Arrosage automatique à l'eau de pluie
Fonctionnement autonome - pile électrique et eau de pluie

Comment prendre soin des plantes en cas d'absence, eau et électricité coupée ?


La solution peut consister à récupérer l'eau de pluie, à la stocker, et à la distribuer au goutte à goutte en fonction des besoins des plantes.
Facile, on trouve dans le commerce des récupérateurs d'eau, des grands bacs, des programmateurs de distribution d'eau, des goutteurs, des sondes d'humidité...
Facile, mais en apparence seulement.
Parce qu'il y a une multitude de détails qu'il ne faut pas négliger.

Et par exemple :

➔ L'eau de pluie est sensée être une eau pure et claire... Ce n'est pas toujours le cas, l'eau de pluie lave toutes les poussières qui volent entre le nuage et le toit (grains de sable, particules de pollution, pollens, insectes...), mais surtout, elle lave le toit qui est rarement très propre (mousses, poussière d'ardoise ou de tuile, sable, déjections d'oiseaux, feuilles mortes...).
Et les systèmes de distribution d'eau goutte à goutte n'aiment pas les particules en suspension, l'électrovanne du programmateur, les tuyaux de petit diamètre et les goutteurs se bouchent facilement.
Il convient donc d'éviter autant que possible que les particules entrent dans le bac de stockage d'eau de pluie, et aussi de filtrer l'eau avant distribution.

➔ Pour éviter l'entrée de divers corps étrangers directement dans la bac d'eau de pluie, il faut le fermer. C'est particulièrement important pour éviter d'en faire un nid à moustiques.
Mais attention, pour remplir le bac d'eau, il faut en laisser sortir de l'air et pour le vider il faut faire entrer de l'air (sinon, le bac peut imploser).
Donc prévoir un évent laissant passer l'air et rien d'autre.

➔ Pour vérifier le bon fonctionnement de l'installation, il est tentant d'utiliser des tuyaux transparents.
Mais c'est une pratique à éviter : la lumière va favoriser le développement d'algues, qui vont rendre l'eau verte, ce qui n'est pas grave, mais surtout qui vont s'accumuler en un dépôt gélatineux qui va colmater les goutteurs, et peut même aller jusqu'à boucher des tuyaux de diamètre conséquent.
La seule exception est le tube de contrôle du niveau d'eau (prévoir un démontage possible pour nettoyage sans vidanger la cuve).

➔ Comme on veut que l'installation fonctionne eau et électricité coupée, on doit fonctionner en mode "gravitaire", c'est à dire prévoir de placer le bac d'eau de pluie plus haut que les goutteurs (on ne peut ni utiliser la pression du réseau d'eau, ni utiliser une pompe alimentée par le secteur - on aurait pu envisager une pompe alimentée par pile voire panneau solaire).
Et c'est plus simple à dire qu'à faire :
- D'abord il faut trouver le moyen de fixer solidement le bac en hauteur (et si on prévoit 100 litres d'eau, cela pèse 100 kg).
- Ensuite il faut choisir un programmateur qui accepte de fonctionner à faible pression. La plupart des matériels disponibles nécessitent au moins 0,5 bars, parfois plusieurs bars.
C'est à dire qu'il faudrait que le bas du bac soit placé au minimum à 5 mètres au dessus du programmateur...
Fort heureusement, il existe quelques modèles fonctionnant sans pression d'entrée (cliquez ici pour chercher sur Google "programmateur arrosage gravitaire").
- Mais il reste préférable de placer la réserve d'eau le plus haut possible : pour que l'eau se répartisse équitablement entre les goutteurs, il faut que la pression en entrée de goutteur soit nettement supérieure à la perte de charge dans chaque goutteur. Sinon, c'est par le goutteur le plus proche de la réserve d'eau, ou par le plus bas (s'ils ne sont pas tous à la même hauteur), que s'écoulera toute l'eau.
Et si la pression est trop faible, le débit d'arrosage risque de chuter notablement lorsque le niveau d'eau dans la citerne baissera.
Il faut donc placer la réserve d'eau le plus haut possible, sans toutefois, bien sûr, que le haut de la citerne dépasse le niveau de la gouttière !

➔ Toujours pour des raisons de pression, il est prudent de faire en sorte que le trajet de l'eau entre la citerne et le niveau des goutteurs soit toujours orienté vers le bas. A défaut, on risque de briser la colonne d'eau (qui assure la pression) par des bulles d'air piégées dans les remontées du tuyau (surtout s'il est de petit diamètre), ce qui aura un impact négatif sur la pression.

