Explorons l'idée d'implanter des capteurs communicants en toute discrétion et de collecter les données à l'aide d'un drone !

Aujourd’hui, l'internet des objets est largement répandu. Il permet à des systèmes de communiquer et d'échanger des données via des réseaux sans fil, avec une intervention humaine minimale. Toutefois, en absence de connectivité et d’énergie disponible dans certains milieux naturels, tels que les forêts, les montagnes et les parcelles agricoles, la mise en place de capteurs connectés est beaucoup plus complexe. Il est de plus utile de les disposer de manière à les protéger contre d’éventuels actes malveillants ou contre les aléas climatiques ou pour effectuer des mesures, notamment sur les voies de passage de véhicules.

Nous travaillons sur le développement de capteurs souterrains communicants à faible consommation d’énergie, destinés à la surveillance environnementale et à l’agriculture connectée. Enterrés dans le sol à plusieurs dizaines de centimètres de profondeur avec leur émetteur radio et leur antenne, ces capteurs sont invisibles en surface. Ils se réveillent périodiquement et mesurent des paramètres tels que l’humidité et la température du sol à différentes profondeurs. Ces mesures pourront être utilisées, par exemple, pour contrôler avec précision l’irrigation d’une parcelle, fournir des données pour établir des modèles de croissance de plantes ou détecter les signes précurseurs d’un glissement de terrain.

Cette approche nécessite de lever des verrous scientifiques et technologiques importants, notamment en termes d’autonomie énergétique et de réveil des capteurs, mais aussi en termes de transmission des données. En effet, les portées de communication des ondes électromagnétiques dans le sol sont extrêmement réduites et variables, ce qui rend la connectivité entre les différents capteurs et la collecte des données difficiles, de surcroît sans utiliser des relais intermédiaires de communication hors-sol.

Pour répondre à ces défis, nous avons conçu un capteur souterrain communicant, basé sur la technologie de communication LoRa à longue portée, bas débit et faible consommation. Nous avons utilisé la bande de fréquence 868-MHz pour obtenir une portée de communication UG2AG (Underground to Aboveground) de plusieurs centaines de mètres. Nous avons ensuite démontré qu’il était possible de collecter les données des capteurs enterrés en utilisant un collecteur de données embarqué sur un drone passant à proximité. Les premiers résultats obtenus ont permis d’analyser la qualité des signaux de réception en fonction de la position, de l’altitude et de la dynamique du drone. Ces résultats encourageants nous conduisent aujourd’hui à poursuivre nos recherches en travaillant sur 1) l'optimisation énergétique des capteurs afin d'améliorer leur efficacité, 2) sur l’adaptation autonome du comportement du drone pour optimiser le transfert des données ainsi que la définition des trajectoires optimales de collecte.