9 Agriculture verticale au Nunavut avec l’automatisation de l’IoT

^{Note: Image generated using generative AI (DALLE)}

Par: Ihab Azdou, Vazrik Mansoorian, Conor Murphy, Shahik Rakib and Matthew Wazen

6 septembre  2023 / University of Ottawa – Telfer School of Business Management

The FinTech Explorer: A Complete Guide

La plupart des gens savent que l’insécurité alimentaire est courante dans les pays du tiers monde et les pays sous-développés, mais qu’en est-il d’un pays comme le Canada ? L’insécurité alimentaire est un problème majeur au Nunavut, un territoire canadien situé dans l’Arctique. Avec environ 39 000 habitants, le Nunavut est confronté à d’énormes difficultés pour accéder à des aliments frais et abordables. Le coût de la vie élevé, les conditions climatiques extrêmes et le manque d’infrastructures de transport contribuent tous à ce problème.

Au Nunavut, le coût moyen de l’épicerie pour une famille est de 23 904 $ par année, et près de 70 % des résidents du territoire sont en situation d’insécurité alimentaire. Ce taux est huit fois plus élevé que la moyenne canadienne. De plus, le coût des aliments au Nunavut est presque trois fois plus élevé que dans d’autres régions du Canada, selon le Bureau des statistiques du Nunavut.

Les exemples de prix des aliments au Nunavut sont révélateurs et stupéfiants. Par exemple, NorthMart, une épicerie d’Iqaluit, demande 32,99 $ pour une botte d’asperges, 28,54 $ pour un seul chou et 14,39 $ pour des fraises. Ces prix sont considérablement plus élevés que ce que l’on s’attendrait à payer dans d’autres régions du Canada. Le Bureau des statistiques du Nunavut rapporte que presque tout dans les supermarchés du Nunavut coûte jusqu’à trois fois plus cher que dans un magasin canadien moyen, ce qui rend difficile pour les résidents de se procurer des produits d’épicerie de base. Parmi les autres aliments excessivement chers au Nunavut, on trouve l’eau en bouteille à 83,49 $, les hamburgers au poulet à 32,39 $, jus d’orange Tropicana à 26,99 $, mélange de collations Munchies à 33,69 $, lait maternisé à 55,39 $ et un paquet de 12 sodas au gingembre à 82,49 $. Le coût de la vie élevé au Nunavut et dans d’autres régions éloignées du Canada peut entraîner une insécurité alimentaire, où les gens ont du mal à avoir accès à suffisamment de nourriture pour eux-mêmes et leur famille. Pour mettre les choses en perspective, les prix dans une épicerie de Toronto (figure 3), en Ontario, relevés au même moment où les prix au Nunavut ont été enregistrés dans la figure 2.

Figure 1

Une famille du Nunavut proteste contre les coûts élevés

Note : Extrait de (https://medium.com/@peytonverhoeven/is-this-even-real-a-food-crisis-within-canada-265e6bad3b40)

Le climat du Nunavut est l’un des facteurs importants contribuant à l’insécurité alimentaire du territoire. Les hivers dans la capitale, Iqaluit, ont une température moyenne de -27 °C, ce qui rend presque impossible la culture à l’extérieur, comme dans d’autres provinces. De plus, la plupart des communautés du Nunavut sont éloignées, sans routes ni lignes ferroviaires directes. Cela entraîne une augmentation des distances d’expédition, des coûts d’expédition plus élevés et un recours à des méthodes d’importation non conventionnelles, notamment par avion et par bateau. Malheureusement, ces méthodes ne sont pas fiables, les avions étant cloués au sol pendant plusieurs semaines lors des tempêtes hivernales et les navires n’arrivant que quelques fois par an.

Il s’agit cependant d’une solution possible au problème d’insécurité alimentaire du Nunavut. L’agriculture verticale en intérieur a le potentiel d’augmenter la production agricole, de surmonter les limitations foncières et climatiques et de minimiser l’impact environnemental de l’agriculture en réduisant les distances de livraison dans la chaîne d’approvisionnement. L’idée de l’agriculture verticale a été introduite pour la première fois par Gilbert Ellis Bailey en 1915, mais une approche plus moderne a été introduite par le professeur Dickson Despommier en 1999. Sa vision était de cultiver des cultures dans les zones urbaines afin de minimiser la distance et le temps de trajet des aliments.