➔ Enfin, il est prudent d'installer un certain nombre de vannes afin de pouvoir démonter les éléments importants sans vidanger la citerne et sans vider les tuyauteries (par exemple pour nettoyer le filtre ou l'électrovanne du programmateur, pour démonter le récupérateur d'eau...).

➔ Et puis, l'installation est sensible à la température. Quand il fait très chaud, les tuyaux et gouttières se dilatent, s'allongent. A l'inverse, en refroidissant, le tuyau de contracte.
Par exemple, si la température baisse de 20°, un tuyau de 5 mètres de PVC raccourcira de 8 millimètres. De quoi déboiter les raccords les plus solides...
Prévoir des joints de dilatation sur les gouttières. Pour les tuyaux on peut utiliser des manchons de dilatation ou bien prévoir une portion en S en tuyau souple ou flexible.

➔ Et quand la température descend en dessous de zéro, l'eau présente dans le circuit peut geler.
Une température pas trop basse, pendant une durée pas trop longue, n'entrainera qu'un gel partiel généralement sans dommage pour les installations.
Par contre, un gel plus sévère va congeler completement l'eau présente dans les tuyaux et le collecteur.
Comme la glace prend plus de place que l'eau (l'eau gonfle en gelant), il y a un fort risque de voir les canalisations se fendre. Le PVC "pression" résiste mieux que le PVC de gouttière, plus mince.
Si on prévoit un épisode de gel sévère, il est donc prudent de vidanger toutes les canalisations (la réserve d'eau peut généralement rester partiellement remplie sans dommage).


Examinons maintenant les différents éléments :

➔ D'abord le récupérateur d'eau de pluie.
Le plus simple, c'est de faire arriver directement la gouttière dans un grand tonneau qui déborde quand il est plein... Ca n'est pas très propre (ça met de l'eau partout quand ça déborde) et ça ne répond pas à notre souhait de placer la réserve en hauteur.
On trouve dans le commerce de nombreux collecteurs d'eau de pluie qui viennent remplacer un tronçon de la gouttière dont ils prélèvent une partie du débit (cliquez ici pour chercher sur Google "récupérateur collecteur eau de pluie").
La sortie du collecteur doit être placée au niveau du haut du réservoir d'eau de pluie afin d'éviter de le faire déborder.
Simples à poser, relativement bon marché, plus ou moins encombrants, les collecteurs d'eau de pluie sont pour la plupart assez efficaces.

On peut aussi décider d'en bricoler un à partir d'éléments de tuyauterie PVC classiques (cf. ci-contre). Le principe est très simple : la sortie de gouttière est constituée de deux tuyaux concentriques. Celui du milieu correspond à une sortie normale de gouttière, celui du tour collecte l'eau qui est dirigée vers la réserve. - En cas de faible pluie, les gouttes d'eau coulent doucement le long des parois et passent donc entre les deux tubes avant de rejoindre la réserve. La quasi-totalité de l'eau est dirigée vers la réserve (tant qu'elle n'est pas pleine). Même la rosée du matin peut alimenter la réserve. - Quand la pluie est plus violente, la force du débit l'éloigne des parois et une grande partie du flot peut passer dans le tuyau central pour être directement évacuée. La réserve continue de s'alimenter en même temps. - Quand le niveau de remplissage de la réserve atteint le haut du tuyau central, l'espace entre les deux tuyaux reste plein d'eau et toute l'eau de pluie est dirigée vers l'évacuation (la réserve est pleine). Deux points d'attention : - Le diamètre du tuyau central doit autoriser un débit cohérent avec la surface du toit qui s'y déverse - Il est prudent d'installer un grillage pour empêcher les corps étrangers de passer entre les deux tuyaux (et pour les rediriger vers le tuyau central).

Pour plus de détails sur la construction de ce collecteur d'eau de pluie sous gouttière, cliquez ici.

➔ Deuxième élément, la réserve d'eau de pluie.
On a vu qu'elle doit être en hauteur, fermée pour éviter l'entrée de corps étrangers mais munie d'un évent.
Elle doit avoir une capacité en rapport avec le besoin d'arrosage. Il faut estimer le nombre de jours qui peuvent séparer deux averses, et le multiplier par le nombre de litres nécessaires pour arroser chaque jour les plantes (on suppose que chaque averse remplit la réserve).
Par exemple, si on considère qu'il est exceptionnel qu'il ne pleuve pas pendant 10 jours consécutifs, et si on veut arroser trois grands bacs avec une moyenne de 3 litres par bac et par jour, on aura besoin d'une réserve de 90 litres.
Elle doit comporter une tubulure d'entrée, et vers le bas, une tubulure de sortie et une tubulure de vidange.
Mais on peut fort bien utiliser une seule tubulure remplissant les trois fonctions.
On trouve, dans le commerce, des réservoirs de toutes formes et toutes capacités, y compris des poches souples à suspendre (ce qui dispense de prévoir un évent).
Mais il ne faut pas perdre de vue la contrainte de pression : le niveau d'eau dans la citerne doit être le plus haut possible, même quand elle est presque vide.
La meilleur solution est donc de placer le réservoir en position horizontale (pour minimiser l'écart de hauteur entre niveau haut et niveau bas).
Ensuite, le choix du réservoir va dépendre de la configuration de l'endroit, et de considérations esthétiques.

