Présentation du scénario de réseau

Nous examinons le déploiement d’un réseau fictif pouvant couvrir les points d’apport

volontaire de déchets de verre de la ville de Grenoble. Le déploiement de ce réseau est

présenté par la figure 18.

Nous partons des postulats suivants concernant le cycle de vie du réseau :

- Déploiement : Le réseau est supposé être installé en une fois. Chacun des 288

points d’apport volontaire de la ville est équipé d’un capteur. 67 d’entre eux

sont des conteneurs enterrés, 221 sont des conteneurs dits aériens, c’est-à-dire

posés au sol. La surface de la ville est couverte par 72 répéteurs disposés selon

une grille à mailles triangulaires de 500m de côté. Au-dessus de chaque capteur

enterré est installé un répéteur intermédiaire. Il permet de palier aux

atténuations auxquelles font face les ondes radio envoyées par les capteurs

enterrés. Un capteur enterré et son répéteur intermédiaire communiquent de

manière exclusive. Enfin, un unique concentrateur est installé au centre de la

ville. La figure 18 présente la disposition géographique des équipements

déployés.

- Opération : L’exploitation du réseau est supposée durer dix ans. Chaque

équipement tombant en panne est instantanément remplacé suivant une

politique de maintenance curative. Il est supposé que tous les équipements

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peuvent fonctionner pendant les dix ans sans risque de panne autre que la

décharge de leur batterie (si pertinent). Nous faisons l’hypothèse que les

équipements défaillants sont remplacés par des équipements identiques. Les

capteurs effectuent 24 mesures par jour qu’ils envoient instantanément à

travers le réseau. L’opération de remplacement est supposée être effectuée

par un opérateur local.

- Démantèlement : A la fin de la durée d’opération, les équipements sont

déposés et font l’objet d’un traitement de fin de vie.

Figure 18 - Déploiement des capteurs et répéteurs dans notre cas d’étude (A gauche : les marqueurs bleus représentent les capteurs enterrés, les marqueurs orange les capteurs aériens. A droite : les

marqueurs noirs représentent les répéteurs, le marqueur jaune le concentrateur).

2.2.2. Méthode et outils

Pour analyser le réseau ainsi décrit, nous avons utilisé l’outil de calcul des impacts d’un

réseau introduit au chapitre 3 (section 3) Le module spécifique permettant de

représenter le protocole Wavenis y a été ajouté. Ce protocole possède les

caractéristiques suivantes :

- Il est adressé. Autrement dit : chaque message est adressé à un destinataire en

particulier.

- Il est constitué de trois types de nœuds : les capteurs, les répéteurs et les

concentrateurs. Chaque type joue un rôle particulier dans le réseau, et adopte

donc un comportement spécifique.

- Il est structuré par niveaux. Les niveaux sont ordonnés de la manière suivante :

1) concentrateurs 2) répéteurs 3) capteurs.

- Il est structuré en arbre. Chaque nœud du réseau ne communique qu’avec un

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- Il est multi-bandes. Les communications peuvent être effectuées sur

différentes bandes de fréquence dont on suppose qu’elles n’interfèrent pas

entre elles.

- Il est non synchronisé, c'est-à-dire que les nœuds ne savent pas quand leurs

voisins sont susceptibles de tenter d’entrer en communication avec eux.

- Il est bidirectionnel, ce qui permet la détection et la répétition des messages

perdus.

Les capteurs et répéteurs sont des équipements mono-tâches. Leur consommation

énergétique a été représentée avec le modèle présenté au chapitre 3 (section 3.2.3).

Le concentrateur est quant à lui un équipement plus complexe. Des mesures ont

montré que sa consommation est une fonction affine du nombre de capteurs qu’il

permet de relayer. C’est donc ainsi qu’a été représentée sa consommation pour cette

étude.