Figure 2

Prix ​​des produits d’épicerie au Nunavut

Note. Extrait de (https://medium.com/@peytonverhoeven/is-this-even-real-a-food-crisis-within-canada-265e6bad3b40)

Figure 3

Prix ​​des épiceries à Toronto

Note. Extrait de (https://medium.com/@peytonverhoeven/is-this-even-real-a-food-crisis-within-canada-265e6bad3b40)

L’agriculture verticale consiste à cultiver des cultures empilées en rangées les unes sur les autres, en utilisant la lumière artificielle, le contrôle de la température et de l’eau riche en nutriments au lieu du sol. Cette méthode agricole permet une production agricole toute l’année dans un environnement contrôlé sans pesticides ni herbicides. De plus, l’agriculture verticale peut être pratiquée dans de petits espaces, ce qui en fait une solution idéale pour les communautés éloignées du Nunavut, où l’espace est limité. L’agriculture verticale pourrait fournir au Nunavut une source durable de produits frais et abordables, contribuant ainsi à atténuer l’insécurité alimentaire sur le territoire.

Étant donné que la majeure partie du coût élevé des aliments au Nunavut est associée au transport, la solution idéale serait de maintenir les coûts de transport à un faible niveau en cultivant les aliments au Nunavut, l’agriculture verticale étant cette solution idéale.

De plus, les précédentes initiatives agricoles verticales au Nunavut ont échoué en raison du manque de techniciens qualifiés. Ce problème de main-d’œuvre peut être résolu en limitant le besoin d’intervention humaine qualifiée ou en l’éliminant grâce à l’automatisation et à la formation communautaire.

Culture en eau profonde – Système hydroponique

Comme mentionné précédemment, la culture hydroponique est une méthode de culture de plantes sans sol, où les plantes sont plutôt produites dans une solution aqueuse riche en nutriments. Il est couramment utilisé dans un système dans lequel les plantes sont cultivées en couches empilées verticalement avec un système de circulation d’eau qui fournit la solution aqueuse riche en nutriments directement aux racines des plantes. La disposition verticale du système permet de cultiver davantage de plantes sur une zone plus petite, maximisant ainsi l’utilisation de l’espace. De plus, le système peut être contrôlé avec précision, permettant des conditions optimales pour la croissance des plantes, notamment la température, l’humidité et les niveaux de lumière. Cela se traduit par des taux de croissance plus rapides et des rendements plus élevés, faisant de la culture hydroponique un choix populaire pour l’agriculture verticale.

La culture hydroponique en eau profonde (DWC) est l’un des systèmes hydroponiques les plus simples et faciles à utiliser. Avec un système de culture en eau profonde, les plantes sont contenues dans un pot en filet suspendu au couvercle, et les racines sont suspendues dans de l’eau avec une solution riche en nutriments (Alpiné, 2023). Il est utilisé dans des conteneurs agricoles verticaux (Growcer, 2023) et présente de nombreux avantages par rapport à l’agriculture traditionnelle. C’est également une meilleure solution pour le Nunavut que d’autres formes populaires d’agriculture verticale, comme l’aquaponie (Epic Gardening, 2023). Premièrement, dans le DWC, il y a un meilleur contrôle sur l’équilibre des nutriments : les producteurs ont un contrôle total sur l’équilibre des nutriments de la solution, ce qui permet un contrôle précis de la croissance des plantes.

