Le déclin nous guette dans tous les domaines. Dans un récent article, trois ingénieurs météorologues hollandais nous alertent en effet sur la disparition… des pluviomètres. Ainsi, la France ne comptait plus en 2012 que 3 516 postes pluviométriques (vous pouvez consulter leur répartition sur cette carte), soit 700 de moins qu’en 2001. À l’échelle globale, le Global Precipitation Climatology Centre (GPCC), piloté par le service météorologique allemand, a perdu la moitié de ces pluviomètres entre 1989 et 2006. Or ces données pluviométriques sont essentielles pour l’agriculture et la prédiction du climat. Comment pallier ce manque d’infrastructures pour mesurer les précipitations ? Si les radars prennent le relais, comme le réseau français ARAMIS qui couvre grâce à 24 radars météo 95 % du territoire métropolitain, ils représentent toutefois des investissements lourds. Les ingénieurs hollandais menés par Aart Overeem ont donc cherché à mesurer en temps réel les précipitations dans « l’autre pays du fromage » en exploitant d’autres infrastructures existantes : le réseau d’antennes-relais de la téléphonie mobile.

Comment les antennes peuvent-elles nous renseigner sur la pluie qui s’abat sur elles ? La présence de gouttes sur le trajet des ondes transmises entre deux antennes modifie le signal reçu en l’atténuant via deux phénomènes distincts : d’une part, l’absorption par l’eau d’une partie de l’énergie transmise par les ondes, de l’autre, la réflexion de l’onde sur les gouttes, qui va entraîner sa diffusion multiple et la détourner de son chemin initial. Ainsi, la présence de gouttes entre deux antennes va diminuer le signal reçu selon des équations bien calibrées par l’Union internationale des télécommunications en fonction de la fréquence utilisée. La déviation par rapport à un jour sec servant de référence permet ainsi de relier la perte de signal au niveau de précipitations.

Exploiter les antennes qui pullulent
L’utilisation des données du réseau de téléphonie mobile (à gauche) permet de retrouver la dynamique des précipitations observée par le réseau néerlandais de radars météorologiques (à droite).

L’équipe hollandaise s’est appuyée dans son étude sur une partie de l’un des trois réseaux mobiles du pays, en l’occurrence T-Mobile NL. Leurs calculs se sont ainsi fondés sur environ 2 400 des 8 000 liaisons bi-latérales du pays. La compagnie T-Mobile leur a communiqué pour chaque liaison des informations réactualisées toutes les 15 minutes, quand l’Institut royal de météorologie des Pays-Bas (Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut) ne dispose que de 32 pluviomètres relevant les précipitations à un intervalle régulier de 10 minutes…

L’algorithme de calcul des précipitations a été calibré en comparant les estimations basés sur l’atténuation du signal micro-onde avec les données obtenues par l’observation radar, d’une meilleure résolution spatiale (de l’ordre du kilomètre carré). Enfin, afin d’obtenir une carte continue des précipitations sur l’ensemble du pays (malgré une présence plus éparse des antennes à la campagne qu’en milieu urbain), les météorologues ont utilisé la méthode dite de krigeage (du nom de l’ingénieur minier sud-africain Daniel Gerhardus Krige) pour aboutir à une interpolation spatiale objective du millier d’estimations localisées.

Le résultat est certes moins précis que celui découlant du réseau de radars météorologiques, mais il permet de retrouver la dynamique régionale des précipitations. Pour les auteurs de l’étude, cette carte des précipitations en temps réel, obtenue à partir des seules données recueillies par les antennes-relais, montre l’intérêt de cette technique dans les régions dépourvues de radar et/ou de pluviomètres, alors que 20 % des surfaces émergées sont aujourd’hui dotées d’un réseau mobile, couvrant 90 % de la population mondiale (la couverture mondiale est accessible sur le site opensignal.com).

S’inscrivant dans une tendance globale visant à utiliser les capteurs au-delà de leurs spécifications d’origine pour des mesures environnementales, les auteurs concluent en attirant l’attention sur l’importance de l’open data pour pouvoir donner une seconde vie aux données récoltées par ces capteurs : « Nous espérons que ces travaux contribueront à persuader les compagnies de téléphonie mobile du monde entier à fournir les données de niveau de signal reçu (RSL) sans frais à des fins de recherches et à d’autres applications d’utilité sociétale« . Espérons qu’Orange, SFR et Bouygues entendent le message.

Source : A. Overeem et al., Country-wide rainfall maps from cellular communication networks, PNAS, 5 février 2013.

Crédit photo : Juan de Vojníkov – Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0).

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