Lutter contre les incendies de forêt grâce à l'IoT

Le recours à des capteurs compatibles avec l'Internet des Objets peut aider à détecter ces départs de feu et à alerter les autorités compétentes avant même qu'ils ne se déclarent et ainsi aider à prévenir les feux de forêt.

Aux États-Unis, en novembre 2018, un feu de forêt a fait rage pendant 17 jours, tuant 85 personnes et détruisant près de 19 000 foyers, entreprises et autres bâtiments dans la ville de Paradise en Californie, située sur les contreforts de la Sierra Nevada.

Près de quatre ans plus tard, des portions de territoires entières sur la ville de Paradise sont restées vides, entourées d’arbres calcinés et de terres brûlées. D’après un rapport publié par CAL FIRE, le département californien des forêts et de la protection contre les incendies, l’incendie a été causé par des lignes électriques défectueuses, et a été initié par des étincelles survenues au niveau d’un crochet en acier en mauvais état, soutenant une ligne à haute tension. En moyenne, les feux de forêt brûlent deux fois plus de terre chaque année qu’ils le faisaient il y a 40 ans. Paradise n’est qu’un exemple parmi de nombreuses autres villes, agglomérations et communautés urbaines à avoir été détruites par des incendies de forêt.

Impacts des incendies de forêt

Depuis la nuit des temps, les feux de forêt ont ravagé des forêts et des cultures, détruisant tout sur leur passage, depuis les animaux et les végétaux jusqu’aux bâtiments et habitations. Les feux peuvent être bénéfiques, mais quand nous repoussons les limites de la croissance urbaine et que nous supprimons le risque d’incendie, leurs dégâts ne font qu’augmenter en taille et en gravité. Par exemple, en 2021, les États-Unis ont enregistré des records de sécheresse et de canicule, ce qui a bien souvent accéléré les feux de forêt dans tout le pays.

En plus des habitations, de la vie sauvage et des vies humaines détruites, les incendies de forêt contribuent significativement à renforcer les changements climatiques. Un feu de forêt moyen émet entre 5 et 30 tonnes de carbone pour chaque hectare consumé, soit environ la taille de deux terrains de football.

Ajoutez d’autres impacts des feux de forêt, comme l’érosion et les inondations, et vous arrivez à un amas de problèmes, y compris la fiabilité des fournisseurs d’énergies et autres services en réseau, de qui les individus dépendent tous les jours, ainsi que la santé et la sécurité des citoyens.

Les problèmes posés par la détection des feux de forêt

En détectant un incendie peu après sont départ, on peut réduire le temps de réaction et l’amplitude des dégâts potentiels. Malheureusement, cela est plus facile à dire qu’à faire.

La moindre étincelle, ou des cendres mal éteintes, peuvent devenir un feu de forêt. Comme les incendies de forêt dépendent de différents facteurs, tels que le facteur déclencheur, l’environnement, et les efforts mis en œuvre pour l’éteindre, leur durée de vie peut varier. Et pour beaucoup de feux de forêt se déclarant en milieu rural, la durée de vie de l’incendie peut être allongée par la densité de la végétation, des forêts non entretenues et la présence de débris.

Face à de si nombreux facteurs contribuant à définir la nature d’un feu de forêt, et vu que 90 pour cent des feux de forêt sont d’origine humaine, il s’avère extrêmement difficile de prédire quand et où ils vont se déclencher, ce qui rend leur détection précoce d’autant plus importante.

Capteurs LoRa et capteurs compatibles IoT

Or, il faut savoir que le recours à des capteurs compatibles avec l’Internet des Objets (IoT) peut aider à détecter ces départs de feu et à alerter les autorités compétentes avant même qu’ils ne se déclarent et ainsi aider à prévenir les feux de forêt. L’Internet des Objets (IoT, pour Internet of Things) est devenu un outil très utilisé dans des secteurs tels que, entre autres, la santé, les transports, l'industrie ou la vente au détail, en permettant de connecter des appareils et des applications pour simplifier les processus qui aident des groupes importants de personnes. Grâce aux technologies longue distance et faible consommation du type LoRa, NB-IoT et Wi-Fi, les appareils IoT peuvent bénéficier d’une meilleure portée et communiquer avec d’autres appareils à un débit plus faible.

Jusqu’à présent, les systèmes traditionnels de surveillance des incendies utilisaient des images par satellite, des caméras au sol et des tours de guet pour détecter la présence de flammes ou de fumées dans une zone donnée. Mais face à des paysages ravagés par la sécheresse, les feux de forêt se propagent si rapidement que leur détection peu après le départ de feu est déjà trop tard.

Cependant, les fournisseurs d’énergies, les pompiers, voire des villes entières, peuvent dorénavant déployer des capteurs compatibles IoT dans des zones distantes ou difficiles d’accès pour collecter des données qui peuvent les alerter sur un possible départ de feu imminent. Les capteurs longue portée et faible consommation (qui fonctionnent avec le standard LoRaWAN) permettent aux utilisateurs de collecter des données dans les environnements forestiers les plus denses, les plus isolés et les plus lointains. Grâce aux solutions IoT en place, les opérateurs peuvent effectuer des mesures et détecter les problèmes à distance, avant qu’ils ne prennent la forme d’une crise à gérer. Le standard LoRaWAN est idéal dans ce cas car la connectivité est toujours activée et toujours prête à alerter les autorités en cas de changement dans les relevés, entre autres, de température, d'humidité, de pression de l’air ou de direction/force du vent.

La nature peu gourmande en énergie des capteurs, grâce à la technologie LoRa, permet aux objets IoT fonctionnant sur batterie d’être connectés sans fil à des passerelles standard utilisant LoRaWAN et de rester en place dans leur environnement pendant environ 15 ans sans aucune maintenance.