D’un autre côté, en aquaponie, l’équilibre des nutriments est influencé par les déchets de poisson et d’autres animaux aquatiques présents dans le système, ce qui peut être difficile à contrôler. De plus, les nutriments contenus dans les systèmes aquaponiques peuvent ne pas être facilement disponibles pour les plantes, ce qui nécessite une surveillance et une supplémentation supplémentaires. Deuxièmement, le risque de maladie est plus faible : les systèmes DWC sont moins susceptibles de rencontrer des problèmes de maladies et de ravageurs car ils n’utilisent pas de sol susceptible d’héberger des agents pathogènes et des ravageurs. Les systèmes aquaponiques présentent un plus grand risque de problèmes de maladies et de ravageurs en raison de la présence de poissons et d’autres animaux aquatiques si une maladie ou un problème de ravageurs peut rapidement se propager aux plantes et aux animaux du système. Troisièmement, le coût et la complexité sont moindres : les systèmes DWC sont généralement moins coûteux et plus faciles à installer et à entretenir. L’aquaponie nécessite des équipements et des ressources supplémentaires, notamment des aquariums, des filtres et des systèmes d’aération. De plus, les systèmes aquaponiques nécessitent une surveillance et une gestion plus complexes pour maintenir les composants végétaux et animaux du système. Cinquièmement, un rendement des cultures plus élevé : les systèmes hydroponiques DWC produisent des rendements plus élevés que les systèmes agricoles ou aquaponiques traditionnels. Cela est dû au meilleur contrôle de l’équilibre des éléments nutritifs et des conditions de croissance dans le système, ainsi qu’à l’absence de problèmes potentiels de maladies et de ravageurs. Des rendements plus élevés signifient une production alimentaire accrue par unité d’espace, ce qui est particulièrement important dans les zones à espace limité où l’agriculture verticale est courante. Cela signifie également que les plantes cultivées peuvent nourrir davantage de personnes et contribuer à réduire le coût des aliments au Nunavut. Un sixième avantage important est que ces exploitations fonctionnent mieux par temps froid, comme au Nunavut, que les exploitations agricoles ou aquaponiques traditionnelles. Enfin, ces exploitations utilisent moins d’eau pour fonctionner, environ 20 fois moins qu’une ferme conventionnelle. Cela signifie qu’ils peuvent réduire le coût de l’eau dans un endroit comme le Nunavut, où des produits comme l’eau sont chers.

Plantes

L’agriculture hydroponique consiste à faire pousser des plantes dans l’eau plutôt que dans le sol. (Département de l’Agriculture des États-Unis, s.d.). L’avantage est qu’il peut être utilisé pour faire pousser les cultures plus rapidement. Ils répondent également aux besoins des plantes très exigeantes en nutriments (Université du Minnesota, Small-scale hydroponics, 2023). Ceci est avantageux dans une exploitation agricole verticale car certains éléments naturels, comme le soleil, manquent. Grâce à la technologie IoT, nous pouvons surveiller l’état du sol du processus et l’ajuster pour répondre aux exigences des plantes. Il peut automatiquement détecter lorsqu’une culture particulière manque d’un nutriment requis et lui en fournir.

Un avantage des opérations hydroponiques est qu’elles conduisent à des rendements plus élevés (National Park Service, 2021). Cela signifie que les plantes cultivées peuvent nourrir davantage de personnes et contribuer à réduire le coût des aliments au Nunavut. Un autre avantage non négligeable est que ces opérations fonctionnent mieux par temps froid que les opérations aquaponiques (Hydroponic Way, 2022). Ils ne dépendent pas de la qualité du sol de la région. Étant donné qu’il fait si froid au Nunavut, c’est logique. Ces exploitations utilisent également moins d’eau pour fonctionner, environ 20 fois moins qu’une ferme traditionnelle (Upstart University, 2023). Cela signifie qu’ils peuvent réduire le coût de l’eau dans un endroit comme le Nunavut, où des produits comme l’eau sont coûteux (Fiddler, 2021).

La sélection des plantes est ici importante non seulement pour l’agriculture verticale mais aussi pour les opérations hydroponiques. Les deux meilleurs types de cultures sont les légumes verts et les fines herbes. Les légumes verts sont des légumes comme le chou frisé, la laitue et le bok choy. Les herbes sont des aliments de type assaisonnement tels que la coriandre, la menthe, le basilic et le persil (Université du Minnesota, Small-scale hydroponics, 2023). Heureusement, ces types de cultures peuvent être cultivées dans une exploitation agricole verticale et une exploitation hydroponique. Ces plantes sont simples à produire et nécessitent moins que d’autres, comme les fruits et les céréales, nécessitant des apports de lumière et de chauffage beaucoup plus élevés.

