L'Université de Bristol est pionnière dans la surveillance de l'activité volcanique en développant un système de mesure de pointe capable de résister aux conditions difficiles autour du cœur d'un volcan actif.

Si extrême, les environnements dangereux et imprévisibles présentent un défi très difficile pour enregistrer de manière fiable le comportement volcanique pour les modèles analytiques. Pour certains volcans, c'est tout simplement trop dangereux pour une approche humaine. Pour s'attaquer à ce problème, des chercheurs des facultés des sciences et de génie ont développé des modules de capteurs hautement spécialisés, appelés "œufs de dragon", qui peuvent être positionnés dans des endroits dangereux à l'aide d'un drone et fournir de précieuses données en temps réel sur l'activité volcanique qui peuvent être utilisées pour éclairer les évaluations des risques volcaniques.

Les chercheurs envisagent de nombreuses applications pour la technologie qu'ils développent, y compris la surveillance à distance d'autres phénomènes naturels tels que les glaciers et les failles géologiques, et les dangers d'origine humaine, comme les sites de stockage de déchets nucléaires.

Les « œufs de dragon » en cours de développement sont des modules de capteurs autonomes et intelligents conçus pour surveiller l'activité volcanique. Ils sont équipés d'une gamme de capteurs de température à la pointe de la technologie, humidité, vibrations, et de nombreux gaz toxiques. Un défi important consiste à optimiser la conception pour répondre à de nombreux critères différents. Elles doivent, pouvoir opérer dans les conditions extrêmes d'un volcan, être suffisamment léger pour être transporté par un drone, et être ultra-efficace en consommation électrique puisque la maintenance n'est pas une option au sommet d'un volcan actif !

Ces modules de capteurs sont le résultat d'une intense collaboration entre facultés et intègrent de nouvelles technologies remarquables inventées et développées à l'Université de Bristol. Parmi ceux-ci, les détecteurs d'événements auto-alimentés, les détecteurs dits "sensor-driven", sont une partie essentielle de ce nouvel appareil. Ils permettent aux œufs de rester dormants pendant des périodes prolongées, préserver le pouvoir, jusqu'à ce qu'une activité volcanique soit détectée lorsque l'œuf de dragon "éclos" dans une station de surveillance à distance complète avec un émetteur sans fil.

Conçu par les groupes de recherche Gestion de l'énergie électrique et Santé numérique, les détecteurs d'événements ont la plus faible consommation d'énergie en veille au monde. Ils peuvent être activés par des impulsions aussi faibles que 5 picojoules (soit environ 100, 000 fois moins que l'énergie libérée si une mouche des fruits entre en collision avec vous). Par conséquent, les détecteurs à capteur ne nécessitent pas d'alimentation par batterie pour rester opérationnels, et utiliser à la place une fraction de l'énergie contenue dans les signaux des capteurs.

Les œufs sont placés sur la pente du volcan et ils sont conçus pour éclore lorsque le module piloté par capteur détecte les vibrations causées par les secousses volcaniques. À l'avenir, les œufs seront conçus pour répondre à une gamme de stimuli volcaniques différents. Grâce à ce circuit de détection, les œufs peuvent rester en service plusieurs mois sans épuiser leurs ressources énergétiques.

Ces détecteurs ont été licenciés et développés par la start-up technologique Sensor Driven Ltd, et ont déjà été testés sur le terrain lors d'un déploiement sur le volcan Stromboli en Italie, marquant la première tentative d'utilisation d'une telle technologie pour surveiller un volcan actif.

Avec un puissant émetteur sans fil, les œufs de dragon peuvent transmettre des données à une station de base avec une liaison montante par satellite à une distance de sécurité allant jusqu'à 10 km; loin des dangers du volcan. La technologie ultra-efficace pilotée par capteur est essentielle pour maximiser la durée de vie de chaque œuf. Les œufs se mettent en synergie sous la forme d'un réseau de capteurs intelligents à faible puissance avec une topologie en étoile, ce qui permet au réseau de continuer à fonctionner même après que plusieurs œufs aient été engloutis dans la lave et les flammes.

Dr Yannick Verbelen, Associé de recherche à l'École de physique, a déclaré :« C'est la première fois qu'un système autonome utilisant la technologie d'écoute à puissance nulle est déployé dans ce type d'environnement hostile. Nous repoussons les limites de la surveillance à faible puissance pilotée par capteur dans cette application, mais c'est le but de la recherche."

En raison des conditions extrêmes à proximité des cheminées volcaniques, les « œufs de dragon » sont conçus pour être déployés en pilotant des véhicules aériens sans pilote (UAV). En utilisant un mécanisme de dépose léger mais rapide, un petit drone à grande agilité peut être utilisé pour les missions de déploiement, minimiser le temps passé par le drone dans la zone dangereuse et limiter son exposition aux gaz volcaniques hautement corrosifs.

Dr Kieran Wood, Associé de recherche senior et spécialiste des drones en génie aérospatial, a expliqué:"Il s'agit d'une application exemplaire pour l'utilisation de drones (drones). L'approche des volcans est dangereuse et difficile sur le plan logistique. Les drones peuvent efficacement placer des capteurs à longue portée pour minimiser les risques et améliorer l'efficacité de la collecte de données".

Cette recherche pionnière est financée par deux subventions britanniques complémentaires pour la recherche et l'innovation :ASPIRE, visant à développer des capteurs de faible puissance pour les environnements extrêmes, et le Centre national de robotique nucléaire (NCNR) visant à développer des technologies avancées de robotique et d'intelligence artificielle pour les applications de l'industrie nucléaire. Récemment, le projet a également reçu le soutien du Cabot Institute Innovation Fund.

Responsable à Bristol pour les deux subventions, Professeur Tom Scott, a déclaré : « La combinaison de l'expertise et des technologies interdisciplinaires de plusieurs subventions complémentaires nous a permis de réaliser quelque chose de vraiment révolutionnaire. Une telle approche nous a permis d'obtenir des résultats dans un délai beaucoup plus court et un budget plus petit que ce qui serait habituellement possible ."