Les tendances technologiques pour une planète durable et plus intelligente
Les technologies de détection et de surveillance sont devenues indispensables au développement durable. Avec des ressources devenant de plus en plus rares, il est d'autant plus important de contrôler leur utilisation, qu'il s'agisse de l'eau, de l'électricité, des minerais ou des produits de l'agriculture, afin d'en faire le meilleur usage possible.
Les réseaux étendus à faible consommation (LPWAN) présentent une technologie de surveillance essentielle pour assurer un monde durable. Ces réseaux fonctionnent dans les bandes de fréquences industrielle, scientifique et médicale (ISM) inférieures au GHz - en l’occurrence 868 MHz en Europe et 915 MHz en Amérique du Nord - et offrent une portée nettement supérieure à celle des systèmes sans fil de type Bluetooth ou Wi-Fi, avec une consommation en énergie de bout en bout très nettement inférieure.
Les technologies LPWAN, avec les dispositifs LoRa de Semtech et la norme LoRaWAN, sont spécialement conçues pour consommer très peu ; tout en offrant une grande portée grâce des capteurs alimentés par piles, voire sans piles mais équipés d’un système de récolte et gestion d’énergie. Ces capteurs sont capables de transmettre des informations à des systèmes de « big data » à grande échelle, qui effectuent des analyses et fournissent des informations. Des algorithmes d'apprentissage automatique (machine learning) utilisent des données en temps réel très précises, qui permettent aux entreprises d'adopter une approche plus souple et plus agile pour la gestion des ressources et de la prévision des besoins.
Dans l'agriculture, les capteurs LPWAN permettent de surveiller des paramètres comme l'humidité et la température pour toutes sortes d'applications. Les données de ces capteurs sont d'une valeur inestimable pour la nouvelle génération de systèmes d'analyse d’intelligence artificielle, capables aussi bien d’augmenter la productivité d’exploitations agricoles, que d’aider à prévoir et prévenir certaines catastrophes.
La faible consommation des dispositifs LPWAN permet d’alimenter les capteurs à partir de cellules solaires pour ne pas avoir à remplacer les piles, et d’utiliser l’énergie produite par une éolienne pour les passerelles qui transmettent les données. La portée de plusieurs kilomètres permet de collecter des données sur des sites très étendus, comme une ferme ou une mine, par exemple. Cette approche permet de réduire considérablement les coûts de déploiement de ces réseaux, des capteurs auto-alimentés étant placés exactement à l’endroit idéal pour recueillir les bonnes données. Les protocoles de réseau maillé permettent de relayer les données encore plus loin, jusqu'à la passerelle qui collecte les données et les transmet au système chargé de les analyser.
Une nouvelle génération de connexion directe par satellite permet le déploiement mondial de systèmes durables intelligents utilisant la norme LoRaWAN. Une nouvelle technologie de modulation permet à des satellites en orbite basse de récupérer directement les signaux de capteurs installés au sol, ce qui constitue une avancée considérable pour les capteurs déployés sur d'immenses exploitations agricoles ou dans des mines situées dans des régions éloignées.
La technologie LPWAN est de plus en plus utilisée dans les applications de l'Internet des objets (IoT) à grande échelle, telles que la surveillance des feux de forêt, la surveillance de la faune et de la flore, la conservation de l'eau, et la connexion de communautés rurales pour assurer la surveillance de la pollution et des réseaux de distribution d'eau, afin de minimiser le gaspillage.
L'été 2021 a vu 187 114 feux de forêt dans le monde. La technologie LPWAN est de plus en plus utilisée pour surveiller les forêts afin de détecter d'éventuels incendies. Les capteurs qui mesurent les conditions météorologiques telles que l'humidité, la température, le dioxyde de carbone et la concentration de composés organiques volatils (COV) dans des endroits éloignés utilisent un réseau LPWAN pour envoyer ces données avec la localisation GPS correspondante.
