Xylem et ESRI : Modèle innovant d’analyse des conduites grâce à l’IA

27.04.2021
Xylem a travaillé de concert avec ESRI, actif dans le domaine des SIG, pour développer un modèle d’analyse des conduites basé sur une intelligence artificielle puissante. Cette technologie, créée pour un service de l’eau de moyenne taille du nord-est des États-Unis, peut fortement améliorer son efficacité et sa résilience.
Xylem et ESRI : Modèle innovant d’analyse des conduites grâce à l’IA

Utiliser l’apprentissage automatique pour prédire les ruptures de conduites (Source de l'image : Xylem Inc. / Environmental Systems Research Institute, Inc.)

Le modèle, l’un des premiers en Amérique du Nord à anticiper de manière fiable les ruptures de conduites, utilise une solution de Xylem basée sur l’IA pour analyser, dans le système ArcGIS Enterprise d’Esri, les données telles que les brèches et les données de l’infrastructure, combinées à des informations open sources.

« Xylem apporte perpétuellement des idées novatrices dans le secteur de l’eau et nous associer avec d’autres entreprises à la pointe dans leur domaine, telles que Esri, nous permet d’autant plus d'accélérer l’innovation autour de l’eau, explique Dave Ayers, Vice-président de Xylem en charge des Stratégies d’innovation et des partenariats. Ensemble, nous aidons les services de l’eau et les usagers à sécuriser l’approvisionnement en eau de leur collectivité et à la rendre plus résiliente.

Utiliser l’apprentissage automatique pour prédire les ruptures de conduites
Le service de l’eau, qui a adopté une démarche proactive afin de continuellement améliorer la fiabilité du service pour ces 270 000 clients, faisait face à une situation bien trop banale : une infrastructure vieillissante. Avec un réseau de plus de 1 600 kilomètres de conduites d’eau et un âge moyen des tuyaux de l’ordre de 50 ans, le service faisait face de plus en plus fréquemment à des ruptures de conduites. Cela a poussé le service à chercher des stratégies originales pour améliorer la fiabilité du service tout en minimisant les coûts de réparation et de remplacement.

Avec l’augmentation des ruptures des conduites d’eau, les usagers du service étaient confrontés à des coupures imprévisibles, des réparations coûteuses, et des désagréments liés à la fermeture des routes. Afin d’améliorer leur réputation et leur service client, l’organisme souhaitait mettre en place une gestion des infrastructures plus prévoyante et privilégier les tuyaux nécessitant le plus d’attention.

« Notre objectif est de s’appuyer sur l’apprentissage automatique pour identifier les variables qui conduisent une rupture de conduite, et appuyer notre plan d’investissements dévolus à l’amélioration du réseau sur ces résultats », précise le gestionnaire de l’organisme au service des travaux publics.

Élaborer un modèle de risque grâce à l’intelligence artificielle
Ce service de l’eau avait déjà travaillé avec Xylem afin de gérer leur inventaire de PCCP (conduites cylindriques en béton pré-contraint). Se fiant à la grande expertise de Xylem pour identifier les principales stratégies d’économie de l’eau et à la longévité du partenariat entre Xylem et Esri (20 ans), l’organisme a engagé Xylem en 2014 sur un nouveau projet. Le but était de créer, grâce à l’intelligence artificielle, un modèle de risque qui pourrait sans cesse être validé, mis à jour et affiché dans le système ArcGIS de Esri.

L’organisme et Xylem ont travaillé ensemble à la mise en place d’un modèle de risque quantitatif associant la probabilité de rupture (lorsqu’une conduite va vraisemblablement rompre) aux conséquences de la rupture (coûts sociaux, financiers et environnementaux). La solution d’apprentissage automatique de Xylem pronostique la date de rupture probable de chaque conduite du réseau grâce à différentes données, y compris les résultats des précédentes évaluations de l’état des conduites. Les algorithmes du SIG et de l’apprentissage automatique sont mis à jour au fur et à mesure de la collecte des données et des changements effectués dans le réseau. Ainsi l’organisme peut toujours avoir une compréhension actualisée de l’état général du réseau.

La solution de Xylem et Esri prédit les futures ruptures de façon fiable
Ce modèle d’analyse des conduites basé sur l’IA est l’un des premiers modèles, en Amérique du Nord, d’intelligence artificielle en matière de rupture de conduites d’eau à prédire de manière fiable les futures défaillances du système de distribution. Le modèle utilise des données dans le système ArcGIS enterprise d’Esri de l’organisme. Il analyse les données sur l’infrastructure, dont celles concernant les ruptures, combinées à des informations open source. Cette approche centrée sur les données fournit des avantages appréciables face aux modèles traditionnels cotés de manière subjective et dont les résultats sont souvent statiques, même quand de nouvelles données sont saisies.

« Les services de l’eau peuvent réduire significativement les coûts et rendre leur collectivité plus résiliente en combinant ArcGIS à l’innovante analyse des ruptures de conduites basée sur l’IA de Xylem, se félicite David Wachal, Directeur du département Usage de l’eau chez Esri.

Le modèle de risque de Xylem est capable de mettre à jour les résultats au fur et à mesure qu’il collecte de nouvelles informations du système, y compris les ruptures de conduites, l’état des tuyaux et d’autres données opérationnelles. Les résultats permettent aux clients de cibler les conduites les plus endommagées et les plus importantes afin de hiérarchiser et d’organiser les remplacements de tuyaux, de diminuer les coûts et de réduire les conséquences pour l’usager.

Pour valider cette approche, et réduire le risque global de défaillance, l’organisme a sélectionné un « point chaud », c’est-à-dire une zone subissant de nombreuses ruptures, pour guider la technologie d’apprentissage automatique de Xylem dans la réduction du risque global de ruptures.

En outre, Xylem a fourni aux agents de terrain de l’organisme une application mobile de suivi des évènements sur le terrain (qui collecte les informations sur les ruptures de conduites). Cette fonctionnalité à forte valeur ajoutée ne permet pas seulement d’augmenter la précision des données relatives aux ruptures, mais également de réduire le temps de travail nécessaire pour mettre à jour la GMAO et le SIG, et d’améliorer la prévision des ruptures de conduites.

Une économie de près de 70 millions de dollars et une diminution radicale des ruptures de conduites
Le succès du programme pilote à conduit le service des eaux a développer une stratégie plus rentable de renouvellement des conduites grâce à un modèle de risque basé sur l’IA. Une fois appliqué à tout le système de distribution, ce modèle a permis au service de diminuer ses coûts annuels de remplacement de conduites, en passant de 90 millions à 20 millions soit 77 % d’économies, tout en réduisant drastiquement par quatre les défaillances.

« Nous sommes fiers de déployer, en partenariat avec Esri, des solutions innovantes qui peuvent réellement changer la manière dont les services d’eau peuvent anticiper les ruptures de conduites et hiérarchiser les réparations, se réjouit Dave Ayers de Xylem. En nous associant avec des opérateurs du secteur de l’eau pour faire émerger les innovations, et réunir la puissance collective de nos expertises et de nos technologies, nous accélérons le progrès et nous développons de nouvelles approches audacieuses pour résoudre les plus grands défis liés à l’eau de notre époque et ainsi créer un monde plus durable. »

Source: Xylem Inc.

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