2.2.3. Résultats

Le tableau 8 présente les résultats de la simulation du réseau. Celle-ci a permis de

calculer la consommation d’électricité des équipements sur secteur et le nombre de

remplacements d’équipements survenant sur les dix ans d’opération du réseau. Ces

informations correspondent respectivement au terme E(T)

n

de l’équation 19 et au

terme N

n

de l’équation 16. Ces termes permettent respectivement de calculer les

termes CON

n

et REM

n

de l’équation 9, derniers termes nécessaires au calcul de

l’impact environnemental du réseau.

Type d’équipement Nombre initial Remplacements ^{Durée de vie}

moyenne (a) Consommation d’électricité Capteur Aérien 221 212 7.8 0 Capteur Enterré 67 0 12.2 0 Répéteur intermédiaire 67 0 12.6 0 Répéteur 72 156 4.3 0 Concentrateur 1 0 - 777kWh Total 428 368 - 777kWh

Tableau 8 - Résultat de la simulation de la consommation énergétique dans réseau.

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Les impacts du réseau calculés grâce à l’équation 9 sont présentés par la figure 19. Y

sont détaillées les contributions relatives des trois phases du cycle de vie du réseau. La

phase de déploiement, correspondant à l’installation des 428 équipements, est la plus

forte contributrice. Elle contribue à plus de la moitié de 8 des 11 impacts, et à plus du

tiers de 9 des 11 impacts. Suit la phase d’opération, dont les impacts sont générés par

les 368 remplacements et la consommation de 777kWh d’électricité du secteur. Cette

phase représente plus du tiers de 10 des 11 impacts. La phase de démantèlement ne

contribue que marginalement à 8 des 11 impacts et significativement qu’à un seul

impact (WT). Les impacts de ces trois phases sont détaillés ci-après.

2.2.3.1. Phase de déploiement

La figure 20 présente les contributions relatives des différents types d’équipements

aux impacts de la phase de déploiement. La distribution des impacts est comparable à

celle des 428 nœuds du réseau. Les capteurs représentent 67% du nombre des

équipements initialement déployés, et entre 54 et 79% des impacts. Les répéteurs,

légèrement plus petits et moins impactants que les capteurs, représentent 32% du

nombre des équipements déployés, et entre 18 et 46% des impacts. Le concentrateur,

unitairement plus impactant que les capteurs et répéteurs, ne représente qu’une part

marginale des impacts.

Figure 20 - Contribution relative des différents types d'équipements aux impacts de la phase de déploiement.

2.2.3.2. Phase d’opération

La figure 21 présente les contributions relatives des différents types d’équipements

aux impacts de la phase d’opération. Les capteurs aériens totalisent entre 47 et 75%

des impacts de cette phase, suivis par les répéteurs dont les impacts en représentent

entre 25 et 52%, puis, de manière plus marginale, du concentrateur qui représente au

maximum 24% des impacts (sur l’indicateur Energy Depletion) et en moyenne 6%.

Enfin, les capteurs enterrés et les répéteurs intermédiaires ne présentent aucun

impact sur cette phase car ne nécessitent pas de remplacement ni ne consomment

d’énergie du secteur. Le détail des impacts de chaque type d’équipement est présenté

ci-après.

104

Figure 21 - Contribution relative des différents types d'équipements aux impacts de la phase d'opération.

2.2.3.2.1. Capteurs

Les impacts des capteurs dans la phase d’opération sont dus à leur remplacement pour

cause de batterie épuisée, conséquence d’une consommation énergétique ne leur

permettant pas de fonctionner les dix ans que dure l’opération du réseau. Bien que de

même facture et effectuant les mêmes tâches, les capteurs enterrés et aériens ne

présentent pas les mêmes durées de vie. Alors que les premiers durent plus longtemps

que la durée d’opération du réseau, et ne génèrent ainsi aucun impact dans cette

phase, les seconds, avec une durée de vie moyenne de moins de 8 ans, doivent

quasiment tous être remplacés une fois.

