Thèse soutenue par Teresa GRACCHI le 21 avril 2020, Institut des sciences de la Terre (ISTE)
Les glissements de terrain sont des phénomènes géomorphologiques fréquents et répandus avec un énorme impact sur la société, l’économie et l’environnement. Dans les zones sujettes, les dispositifs de surveillance associés aux systèmes d’alerte rapides sont un bon moyen, et parfois l’unique solution, pur réduire le risque. Pour cette raison, un intérêt particulier a été réservé aux réseaux de capteurs sans fil.
Dans cette thèse, nous avons analysé les données d’un nouveau prototype de surveillance de l’instabilité au sol appelé Wi-GIM (Wireless Sensor Network for Ground Instability Monitoring). Il s’agit d’un réseau constitué de noeuds capables de mesurer leurs inter-distances mutuelles en calculant le temps de vol d’une impulsion ultra-large-bande. Le système a été testé dans un environnement extérieur contrôlé et appliqué pour la surveillance des déplacements d’un véritable glissement de terrain, c’est-à-dire la coulée de boue de Roncovetro en Italie, où une surveillance parallèle avec une station totale robotisée (RTS) a permis de valider le système.
Les résultats montrent la distance de chaque couple de noeuds appartenant au même cluster. Les données extraites des tests ont révélé une précision de 2 à 5 cm. et une corrélation linéaire avec la température. La campagne a également révélé que les mesures n’étaient pas affectées par la pluie ou la neige et que le système pouvait communiquer efficacement jusqu’à 150 m. avec un angle de vue de 360° sans affecter la précision.
Les autres caractéristiques clés du système implémenté sont une installation facile et rapide, une flexibilité, un faible coût, une surveillance en temps réel et une modification de la fréquence d’acquisition. Une comparaison entre les mesures Wi-GIM et RTS a souligné la présence d’un décalage (dans un ordre variable de centimétrique à décamétrique) constant pour chaque couple, en raison principalement de la présence d’obstacles qui vont obstruer la ligne de visée (LOS). La présence de végétation est la cause principale de la condition de non-LOS entre deux noeuds, ce qui se traduit par un trajet des signaux plus long et donc par des mesures de distance moins précises.
Pour approfondir cette question, plusieurs tests ont été menés prouvant la forte influence de la végétation sur la quantité et la qualité des données. Pour les améliorer, une méthode de calcul MATLAB (R2018a, MAthWorks, Natick, MA, USA) appelé WiSIO (Wireless Sensor network Installation Optimizer) a été développé. L’algorithme trouve le meilleur déploiement d’appareils selon trois critères :
- inter-visibilité;
- égale répartition;
- positionnement dans les zones prioritaires présélectionnées.
En ce qui concerne l’analyse du champ de vision existant, la nouveauté principale est le direct fonctionnement avec les nuages de points 3D, sans créer aucune surface. Cela conduit à ignorer le processus de génération de modèles de surface en évitant erreurs et approximations, chose essentiel en s’agissant de végétation. Une seconde installation du système Wi-GIM a donc été réalisée en considération du déploiement proposé par WiSIO. La comparaison des données acquises par le système positionné avec et sans l’aide de l’algorithme proposé a permis de mieux comprendre l’efficacité de la méthode.
Les résultats présentés montrent comment une simple élaboration peut être essentielle pour améliorant les performances du système. La limitation principale du système Wi-GIM est actuellement la précision. Ce problème vient de l’utilisation de composants économiques, et il peut être résolu si le système subit un processus d’industrialisation. De plus, étant donné que l’architecture du système est réadaptable, il peut être amélioré avec l’arrivée de nouveaux matériels à faible coût.
