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Le Grand-Duché du Luxembourg mise sur l’IoT pour prévenir les inondations

Le Grand-Duché du Luxembourg mise sur l’IoT pour prévenir les inondations

L’équipe IoT de POST collabore à un projet de recherche qui vise à donner l’alerte instantanément en cas de risque d’inondation.

 Le 5 juin 2019 un gros orage a frappé la vallée de l’Ernz Blanche dans le centre du pays. 25 millimètres d’eau sont tombés, soit près de 3% de la moyenne des précipitations annuelles en quelques minutes seulement. Autant d’informations qui, depuis le printemps 2019, sont recueillies en temps réel par des capteurs connectés qui mesurent les précipitations et envoient un signal d’alerte en cas de risque d’inondation.

Ce projet, soutenu par le Fonds National de la Recherche, a été conduit en collaboration avec l’Institut Luxembourgeois pour la Science et la technologie (LIST) et l’Administration de la Gestion de l’Eau (AGE). La conception technique du projet et sa mise en œuvre ont été confié aux ingénieurs POST.

Le premier risque naturel au Luxembourg

A l’été 2016 déjà, le Grand-Duché du Luxembourg et plus spécifiquement la vallée de l’Ernz avaient été secoués par de violents orages qui avaient provoqué de sévères inondations dans tout le pays. Ces crues subites sont généralement causées par de fortes précipitations alors que la terre est déjà gorgée d’eau, gelée ou au contraire bien trop sèche en été pour laisser pénétrer les précipitations, qui vont alors s’évacuer directement dans la rivière. Or, si l’on en croit les études sur le climat qui nous prédisent des étés plus chauds et des hivers plus rudes, ces épisodes de crues devraient se multiplier dans les années à venir. C’est tout l’objet de l’expérimentation IoT que le Luxembourg a souhaité mener avec notre aide.

Inondation éclair

Le Grand-Duché disposait déjà d’un système de prévisions des crues pour mesurer les risques en hiver. Des inondations qui résultent d’un sol gelé et de précipitations modérées mais répétées, sur de vastes zones du territoire, souvent additionné à la fonte de neige.

Mais, durant les récents épisodes de pluies intenses et très localisées qui ont été observés en 2016 et 2018, le système d’alerte capable de se déclencher en quelques heures, s’est avéré insuffisant pour prévenir les risques. Alors au printemps 2019, la vallée de l’Ernz Blanche a été le terrain d’expérimentation d’un tout nouveau projet en vue de compléter ce système. Comment ? En déployant un important réseau de capteurs IoT interconnectés qui mesurent à intervalles réguliers, les précipitations, le niveau d’eau des rivières et des ruisseaux et le taux d’humidité des sols.

Figure 1: réseau des capteurs IoT installés dans la vallée de l’Ernz Blanche au printemps 2019

 

Trois types de stations ont été déployées pour recueillir trois types de mesures :

– Niveau d’eau

Des radars, également appelés limnimètres ont été installés sur les cours d’eau d’Hessemillen, Medernach, Heffingen et Koedange couvrant une surface totale de 102 km².

Figure 2: exemple de station radar ou limnimètre

– Pluviométrie

4 jauges de pluie, combinées à des capteurs d’humidité du sol ont été installées à Bakesmillen, Schwanterhaff, Schoos, Atlinster. Il s’agit de réservoirs qui recueillent chaque millimètre d’eau tombée. Ce dispositif peut déclencher un signal d’urgence si une station enregistre plus de 4,5 mm de précipitations en 15 minutes ou si une pluie modérée (2,8 mm par quart d’heure sur chacune des stations) est constatée dans toute la vallée.

 

Taux d’humidité dans le sol
Ces capteurs, installés à Medernach-Schwanterhaff et à Larochette prennent la forme d’une fourchette plantée à 20 cm dans le sol et à 50 cm. Ils permettent de mesurer l’infiltration d’eau en surface comme en profondeur. Ici pas d’alerte, il s’agit de mesurer à long terme la corrélation entre le taux d’humidité du sol et le déclenchement d’une crue subite.

Un réseau intelligent et basse consommation

Ce réseau de capteurs IoT est conçu pour avoir deux modes de fonctionnement : un mode normal qui prévoit l’envoi de données toutes les 15 minutes et un mode d’urgence qui offre une communication à intervalles plus rapprochés.

Lors d’un épisode de fortes pluies, le réseau de capteurs réagit comme un cerveau. Il lance d’abord une alerte automatique avant de changer de comportement pour passer en mode urgence. Le niveau d’eau est alors enregistré chaque minute et envoyé toutes les 5 minutes pour pouvoir suivre l’évolution en quasi temps réel sous les 4 ponts de cette vallée susceptibles de connaître des crues fulgurantes.

Les stations IoT communiquent par le réseau Sigfox. Ce “Low Power Wide Area Network” dit LPWAN a été déployé par POST au Luxembourg en 2016. Il permet de prendre en charge la communication entre des appareils sans interaction humaine. Une technologie « Machine to Machine » qui émet des signaux longues distances tout en consommant très peu d’énergie.

Car le modem Sigfox ne s’allume que lors des transmissions périodiques. Le reste du temps il est en mode veille.

Chaque station est par ailleurs équipée de panneaux solaires qui rechargent sa batterie. Celle-ci dispose également d’une autonomie de 15 jours afin de collecter les données même dans les moments les plus sombres de l’hiver.

En cas de problèmes de transmission, la station peut basculer en réseau cellulaire afin de poursuivre efficacement sa communication ; avant de retenter plus tard un retour au mode LPWAN.

Ce choix technologique a permis d’augmenter la densité du réseau de capteurs tout en assurant une connexion fiable en quasi temps réel, et ce quasiment sans maintenance.

Premier bilan encourageant

Dans les prochains mois, des réflexions communes entre scientifiques, acteurs publics et professionnels des télécommunications seront menées afin de mettre en œuvre une chaîne complète d’alerte adaptée aux crues éclair.

 

Actualité Flash Flood : https://www.rtl.lu/news/national/a/1417727.html

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