Présentation de l’objet d’étude

Un service d’optimisation basé sur un réseau de capteurs est un service informationnel

au sens de De Bandt (2004), c'est-à-dire une activité productrice de connaissances

opérationnelles, destinées à entrer dans un processus de décision. Un tel service

permet de générer, à l’aide de capteurs intégrés en réseau sans fil, des informations

sur un système dans le but d’en optimiser le fonctionnement. Les services

d’optimisation basés sur les réseaux de capteurs permettent ainsi potentiellement de

diminuer l’impact environnemental des systèmes auxquels ils sont appliqués.

Un réseau de capteurs (wireless sensor networks, en anglais) est un ensemble

d’équipements microélectroniques dotés de capacités sensorielles et intégrés dans un

système afin d’en extraire de l’information. Ces équipements génèrent de

l’information au travers de la surveillance des manifestations locales d’un phénomène

caractéristique du système étudié, c'est-à-dire « quelque chose connaissable par

perception sensorielle » (Akyildiz et al., 2002), comme le bruit, la température ou la

pression. Ces données locales sont, à l’aide d’un réseau sans fil, collectées et

concentrées vers une unité centrale de traitement, où elles sont intégrées en une

information opérationnelle. Nous présentons ici l’éventail des applications de ces

systèmes (qui dépassent largement le cadre des services d’optimisation) et détaillons

ensuite leur composition.

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2.3.1. Applications

Les réseaux de capteurs peuvent être mis en œuvre dans de nombreux domaines tels

que la défense, la prévention des risques naturels, la santé, ou l’exploration de terrains

dangereux (Yick et al., 2008). De nombreuses applications sont par exemple entrevues

dans le domaine émergent de la télémédecine, que ce soit pour le maintien à domicile

des personnes âgées en dépendance (Le et al., 2007), la prévention des risques

spécifiques aux nourrissons ou le suivi de santé à domicile (Baker et al., 2007). D’autres

applications sont spécifiquement développées à des fins environnementales,

permettant d’étudier des milieux naturels, notamment en vue de les protéger ou de

s’en protéger. Ainsi ils permettent de surveiller le milieu d’une espèce animale en

danger (Biagioni et Bridges, 2002) de suivre des espèces migratrices (Zhang et al.,

2004), ou encore de surveiller l’activité d’un volcan (Werner-Allen et al., 2006).

D’autres applications permettent de surveiller des processus anthropiques afin de les

optimiser, dans des domaines aussi divers que la gestion des services urbains,

l’agriculture, le bâtiment ou la production industrielle. Ainsi, des réseaux de capteurs

peuvent être impliqués dans des démarches d’optimisation de la collecte de déchets

(Rovetta et al., 2009; Lelah et al., 2011), de la distribution d’eau ou d’énergie (Bouzin,

2008; Watson et al., 2009), de l’usage d’engrais (Beucker et al., 2008), de l’irrigation

(Suri et al., 2006), de l’éclairage dans les bâtiments (Dubberley et al., 2004), ou encore

de la consommation énergétique des systèmes de production (Krishnamurthy et al.,

2005; Johnstone et al., 2007).

Les réseaux de capteurs, en tant que sous ensemble des TIC, font partie de ces

technologies dont il est attendu qu’elles mènent vers une meilleure connaissance et

par conséquent une meilleure gestion de la complexité des sociétés (Tsoukas, 1997;

Mulvihill et Milan, 2007). De par leur capacité à, entre autres, supporter des

démarches d’optimisation des systèmes urbains (Watson et al., 2009; Lelah et al.,

2010) ou à surveiller la qualité des milieux (Ramanathan et al., 2006), les réseaux de

capteurs sont considérés comme une technologie permettant d’aller vers une société

plus durable.

Nous questionnons dans cette thèse la pertinence de cette assertion en étudiant leur

impact environnemental. Nous verrons que, comme tout service informationnel, les

services basés sur les réseaux de capteurs engendrent des impacts directs et indirects

qui doivent être mis en balance – tâche que nous nous proposons d’aborder.

2.3.2. Caractérisation des équipements de réseaux de capteurs

La diversité des domaines d’application des réseaux de capteurs a mené au

développement d’un large éventail de technologies (Yick et al., 2008). Leur point

commun est d’être composé d’équipements communiquant les uns avec les autres via

ondes électromagnétiques. Selon les applications, les dimensions de ces équipements

peuvent varier de quelques centimètres (Dubberley et al., 2004) quelques dizaines de

centimètres (Biagioni et Bridges, 2002) ; leur nombre peut varier de quelques unités

(Loerincik, 2006) à plusieurs milliers (Suri et al., 2006) voire millions (Akyildiz et al.,

2002), et leur présence peut nécessiter ou non un camouflage (Biagioni et Bridges,

2002). Quoi qu’il en soit, chacun de ces équipements est au moins doté d’une unité de

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provision d’énergie, de traitement de l’information, et de communication. De manière

optionnelle, ils peuvent également être dotés d’une unité de capture d’information,

d’action physique, et/ou de communication avec un autre réseau. En fonction de ces

caractéristiques, ils peuvent séparément ou cumulativement jouer les rôles de :

- capteur, qui génère des données sur son environnement local ;

- actionneur, qui exerce une action physique sur son environnement local ;

- répéteur, qui relaie les informations sur leur chemin d’un point du réseau à un

autre ;

- concentrateur, qui concentre les données générées par le réseau et les

transmet à une unité centrale de traitement.

Les réseaux de capteurs sans fil impliquent également l’utilisation d’autres

équipements afin de gérer l’intégration, la transformation et la transmission des

données à l’adresse de l’utilisateur final. Ainsi, des serveurs de supervision et

d’application peuvent être utilisés afin de gérer le réseau sans fil et offrir une interface

de services. Les données peuvent être envoyées du réseau sans fil à ces serveurs via un

réseau GPRS ou IP, sollicitant ainsi une infrastructure de télécommunications. Enfin,

des terminaux utilisateurs (PC, téléphone portable, ou autres) permettent aux

utilisateurs finaux de recevoir les informations ainsi générées. La figure 8 ci-après

présente un exemple d’architecture de réseau de capteurs faisant intervenir

l’ensemble des équipements évoqués.

Figure 8 - Exemple d’architecture d’un réseau de capteurs (les traits pointillés représentent des connexions sans fil et les traits pleins des connexions IP ou GPRS).

Malgré la miniaturisation croissante de ces technologies, leur développement rapide,

leurs coûts décroissants, le nombre de leurs applications ainsi que le nombre

d’équipements nécessaires à chacune d’elles laisse envisager d’importants flux de

production. Au vu des impacts de la production microélectronique, ceci ne se fera pas

sans conséquence environnementale. De plus, pour certaines applications en milieux

difficiles, les déploiements sont envisagés dans une optique « deploy and forget »

(Mathúna et al., 2008), c'est-à-dire qu’aucune récolte n’est prévue pour la fin de

Terminaux utilisateurs Réseau Télécom Plateforme de supervision _{Concentrateurs} Répéteurs Plateforme de services Réseau de capteurs Capteurs/actuateurs

Dans le document Analyse environnementale et éco-conception de services informationnels (Page 45-48)