Mise en place du dispositif

Un travail important a été réalisé en amont de l’installation du dispositif avec l’échantillonnage des arbres instrumentés ainsi que la préparation du terrain et du matériel de mesure. Ensuite, la mise en place du dispositif de suivi des micro-variations du rayon a été effectuée durant le mois de mai 2011 et a mobilisé les cinq personnes citées précédemment.

Figure 2.5 : Comparaison de la distribution entre l’échantillon des arbres suivis (vert) et la totalité de l’essai (bleu) pour le diamètre (a) et la hauteur (b) à 10 mois.

Figure 2.6 : Photo de la mise en place des infrastructures : a : cabane de gardien et local de rangement, b : installation des poteaux pour la clôture, c : câbles d’alimentations électrique et de communication entre centrales disposés pour être enterrés, d : fosse pour les mesures d’humidité du sol à différentes profondeurs.

0 20 40 60 80 Diamètre (mm) 0 200 400 600 Hauteur (cm) a b a b c _d

2.3.2.1 Préparation

Echantillonnage des arbres suivis

Un inventaire de la hauteur et du diamètre a été réalisé 3 mois après la plantation de l’essai (février 2011), afin de présélectionner les arbres en fonction de leur représentativité et de leur localisation sur la parcelle. Cet échantillonnage ne présentait pas d’écart significatif par rapport à la globalité de l’essai en termes de moyenne et d’écart type (4,9 ± 2,16 mm de diamètre pour l’ensemble de l’essai et 4,86 ± 2,01 pour l’échantillonnage initial). Fin avril 2011, la sélection définitive des arbres suivis a été effectuée après une deuxième mesure de diamètre. L’installation du support de capteur nécessitant un perçage du tronc, un diamètre minimal de 12 mm a été choisi pour sélectionner les arbres suivis. Cette contrainte technique a induit un biais dans l’échantillonnage : les arbres suivis sont en moyenne significativement plus gros que l’ensemble de l’essai (Figure 2.5). La variabilité captée dans l’échantillon est aussi plus faible que celle de la population totale mais reste importante avec un coefficient de variation phénotypique de 0,32 pour le diamètre et de 0,29 pour la hauteur à dix mois contre 0.41 et 0.37 pour l’ensemble de l’essai.

Préparation du terrain

La cabane de gardien ainsi que la clôture ont été mises en place début mai 2011, après un nettoyage de la parcelle fin avril 2011 (Figure 2.6). La clôture a nécessité 140 poteaux traités et 300 m de grillage. Le mât (3 m) de la station météo a été installé sur un socle en béton à côté de la cabane. Ce mât est situé à 20 m de la parcelle et à 6 m de la cabane pour éviter un effet de bordure lié à la proximité des arbres sur les mesures météo. Une tranchée de 40 cm de profondeur, allant de la cabane jusqu’à l’intérieur de la clôture a été creusée afin d’enterrer les câbles d’alimentation et de communication. Sur chaque placeau, une fosse de deux mètres de profondeur a été creusée pour permettre l’installation de quatre sondes d’humidité du sol. Deux poteaux par placeau ont été positionnés pour fixer les boîtiers contenant les centrales d’acquisitions de données et les multiplexeurs.

Préparation du matériel

Une partie de la préparation du matériel a été effectuée à Bordeaux. Le support de micro-dendromètre a été adapté pour prendre en compte la croissance rapide des eucalyptus. Des tests en conditions réelles de mesure ont été faits sur pin pour valider le prototype, puis 270 pièces ont été usinées (Annexe 1).

Figure 2.7 : Vue intérieure d’un boîtier "centrale de mesure" avant câblage final (a) et d’un boitier multiplexeur (b). Centrale de mesure (1), module d’enregistrement (2), multiplexeur (3), bornier de connexion (4) et régulateur de tension 12,5V vers 2,5V (5).

Figure 2.8 : Plan détaillé du placeau P3.

