Swiss Experiment
Dans le domaine
des sciences expérimentales, les modèles de prévision ou de validation et
l'élaboration de conclusions scientifiques précises demandent des observations
étendues dans le temps et l'espace. Les frais généraux de collecte de ces
observations sont importants, et très souvent redondants dans les différents
projets et institutions. Les données recueillies seraient mieux utilisées si
elles étaient partagées dans une synergie entre projets, synergie pouvant également
nous permettre de mieux comprendre les liens entre des processus
interdisciplinaires.
Le Swiss
Experiment (SwissEx) est une initiative du Competence Centre Environment and
Sustainability (CCES), piloté par le WSL/SLF destinée à fournir une
plate-forme de déploiement d'un réseau de capteurs à grande échelle et de
collecte et d'exploitation des données. Des financements externes importants de
différentes organisations, notamment du NCCR-MICS, ont permis la réalisation du
projet.
Figure 1: Microsoft
Research est l'un des sponsors de SwissEx et développe l'outil d'accès aux
données géospatiales. Microsoft SensorMap fournit un point central d'accès permettant à toutes les
institutions de consulter les jeux de données comme s'il s'agissait d'une base
unique.
SwissEx est une
collaboration entre des projets de recherche environnementaux et technologiques
(menés au CCES ou dans d'autres institutions partout en Suisse) qui va
rassembler les expérimentations de terrain et offrir une cyberinfrastructure
générique moderne commune à une échelle jamais égalée. Cette collaboration
permettra de partager les technologies d'acquisition et d'encourager l'échange
des données et la préservation des connaissances en utilisant un système de
bases de données et une infrastructure de traitement à la pointe du progrès.
Grâce à cette réutilisation des données, SwissEx vise à jeter des ponts entre
les domaines scientifiques traditionnels, à étendre les connaissances
scientifiques sur les interactions entre les processus interdisciplinaires avec
pour objectif d'exploiter finalement ces liens dans des déploiements de
capteurs à grande échelle pour améliorer la prévision et l'alerte des dangers
naturels.
Le défi est triple:
- défi scientifique:
utilisation d'un système générique de collecte des données (pour une large
gamme de paramètres dans des plages d'espace et de temps étendues) et
d'assistance dans la validation et l'interprétation de celles-ci.
- défi technologique:
déploiement d'un grand nombre de capteurs de spécifications variées au niveau
de la fréquence des données, de la résolution, de l'intelligence embarquée, des
coûts, de l'acquisition, de la transmission continue, du stockage, de la
sécurité, des autorisations, etc.
- défi de gestion
des connaissances: enregistrement du scénario de collecte, des méthodes,
emplacements et dates d'acquisition des données, du traitement ultérieur
appliqué aux données en temps réel permettant aux scientifiques d'identifier
avec efficacité les données qu'ils recherchent.
Pour plus
d'informations sur SwissEx en général, rendez-vous sur le wiki SwissEx
www.swiss-experiment.ch
Swiss Experiment au SLF
Non seulement la
gestion de SwissEx est centralisée au SLF à Davos, mais l'expérience est au
centre de l'amélioration de l'infrastructure des données expérimentales à Davos,
en y intégrant des capteurs supplémentaires en cours de développement au sein
de SwissEx pour améliorer la résolution spatiale et temporelle des données
disponibles. L'amélioration de l'instrumentation contribue à centraliser les
expériences et donc à utiliser en collaboration des données disponibles.
Les expériences
qui seront menées à Davos pendant l'hiver 2009 se concentreront sur les régions
de Wannengrat et Dorfberg. L'instrumentation disponible pour les projets est
présentée dans la figure 2.
Figure 2:
Tous les capteurs cités ci-dessus seront disponibles pour les projets à partir
d'un portail de données unique. Cela signifie que des réseaux de capteurs
d'échelle variée peuvent être utilisés simultanément pour le traitement des données
en temps réel ainsi que pour l'assimilation directe dans les modèles.
