Cas d’usage Wize : étudier les glaciers en Arctique
Le 31/01/2020
Ce cas d’usage vous est proposé par Wize Alliance avec la contribution de leurs adhérents Cardiff University et Radiocrafts
Des chercheurs de l’Université de Cardiff passent au « wireless » pour étudier le mouvement des glaciers
La fonte des glaces cause la montée des eaux, avec potentiellement un effet dévastateur sur les communautés côtières tout autour du monde. L’augmentation de la température augmente la fonte des glaces. L’eau s’écoule à travers les fissures et les trous des glaciers cherchant son chemin vers la mer. La glace fondue, une fois qu’elle atteint le fond du glacier, agit comme un lubrifiant sur lequel le glacier peut glisser – comme sur un tapis roulant. Plus le glacier glisse, plus cela provoque la fonte des glaces.
Les scientifiques essaient de mesurer la quantité de glace fondue au fond des glaciers pour mieux comprendre comment ils peuvent bouger aussi rapidement et prédire ce qu’il se passera dans le futur. Cependant, c’est une tâche beaucoup plus compliquée qu’il n’y parait.
C’est pourquoi les scientifiques de l’Université de Cardiff ont adopté la technologie wireless pour la première fois, une technique assez inhabituelle pour les scientifiques. Dr Liz Bagshaw, du département des Sciences de la Terre et des Océans, est à la tête de cette mission. Elle a développé des capteurs wireless qui peuvent prendre des mesures à plus de 1300 mètres à l’intérieur d’un glacier tout en supportant des conditions extrêmes.
« Les scientifiques utilisent normalement des capteurs au fond des glaciers avec des câbles extrêmement longs et flexibles » d’après Dr Bagshaw. « Le problème c’est que si on les laisse assez de temps pour pouvoir faire des relevés précis sur une longue période de temps, les câbles finissent par être coupés par le mouvement des glaciers. C’est pour ça que nous avons besoin de capteur sans fil. »
Le capteur sonde, connu sous le nom « Cryoegg », a la taille et la forme d’un pamplemousse (environs 12 cm de diamètre) et contient un petit circuit imprimé qui peut mesurer la pression, la conductivité électrique et la température de l’eau de fonte. Les mesures que collectent le capteur sont très simples ; mais les informations combinées sont très précises et permettent de comprendre les conditions sous les glaciers. Un des plus gros challenges étant de collecter des informations sous une énorme couche de glace.
Ce projet a reçu l’aide de deux missions de forage de glace, RESPONDER qui utilise de l’eau chaude pour faire des trous profonds dans la glace, et EGRIP, qui extrait des carottes de glace de 2,5km de profondeur avec une foreuse spéciale.
La team Cryoegg ont utilisé ces trous de forage pour accéder à l’intérieur du glacier et prendre des mesures, la technologie wireless était la clé du succès.
« Nous trouvons que les fréquences radio VHF – sensiblement plus haute que les fréquences radio FM – sont les meilleures pour ce cas d’usage, étant assez basse pour pénétrer la glace, » comme le dit Dr Prior-Jones, ingénieur électricien du département des Sciences de la Terre et des Océans.
Il a été difficile de trouver des technologies radio pouvant être intégrées dans le capteur, mais une solution a été trouvée avec la technologie Wize, utilisant le modules Wize RF de Radiocrafts. « Cette technologie est idéale parce qu’elle est faite pour des appareils fonctionnant avec des batteries, » ajoute Dr Prior-Jones.
« Pour les compteurs intelligents, ils utilisent des batteries pouvant durer 20 ans. Cette technologie radio est optimisée pour utiliser le moins de batterie possible. Dans notre cas, nous voulions un appareil pouvant faire plusieurs mesures en une journée et communiquer avec la surface. Le reste du temps, l’appareil est éteint, afin de préserver la batterie. »
« Cette technologie est donc totalement adéquate – le Cryoegg s’allume, fait prend quelques mesures, les transmets puis s’éteint quelques secondes plus tard. Nous pensons que l’appareil fonctionnera plus d’une année sous le glacier. »
L’Université de Cardiff a fait trois tests durant l’année 2019 : deux au Groenland et un en Suisse. « Nous étions super heureux de voir que nous recevions le signal à 1,3km sous le glacier dans le trou de forage d’EastGRIP, ce test a prouvé que nous pouvions utiliser la technologie Wize pour l’étude des glacier » dit Dr Prior-Jones. « Nous avons également pu prendre des mesures dans les moulins – des canalisations d’eau dans la glace – en Suisse, prouvant que le Cryoegg pouvait aussi être utilisé dans des courants d’eau. »
Ce système peut donc surveiller avec précision les conditions à l’intérieur du glacier sur une longue période de temps. Nous pourrons donc déposer les capteurs dans des trous de forage qui seront creusés dans la glace et seront allumés deux ou trois fois par jour pour effectuer les relevés, après cela le capteur enverra des données à l’antenne avant de s’éteindre pour préserver sa batterie. Le design du système sera amélioré pour augmenter ses performances radio et sera testé courant 2020.
« La technologie Wize a un fort potentiel dans les Sciences environnementales – elle est économique, robuste et fonctionne parfaitement sur de longues distances et dans un environnement difficile. Nous sommes très reconnaissants de Radiocrafts et de la Wize Alliance pour leur support. » a déclaré Dr Prior-Jones.
« Ce qui a été le plus excitant avec ce projet a été la manière dont nous avons pu nous adapter à des conditions extrêmes comme au Groenland en utilisant des kits bons marchés et prêts à l’emploi. La science dans toute sa splendeur : résoudre des problèmes de grande envergure grâce la connaissance, la créativité et le travail d’équipe, » a déclaré Dr Bagshaw.
Ce projet est financé par le UK Engineering and Physical Sciences Research Council.