Comme pour le collecteur, on peut choisir de construire sa propre citerne, afin de l'adapter au mieux à la place disponible.
Une solution simple est d'utiliser un tronçon de tuyau PVC de grand diamètre, et de le fermer à chaque extrémité par un bouchon plat, avec une tubulure fixée sur l'un d'eux (tampon de réduction).
Ce genre de tube en PVC rigide de grand diamètre est couramment utilisé comme tuyau d'assainissement. Epais d'environ 5 mm, il est relativement léger. Pour notre usage, un tube de 250 mm de diamètre peut contenir environ 40 litres (utiles) d'eau par mètre.
Pour obtenir une capacité (utile) de 90 litres on peut utiliser 2,3 mètres de tube PVC de diamètre 250 mm

Attention, si le collage d'éléments de PVC de faible diamètre est très facile, il faut prendre plus de précautions pour coller des raccords de 250 mm de diamètre : bien s'assurer que le raccord s'emboite facilement avant encollage, puis éviter un assemblage de biais, cause de fuites et difficile à rattraper.
L'évent peut être constitué d'un (ou plusieurs) petit(s) trou(s) (1 mm de diamètre) en partie haute, ou bien d'un plus gros trou protégé par un fin grillage, ou encore d'un bouchon fileté non complètement vissé.

➔ Le programmateur.
C'est l'appareil qui contrôle les périodes d'arrosage.
On peut par exemple décider d'arroser pendant 1/2 heure chaque jour à 21 h.
Le progrommateur comprend un minuteur couplé avec une élecrovanne.
Comme on souhaite fonctionner en mode gravitaire, il faut de préférence choisir un modèle fonctionnant sans pression d'entrée (cliquez ici pour chercher sur Google "programmateur arrosage gravitaire"). Il faut également un modèle qui fonctionne à pile (la pile supporte bien le fonctionnement pendant un an).
Et enfin, un modèle qui accepte de fonctionner avec une sonde d'humidité, si l'on souhaite utiliser ce mode de fonctionnement.

➔ La sonde d'humidité.
Pas obligatoire, mais bien utile, la sonde d'humidité va vérifier que le sol n'est pas déjà gorgé d'eau avant l'arrosage. Cela évite de noyer les plantes en saison pluvieuse, ou si on a prévu une durée ou une fréquence d'arrosage trop élevée.
Elle se plante dans le sol et est reliée au programmateur (il faut donc choisir un programmateur acceptant le contrôle par une sonde d'humidité).
On peut même se fier uniquement à la sonde pour choisir le moment d'arrosage, mais toutes les plantes n'apprécient pas ce mode de fonctionnement où la terre conserve un taux d'humidité constant.
Une difficulté : on utilise généralement une seule sonde pour plusieurs bacs, ce qui nécessite un peu de tâtonnement pour que l'eau soit bien répartie si les différents bacs n'ont pas les mêmes besoins (on joue sur le débit d'eau par bac, tous les bacs restant arrosés pendant la même durée, à la même fréquence).

➔ Derniers éléments importants, les goutteurs.
Ils servent à délivrer l'eau à l'endroit précis où l'on a décidé d'arroser, mais ils servent surtout à contrôler le débit d'eau.
Le principe est simple, le goutteur crée une perte de charge importante, par exemple 250 millibars pour un débit de 1 litre par heure (autrement dit, il a besoin d'une pression de 250 millibars, soit une hauteur de 2,5 mètres d'eau, pour couler au rythme de 1 litre par heure).
Pour le même débit, le petit tuyau qui alimente le goutteur (tuyau de 5 mm de diamètre et de 1 mètre de long) aura une perte de charge d'environ 0,2 millibar, et le gros tuyau (3 mètres de tuyau de 1 cm de diamètre, qui alimente 20 goutteurs, donc 20 litres à l'heure) aura une perte de charge de 0,7 millibars.