D’autres aliments comme les tomates, les poivrons et le céleri peuvent toujours être cultivés en culture hydroponique. Ainsi que quelques fruits aussi. Ce ne sont pas les plantes idéales à cultiver, mais elles peuvent quand même l’être si nécessaire (Université du Minnesota, Small-scale hydroponics, 2023). Dans ce cas, nous commençons avec une nouvelle idée d’agriculture verticale pour réduire le coût de la nourriture. Par conséquent, au moins dans la phase initiale de ce projet, il peut être judicieux de cultiver uniquement les cultures les plus productives et les plus adaptées aux environnements hydroponiques et à l’agriculture verticale. Cela conserve la recommandation initiale de plantes comme le chou frisé et les épinards comme plantes à utiliser.

En ce qui concerne les capteurs IoT, le meilleur que nous avons trouvé pour les opérations hydroponiques était le SmartCultiva CT-700. Ce capteur est adapté aux opérations hydroponiques. Il peut détecter les niveaux de température et d’humidité dans la solution aqueuse, les niveaux de CO2 dans l’air, les niveaux d’humidité du sol et la sensibilité à la lumière intérieure et extérieure. Ce capteur peut envoyer des données en temps réel sur ces paramètres à n’importe quel appareil via le cloud vers n’importe quel appareil IoT. Il peut également être utilisé pour allumer ou éteindre tous les appareils qui y sont connectés, tels que des capteurs de niveau de pH, des pompes à eau et des lumières LED pour la culture (SmartCultiva, 2023). En combinaison avec d’autres appareils IoT, ce capteur peut s’avérer très utile.

Nous prévoyons de créer un paramètre IoT pour les épinards. Les épinards nécessitent un pH compris entre 6,5 et 8, les températures idéales de la solution d’eau se situent entre 45 et 68 degrés Fahrenheit et le niveau idéal de CO2 est de 1 200 ppm (Université du Minnesota, 2023), (Pennsylvania State University, 2020), (Gouvernement du Manitoba. , s.d.). Nous pouvons utiliser ces spécifications et créer un profil IoT pour les épinards afin de garantir une croissance optimale de la plante.

Automatisation

La réduction des coûts et la diminution de l’intervention humaine dans une serre nécessiteront l’automatisation. Cette dernière est devenue un élément important dans de nombreuses industries lorsqu’il s’agit de réduire les coûts, qu’il s’agisse d’une entreprise manufacturière utilisant l’automatisation pour réduire les coûts de main-d’œuvre (Hitomi, 1994) ou d’un cabinet d’avocats utilisant l’automatisation pour réduire ses coûts de processus (Walshe, 1982), cette technologie peut influencer les résultats financiers et faire baisser les prix pour le consommateur final.

Lorsqu’on envisage l’automatisation d’une serre au Nunavut, plusieurs critères doivent être pris en compte avant de choisir une solution technologique spécifique :

Tableau 1

Critères d’automatisation des serres avec raisonnement

LoRaWAN, Long-Range Wide-Area-Networks, a été choisi comme solution technologique pour l’initiative d’agriculture verticale car elle répond le mieux aux critères ci-dessus. LoRaWAN est un protocole de communication spécifique LPWAN (Low Power Wide Area Networking) (Haxhibeqiri et al, 2018). Ce protocole de communication a été conçu pour connecter sans fil des appareils fonctionnant sur batterie à Internet. Ce protocole a été conçu pour être utilisé avec les appareils Internet des objets (IoT) et, en tant que tel, répond aux exigences critiques des appareils IoT :

Tableau 2

Exigences IoT avec raisonnement

LoRaWAN est un protocole open source, ce qui signifie que toute personne possédant le savoir-faire technique peut créer son propre réseau LoRaWAN pour communiquer avec les appareils IoT. Bien que la plupart des entreprises et des particuliers aient besoin de la capacité technologique pour développer leur propre réseau LoRaWAN, plusieurs solutions de niveau entreprise sont disponibles pour les consommateurs, allant des réseaux LoRaWAN hébergés (The Things Network, 2023) aux écosystèmes plug-and-play entièrement intégrés (SmartBee, 2023). Nous avons identifié trois solutions LoRaWAN, allant du bricolage au entièrement hébergé, dans le tableau 3.