Mise en pratique

Dryad Networks, une start-up IoT spécialisée dans l'environnement et basée à Berlin-Brandenburg en Allemagne, a pour mission de lutter contre les incendies et de limiter leur impact sur les changements climatiques.

Dryad s’est associé à Semtech et à Swarm, un développeur de réseau de communication par satellite mondial, afin de créer un système de détection ultra-précoce des feux de forêt. Le système de détection solaire de la société, Silvanet, utilise l'intelligence artificielle (IA) pour détecter des compositions de gaz anormales dans l’air. Pour connecter le système IoT, Silvanet fournit un réseau sans fil à longue portée et faible consommation qui a été étendu par une architecture en réseau maillé (en attente de brevet), capable de couvrir de vastes zones de forêt.  Grâce à la compatibilité intégrée pour la connectivité radio satellite de Swarm, Dryad reçoit les données depuis des zones distantes en temps réel, ce qui permet une réponse rapide.  Le réseau de Swarm, composé de 120 satellites, couvre tous les points du globe, permettant la transmission de données depuis n’importe où, y compris en l’absence de couverture mobile.

Silvanet se compose de trois outils principaux :

1.       La passerelle en réseau maillé Silvanet (Mesh Gateway) étend le réseau Silvanet, pour les plus gros déploiements, au-delà de la portée de connexion directe standard, entre les capteurs et les passerelles sur les réseaux LoRaWAN standard. L’architecture utilise un réseau maillé à sauts multiples composé de passerelles interconnectées avec les composants LoRa de Semtech. Chacune d’entre elles fait office de passerelle réseau standard, utilisant LoRaWAN pour communiquer avec les capteurs de feux de forêt Silvanet et les capteurs tiers. Les passerelles en réseau maillé sont placées dans la forêt et forment un réseau maillé avec une distance typique d'environ 2 à 6 km, en fonction de la topologie et de l’emplacement physique des passerelles.

2.       La passerelle Silvanet (Border Gateway) est située en lisière de la zone forestière cible, en général dans une maison ou à proximité d’un village. La passerelle communique avec la plateforme de Clouding Silvanet et relaie les messages depuis les capteurs de feux de forêt. Le module radio LTE intégré fournit la connectivité sans fil ou utilise l’adaptateur Ethernet intégré via une connexion Internet filaire. Pour les déploiements plus distants, où il n’y a pas de couverture réseau mobile ni de réseau d’électricité, la passerelle Silvanet intègre la compatibilité avec une liaison satellite ascendante, qui utilise le réseau satellite de Swarm. Celle-ci fonctionne grâce au réseau électrique, ou peut être alimentée par des cellules photovoltaïques.

3.       Le capteur de feux de forêt Silvanet (Wildfire Sensor) est conçu pour détecter les feux de forêt dès leur déclenchement, ainsi que pour surveiller les microclimats, en mesurant la température, l’humidité et la pression de l’air. Le capteur associe la détection de la qualité de l’air, à très faible consommation, avec un mode de détection précis des gaz. Il détecte l’hydrogène, le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone, ainsi que d’autres types de gaz, au niveau des parties par million (ppm), et utilise un moteur IA intégré pour détecter les incendies et éviter les faux positifs. Le capteur utilise la connectivité LoRaWAN pour la transmission de données sans fil et peut fonctionner sans aucune maintenance pendant 10 à 15 ans.

Dryad capteurs sont capables de détecter un nouvel incendie en 30 à 60 minutes, en fonction de l'emplacement du capteur.

En matière d’incendies de forêt, chaque seconde compte. La détection précoce peut non seulement sauver la vie des résidents en permettant de les alerter et de faire évacuer les populations à temps, mais elle réduit également de nombreux coûts associés à la lutte contre les incendies, ainsi que les ressources utilisées pour ce faire.

Des capteurs compatibles IoT pour préserver l'environnement

Les individus peuvent exploiter la puissance des objets connectés non seulement pour éviter les destructions causées par les feux de forêt, mais aussi pour préserver l’environnement. En réalité, l’utilisation de Silvanet n’est pas réservée à la détection des feux de forêt. Comme le système utilise le standard LoRaWAN, le réseau maillé solaire à grand échelle peut être connecté à de nombreux capteurs tiers à l’aide de LoRaWAN et du réseau maillé Silvanet, pour envoyer les données issues des capteurs dans le cloud. Les capteurs de données environnementales mesurant l’humidité du sol, la concentration en ozone, la croissance des arbres et les flux de sève peuvent être utilisés pour fournir des données essentielles sur la santé des arbres et surveiller leur croissance, apportant ainsi leur pierre à l’industrie forestière.

Comme la plupart des industries, l’industrie forestière pourrait largement tirer profit de la numérisation de ses outils et de son exploitation. Auparavant, l’industrie forestière était à la traîne à cause de l’absence de couverture réseau. Dorénavant, la couverture réseau est possible y compris dans les zones les plus reculées des forêts du monde entier.

Lutter contre les changements climatiques grâce à l’Internet des objets

Les changements climatiques, qu’ils soient causés par les activités humaines ou naturels, modifient rapidement les schémas météorologiques et affectent l’équilibre naturel. Les changements de température créent des conditions qui influencent les feux de forêt et entraînent des modifications des régimes de pluie, conduisant à des orages plus violents et plus fréquents responsables d’inondations, de glissements de terrain et de destructions affectant des communautés entières.

La lutte contre les changements climatiques, y compris contre la multiplication des feux de forêt, est extrêmement importante pour protéger notre planète. Les technologies IoT peuvent nous aider à ralentir les destructions à venir grâce à des solutions intelligentes faciles à déployer et à utiliser, qui protègent l’environnement.