Plan P3 équipés de micro-dendromètre non suivis morts 2.6 m 4.7 m Centrale de mesure Multiplexeur Fosse : 4 sondes TDR (0.15, 0.5, 1 et 2m) et 2 sondes de t° (0.15 et 1m) Sonde de t° et d'humidité de l'air Cablage électrique Arbres :

Les capteurs étant alimentés en 2,5 V, des circuits spécifiques convertissant du 12,5V (CC entrant) en 2,5V (CC sortant) ont été préparés pour être installés en amont de chaque multiplexeur. Un travail important de préparation des câbles a été réalisé à Pointe-Noire en avril 2011 (au total 4,5 km de câbles ont été nécessaires à ce dispositif). Afin de relier les capteurs à la centrale, des longueurs prédéfinies de câbles ont été découpées, puis les extrémités ont été dénudées pour pouvoir effectuer les branchements (Annexe 2). Deux boîtiers par placeau ont été préparés : l’un contenant la centrale de mesure et un multiplexeur, l’autre contenant le deuxième multiplexeur afin qu’il puisse être déporté de la centrale (Figure 2.7). Les branchements entre les centrales, les multiplexeurs et les capteurs ont été réalisés suivant un schéma précis. Chaque arbre suivi est associé à un capteur numéroté (avec un étalonnage spécifique), une longueur de câble et une voie de mesure sur le multiplexeur. La connexion entre la centrale et le capteur se fait par trois fils : rouge, vert et jaune (Figure 2.7).

2.3.2.2 Description détaillée des éléments du dispositif

A titre d’exemple, la Figure 2.8 représente de manière détaillée la structure du placeau 3. Un premier multiplexeur est relié à 31 arbres, le second à 29 arbres et le tout est connecté à centrale d’acquisition. Les sondes de température et d’humidité sont reliées directement à la centrale d’acquisition. Les autres placeaux sont équipés avec les mêmes composants mais diffèrent au niveau du nombre d’arbres suivis (P1 : 58 arbres, P2 : 64 arbres et P4 : 58 arbres). Les différentes mesures (micro-variations du rayon, variables environnementales) s’effectuent via cinq centrales (CR1000, Campbell Scientific). L’enregistrement des données s’effectue sur la mémoire interne des centrales ainsi que sur une carte mémoire, grâce à un module complémentaire d’enregistrement (CFM100, Campbell Scientific). Les programmes de mesure d’une centrale mico-dendromètre et de la centrale météo sont donnés en Annexe 3.

Mesure des micro-variations du rayon

La mesure des micro-variations du rayon de chaque arbre est réalisée toute les 30 secondes et moyennée toutes les cinq minutes pour être enregistrée. La mesure de tension variable, spécifique à chaque capteur est effectuée au niveau du multiplexeur, et la mesure de tension "totale" est effectuée de manière globale pour l’ensemble des capteurs d’un même multiplexeur (les capteurs sont branchés en parallèle). Le ratio entre ces deux tensions est calculé et enregistré : c’est le signal de micro-variation brut.

Figure 2.9: Vue schématique (a) et photo (b) d’un micro-dendromètre et du support aluminium.

Le capteur utilisé est un potentiomètre linéaire (résistance variable à trois bornes). Il est fixé à l’arbre par deux tiges en acier inoxydable et un support en aluminium maintenu par des écrous papillon (Figure 2.9). Tous les capteurs sont positionnés au sud. La connexion entre le capteur et la centrale d’acquisition est réalisée avec un câble blindé composé de trois fils (0,2 mm²). Deux capteurs par placeau sont placés sur un support inerte (tube en acier) pour servir de témoin. Pour mesurer l’hétérogénéité sur un même arbre, un arbre par placeau comporte trois capteurs. Les deux capteurs supplémentaires sont situés au même niveau mais avec une orientation différente (Est et Ouest).

