Surveillance de la Qualité de l'Eau : Système Arduino MKR1000 pour Rivières et Lacs

Composants et Fournitures

Composant	Quantité	Note
Arduino MKR FOX 1200 (SAMD21 + Sigfox)	1	Faible consommation, autonomie piles
Capteur de Niveau d'Eau	1	Analogique
Capteur pH	1	Analogique
LED Blanche	1	Pour détection pollution insoluble
Résistance 220 Ω	2	LED + photorésistance
Photorésistance (LDR)	1	Détection opacité/eau trouble
Fils de câblage (Dupont)	1 lot

Outils Nécessaires

• Fer à souder
• Scie à métaux (découpe boîtier bouteille)

Applications et Services Cloud

• Arduino Web Editor (programmation en ligne)
• Sigfox (réseau LPWAN bas débit, longue portée)
• Wia (plateforme IoT : visualisation, alertes, flux de traitement)

Présentation du Projet « MyRiver »

Une rivière ou un lac peut être source de loisirs, mais s'ils sont pollués, le danger guette : eau impropre au bétail, risque de crue, rejets toxiques (hydrocarbures, métaux). MyRiver est un dispositif autonome, déployable en zone isolée grâce à Sigfox, qui surveille en continu :

• pH de l'eau (capteur dédié)
• Niveau d'eau (capteur niveau → alerte crue)
• Pollution par substances insolubles (huile, essence, mercure...) via méthode optique originale : une LED éclaire l'eau, une photorésistance mesure la lumière transmise. Si la lecture chute → présence de matières en suspension/opacifiantes.

Les données sont envoyées toutes les 30 min (configurable, min 20 min) via Sigfox → Wia → visualisation web/app mobile + alertes immédiates (email/push) si seuils dépassés.

Fonctionnement Technique Détaillé

Cycle de Mesure et Envoi

1. Réveil (mode sommeil SAMD21 ultra-faible conso).
2. Lecture capteurs : pH (A1), Niveau (A2), Photoresistance (A3).
3. Formatage buffer 12 octets (limite Sigfox) : chaque valeur brute (0-1023) codée sur 4 octets (zéros à gauche). Ex: 620 → « 0620 », 24 → « 0024 ». Concaténation = 12 caractères ASCII → envoyés en HEX.
4. Envoi Sigfox → relais vers Wia (webhook HTTP POST).
5. Traitement Wia (Flow) : HEX → String → parsing 3 valeurs → conversion : pH brut → pH réel (formule étalonnage), Niveau → « HIGH »/« OK », Pollution → « POLLUTED »/« OK ».
6. Alertes : si valeur hors bornes → envoi email via Wia.
7. Retour sommeil.

Extrait Code Arduino (Parties Clés)

1. Structure de Lecture Capteurs

struct GetValue {
  int riverLevel() { // Niveau eau sur A2
    const int val = analogRead(A2);
    if(proDebug) { Serial.print(" River Level "); Serial.println(val); }
    return val;
  }
  int riverPh() { // pH sur A1 (conversion tension)
    const int val = (analogRead(A1) / 5 * 3.3); // Adaptation 5V→3.3V
    if(proDebug) { Serial.print(" River Ph "); Serial.println(val); }
    return val;
  }
  int riverPol() { // Pollution (photorésistance) sur A3
    const int val = analogRead(A3);
    if(proDebug) { Serial.print(" River Pollution "); Serial.println(val); }
    return val;
  }
};

2. Formatage Buffer 12 Octets

String data(int level, int ph, int pol) {
  int values[3] = {level, ph, pol};
  String newValues;
  for(int i = 0; i < 3; i++) {
    if(values[i] < 10)      newValues += "000";
    else if(values[i] < 100) newValues += "00";
    else if(values[i] < 1000) newValues += "0";
    newValues += values[i];
    Serial.print(" Run "); Serial.print(i); Serial.print("/3 "); Serial.println(newValues);
  }
  return newValues; // Ex: "002406200850"
}

3. Envoi Sigfox

void parseData(String data) {
  SigFox.beginPacket();
  SigFox.print(data);
  int ret = SigFox.endPacket();
}

Configuration Wia (Sigfox → Wia → Alertes)

Étape 1 : Webhook Sigfox vers Wia

Dans le backend Sigfox, créer un Callback :

• Type : Data Uplink
• Channel : URL
• URL : https://api.wia.io/v1/events
• HTTP Method : POST
• Header : Authorisation: Bearer <VOTRE_CLÉ_WIA>
• Content-Type : application/json
• Body : JSON spécifique (fourni dans le tutoriel original) incluant sigfoxData, device, time.

