Foubert, Brandon

Mitton, Nathalie

HAL-Rennes 1

Des capteurs multitechnologies pour surveiller les champs : les épouvantails 2.0

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HAL Id: hal-03205794https://hal.inria.fr/hal-03205794Submitted on 22 Apr 2021HAL is a multi-disciplinary open accessarchive for the deposit and dissemination of sci-entific research documents, whether they are pub-lished or not. The documents may come fromteaching and research institutions in France orabroad, or from public or private research centers.L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, estdestinée au dépôt et à la diffusion de documentsscientifiques de niveau recherche, publiés ou non,émanant des établissements d’enseignement et derecherche français ou étrangers, des laboratoirespublics ou privés.Des capteurs multitechnologies pour surveiller leschamps : les épouvantails 2.0Brandon Foubert, Nathalie MittonTo cite this version:Brandon Foubert, Nathalie Mitton. Des capteurs multitechnologies pour surveiller les champs : lesépouvantails 2.0. The Conversation, The Conversation France, 2021. ￿hal-03205794￿AuteursBrandon FoubertDoctorant en réseaux informatiques, InriaNathalie MittonDirectrice de recherche en réseau decapteurs sans fil, InriaFermerL’expertise universitaire, l’exigence journalistiqueL’avènement de la révolution industrielle a offert aux agriculteurs des outilsmécaniques pour automatiser les tâches répétitives, et donner la possibilité decouvrir des exploitations plus larges pour augmenter le rendement.À son tour, la révolution numérique apporte des outils de prévision et de décisionpour prévenir les maladies et les risques. Parmi ces outils, les « réseaux de capteurs sans fil » permettent la surveillance étroite des variations météorologiques – unevariable cruciale sur laquelle nous n’avons que peu de contrôle, comme l’a durementrappelé le récent et dévastateur épisode de gel.L’outil numérique, s’il ne permet bien sûr pas de modifier la météo, permet de mieuxla prévoir et de s’adapter à ses conséquences, en protégeant les cultures de façonpréventive d’un orage de grêle ou d’une intempérie glaciale, et en adaptant l’arrosageet l’épandage de produits phytosanitaires. Ces outils commencent à être déployés surcertaines exploitations.Pour améliorer sa fiabilité, la modélisation météorologique doit se baser sur des données précises et locales. Pour les obtenir, il faut réaliser des mesures directement sur le terrain. Le relevé manuel n’estVignobles de Stellenbosch, en Afrique du Sud, qui servent de bancs de test à des réseaux de capteurs. Nathalie Mitton, Author providedDes capteurs multitechnologies pour surveiller les champs :les épouvantails 2.018 avril 2021, 17:03 CESTpas envisageable au niveau de précision requis, mais l’utilisation de capteurs autonomes en énergie eten décision offre des mesures très précises pour peu d’effort supplémentaire. Quand ces capteurs nepeuvent communiquer directement avec une antenne, ils s’organisent pour relayer l’information devoisin à voisin – mais de façon optimisée, afin d’économiser leur batterie.Autonomie énergétique et portée des communicationsLa problématique liée à la source d’énergie est déjà très complexe en soi : souvent basée sur une pile au lithium, elle doit fournir une autonomie de plusieurs années et rester fonctionnelle sous toutecondition météo. L’utilisation d’un système de récolte d’énergie tel qu’un panneau solaire estenvisageable, mais le fonctionnement des capteurs devient alors dépendant des conditionsenvironnementales que l’on cherche justement à mesurer.La communication sans-fil est indispensable pour l’agriculture connectée. Les ondes radioélectriquessont aujourd’hui notre meilleur outil pour transmettre l’information de façon fiable et rapide. Mais lespossibilités varient énormément selon les technologies considérées : par exemple, le wifi et le Bluetooth sont très adaptés pour un réseau domestique, mais leur utilisation dans un champ deplusieurs hectares se révèle hasardeuse à cause d’une portée limitée : qui n’a jamais vu la qualité deson wifi dégringoler rien qu’en passant d’un étage à un autre ?Pour différents besoins, il existe différentes technologies. Si l’on veut augmenter la portée des ondes,il est possible par exemple d’en abaisser la fréquence : c’est ce que proposent entre autres lestechnologies LoRa et Sigfox. La réduction de la fréquence impose toutefois un ralentissement dudébit, et donc une connexion plus « lente ».Un capteur dans un champ. Nathalie Mitton, Author providedVoici tout l’enjeu du choix de la technologie de communication : quels compromis peut-on accepter enfonction de notre cas d’utilisation ? Un faible débit, une courte portée, un délai important, ou unecouverture limitée ?Des réseaux de capteurs multitechnologiesUn simple canif sera bien souvent un meilleur couteau qu’un outil multifonction, disposant d’unelame étrangement située entre un tournevis et un coupe-ongles. Toutefois, dans une situationnécessitant flexibilité et adaptabilité, l’outil multifonction sera plus