Figure 22 – Consommations et durées de vie des capteurs aériens (à gauche de la séparation) et enterrés (à droite de la séparation), classés par consommation totale décroissante et durée de vie

croissante.

La figure 22 montre que cette différence est uniquement due au phénomène de

sur-écoute. Celui-ci demande aux capteurs aériens une consommation importante

pouvant avoisiner 50% de leur consommation totale. Cette consommation est en

revanche négligeable pour les capteurs enterrés. Cette différence s’explique par

l’atténuation du signal dont bénéficient les capteurs enterrés : les ondes

105

électromagnétiques peinant à les atteindre, ces capteurs ne peuvent recevoir de

communications que d’équipements très proches, et sont donc moins affectés par les

sur-écoutes.

2.2.3.2.2. Répéteurs

Les impacts des répéteurs en phase d’opération sont, comme ceux des capteurs,

consécutifs aux remplacements pour cause de batterie épuisée. Pour ces équipements,

on retrouve la même dichotomie entre les répéteurs intermédiaires qui n’ont pas

besoin d’être remplacés, et les autres répéteurs qui nécessitent plusieurs

remplacements pendant la phase d’opération. Avec une durée de vie moyenne de 4,5

ans, certains d’entre eux requièrent jusqu’à quatre remplacements. Les répéteurs sont

clairement sous-dimensionnés, l’énergie qu’ils embarquent ne leur permettant pas de

supporter pendant toute la phase d’opération l’intensité des communications dont ils

ont la charge. La différence entre répéteurs et répéteurs intermédiaires s’explique par

l’examen de la figure 23. Leurs consommations relatives à la communication et à la

sur-écoute révèlent des différences importantes. La première est liée au nombre de

capteurs que les répéteurs relaient : les répéteurs intermédiaires ne relaient qu’un

seul capteur, à la différence des autres répéteurs qui en relaient entre 1 et 8. Or, plus

un répéteur relaie de capteurs, plus il consomme (ce qui explique l’apparition d’une

forme en escaliers sur cette figure). La seconde est liée à la différence de hauteur

d’installation des répéteurs : les répéteurs intermédiaires sont installés plus près du

sol, pour bénéficier d’une bonne qualité de communication avec les capteurs enterrés

qu’ils relaient. Les autres répéteurs sont quant à eux installés plus haut pour couvrir un

espace géographique plus large. Or, plus un équipement est placé haut, moins les

ondes électromagnétiques qui lui parviennent sont brouillées par l’espace urbain

environnant, et plus il est sujet aux sur-écoutes.

Figure 23 - Consommations et durées de vie des répéteurs (à gauche de la séparation) et répéteurs intermédiaires (à droite de la séparation), classés par consommation totale décroissante et durée de vie

croissante.

2.2.3.2.3. Concentrateur

Bien que la contribution du concentrateur aux impacts de cette phase soit marginale,

elle reste relativement importante pour un équipement isolé parmi plusieurs

centaines. Cette surreprésentation est due à une consommation énergétique sans

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commune mesure avec celle des capteurs et des répéteurs, la première se comptant

en watts, les secondes en milliwatts. Certes, les performances attendues de ces

équipements sont également très différentes. Il n’en reste pas moins que cette

différence de consommation est révélatrice de la différence d’attention généralement

portée à l’énergie dans la conception des équipements fixes et mobiles (Domingo et

al., 2011).

2.2.3.3. Phase de démantèlement

La figure 24 présente les contributions relatives des différents types d’équipements

aux impacts de la phase de démantèlement. Comme pour la phase de déploiement, la

distribution des impacts suit la distribution des 428 nœuds du réseau. Les capteurs

représentent entre 69 et 86% des impacts, les répéteurs entre 14 et 31% ; le

concentrateur n’en représente qu’une part marginale.

Figure 24 - Contribution relative des différents types d'équipements aux impacts de la phase de démantèlement.

Dans le document Analyse environnementale et éco-conception de services informationnels (Page 113-119)