Un seul tuyau éclaté peut coûter des millions, mais ce nouveau modèle prédictif peut sauver les villes de manière significative.
« La circulation a été interrompue en raison d’une rupture d’une conduite d’eau principale près de l’aquaduc de Granville », indique News 1130.
En raison de l’âge estimé de l’infrastructure et du matériau de la conduite, la Ville de Vancouver avait prévu le remplacement du conduit l’année prochaine. Un an trop tard pour toutes les personnes touchées par la rupture d’aujourd’hui.
Au Canada, le remplacement des tuyaux dans de mauvaises et de très mauvaises conditions nécessite un investissement total d’environ 25 milliards de dollars (Bulletin de rendement sur l’infrastructure canadienne 2016).
Lorsque les tuyaux tombent en panne avant leur date de remplacement prévue, la surprise coûte infiniment plus cher en dépenses imprévues, y compris les heures supplémentaires et les équipes d’urgence, les dommages matériels, la réduction de la circulation et les coûts invisibles de la prestation de services perdue, des inefficacités et du stress. Un seul bris de tuyau peut provoquer un effet domino dans toute une région urbaine.
Les bris de conduites d’eau principales ont des répercussions économiques, environnementales et sociales importantes sur les municipalités. Il est donc essentiel de prévoir les ruptures et les défaillances de conduites au moyen de modèles prédictifs pour aider les gestionnaires de l’eau de la ville à élaborer des stratégies d’entretien proactives et à prévenir les ruptures.
Pourtant, les pauses sont rarement dues à un seul facteur ; ils résultent plutôt de l’accumulation de multiples facteurs au fil du temps.
Par exemple, la pression de l’eau accélère la dégradation des tuyaux en aggravant les problèmes existants tels que la corrosion et les micro-fissures. Malheureusement, ce facteur est rarement pris en compte dans les modèles de rupture prédictifs actuels, et son impact est mal compris.
Analyse prédictive
C’est là que CANN Forecast, une entreprise qui applique l’intelligence artificielle (IA) pour aider les municipalités à prendre des décisions de gestion de l’eau plus rentables et plus respectueuses de l’environnement, applique son expertise. Opérant à partir de l’incubateur D3 de l’Université Concordia à Montréal, CANN Forecast produit le logiciel InteliPipes - qui identifie les tuyaux à risque de rupture.
« Les coûts de réparation des tuyaux peuvent être d’environ 10 000 $ à 300 000 $ en matériaux et en main-d’œuvre, plus les coûts indirects de la pollution, de la circulation, etc. Un seul bris de tuyau peut coûter des millions », explique le Dr Renato Henriques da Silva, boursier postdoctoral à l’Université McGill et stagiaire Mitacs à CANN Forecast. « Notre modèle permettra aux villes d’économiser de l’argent en prédisant mieux quels tuyaux doivent être réparés maintenant et quels autres peuvent être retardés en toute sécurité. »
Le logiciel utilise les données historiques du réseau d’eau d’une ville pour apprendre la relation complexe entre les différentes variables - âge, matériau de tuyau et pression de l’eau - qui peuvent contribuer aux ruptures de conduites principales. InteliPipes permet aux décideurs municipaux d’optimiser les activités de remplacement et de mieux estimer les besoins budgétaires à long terme pour l’entretien de l’aqueduc.
CANN Forecast fournit un outil de prise de décision qui aide les villes à surveiller l’intégrité des tuyaux pour prédire les défaillances. L’entreprise permet aux municipalités de passer d’une prise de décision réactive à une prise de décision proactive, ce qui contribue à être plus rentable et à faire la transition vers des villes plus intelligentes partout au Canada.
Historique et équipe des prévisions de CANN
Start-up fondée en 2017 par Naysan Saran et Nicolas Fortin St-Gelais, CANN Forecast retrace ses origines jusqu’à une victoire au hackathon AquaHacking avec son modèle de prédiction de la qualité de l’eau de plage, InteliSwim. Dans le délai de six mois du hackathon, l’équipe a développé le modèle pour relever le défi des résultats tardifs des tests pour les plages urbaines.
Un an plus tard, le Service du réseau d’aqueduc a fait le pont entre l’analyse de l’eau de plage et les pipelines municipaux et a établi des connexions de réseau pour CANN Forecast. La jeune équipe a ensuite abordé le défi de la défaillance des conduites municipales.