Les données sont introduites dans un tableau de bord intelligent, qui comporte une couche d'intelligence artificielle (IA) intégrée pour assurer la prévision des feux de forêt, l’évaluation des risques en ligne, et la production de cartes intelligentes en live du terrain, ainsi que des cartes de chaleur en temps réel avec des alarmes.
En surveillant l'activité et en modélisant les données capturées, les entreprises sont en mesure de prévoir les différents scénarios possibles et de planifier leurs actions de manière appropriée. Cela permet d'utiliser plus efficacement les ressources tout en protégeant les forêts vitales.
La réduction de la consommation d'énergie est une condition essentielle de la durabilité, et la technologie LPWAN est un élément clé pour améliorer l'efficacité énergétique des réseaux de distribution électrique. Des capteurs peuvent être placés sur l'ensemble du réseau électrique, des lampadaires jusqu’aux sous-stations, afin de surveiller le réseau sans avoir à remplacer les équipements de manière préventive. L'utilisation d'algorithmes d'apprentissage automatique de maintenance prédictive pour surveiller les données permet d'identifier les problèmes potentiels sur les équipements, afin de les remplacer avant qu'ils ne tombent en panne, et de garantir ainsi que le réseau fonctionne de manière aussi efficace que possible.
L'un des gros avantages des réseaux de capteurs LPWAN est de pouvoir être déployés rapidement et efficacement en se superposant à l'infrastructure existante, sans devoir attendre le remplacement des équipements. Cela permet un contrôle très efficace des ressources sans avoir à engager de grosses dépenses en capital.
Avec un tel éventail d'applications potentielles pour un monde durable, un large écosystème de fournisseurs de technologies est absolument essentiel, ainsi que des compétences et une certaine expertise afin de mettre en œuvre ces réseaux de bout en bout. Les besoins des exploitants agricoles peuvent être très différents de ceux des sociétés minières, ou des réseaux de distribution d'eau et d'électricité. Les algorithmes d'apprentissage automatique sont également différents, dans la mesure où ils s’appuient sur des modèles différents pour fournir des données exploitables, selon qu’il s’agisse des agriculteurs, des opérateurs de réseaux de distribution d'eau ou des compagnies d'électricité.
Le suivi et l'optimisation de l’allocation des ressources nécessitent un important écosystème de fournisseurs, et des normes d'interopérabilité robustes. LoRaWAN est désormais une norme internationalement reconnue sous l’appellation Y.4480 au sein de l’IUT (instance mondiale de la normalisation des télécommunications), et elle est utilisée par la LoRa Alliance qui regroupe plus de 400 entreprises.
L'efficacité énergétique de LoRa est telle qu'une quantité minimale d'énergie est nécessaire pour acheminer les données vers le centre de données. Ces données sont chiffrées de manière sécurisée du capteur jusqu'au centre de données, sans qu'il soit nécessaire de convertir le format en paquets de protocole Internet (IP), ce qui réduit l'empreinte énergétique. Compte tenu des milliards de points de données envoyés, cela fait une différence significative pour la durabilité globale du système.
Ces centres de données sont aujourd’hui quasiment tous alimentés par des énergies renouvelables provenant de parcs photovoltaïques ou éoliens. Microsoft, par exemple, s'est engagé à garantir non seulement la neutralité carbone de son service cloud Azure, mais aussi à compenser l'impact carbone de ses activités au cours des dernières décennies. D'autres opérateurs de centres de données utilisent l'énergie solaire, éolienne et géothermique pour garantir que l'analyse des données soit elle-même durable.
Conclusion
Les technologies LPWAN telles que LoRa sont des éléments essentiels pour garantir une planète durable. Le suivi de l'utilisation des principales ressources allant de l'eau à l'électricité, l'amélioration des performances de l'agriculture, et la protection des forêts, tout cela nécessite des données fiables. Ces données peuvent être transmises par les réseaux LPWAN à des systèmes d'analyse s’appuyant sur l'intelligence artificielle et fonctionnant sur une infrastructure cloud durable. Les informations exploitables tirées de ces données permettent d’éclairer certaines décisions fondamentales pour assurer et maintenir le bien-être des habitants de la planète.