L’utilisation d’une solution hébergée, comme celle fournie par TTN, est la meilleure option pour un cas d’utilisation agricole de niche. Les cultures que nous avons choisies, combinées aux conditions environnementales, créent une situation dans laquelle un système plug-and-play, tel que celui fourni par Smart Bee, ne serait pas suffisant. De plus, une solution DIY ne serait pas préférable puisque le déploiement et la maintenance des infrastructures au Nunavut sont déjà délicats. L’utilisation d’une solution hébergée permettrait à une partie de l’infrastructure d’être située à l’extérieur du Nunavut sur des serveurs en nuage.

De plus, une solution hébergée au lieu d’une solution plug-and-play permettrait l’intégration avec tout appareil IoT communiquant à l’aide du protocole LoRaWAN. L’utilisation d’une solution telle que celle de Smart Bee limiterait l’opérateur à l’écosystème Smart Bee d’appareils IoT.

Tableau 3

Types de solutions, fournisseurs et détails de la solution

Appareils IoT

L’IoT, ou « Internet des objets », est un réseau mondial de matériel individuel qui permet la communication entre les appareils et les humains via Internet. Les appareils IoT sont utilisés dans de nombreuses industries et bâtiments résidentiels pour surveiller et détecter les activités, ainsi que pour collecter et transmettre des données. En effet, ils disposent également de capacités d’économie d’énergie au-delà de leurs utilisations générales. Ces appareils/capteurs sont principalement alimentés par des piles ou par de l’énergie provenant de sources limitées et peu coûteuses. Portables et simples à installer, ils constituent une technologie économique adaptée à un budget serré et peu de connaissances techniques. La gestion des appareils et des données est également rendue efficace par les programmes. L’un d’eux est Digi Remote Manager, une interface qui permet la gestion à long terme de plusieurs appareils et données IoT dans le monde entier.

Le WSS-07 PAR de Dragino est un appareil agricole vertical ou extérieur précieux pour l’IoT. Il détecte le rayonnement photosynthétiquement actif (PAR), qui est un rayonnement solaire compris dans la plage de longueurs d’onde de 400 à 700 nanomètres. Naturellement, la lumière solaire varie selon les saisons et la géographie, mais la lumière artificielle peut faciliter la photosynthèse si elle se situe dans ce spectre. Le WSS-07 nécessite une entrée de 5 à 24 V, consomme 3 mA à 12 V et fonctionne entre -30 et 75 Celsius, ce qui le rend fiable dans l’agriculture verticale et les températures extérieures légèrement plus chaudes au Nunavut. Au prix de 229 $ par appareil, cette technologie peut mesurer les longueurs d’onde de la lumière dans une serre fermée sans nécessiter de nombreux appareils.

Figure 4

Capteur de rayonnement actif photosynthétique

Note. Extrait de Choovio, 2023 (https://www.choovio.com/product/wss-07-par-photosyntheically-active-available-radiation/)

Un autre facteur essentiel à l’agriculture est la qualité du sol. Le LoRaWAN « LSPH01 » de Dragino est un capteur de pH et de température à faible consommation d’énergie et avec une longue durée de vie de la batterie de 10 ans (batterie de 8 500 mAh). Nécessaire à son fonctionnement dans un sol humide, l’appareil dispose également d’un boîtier classé IP66 pour le protéger des dégâts des eaux. La technologie LoRa du LSPH01 permet le transfert de données à distance à longue portée. Appareil complémentaire au LSPH01, le produit LSE01, doté de la même batterie et des mêmes capacités de faible consommation que son homologue, mesure l’humidité du sol et la conductivité électrique. En combinaison, les deux appareils peuvent attirer l’attention des agriculteurs si le pH ou les niveaux d’eau doivent être modifiés pour garantir des conditions agricoles idéales. Cela peut rendre les pratiques d’irrigation ou de recyclage de l’eau beaucoup plus précises et efficaces pour le bien-être des plantes. Les quatre facteurs que ces deux appareils surveillent sont essentiels dans l’agriculture traditionnelle la plus fondamentale, et plus encore dans les processus agricoles verticaux automatisés en serre. Chaque LSPH01 et LSE01 se vendent 128,94 $, pour un prix combiné de 257,88 $, ce qui en fait un investissement fixe et relativement peu coûteux pour les avantages qu’ils offrent.