Caractérisation environnementale

Le suivi des variables environnementales se fait d’une part au niveau de la centrale météo pour la température, l’humidité de l’air, le rayonnement incident, la pluviométrie et la vitesse du vent et d’autre part au niveau de chaque placeau pour la température, l’humidité de l’air et l’humidité du sol. Les mesures sont enregistrées toutes les cinq minutes, au même pas de temps que les mesures de micro-variations. La mesure de température et d’humidité de l’air est effectuée sous abri par une sonde unique (CS215, Campbell Scientific). Le rayonnement incident est mesuré à trois mètres du sol par un pyranomètre (CS300, Campbell Scientific) avec une gamme spectrale de 300 à 1000 nanomètres. La pluviométrie est mesurée par un pluviomètre à auget basculant (0,2 mm/basculement, ARG100, Campbell Scientific) positionné à 1,3 m du sol. La vitesse et la direction du vent sont mesurées grâce à un anémomètre à coupelle (03002, Campbell Scientific) positionné à 3 m du sol avec une précision de 0,5 m/s (de 0 à 50 m/s). La température du sol est mesurée à deux profondeurs : 0,15 et 1 m (107, Campbell Scientific) avec une précision de 0,1°C. La teneur en eau du sol est mesurée par des sondes réflectométriques (CS616, Campbell Scientific) avec une précision de 0,05% (% volumique). Ces sondes sont placées à différentes profondeurs : 0,15 ; 0,5 ; 1 et 2 m afin de couvrir la fraction du profil présentant les plus fortes variations d’humidité. En effet, au-delà de deux mètres de profondeur, ces variations sont proches de ce que l’on observe à deux mètres [18].

Figure 2.10 : Schéma du système de communication entre centrales (CR1000) via le module MD485. La centrale météo sert de centrale "master", les autres sont des centrales "slave".

Figure 2.11 : Patron journalier de micro-variation du rayon sur l’arbre X16_Y39 à deux périodes différentes : AV : sans régulateurs de tension et AP : avec régulateurs de tension. Les mesures représentent une journée complète (24h) pour les deux périodes.

CR1000 PakBus 2 CCS I/O MD485 CCS I/O RS-485 RS-485 CR1000 PakBus 3 CCS I/O MD485 CCS I/O RS-485 RS-485 CR1000 PakBus 4 CCS I/O MD485 CCS I/O RS-485 RS-485 CR1000 PakBus 5 CCS I/O MD485 CCS I/O RS-485 CR1000 PakBus 1 CCS I/O MD485 CCS I/O RS-485 100 m _{40 m 40 m 40 m}

Centrale master Centrale slave

P2 P1 P4 P3 Station météo 4850 4900 4950 5000 5050 5100 5150 2850 2900 2950 3000 3050 3100 3150 00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 µ m ( A P ) µ m ( A V ) Heure X16_Y39 AV X16_Y39 AP

Alimentation électrique et communications entre centrales météo et micro-dendromètres

L’alimentation électrique est séparée en deux systèmes indépendants et identiques : le premier alimente les placeaux 1 et 4 et le deuxième alimente les placeaux 2 et 3 (Figure 2.4). L’alimentation électrique de chaque système est permise grâce à deux panneaux solaires (A-10P, ATERSA) branchés en parallèle, qui rechargent via un régulateur de tension (Solsum 6.6F, Steca Elektronik) deux batteries (12V, 140Ah) branchées en parallèle. Les deux batteries sont reliées aux deux placeaux via un câble électrique (2,5 mm²).

La communication entre centrales d’acquisition est opérée grâce un réseau (RS-485) organisé de la manière suivante. La centrale météo est la centrale "master" et les centrales micro-dendromètre sont des centrales "slave" (Figure 2.10). Les centrales sont reliées via le port CS I/O à un module complémentaire (MD485, Campbell Scientific). Les cinq modules sont reliés entre eux par un réseau filaire (2,5 mm²) qui permet la communication en RS-485. Les centrales ainsi que les modules MD485 sont configurés avec le même débit (115,2 kBd). Cette communication entre centrales permet l’accès à l’ensemble du système depuis la cabane de gardiennage via la centrale météo (Figure 2.4).