Science · Explicatif sectoriel

Des données qu’un arbitre acceptera.

Campagnes de terrain, sismologie, hydrologie, océan, écologie, milieux polaires et comblement des lacunes des infrastructures de recherche. Six scènes, chacune un calcul en service : le coût d’une année de données valides, le délai d’alerte sismique dans une école, la courbe de tarage d’une station de jaugeage, la physique des vagues à une bouée, le stockage et la portée d’écoute d’un enregistreur, et l’horizon radio d’un site calme.

Scénarios

6

Calculs en direct

6

Adéquation à la communauté

Forte

01 · Nœuds de comblement des lacunes

Scénario

Chiffrez l’année de données, non le boîtier.

Un observatoire en tant que service pour les infrastructures de recherche qui doivent étendre leur couverture selon leurs propres règles de qualité. Le chiffre qui compte pour une infrastructure de recherche est le coût d’une année de données valide : le coût en capital étalé sur la durée de service plus le coût d’exploitation, divisé par la part de l’année où l’enregistrement passe le contrôle de la qualité. La couverture découle de l’espacement : un réseau carré d’espacement s exige superficie / s² nœuds, et la distance moyenne de n’importe quel point au nœud le plus proche est 0.383 s.

Coût par nœud-année

26.0 k

Coût par année de données valide

27.4 k

Nœuds pour la superficie

16

Distance moyenne au nœud le plus proche

19.1 km

Coût du réseau par an

416 k

02 · Sismographes scolaires

Scénario

Des secondes d’alerte, comptées honnêtement.

Des sismographes compacts qui alimentent des réseaux de données ouvertes. Dans une croûte typique, l’onde P se propage à environ 6.0 km/s et l’onde S destructrice à environ 3.5 km/s. Chaque seconde entre elles place la source à environ 8.4 km, Vp·Vs/(Vp − Vs). Le délai d’alerte à l’école est l’arrivée de l’onde S moins le temps dont la station la plus proche a besoin pour voir l’onde P et émettre l’alerte; dans la zone aveugle, les secousses arrivent en premier.

Arrivée de P à l’école

11.8 s

Arrivée de S à l’école

20.2 s

S − P interval

8.4 s → 71 km

Alerte émise à

6.6 s

Délai d’alerte à l’école

13.6 s

Rayon de la zone aveugle

21 km

03 · Stations de jaugeage

Scénario

La hauteur est mesurée. Le débit est calculé.

Un palier à faible coût à côté des réseaux nationaux de jauges. Une jauge lit le niveau d’eau; le débit provient de la courbe de tarage du site, Q = a (h − h₀)^b, ajustée sur des jaugeages au moulinet ou à l’ADCP. L’exposant fixe la façon dont l’erreur de hauteur se transforme en erreur de débit : une erreur de hauteur δh donne une erreur relative de débit d’environ b · δh / (h − h₀), ce qui explique que les faibles débits exigent le capteur de niveau le plus soigné.

Débit

39.0 m³/s

Profondeur effective h − h₀

1.40 m

Erreur de débit due à l’erreur de hauteur

±1.2 %

Erreur de débit au dixième de cette profondeur

±12 %

04 · Bouées de houle

Scénario

Une vague est une période et une hauteur.

Une bouée de houle à faible coût mesure le pilonnement et transmet par satellite la hauteur et la période significatives. La théorie linéaire des vagues en tire ce dont les ingénieurs ont besoin : la relation de dispersion ω² = g k tanh(k d) donne la longueur d’onde à toute profondeur (gT²/2π en eau profonde), et le flux d’énergie par mètre de crête est ρ g H² c_g / 16, soit environ 0.49 H² T kW/m en eau profonde. Un message satellitaire en rafale courte transporte jusqu’à 340 octets.

Wavelength

126 m

Vitesse de phase

14.0 m/s

Regime (d / L)

Intermediate depth · 0.48

Flux d’énergie des vagues

28.3 kW/m

Messages par jour

48

Données par mois

173 kB

05 · Bioacoustics

Scénario

Écouter longtemps, stocker avec discernement.

Des enregistreurs acoustiques ouverts pour établir des références sur les espèces. Le stockage est la fréquence d’échantillonnage multipliée par la profondeur de bits et par la fraction de la journée où l’enregistreur fonctionne; la fréquence la plus haute enregistrée est la moitié de la fréquence d’échantillonnage, de sorte que les chauves-souris exigent bien plus de stockage que les oiseaux. La portée d’écoute suit l’étalement sphérique : un cri est entendu tant que son niveau à la source moins 20 log r reste au-dessus du bruit ambiant du rapport signal/bruit qu’exige le détecteur. L’absorption de l’air et le feuillage la raccourcissent davantage, surtout au-delà de 10 kHz.

Fréquence d’échantillonnage

Profondeur de bits

Carte mémoire

Fréquence la plus haute enregistrée

24 kHz

Stockage par jour

2.07 GB

Jours avant que la carte soit pleine

123 d

Rayon d’écoute

178 m

Surface par enregistreur

9.9 ha

06 · Sites polaires et calmes

Scénario

L’espace libre ne protège jamais un télescope.

Des stations autonomes avec raccordement satellitaire en milieux hostiles. Pour un radiotélescope, la question est le brouillage. L’affaiblissement en espace libre, 20 log d + 20 log f + 32.44, est bien trop faible à lui seul : la distance qu’il faudrait pour ramener un émetteur modeste sous un niveau de protection de la radioastronomie se chiffre en centaines de milliers de kilomètres. Ce qui protège un site, c’est l’horizon et le relief. Avec la réfraction standard, l’horizon radio entre deux antennes est d’environ 4.12 (√h₁ + √h₂) km, hauteurs en mètres; un émetteur au-delà n’atteint la parabole que par diffraction et diffusion.

Fréquence d’observation

Affaiblissement en espace libre

131.0 dB

Niveau au cornet, espace libre

-84.0 dBm

Au-dessus du niveau de protection de

81.0 dB

Horizon radio

46.7 km

Position de l’émetteur

Au-delà de l’horizon

Distance en espace libre pour atteindre le niveau

669,440 km

07 · Preuve

Preuves

Ce qu’un arbitre vérifie.

Les infrastructures de recherche acceptent une station lorsque ses données peuvent être retracées, lues et citées. Le réseau conserve chaque élément de cette preuve sous forme d’enregistrement à côté de la station qu’il décrit.

Afficher l’enregistrement de

Demandé

Traçabilité de l’étalonnage

Enregistrement conservé

Certificats d’étalonnage et chaîne de référence jusqu’aux étalons nationaux, par numéro de série de capteur