Les appareils IoT peuvent faciliter une plus grande durabilité et un meilleur rendement grâce à une surveillance et des informations constantes dans l’espace agricole. Des données spécifiques permettent des prévisions plus éclairées, des décisions de gestion des ressources et la santé du bétail. Qu’il s’agisse de gérer les risques ou les coûts, les appareils IoT permettent aux agriculteurs d’utiliser l’agriculture intelligente pour une efficacité accrue.

Nous croyons également qu’il est essentiel d’approvisionner le Nunavut en cultures cultivées localement afin de réduire le coût des aliments sur le territoire. À l’heure actuelle, c’est tout simplement trop cher. Ainsi, une exploitation locale de serre pourrait réduire les coûts. Une façon de commencer est de recommander notre culture d’épinards. Les épinards sont l’un des légumes les plus sains au monde et les plus efficaces à cultiver en culture hydroponique.

Solutions:

1. L’IoT peut réduire le besoin d’intervention humaine dans une serre
2. Produit localement à partir d’une serre, coûts de transport réduits
3. Les capteurs IoT n’exercent pas de pression supplémentaire sur les besoins énergétiques d’une serre
4. Une solution d’agriculture verticale sur mesure : une solution à l’insécurité alimentaire (entrer dans les détails – système hydroponique, plantes, CVC/électricité, appareils IoT, LoRaWAN)

Culture en eau profonde – Système hydroponique

Puisque nous comprenons désormais les avantages d’un système hydroponique, voici une explication étape par étape de son fonctionnement (Epic Gardening, 2023). Chaque système DWC comprend les composants essentiels suivants : un récipient ou un réservoir d’eau, une pompe à air, des nutriments hydroponiques, un tuyau d’air et des pierres à air pour la génération de bulles, un substrat de culture pour soutenir la plante dans le panier, des filets ou des paniers de culture pour contenir les plantes. , et des équipements pour surveiller le pH et l’EC de la solution nutritive (Plants Heaven, 2023).

Figure 5

Système de culture en eau profonde de fermes hydroponiques

Note. Extrait de (https://plantsheaven.com/deep-water-culture-advantages-and-disadvantages/)

Il faut choisir un contenant de culture pour faire pousser les plantes afin de construire un système aquaponique. Il peut s’agir d’un simple seau en plastique, d’un tuyau en PVC ou d’un système hydroponique plus complexe conçu pour des types spécifiques de plantes. Ensuite, il faut ajouter un substrat de culture : les plantes hydroponiques ont besoin de quelque chose pour retenir et soutenir leurs racines puisqu’elles ne poussent pas dans le sol. Les supports de culture courants comprennent la perlite, la vermiculite, la fibre de coco, la laine de roche ou les galets d’argile. Le substrat de culture doit être propre, au pH neutre et exempt de contaminants. Après avoir ajouté un substrat de culture, nous mettons en place la solution nutritive : une solution riche en nutriments est mélangée à de l’eau et ajoutée au récipient de culture. La solution nutritive comprend les macronutriments et micronutriments essentiels dont les plantes ont besoin pour pousser, tels que l’azote, le phosphore, le potassium, le calcium, le magnésium et les oligo-éléments.