Étape 2 : Flow Wia (Traitement Données)

Le Flow Wia (éditeur visuel nœuds) effectue :

1. processPayload : HEX → String UTF-8.
2. riverPollution : extrait octets 8-11 (pollution), compare à seuil (minVal=200) → « POLLUTED » ou « OK ».
3. riverPh : extrait octets 4-7 (pH), conversion formule (val/73.1428571) → pH réel (2 décimales).
4. riverLevel : extrait octets 0-3 (niveau), compare à maxVal=200 → « HIGH » ou « OK ».
5. processPollution/Ph/Level : si alerte → publier événement nommé waterPollution, waterPh, waterLevel avec valeur.
6. Nœuds Email : envoi alertes formatées (device ID, donnée brute).

Fonctions Wia (JavaScript) clés :

// riverPollution - extraction + seuillage
let minVal = 200;
if(input.body.data.sigfoxData) {
  let data = input.body.data.sigfoxData;
  let processed = Buffer(data, 'hex').toString('utf8');
  let valStr = processed[8]+processed[9]+processed[10]+processed[11];
  let finalVal = parseInt(valStr);
  output.body.name = "waterPollution";
  output.body.data = (finalVal < minVal) ? "POLLUTED" : "OK";
}

// riverPh - extraction + conversion étalonnage
let minVal = 300, maxVal = 600;
if(input.body.data.sigfoxData) {
  let data = input.body.data.sigfoxData;
  let processed = Buffer(data, 'hex').toString('utf8');
  let valStr = processed[4]+processed[5]+processed[6]+processed[7];
  let finalVal = parseInt(valStr);
  let pH = (finalVal / 73.1428571).toFixed(2);
  output.body.name = "waterPh";
  output.body.data = pH;
}

// riverLevel - extraction + seuillage
let maxVal = 200;
if(input.body.data.sigfoxData) {
  let data = input.body.data.sigfoxData;
  let processed = Buffer(data, 'hex').toString('utf8');
  let valStr = processed[0]+processed[1]+processed[2]+processed[3];
  let finalVal = parseInt(valStr);
  output.body.name = "waterLevel";
  output.body.data = (finalVal > maxVal) ? "HIGH" : "OK";
}

Étape 3 : Calibration Seuil Photoresistance (Pollution)

Le seuil minVal=200 (pollution) doit être déterminé in situ :

void setup() { pinMode(1, OUTPUT); Serial.begin(9600); while(!Serial); digitalWrite(1, HIGH); }
void loop() { const int val = analogRead(A3); Serial.println(val); delay(5000); }

Immerger la sonde dans l'eau saine cible, noter la valeur stable → définir minVal légèrement en dessous (marge). Variable proDebug (défaut false) active logs série (nécessite USB/PC).

Boîtier Écologique : Bouteille en Plastique Recyclée

Le boîtier est réalisé dans une bouteille d'eau vide : étanche, flottant, gratuit, recyclé. Découpe, passage câbles, collage/étanchéité (ruban adhésif marin sur le goulot).

Déploiement sur le Terrain

1. Se rendre sur site à marée haute (référence niveau max normal).
2. Positionner sonde : capteur niveau au ras de l'eau, photorésistance totalement immergée.
3. Fixer solidement à la berge (ruban, vis, piquet).
4. Mettre sous tension → premières données dans Wia.

Testé sur rivière polluée locale : toutes les alertes (pH, niveau, pollution) ont déclenché correctement.

Bibliothèques Utilisées

• Sigfox (Arduino LLC, LGPL)
• ArduinoLowPower (Arduino LLC, LGPL) — gestion sommeil profond

Schéma de Câblage (Fritzing)

Avantages Clés

• Surveillance continue à distance (tout pays couvert Sigfox).
• Alertes temps réel (pollution, crue, pH anormal).
• Autonomie longue durée (piles AA, sommeil profond SAMD21).
• Détection pollution insoluble innovante (optique LED/LDR).
• Boîtier éco-conçu (bouteille recyclée).
• Plateforme Wia : tableaux de bord, graphiques, alertes email/push, API.