Contexte de recherche :
Les catastrophes naturelles connaissent une recrudescence majeure aujourd’hui, en liens avec le contexte de changement climatique en cours et d’exposition accrue des populations dans des territoires à risque qui, auparavant, avaient été préservés de l’urbanisation [R1, R2]. Un des problèmes majeurs pour les secours est de localiser le plus vite possible les victimes et d’en détecter la gravité de façon à organiser et à mobiliser les actions au plus proche du temps réel. Mais dans de nombreux cas, les communications classiques comme Internet ou le téléphone (fixe ou mobiles) sont hors service pendant et/ou après une catastrophe (ex. à cause d’une panne des réseaux électriques, des réseaux de télécommunication ou de la violence de l’orage qui perturbe les liaisons et les relais). Ces problèmes compliquent la situation et en particulier la mise en relation des victimes avec les secours [R7, R8].
Si les internautes partagent leur localisation en temps réel (via les coordonnées GPS) et leurs déplacements (tracking sur Iphone), allant même jusqu’à diffuser ces données (individuelles ou collectives) sur des RSN plus ou moins ouverts (professionnels ou amis), ils souhaitent avoir en contrepartie accès à des réseaux urgentistes ou des appels de secours [R9]. C’est sans doute pour cette raison que les acteurs du monde humanitaire se sont vite saisis de cette question, développant des applications (Ushaidhi, 18, HumanLife, Croix Rouge…) pour permettre à leurs agents de faire des états des lieux, des points de situation ou des évaluations sur l’étendue des dégâts après les catastrophes. C’est ainsi le début de l’ère du Mobile Data Collection Systems (MDCS) ; sans avoir besoin d’un téléphone mobile, on peut renseigner des informations à partir d’un formulaire et les transmettre à un centre de décision [R10, R11]. En parallèle, c’est le début de la communication à double sens, qui se fait au départ à travers une implication assistée et contrôlée des citoyens dans la collecte [R2]. La demande se traduit de plus en plus par le développement d’applications hyperspécialisées. Si les premières applications dédiées à l’alerte crue datent de 2009 à l’échelle mondiale (avec FloodAlert aux EtatsUnis), il faut véritablement attendre l’année 2014 en France, et l’arrivée de très nombreuses applications, pour voir sur le marché des systèmes complets et opérationnels sur cette thématique (Vialert, Signalert ou MyPublicCitizen par exemple). Plusieurs structures (communes, bureaux d’étude, services de l’Etat, etc.) se sont eux aussi lancées dans cette direction en France (application AlpRisk dans les Alpes en février 2015, notification push pour la ville de Nimes en 2015) et les exemples se multiplient sur les risques et les catastrophes d’origine naturelle [R15, R16].
Objectifs de la thèse :
Le but de cette thèse est de proposer des solutions basées sur un réseau opportuniste [R6, R11, R12] ,capable de s’adapter à n’importe quel type de catastrophe naturelle et capable de collecter des données pour la gestion d’urgence. Plus de 60% de la population mondiale (78 % en France) est désormais équipé d’un Smartphone, dès lors la mise en place d’un tel réseau opportuniste, devient possible [R13, R14]. Ce type de réseau ouvre des perspectives intéressantes aux services de secours afin d’exploiter les communications entre les personnes, que ce soit de façon volontaire (participation et collaboration des citoyens) ou involontaire
(transmission par le mode pair à pair des données enregistrées par les capteurs, indépendamment de la volonté des usagers). Explorer cette solution doit permettre de replacer le citoyen au cœur de sa propre sécurité (demandé par la loi de Modernisation de la Sécurité Civile de 2003) et d’expérimenter différents dispositifs, dans des contextes eux aussi différents (relief marqué, communes isolées, zones blanches non couvertes par le réseau 3G voire 2G).