Pour garantir une croissance optimale des plantes, la solution nutritive doit avoir un pH équilibré, avec une plage de pH comprise entre 5,5 et 6,5, pour garantir une croissance optimale des plantes. Pour déterminer quand ajouter des nutriments, les producteurs surveillent régulièrement les niveaux de pH et de conductivité électrique (C.E.) de la solution nutritive. Si les niveaux de pH ou d’EC de la solution nutritive se situent en dehors de la plage souhaitée, le producteur devra peut-être ajuster les niveaux de nutriments en ajoutant plus de nutriments ou en changeant l’eau pour maintenir une croissance optimale des plantes. Après avoir ajouté les nutriments, le producteur plante les plants. Les plants peuvent être plantés une fois le substrat de culture et la solution nutritive mis en place. Les racines des plants sont placées dans le substrat de culture, qui les maintient en place et leur fournit un support. La solution riche en nutriments fait ensuite circuler les racines, leur donnant les nutriments nécessaires à leur croissance. Le système doit également être entretenu pour assurer une croissance optimale des plantes. Cela comprend la surveillance du pH et des niveaux de nutriments de la solution, la vérification des niveaux d’eau dans le réservoir et le maintien d’une circulation d’air et d’un contrôle de la température appropriés. Certains systèmes nécessitent également un nettoyage périodique pour éviter la croissance d’algues ou d’autres problèmes.

De plus, comme l’eau est recyclée via un système en boucle fermée, la même eau est réutilisée plusieurs fois. Au fur et à mesure que l’eau circule dans le système, elle s’épuise en nutriments et peut accumuler des substances indésirables comme des sels ou des bactéries. Pour garantir que l’eau reste propre et saine pour les plantes, le système utilise une série de méthodes de filtration pour éliminer toutes les impuretés. En recyclant la même eau dans le système et en utilisant des méthodes de filtration et de stérilisation, les systèmes hydroponiques minimisent le gaspillage d’eau et maintiennent un environnement de croissance sain pour les plantes.

Une exploitation hydroponique est différente d’une ferme traditionnelle. De nouvelles techniques sont impliquées dans le processus et doivent être enseignées aux agriculteurs. Pour éviter d’avoir besoin de techniciens, une formation simple peut être dispensée pour apprendre aux locaux comment entretenir leurs fermes verticales. L’Arctic Research Foundation a trouvé un moyen d’enseigner à une communauté du Nunavut comment inspirer l’autosuffisance, l’intérêt et le développement des compétences en horticulture. Ils n’ont reçu que des réponses positives de la part des habitants, et plusieurs autres communautés ont également exprimé leur intérêt (Greenhouse Canada, 2020). Green Iglu est une autre organisation qui propose un programme éducatif pour s’attaquer aux problèmes d’insécurité alimentaire au Nunavut. Après avoir construit les fermes verticales et fourni les outils et l’infrastructure nécessaires, Green Iglu propose une formation communautaire qui comprend des modules de 13 unités allant de la biologie végétale de base à la culture hydroponique avancée. Les participants bénéficient de nombreux apprentissages pratiques et d’un enseignement plus traditionnel de type cours magistral proposé au niveau de lecture en anglais de 4e année, adapté à tous les groupes d’âge et à tous les niveaux d’alphabétisation (Green Iglu, 2023). Cela forme la communauté à être autonome et réduit le besoin de techniciens présents sur le terrain. Nous pouvons ainsi recommander un programme gouvernemental d’incitation pour financer et former les agriculteurs entreprenant des opérations agricoles verticales en intérieur.

Appareils IoT

Les capacités d’économie d’énergie d’un capteur IoT sont intentionnelles. Au sein d’un capteur, les données passent par 4 étapes : acquisition, traitement et contrôle, stockage et transmission (communication). Les appareils IoT disposent également de nombreux modes d’alimentation tels qu’actif, inactif, éteint et veille, permettant une utilisation plus rentable de l’énergie et évitant le gaspillage (Henkel, Jörg & Pagani, Santiago & Amrouch, Hussam & Bauer, Lars & Samie ; Farzad, 2017 ).

Figure 6

Exemples abstraits du fonctionnement d’un appareil IoT concernant le temps, y compris les différentes étapes du processus, leur séquence standard et certaines valeurs de consommation d’énergie possibles. Le capteur est mis à jour avec une période de 1 s.

Note. Extrait de « Ultra-Low Power and Dependability for IoT Devices Special session paper », par Henkel, Jörg & Pagani, Santiago & Amrouch, Hussam & Bauer, Lars & Samie, Farzad, 2017. Researchgate.

