Le domaine frontière de l’alerte aux catastrophes géologiques est la surveillance des volcans, mais l’introduction des nœuds IoT change complètement notre compréhension des activités volcaniques et la façon dont nous y réagissons. Des capteurs intelligents déployés dans diverses parties du volcan collecteront des données clés telles que les tremblements de terre, les gaz et les températures en temps réel, puis transmettront ces données en continu au centre de surveillance via des réseaux sans fil. Une telle technologie améliore non seulement considérablement l’efficacité de l’alerte précoce, mais transforme également le modèle de surveillance traditionnel en un système de surveillance intelligent tridimensionnel et par tous les temps, fournissant un soutien technique sans précédent pour la prévention et la réduction des catastrophes.
Comment fonctionne le nœud Volcano IoT
Les nœuds de l'Internet des objets Volcano sont généralement composés de modules de capteurs, d'unités de traitement de données et de dispositifs de communication. Ils seront stratégiquement placés autour du cratère, dans les zones de fissures et sur les flancs des collines pour surveiller en permanence des paramètres tels que les fluctuations sismiques, les concentrations de dioxyde de soufre et la déformation de la surface. Ces nœuds s'appuient sur une technologie de réseau auto-organisée pour construire un réseau de surveillance. Tant que des nœuds individuels sont endommagés, les données peuvent toujours être relayées et transmises via d'autres nœuds pour garantir la robustesse du système de surveillance.
Après un traitement préliminaire et une compression, les données brutes utilisées pour collecter les nœuds seront transmises au centre de surveillance via des liaisons satellite ou des réseaux mobiles. La plupart des nœuds modernes utilisent l'énergie solaire et sont équipés de modes d'économie d'énergie pour faire face à un temps pluvieux continu. Ce système Internet des objets a prouvé sa fiabilité sur le volcan Etna en Italie et sur le volcan Sakurajima au Japon. Il peut fonctionner de manière stable dans des environnements difficiles qui ne conviennent pas à un séjour prolongé des humains.
Pourquoi les volcans ont besoin d'une surveillance en temps réel
L’activité volcanique changera radicalement en quelques heures, voire quelques minutes. La surveillance en temps réel peut capturer ces signaux précurseurs. En 2019, avant l’éruption du volcan White Island en Nouvelle-Zélande, si des données sur les changements dans la composition du gaz avaient pu être obtenues à temps, nous aurions pu éviter la tragédie qui a fait 22 morts. La surveillance en temps réel n'est pas seulement liée à la compréhension scientifique, mais aussi directement à la sécurité des personnes.
En plus de leur fonction d’alerte précoce, les données en temps réel sont utiles aux volcanologues pour comprendre en profondeur la dynamique des chambres magmatiques et donc le mécanisme des éruptions. Le volcan Fuego au Guatemala a connu une activité sismique accrue avant son éruption fatale en 2018, qui a duré plusieurs heures. Cependant, faute de système d’analyse en temps réel, les habitants des environs n’ont pas pu être évacués à temps. Une leçon aussi douloureuse souligne l’urgence et la nécessité d’établir un réseau de surveillance en temps réel.
Quels paramètres du volcan les nœuds IoT surveillent-ils ?
Les paramètres de surveillance importants comprennent l'activité sismique, les émissions de gaz et la déformation de la surface. Les capteurs sismiques enregistrent les secousses volcaniques et les tremblements de terre de longue durée, qui sont souvent des indicateurs d’une montée du magma. Les analyseurs de gaz multiparamètres mesurent en continu les changements de concentration de dioxyde de soufre, de dioxyde de carbone et de sulfure d'hydrogène pour refléter le processus de dégazage du magma.
La surveillance des déformations de surface s'appuie sur le GPS et les inclinomètres, qui peuvent détecter l'expansion ou la contraction subtile des corps volcaniques. Des capteurs de température sont disposés dans les zones de fumerolles et de sources chaudes pour capturer les signaux d’anomalie thermique. En outre, certains nœuds avancés intègrent également des imageurs thermiques et des capteurs infrasons pour construire une vue panoramique de l’activité volcanique sous plusieurs dimensions différentes.
Comment déployer un nœud Volcano IoT
Lors du déploiement de nœuds, le terrain volcanique, les cibles de surveillance et les conditions de communication doivent être pris en compte de manière globale. Les techniciens choisissent généralement de déployer des nœuds près du bord du cratère, des zones de fissures et des fumerolles connues. Dans les zones volcaniques actives, les travaux de déploiement nécessitent souvent l'utilisation d'hélicoptères, et l'installation et le débogage doivent être réalisés dans des délais très courts.
La distance entre les nœuds est généralement contrôlée dans une plage de un à trois kilomètres pour assurer la stabilité des communications sans fil. Dans l'exemple de déploiement sur le volcan Villarrica au Chili, l'équipe a utilisé une stratégie progressive, en construisant d'abord des stations de base dans des zones sûres, puis en les étendant progressivement aux zones à haut risque. Chaque nœud est soumis à des tests environnementaux rigoureux pour garantir qu'il peut résister à la corrosion par les gaz acides et aux changements de température extrêmes.
Analyse et application des données de surveillance des volcans
Après avoir reçu les données, le centre de surveillance utilisera des algorithmes d'apprentissage automatique pour effectuer une analyse en temps réel. Le système a la capacité d’identifier des modèles anormaux, tels que des essaims de tremblements de terre accompagnés de fortes augmentations des concentrations de gaz. De tels signaux combinés peuvent indiquer un risque d'éruption. Les résultats de l'analyse des données seront présentés visuellement dans le système d'aide à la décision pour référence par les volcanologues et les services de gestion des urgences.
Avant l'éruption du volcan Nyiragongo au Congo en 2021, le système de surveillance détectait une activité sismique anormale 15 heures à l'avance, ce qui permettait aux autorités de lancer un plan d'évacuation dans les meilleurs délais. En plus de remplir une fonction d'alerte précoce, ces données accumulées sur une longue période aident également les chercheurs à établir une base de référence sur l'activité du volcan, fournissant ainsi des matériaux de référence précieux pour prédire son comportement futur.
Défis techniques rencontrés par les nœuds IoT
Pour les nœuds IoT, l’environnement extrême des volcans constitue un défi de taille. Une température élevée accélérera le vieillissement de l'équipement, une humidité élevée accélérera le vieillissement de l'équipement et les gaz acides accéléreront également le vieillissement de l'équipement, affectant ainsi la précision des données de surveillance. Les barrières de communication constituent un autre problème courant, en particulier dans les zones volcaniques au terrain complexe. La transmission du signal est facilement bloquée et perturbée, et est facilement bloquée par des interférences.
Le goulot d’étranglement de la surveillance à distance a toujours été l’alimentation électrique. Même si la technologie de l’énergie solaire continue de progresser, la durée de vie des batteries reste insuffisante lorsqu’il continue de pleuvoir et qu’elles sont recouvertes de cendres volcaniques. Les chercheurs travaillent au développement de nouvelles solutions d'alimentation électrique telles que la production d'énergie géothermique et la récupération d'énergie vibratoire, dans l'espoir de parvenir à une auto-alimentation permanente des nœuds.
Existe-t-il des besoins similaires en matière de surveillance des volcans dans votre région ? Pensez-vous que la technologie IoT peut jouer un rôle clé dans d’autres domaines de la prévention et du contrôle des catastrophes géologiques ? Bienvenue pour partager vos points de vue et opinions. Si vous pensez que cet article est utile, veuillez l'aimer pour le soutenir et le transmettre à davantage d'amis préoccupés par la prévention et la réduction des catastrophes.