Des réseaux de
capteurs d'échelle variée, depuis les réseaux nationaux avec une résolution de
dizaine de kilomètres jusqu'aux réseaux locaux avec une résolution de quelques
dizaines de mètres, voire moins, seront accessibles sur un portail unique de
données, GSN (Global Sensor Networks), et seront complétés par les données des
capteurs isolés ainsi que par les relevés manuels. Ces données seront également
enregistrées sur de nombreux serveurs GSN dans tout le pays, permettant à des
services de type Microsoft SensorMap ou GSN (meteoIO), l'interface générique de
modèles, de fournir des données en temps réel aux scientifiques impliqués ainsi
qu'au grand public.
La
concentration de capteurs dans une zone bien définie offrira un jeu de données
qui pourra être utilisé pendant de nombreuses années. Les avantages d'une telle
situation ont déjà été prouvés par l'acquisition du jeu de données GAUDEX en
2003 à Gaudergrat (en association avec l'université de Leeds). Ce jeu de
données est toujours utilisé actuellement et sera disponible dans la même
infrastructure informatique.
La liste des
données des capteurs du projet Swiss Experiment disponibles pour le grand
public peut être consultée ici.
Les données radar
de Davos sont ici.
Un exemple de
l'utilisation future des jeux de données:
Pour la
validation et le développement ultérieur de modèles de transport de la neige,
nous avons besoin de savoir où tombe la neige et les mécanismes de transport
une fois qu'elle est au sol: la répartition des précipitations sera fournie par
le radar, les paramètres météorologiques seront disponibles à partir d'une
combinaison de stations IMIS, de stations météorologiques fixes et de stations
SensorScope, et l'emplacement final du dépôt de la neige transportée par le
vent sera donné par les scans laser. Les différentes échelles de mesures
météorologiques permettront d'extrapoler les mesures fournies par les réseaux
denses pour les adapter à des mesures et à une topographie de grande échelle.
Il s'agit de la base du projet 'SwissEx Science'.
Les mesures laser
haute résolution de la hauteur de neige de Wannengrat sont également
disponibles ailleurs, mais ici l'innovation consiste à les effectuer en routine
afin de produire des séries temporelles. À partir de ces séries, non seulement
nous pourrons connaître la redistribution de la neige, mais aussi son évolution
pendant la fonte. En combinaison avec le rayonnement incident, les données des
lysimètres, les mesures de l'équivalent en eau de la neige ou d'écoulement au
niveau de la station de jaugeage en aval, ce jeu de données fournira une
occasion unique aux nivologues et hydrologues de suivre minute par minute les
phénomènes du bassin-versant.
Les mesures
précises du manteau neigeux et la densité des mesures de rayonnement solaire
donnent également aux spécialistes de l'écologie végétale la possibilité
d'observer les variations de biodiversité à petite échelle en relation avec la
durée de l'enneigement.
Les mesures
continues à forte densité des paramètres météorologiques et nivologiques
apportent des informations essentielles aux spécialistes du déclenchement des
avalanches. Ces informations complètent les relevés de profil de neige manuels
effectués à Wannengrat et permettent d'évaluer précisément la stabilité
spatiale et temporelle du manteau neigeux.
Là où des mesures
à forte densité du champ de vent sont effectuées, il n'y a pas que le transport
de la neige qui peut être calculé. Les scientifiques de WSL/SLF et EPFZ
effectuant des recherches sur l'érosion éolienne des sols pourront profiter de
ces mesures pour étudier la répartition du sable sur le site.
Objectif de
mesures 6:
La centralisation
de tous ces équipements de mesure apporte un jeu de données qui peut être
utilisé pour développer et vérifier de nouveaux capteurs. Le radar, le
prototype d'un nouveau disdromètre à faible énergie, le nouvel anémomètre et le
système Hydrosys sont des exemples de développements de capteurs qui
profiteront de cette infrastructure dense de mesures.
Vous trouverez
ci-dessus une liste non exhaustive des utilisations possibles des données de
Wannengrat. En complément, les mesures effectuées à Weissfluhjoch et Dorfberg
vont continuer à contribuer aux travaux nivologiques et au développement des
capteurs exécutés sur une base régulière au SLF. Toutes ces données seront
regroupées dans une ressource centralisée, où elles pourront être facilement extraites
et comparées sur tous les sites, la région de Davos, la Suisse et même au-delà.
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