Automatisation

De plus, les exigences réseau d’une initiative d’agriculture verticale justifient l’utilisation d’une solution LoRaWAN hébergée, telle que la solution fournie par The Things Network (The Things Network, 2023). TTN permet aux particuliers et aux entreprises d’utiliser n’importe quel appareil au sein de la pile compatible LoRaWAN puisqu’ils travaillent avec des entreprises de déploiement au niveau du protocole LoRaWAN. L’entreprise déployante ne dépend pas entièrement de ses développeurs internes, mais en même temps, ils ne sont pas limités à la suite de produits proposée par son fournisseur de produits. Des fonctions spécifiques aux serres, telles que la détection de l’humidité, peuvent être intégrées au réseau en raison de la nature open source de LoRaWAN. De plus, n’importe quel capteur de la pile peut être utilisé, ce qui permet à l’entreprise déployant de choisir les capteurs IoT requis après avoir examiné son cas d’utilisation donné. Un autre avantage de l’utilisation d’un réseau hébergé est la flexibilité offerte en matière d’analyse des données. Sur une solution open source et hébergée, les entreprises en déploiement peuvent utiliser une application de leur choix pour effectuer des analyses de données. Les entreprises en déploiement souhaiteront peut-être effectuer une analyse prescriptive tout en utilisant les données comme déclencheurs d’automatisation. De plus, la sélection des plantes est essentielle. Au cours de la phase initiale de mise en œuvre de ce projet, il est préférable de se concentrer sur un légume de haute qualité capable de subvenir aux besoins de sa communauté locale. Les épinards sont ce légume. L’ajout d’aliments de meilleure qualité à l’approvisionnement alimentaire peut contribuer à améliorer la qualité de vie de cette communauté.

La solution optimale du Nunavut pour lutter contre l’insécurité alimentaire

La culture hydroponique est au cœur des opérations agricoles verticales. Nous avons constaté que la culture hydroponique DWC est la plus adaptée au Nunavut, qui fait face à des défis importants en termes de climat et d’accès limité aux produits frais. Les systèmes DWC sont simples à utiliser et très efficaces dans l’utilisation de l’eau et des nutriments, ce qui les rend bien adaptés aux régions éloignées aux ressources limitées. Ils peuvent également être facilement adaptés aux besoins des communautés locales et fournir une source durable de produits frais tout au long de l’année. L’engagement et l’éducation de la communauté pour compléter un certain niveau d’automatisation seront essentiels pour garantir le succès et la durabilité à long terme de ce projet de culture hydroponique. Au-delà de cela, étant donné que ce projet est vital, nous recommandons les épinards comme super légume pour aider à nourrir la communauté du Nunavut. Il a une haute valeur nutritionnelle et est facile à cultiver.

En raison de leur simplicité, de leur coût, de leurs capacités d’économie d’énergie, ainsi que de leurs avantages en matière d’exactitude des données et d’automatisation, les appareils IoT devraient être utilisés dans l’agriculture verticale au Nunavut. WSS-07 PAR, LSPH01 et LSE01 de Dragino surveillent cinq facteurs critiques dans l’agriculture. En garantissant des conditions idéales pour la santé du bétail, telles que le rayonnement photosynthétiquement actif de la lumière, de l’humidité, du pH, de la conductivité électrique et de la température du sol, ces trois appareils IoT sont les meilleurs pour aider l’agriculture au Nunavut. Les coûts de transport et d’installation étant minimisés en raison de leur taille, les trois produits Dragino devraient être utilisés pour surveiller les données sur les sols et les PAR afin de réduire le recours aux techniciens et de fournir des données plus cohérentes aux agriculteurs.

De plus, puisque nous recommandons l’utilisation d’appareils IoT, nous recommandons également une solution technologique LoRaWAN pour l’accompagner. Nous recommandons de déployer des entreprises utilisant une solution LoRaWAN hébergée par un fournisseur comme The Things Network. Nous recommandons aux entreprises qui déploient des solutions de s’abstenir de solutions entièrement autonomes et de suites de produits centralisées, car les premières offrent trop de flexibilité alors que les secondes n’en offrent aucune.

Ces processus et décisions discutés, s’ils sont mis en œuvre, peuvent apporter des solutions légitimes et efficaces aux problèmes agricoles et d’insécurité alimentaire du Nunavut.