L’essor des jumeaux numériques et de l’intelligence décisionnelle
Dans le secteur de l’eau, les systèmes d’aide à la décision évoluent grâce aux nouvelles technologies et à l’apprentissage automatique. Nous nous sommes entretenus avec Luis Montestruque, vice-président solutions numériques chez Xylem, pour savoir comment les jumeaux numériques et l’intelligence décisionnelle aident les entreprises du secteur à mieux connaître leurs infrastructures afin de prendre de meilleures décisions.
Alors que la météo est de plus en plus capricieuse, de fortes tempêtes peuvent causer des dégâts importants sur les infrastructures de l’eau, entraînant débordements et inondations. Malgré les systèmes de commande et de gestion des eaux pluviales, les anciens modèles hydrauliques ne peuvent pas prévoir la manière dont les tempêtes touchent les villes et les services de l’eau. Aujourd’hui, il existe toutefois des solutions plus abouties pour exploiter les données afin d’orienter la manière dont les systèmes s’adaptent aux tempêtes.
« Il y a cinq ans, l’intelligence artificielle et l’apprentissage automatique ont commencé à apparaître comme des technologies fiables pour les services de l’eau. Depuis, il s’est passé beaucoup de choses, explique Luis Montestruque. Cependant, il n’existait pas de cadre adapté pour relier ces nouvelles technologies et faire bénéficier les services de l’eau de tout leur potentiel. »
M. Montestruque compare l’évolution des systèmes d’aide à la décision dans le secteur de l’eau au développement des technologies intelligentes pour l’automobile.
« Les systèmes de navigation par GPS se sont généralisés il n’y a pas si longtemps, précise-t-il. Aujourd’hui, il est presque impossible d’acheter une voiture qui n’en soit pas équipée. D’ailleurs, si vous achetez un véhicule de milieu de gamme, il sera très probablement capable de se replacer seul dans sa voie si vous vous déportez. Beaucoup de voitures sont désormais capables de se piloter seules. Il est probable que cela devienne la norme dans quelques années. Ces systèmes appartiennent à la catégorie des systèmes d’aide à la décision. »
Fonctionnement des systèmes d’aide à la décision
Les systèmes d’aide à la décision (SAD) sont des systèmes informatiques qui aident les personnes à prendre des décisions pour atteindre un objectif donné. Ils le font parfois automatiquement. Les SAD sont utiles, car ils peuvent tenir compte de très nombreuses variables et permettent d’atteindre des objectifs plus rapidement pour un coût moindre. Pour cela, ils utilisent un schéma simple : capter – prédire – agir.
Tout d’abord, le SAD exploite les données issues de capteurs ou d’autres systèmes afin de déterminer l’état actuel du système cible. Ensuite, il fait appel à un modèle pour prédire les résultats possibles avec diverses stratégies opérationnelles. Enfin, le SAD utilise un moteur analytique pour rechercher la stratégie optimale permettant d’atteindre les objectifs souhaités.
« Dans les services de l’eau, l’utilisation de systèmes d’aide à la décision faisant appel au schéma capter – prédire – agir n’est pas nouvelle, » affirme M. Montestruque.
« Cela fait maintenant au moins dix ans que nous mettons en œuvre des systèmes d’aide à la décision dans les égouts pour éviter les débordements et les inondations, dans les stations d’épuration pour réduire la consommation d’énergie et dans les réseaux d’eau potable pour repérer des fuites et consommer moins. Ce qui a changé, c’est que les nouvelles technologies ont permis de réduire les coûts de mise en œuvre des systèmes d’aide à la décision. Ainsi, grâce à l’“Internet des objets”, les entreprises peuvent installer des centaines de capteurs sur batterie dans des endroits difficiles d’accès, pour un coût réduit. »
Utilisation des jumeaux numériques pour comprendre les infrastructures
« La manière dont les systèmes d’aide à la décision sont mis en œuvre a toutefois été véritablement transformée par une technologie, précise M. Montestruque. Il s’agit des jumeaux numériques, une technologie nouvelle. Ce sont des représentations numériques de l’infrastructure. Nous les connaissons depuis longtemps sous la forme de modèles. Ils représentent la manière dont nous comprenons le fonctionnement de notre infrastructure. »
Auparavant, les jumeaux numériques étaient conçus à partir de ce que l’on appelle des « premiers principes ». Ces modèles fondés sur les premiers principes utilisaient des équations physiques, chimiques ou biologiques pour simuler l’infrastructure. La conception et le calibrage de tels modèles peuvent se révéler longs et coûteux. Les systèmes d’aide à la décision ainsi conçus sont efficaces, mais ne sont pas capables d’apprendre de leurs expériences passées, sauf si quelqu’un calibre leur modèle.
« Récemment, nous avons ajouté des systèmes d’apprentissage automatique à nos jumeaux numériques, ce qui leur permet d’apprendre en permanence, ajoute M. Montestruque. C’est important, car cela permet aux jumeaux numériques d’utiliser les données des situations passées et de se “calibrer” automatiquement pour mieux refléter l’infrastructure. En général, cela entraîne une réduction importante des coûts de conception des modèles pour un jumeau numérique très précis, et ce, dans la durée. »
Changement de cap vers l’intelligence décisionnelle
Les jumeaux numériques les plus performants associent les modèles fondés sur les premiers principes dans les domaines où le niveau d’incertitude est faible (par exemple l’hydraulique des conduites) à l’apprentissage machine dans les domaines où l’incertitude est plus importante (par exemple les systèmes hydrologiques dans les égouts).
« Lorsque nous associons les systèmes d’aide à la décision aux jumeaux numériques, nous obtenons un outil unique : un système d’aide à la décision capable d’apprendre et de s’adapter en permanence, » affirme M. Montestruque.
Nous appelons ce changement de paradigme “l’intelligence décisionnelle”. Ainsi, grâce à l’intelligence décisionnelle, nous pouvons exploiter une station d’épuration en synthétisant les données issues des dix dernières années dans un jumeau numérique. À chaque nouvel événement, le système apprend et devient plus précis. À présent, lorsqu’une tempête se prépare, le système d’intelligence décisionnelle d’une ville peut automatiquement chercher parmi des milliers de stratégies possibles. Il a probablement rencontré une situation semblable auparavant. »
En exploitant les égouts grâce à l’intelligence décisionnelle, les villes peuvent réduire les débordements et les inondations pour une fraction du coût des solutions traditionnelles, ce qui peut changer durablement les choses pour les communautés du monde entier. Pour en savoir plus sur l’intelligence décisionnelle, téléchargez la brochure de Xylem : The Power of Decision Intelligence.