polyvalent.De même, dans un environnement stable et pour un cas d’utilisation particulier, une uniquetechnologie bien choisie sera plus adaptée. Mais pour l’agriculture connectée, où l’on doit composeravec le hasard, où terrain et environnement peuvent changer rapidement du tout au tout, la possibilitéde changer de technologie de communication en fonction des besoins serait un atout inestimable. Onchoisira une longue portée en cas de dégradation de la météo, ou de brouillage de la propagation desondes par de grands épis de maïs. On préférera un débit élevé pour transmettre un volume importantde données, comme des images. Si un orage de grêle menace de ravager les cultures les plus fragiles,on choisira un délai court pour avertir les agriculteurs au plus vite.Des capteurs multitechnologies auraient non seulement la capacité d’apporter une réponse adaptée àchaque cas d’utilisation, mais aussi de contourner la problématique liée à la couverture.En effet, si des technologies comme Sigfox ou les réseaux cellulaires sont aisément accessibles dans lamajorité des pays occidentaux, il n’en est pas forcément de même partout sur notre planète, ce quilimite grandement le déploiement de l’agriculture connectée, là où elle pourrait être la plus utile pouraider les populations défavorisées.De plus, il existe toujours des « zones blanches », couvertes par aucune technologie et n’offrant doncpas de possibilité d’accès à un réseau externe. Dans un réseau multitechnologie, un capteur isolé de lasorte pourrait relayer ses données à l’un de ses voisins.C’est ce que l’on appelle un « réseau multisaut », et c’est un sujet particulièrement bien étudié, maisuniquement lorsque tous les capteurs au sein d’un même réseau utilisent une même technologie decommunication.Concevoir de nouveaux outils pour de nouveaux usagesNéanmoins, le prix de l’utilisation de capteurs multitechnologies est l’accroissement de la complexitédu système. Les capteurs doivent non seulement être autonomes énergiquement, mais aussi dansleurs décisions.Ils doivent ainsi être capables de décider par eux-mêmes quelle technologie est la plus adaptée, enfonction de leurs besoins et de leur environnement. Le multisaut étend artificiellement la couvertureréseau, mais multiplie le nombre de chemins que la donnée peut emprunter, aussi appelés « routes ».Le processus qui consiste à choisir quelle route emprunter se nomme le routage, et l’on appellel’ensemble des règles que plusieurs capteurs doivent respecter pour pouvoir partager et utiliser desroutes un « protocole de routage ».Les protocoles de routage classiques ne sont pas adaptés aux réseaux multitechnologies, partants duprincipe qu’il n’existe qu’une unique interface de communication. Dans ce cas, la sélection de la routeest triviale, car un capteur sélectionne généralement la route la plus courte.Dans un réseau multitechnologie, chaque capteur peut disposer de plusieurs technologies utilisablespour chacun de ces voisins. De plus, chaque capteur peut vouloir partager différents types de données,comme des données vidéo ou des données urgentes. La sélection de la route doit donc se faire enfonction des nombreux liens disponibles avec les capteurs voisins, mais aussi du type des donnéestransportées.La couverture 4G en France métropolitaine et en Corse, par tranches de 15 % (du plus clair : 0 % à 15 %, au plus foncé de87 % à 100 %). Datafrance, CC BYAfrique agriculture nouvelles technologies wifi technologies réseaux capteurs Afrique du Sud batteriesvigne météorologie Bluetooth électromagnétismeL’équipe FUN d’Inria, spécialiste des réseaux sans fil, a entamé en 2018 un partenariat avecl’entreprise Sencrop, spécialiste de l’agriculture connectée. Sencrop conçoit des stations météo connectées directement confrontées aux problématiques que nous avons décrites. À ce stade, cepartenariat a débouché sur la conception d’un protocole de routage adapté aux réseauxmultitechnologies basé sur une méthode mathématique d’analyse multicritère qui permet desélectionner la route la plus adaptée aux besoins des capteurs.Suite à de premières expériences concluantes, nous prévoyons de tester l’efficacité de notreproposition en conditions réelles. L’équipe-projet Agrinet du Laboratoire international de rechercheen informatique et mathématiques appliquées (LIRIMA) est le résultat d’une collaborationinternationale entre Inria et l’Université sud-africaine de Stellenbosch. Dans ce cadre, nous allonspouvoir mettre à l’épreuve du climat africain les résultats de nos recherches pour le suivi de laviticulture.Les résultats de ces recherches ont vocation à être transférés directement dans l’industrie pour aidertoujours plus de travailleurs aux quatre coins de notre monde, pour une agriculture non seulementplus respectueuse de notre environnement, mais aussi de ses agriculteurs.Un réseau de capteurs multisaut : les capteurs (cercles) peuvent communiquer via différentes technologies (lignes pleinesou pointillées) jusqu’aux antennes. Brandon Foubert, Author provided

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