À l’été 2019, l’équipe de CANN Forecast, qui compte sept personnes, s’est agrandie lorsqu’elle s’est associée à Mitacs et a nommé Renato, un postdoctorant supervisé par les professeurs Alexandra Schmidt (biostatistique, Université McGill) et Sophie Duchesne (Centre Eau Terre Environnement, INRS), pour accélérer leurs recherches.
Né en France et ayant grandi au Brésil, Renato étudie la modélisation de la prédiction des ruptures des réseaux de canalisations.
« Parfois, les municipalités ne savent tout simplement pas où s’y rendre », dit M. Renato. « À la lumière du vieillissement de l’infrastructure, nous élayons un modèle pour améliorer les prévisions afin d’affecter les ressources au bon endroit et au bon moment. »
Avec sa formation en statistique et en écologie, il a complété cette étude en travaillant comme scientifique des données, effectuant des analyses de données.
Plusieurs villes du Québec, dont Gatineau, Montréal et Rimouski, ainsi que Windsor, London et Thunder Bay, en Nouvelle-Zélande, et Halifax, en Nouvelle-Zélande, ont participé au projet.
Renato explique que les raisons pour lesquelles les tuyaux se brisent comprennent le gel, le vieillissement, ainsi que la corrosion du sol. Cependant, un problème très important, mais souvent négligé, est l’accumulation de pression dans le système - avec trop de variation, la pression affaiblit les tuyaux. Renato développe une méthode pour modéliser la pression, qui n’est pas actuellement utilisée dans la modélisation des prédictions.
Il ajoute que ce type de modélisation peut être d’une valeur énorme pour les municipalités. « Par exemple, le modèle d’IA que CANN Prévisions a développé pour Montréal a multiplié par plus de dix leurs prévisions de ruptures de tuyaux futures. Mon projet de recherche améliorera encore plus ce nombre.
« En sachant à l’avance quels tuyaux sont susceptibles de se casser, les villes peuvent les réparer ou les remplacer de manière proactive et ainsi éviter d’énormes coûts de surprise. »
Avec le vieillissement de l’infrastructure partout au Canada, le logiciel de CANN Prévisions est reproductible pour les municipalités à l’échelle nationale.
« Nous voulons créer une base de données partout au Canada, affirme M. Renato.
Avantage du stage mitacs
« Mon stage à Mitacs a aidé CANN Forecast à avoir un budget pour me payer », dit Renato. « Le programme m’a donné une occasion unique de changer ma carrière milieu postsecondaire à l’industrie. Maintenant, je suis en mesure d’appliquer les compétences acquises au cours de mon doctorat sur la recherche axée sur l’industrie.
Quant à son avenir, Renato espère continuer dans l’industrie.
« Mitacs a joué un rôle crucial pour notre entreprise au stade où nous nous trouvons actuellement. Nous avions vraiment besoin de statistiques spéciales ainsi que d’hydrologie. C’est vraiment des compétences de haut niveau à posséder », dit Naysan. « Embaucher quelqu’un sans superviseur aurait été un pari. Le fait d’avoir Renato à bord, supervisé par le corps professoral, réduit le risque de recherche typique.
Renato est le premier stagiaire de Mitacs au service de l’équipe des prévisions de CANN ; et Naysan en prévoit d’autres à l’avenir.
« Mitacs est un excellent programme. Fait intéressant, j’étais aux États-Unis pour parler avec quelqu’un qui avait une start-up. Il admirait que les entreprises en démarrage canadiennes aient un accès aussi simple à ce genre de partenariat et de financement universitaires.
Mitacs remercie le gouvernement du Canada de son appui à la bourse de recherche Élévation dans cet article. Partout au Canada, le programme Élévation reçoit également l’appui du gouvernement de la Colombie-Britannique, du gouvernement du Manitoba, du gouvernement du Nouveau-Brunswick, du gouvernement de Terre-Neuve-et-Labrador, du gouvernement de la Nouvelle-Écosse, du gouvernement de l’Ontario, du gouvernement de l’Île-du-Prince-Édouard, du gouvernement du Québec et du gouvernement de la Saskatchewan.
Avez-vous un défi d’affaires qui pourrait bénéficier d’une solution de recherche? Si c’est le cas, communiquez avec Mitacs dès aujourd’hui pour discuter des possibilités de partenariat : BD@mitacs.ca
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