Le réseau opportuniste, basé sur la technologie DTN (Delay Tolerant Newtorks), apporterait des solutions à des problèmes complexes pour les secours : coût élevé de l’infrastructure classique, forte augmentation des risques naturels, coût élevé des reports de trafic, qui devient rapidement dense pendant une catastrophe. La technologie DTN permet d’exploiter la mobilité des individus lorsqu’un nombre important de personnes (utilisant et/ou possédant un Smartphone) se croise sans arrêt dans une zone bien définie. Cependant, les Smartphones seront utilisés comme un appareil émetteurrécepteur d’un signal particulier, destiné à localiser rapidement son porteur au cas de besoin. Mais la mise en place d’un tel réseau devra prendre en charge de nombreuses problématiques, liées au routage, à l’énergie et à la capacité des réseaux notamment.
La thèse est organisé autour de quatre objectifs principaux qui se positionne sur plusieurs axes méthodologiques : Modélisation, conception, application, évaluation. Le but est de développer une plateforme appelée “SecurePhone”, qui permettra de localiser les victimes en utilisant le réseau des Smartphones en vue d’organiser de façon rapide les moyens de secours dans les meilleures conditions. Cette architecture sera composé :
Pour répondre à ces enjeux, il est nécessaire de mener un travail pluridisciplinaire. Ce projet sera divisé en deux parties : la conception du réseau DTN (en le testant sur divers territoires) et l’adaptation de l’outil “SecurePhone” pour different types de catastrophe naturelle.
La premiere partie de la thèse sera focalisée sur l’étude de la faisabilité de notre platefome au niveau loacal, régional et national pour mieux comprendre les spécificités des terrain en termes de vulnérabilités et de capacités [R4, R5] Il s’agit non seulement de voir comment ces outils participent à la diffusion en temps réel d’informations et/ou de comportements à adopter face à des risques naturels, mais aussi d’expérimenter des applications urgentistes pour y intégrer les attentes des populations locales et formuler des recommandations à destination des élus et de la population. Ces outils pourrait devenir des leviers de résilience face aux dysfonctionnements des réseaux classiques de communication pendant une catastrophe (projet POIA).
La deuxième partie de la thèse sera focalisée sur la conception du réseau DTN en commençant par une étude théorique qui permettra de développer les algorithmes requis, les protocoles de routage, la mobilité pendant une catastrophe naturelle. Les problèmes suivants sont des points spécifiques que ce projet propose d’aborder :
- ● Recolter un ensemble de traces réalistes et synthétiques pendant une catastrophe naturelle [R3]. La mobilité joue un rôle très important sur la conception des protocoles dans les DTNs et elle permet aussi d’évaluer l’efficacité du réseau DTN d’acheminer les messages vers un centre de secours [R5].
- ● Plusieurs protocoles de routage ont été développés pour le réseau DTN avec l’hypothèse que le réseau est homogène (densité, mobilité, communication, batterie, capacité de stockage, etc.). La nature des applications étudiés dans ce projet nous amène à étudier comment les protocoles de routage dans les DTNs peuvent être affectés quand la densité des noeuds est en grande partie non homogène et/ou quand les nœuds ont des caractéristiques et des modèles divers de mobilité ;
- ● Etudier les problématique liés à la consommation d’énergie. Les utilisateurs possédant un Smartphone sont conscients du fait que les batteries de leurs téléphones portables ont une quantité d’énergie tout à fait limitée, et ils peuvent être disposés à participer à transmettre le contenu par relais. Spécifiquement, nous étudierons le mécanisme de coopération basé sur l’analyse du comportement de noeuds, et nous adapterons des schémas venant des développements les plus récents de l’algorithmique distribuée, de la théorie des jeux et des algorithmes d’apprentissage [R6].
Les solutions proposées seront évaluées par le simulateur ONE [R1] en utilisant les traces réelles observées pendant une catastrophe naturelle [R4]. Le simulateur sera aussi adapté pour couvrir plusieurs type de catastrophe (zone urbaine, zone rurale, petite ville, etc).