Estimation des pertes de charges dans un tuyau (non coudé) :

litre(s) / heure : débit en litre(s) par heure
mm : diamètre intérieur du tuyau en millimètres
m : longueur du tuyau en mètres
perte de charge :

Autrement dit, du fait du très faible débit circulant dans les tuyaux, la quasi-totalité de la perte de charge sera concentrée au niveau des goutteurs, et donc tous les goutteurs auront à peu près la même pression d'entrée.
Si les goutteurs sont identiques et au même niveau, ils auront donc tous le même débit.
Si un goutteur se situe 10 cm en dessous des autres, il bénéficiera de 10 millibars de plus que les autres, et aura donc un débit un peu supérieur (1 à 4 pourcents).
De même quand la réserve d'eau se vide, le niveau baisse de 25 cm, et la pression à l'entrée des goutteurs de 25 millibars, entrainant une baisse de débit de 4 à 8%, qui reste acceptable.
C'est donc l'importante perte de charge du goutteur qui assure la stabilité et la bonne répartition du débit.

En pratique comment marchent les goutteurs ?
Le plus simple des goutteurs est un très petit orifice par lequel passe l'eau. Plus il est petit, plus la perte de charge est importante. Mais plus il est petit, plus il se bouche vite !
Alors, les fabricants de goutteurs se sont ingéniés à créer dans le goutteur un très long parcours pour l'eau : pour une perte de charge équivalente, plus le circuit est long, plus on peut lui laisser un diametre important, limitant ainsi les risques de bouchage. On peut par exemple faire entrer un circuit d'un mètre en spirale dans un goutteur de quelques millimètres de long !
Et il existe des goutteurs encore plus spohistiqués (turbulents, à labyrinthe, à membrane...) qui présentent l'intérêt d'avoir un débit peu dépendant de la pression d'entrée.

Attention :
- quel que soit le goutteur, il finira toujours pas se boucher. Il faut en prévoir plusieurs (tous ne se bouchent pas en même temps) et les nettoyer (ou changer) de temps en temps (certains sont démontables). Et il faut filtrer l'eau en amont, et empêcher le développement d'algues dans le circuit.
- plus la pression d'entrée est forte, plus le débit est régulier et uniformément réparti entre les goutteurs.
Dans le cas qui nous intéresse (système gravitaire), la pression est faible, par exemple 250 millibars si le niveau d'eau dans la citerne se trouve 2,5 mètres au dessus des goutteurs, ce qui n'est pas une situation très favorable. Choisir des goutteurs à faible débit (forte perte de charge).
- Les goutteurs sont généralement prévus pour fonctionner entre 0,5 et quelques bars. Le débit affiché n'est donc pas représentatif du débit attendu en mode gravitaire.
Ainsi, un goutteur affiché à 2 litres par heure pour 1 bar pourra voir son débit chuter vers 0,5 à 1 litre par heure sous 0,25 bar.

Caractéristiques du goutteur en fonctionnement nominal (indiqué par le fabricant) :
bar(s) pression en bars
litre(s)/h début en litres / heure

Estimation en mode gravitaire :
mètre(s) hauteur du niveau d'eau de la réserve au dessus des goutteurs
débit du goutteur en mode gravitaire :
Attention, ce calcul est donné à titre purement indicatif. Les courbes débit/pression dépendent énormément du type de goutteur choisi. Il est nécessaire de faire des essais pour estimer le débit.

➔ Mise en place Tous les éléments du système (collecteur d'eau de pluie, réservoir d'eau de pluie, filtre, programmateur, sonde d'humidité, goutteurs) doivent d'abort être mis en place, avec une fixation solide pour le collecteur d'eau, le programmateur, et surtout la réserve d'eau. Si le programmateur a besoin d'un minimum de pression pour bien fonctionner, il sera préférable de le placer le plus bas possible. Par contre, le collecteur et la réserve d'eau seront placés le plus haut possible (avec niveau haut de la citerne en ligne ave le niveau haut du collecteur). Tous les éléments sont reliés entre eux par des tuyaux (les moins tortueux possible), sans oublier de prévoir des vannes et des raccords déconnectables (pour pouvoir isoler et démonter un élément) et un ou plusieurs robinets de purge. Pour nos 3 bacs, on pourra par exemple utiliser des tuyaux de diamètre 16 mm en PVC rigide (collé) ou des tuyaux souples (mais opaques) entre le collecteur et le réservoir et entre le réservoir et le programmateur puis en aval du programmateur. Chaque bac pourra être alimenté par un tuyau souple de 10 mm de diamètre sur lequel viennent se brancher des petits tuyaux souples de 5 mm de diamètre alimentant chacun un goutteur.