 11 h » sur l'axe des abscisses. Il faudra donc lire de la même façon l'horaire qui correspond à la valeur identifiée.

Pour cela, tu as besoin de la réponse à la question 2.

Question 4

Comprendre le document 3

Le document 3 est un schéma de présentation du système d'arrosage par goutte à goutte.

Les éléments du système sont liés par des câbles de couleur qui sont utiles pour la compréhension de son fonctionnement.

Répondre à la question

Observe bien les éléments liés les uns aux autres sur le schéma : ils restent liés sur les chaînes d'information et d'énergie.

Question 5

Identifie les éléments qui peuvent correspondre à :

des variables numériques ;

des états d'un composant du système ;

l'élément qui est piloté.

sci3_2002-11-00C-09

Question 6

Comprendre le document 4

Le document 4 présente quelques contraintes à respecter pour dessiner la pièce à créer.

Répondre à la question

Dessine une pièce qui puisse maintenir un tuyau faisant 5 mm de diamètre à 1 cm du sol et qui soit stable.

Pour que ton schéma soit propre, dessine-le au crayon de papier.

Pour clarifier ton schéma, indique le diamètre du tuyau et le centimètre entre le tuyau et la terre.

Question 7

Tu dois analyser les conditions d'utilisation du support du goutteur : l'eau coulera à proximité du support, or certains matériaux s'oxydent en milieu humide.

Il faut ensuite choisir le matériau respectant le plus ces contraintes.

Question 8

Imagine des solutions permettant à l'exploitant d'utiliser moins d'énergie électrique.

1. Le capteur d'humidité produit un signal analogique, la valeur renvoyée suit une courbe.

2. La valeur « 1 024 » correspond à 100 % d'humidité, la valeur « 0 » correspond à 0 % d'humidité. 25 % correspondent à un quart de 100 %, donc la valeur associée correspond à un quart de 1 024.

L'axe des ordonnées est gradué de 256 en 256, ce qui représente quatre « tronçons » pour atteindre la valeur 1 024.

La première valeur, c'est-à-dire « 256 », est celle qui correspond au quart de 1 024.

L'arrosage doit donc se déclencher quand la valeur envoyée est « 256 ».

3. D'après le document 2, il faudrait déclencher l'arrosage à 18 h :

sci3_2002_11_00C_10

4.

sci3_2002_11_00C_11

info +

Note que le relais est présent à la fois dans la chaîne d'information et la chaîne d'énergie. Observe donc sur le document 3 les éléments qui lui sont liés.

5.

sci3_2002-11-00C-12

info +

Utilise uniquement les termes donnés dans le sujet. Vérifie bien que tu as laissé les termes « taux d'humidité » et « valeur » dans le même ordre dans les lignes 2 et 4.

6.

sci3_2002_11_00C_13

conseil

Lors de la réalisation de ce type de dessin, tu peux commencer par la version en 3D puis passer ensuite au détail en 2D.

Note que la hauteur de la pièce permet d'avoir le centimètre hors du sol comme indiqué dans le document 4. Il aurait été possible de lui attribuer d'autres dimensions, à partir du moment où cette contrainte était respectée.

info +

Le goutteur est une partie du tuyau d'arrosage.

Le triangle du haut du support doit avoir une dimension permettant d'y déposer le goutteur.

7. Les pieds de tomate sont sous serre et non en pleine nature, les changements de température seront probablement moins importants qu'en extérieur.

De même, le support du goutteur se trouvant au pied des plants de tomate, il ne devrait pas être très exposé aux rayons du Soleil.

La pièce de maintien du goutteur sera en contact avec l'eau qui coulera du goutte à goutte. Le support sera donc en milieu humide et pourrait subir de la corrosion. Le matériau devra donc résister à l'humidité et à la corrosion.

Le matériau à retenir pour fabriquer la pièce est donc le plastique car il répond bien à ces contraintes. Celui-ci sera en outre moins cher que le bois et le matériau ferreux.

8. Si la pompe est alimentée toute la journée, l'arrosage des pieds de tomate sera aussi déclenché au moment le plus chaud de la journée. Le producteur pourrait donc contrôler la température sous la serre et n'alimenter la pompe que lorsque la température est acceptable pour l'arrosage.

Il pourrait aussi limiter le nombre d'heures d'arrosage chaque jour afin de ne pas alimenter la pompe toute la journée.

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