Titre : Surveillance d’oiseaux migrateurs dans les zones humides de Taref et Annaba par réseaux de capteurs multimédias sans fil (WMSN)
Résumé :
L’Algérie abrite plus de 250 zones humides, dont 50 ont obtenu une reconnaissance internationale en raison de leur importance écologique. Ces écosystèmes sont cruciaux pour des dizaines de milliers d’oiseaux d’eau qui y hivernent ou y font escale lors de leurs routes migratoires. Notamment, des espèces telles que le Fuligule milouin, l’Érismature à tête blanche et le Fuligule nyroca, classées comme menacées d’extinction par l’Union Internationale pour la Conservation de la Nature (UICN), dépendent de ces zones humides. Cela confère aux zones humides algériennes une importance critique, nécessitant des efforts de conservation ciblés.
Compte tenu de la dégradation environnementale croissante et de son impact sur la biodiversité, les efforts de conservation efficaces dépendent de techniques de surveillance avancées et systématiques. En réponse à ces défis, cette thèse propose un système de surveillance écologique avancé conçu spécifiquement pour les zones humides, utilisant des réseaux de capteurs multimédias sans fil (WMSN) à faible coût pour surveiller les populations d’oiseaux d’eau migrateurs et sédentaires.
Au cœur de cette recherche, une architecture Internet des Objets Multimédias (IoMT) à trois niveaux est introduite, utilisant un modèle Edge-Fog-Cloud innovant. Ce modèle est conçu pour déployer efficacement un système de surveillance automatique et continu dans les zones humides. En périphérie de ce système, les WMSN sont utilisés pour faciliter une surveillance active en capturant et transmettant périodiquement des images vers une station de collecte centrale au niveau du fog. Ces données visuelles sont essentielles pour estimer les populations d’espèces, collecter des informations sur les habitats, et effectuer d’autres analyses écologiques pertinentes. Une topologie de surveillance adaptée est également conçue en fonction des critères environnementaux de la zone d’étude et des caractéristiques d’atténuation sonore.
Cependant, l’utilisation des réseaux à faible puissance et à pertes (LLN) dans cette architecture présente des défis importants en raison des ressources limitées en bande passante et en énergie. Pour atténuer ces contraintes, la thèse propose une solution qui utilise les appels uniques des oiseaux menacés pour déclencher sélectivement les caméras, capturant et transmettant uniquement les images pertinentes. De plus, pour faire face au bruit ambiant présent dans les environnements complexes comme les zones humides, une technique efficace de réduction du bruit est intégrée pour améliorer le système de reconnaissance automatique des chants d’oiseaux. Chaque image capturée subit un schéma de compression à faible complexité avant d’être transmise, améliorant ainsi l’efficacité énergétique. Des comparaisons de scénarios réels sont effectuées pour évaluer la précision et les performances du système.
Malgré le potentiel des WMSN pour surveiller les populations d’oiseaux d’eau, ces réseaux peuvent rencontrer des défis opérationnels dans des conditions environnementales difficiles. Pour améliorer l’efficacité et la performance globales du système, la technologie des jumeaux numériques (Digital Twin) est intégrée, offrant des répliques virtuelles en temps réel du réseau et de l’application de surveillance. Cette intégration permet des ajustements dynamiques et une prise de décision améliorée basée sur des données en temps réel. Une interaction synergique entre les deux jumeaux numériques (application et réseau) permet une prise de décision coopérative, garantissant que les exigences en matière de qualité de service (QoS) et de qualité d’expérience (QoE) sont respectées. Le contrôle du taux de transmission est réalisé grâce à une technique de prise de décision basée sur la logique floue. Le retour en temps réel permet une analyse rapide et précise de l’état actuel du WMSN, permettant des ajustements dynamiques. La fonction des « scénarios hypothétiques » des jumeaux numériques mis en œuvre a été efficacement exploitée pour trouver les réglages les plus appropriés pour le contrôleur. L’efficacité et les améliorations de performances obtenues grâce à l’intégration des jumeaux numériques dans notre système de surveillance basé sur les WMSN sont validées par des expériences approfondies dans des scénarios correspondant à une zone humide réelle. Des analyses comparatives démontrent les avantages indéniables du système intégré avec jumeaux numériques par rapport à un système de surveillance classique basé sur les WMSN, notamment en termes d’efficacité énergétique, de capacités de surveillance en temps réel et de gestion de multiples sources d’images.
Cette thèse ne se contente pas de relever les défis techniques associés aux LLN dans les cadres IoMT, mais propose également des solutions robustes pour la surveillance durable et la collecte de données sur les populations d’oiseaux dans leurs habitats naturels.
Mots-clés : surveillance des oiseaux, réseaux de capteurs multimédias sans fil (WMSN), réseaux à faible puissance et à pertes (LLN), consommation d’énergie optimisée, réduction de bruit audio, qualité de service et expérience, jumeau numérique
Composition du jury :
- Rapporteurs :
- Abdelhamid Mellouk, Professeur à l’UPEC
- Amina Serir, Professeure à USTHB, Alger
- Direction de thèse :
- Noureddine Doghmane, Professeur à l’Université Badji Mokhtar Annaba
- Saliha Harize, Professeure à l’Université Badji Mokhtar Annaba
- Éric Rondeau, Professeur à l’Université de Lorraine, CRAN
- Moufida Maimour, Maîtresse de conférences de l’Université de Lorraine, CRAN
- Invités :
- Nasreddine Kouadria, Professeur à l’Université Badji Mokhtar Annaba
- Ah-Lian Kor, Professeure à Leeds Beckett University
- Karl Andersson, Professeur à Luleå University of Technology
Lieu : Université Badji Mokhtar Annaba, Algérie