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Un seul tuyau éclatant peut coûter des millions, mais ce nouveau modèle prédictif peut faire économiser considérablement aux villes
« La circulation est embouteillée à cause d’une éclatée de conduite d’eau près de l’aquaduc de Granville », indique News 1130.
En raison de l’âge estimé de l’infrastructure et des matériaux de tuyauterie, la Ville de Vancouver avait prévu que le conduit soit remplacé l’an prochain. Un an trop tard pour tous ceux touchés par la rupture d’aujourd’hui.
Au Canada, le remplacement des tuyaux dans des conditions précaires et très précaires nécessite un investissement total d’environ 25 milliards de dollars (Bulletin canadien des infrastructures 2016).
Lorsque les tuyaux tombent en panne avant la date prévue de remplacement, la surprise coûte infiniment plus cher en dépenses imprévues, incluant les heures supplémentaires et les équipes d’urgence, les dommages matériels, la réduction du trafic, ainsi que les coûts invisibles liés à la perte de service, aux inefficacités et au stress. Une seule cassure de tuyau peut provoquer un effet domino dans toute une région urbaine.
Les ruptures de conduite d’eau ont un impact économique, environnemental et social important sur les municipalités. Ainsi, prévoir les ruptures et défaillances des tuyaux à l’aide de modèles prédictifs est essentiel pour aider les gestionnaires de l’eau de la ville à élaborer des stratégies d’entretien proactifs et à prévenir les ruptures.
Pourtant, les ruptures sont rarement dues à un seul facteur; ils résultent plutôt de l’accumulation de plusieurs facteurs au fil du temps.
Par exemple, la pression de l’eau accélère la dégradation des tuyaux en aggravant des problèmes existants tels que la corrosion et les microfissures. Malheureusement, ce facteur est rarement pris en compte dans les modèles actuels de rupture prédictive, et son impact est mal compris.
Analytique 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 respectueuses de l’environnement, applique son expertise. Opérant depuis l’incubateur D3 de l’Université Concordia à Montréal, CANN Forecast produit le logiciel InteliPipes — qui identifie les tuyaux à risque de casse.
« Les coûts de réparation des tuyaux peuvent s’élever à environ 10 000 à 300 000 $ en matériaux et main-d’œuvre, plus les coûts indirects de pollution, de trafic, etc. Une seule rupture de tuyau peut coûter des millions », explique le Dr Renato Henriques da Silva, chercheur postdoctoral à l’Université McGill et stagiaire chez Mitacs chez CANN Forecast. « Notre modèle fera économiser de l’argent aux villes en prédisant mieux quelles tuyaux doivent être réparés maintenant et lesquels d’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 des conduites et pression d’eau — qui peuvent contribuer à la rupture des conduites principales. InteliPipes permet aux décideurs municipaux d’optimiser les activités de remplacement et d’estimer mieux les besoins budgétaires à long terme pour l’entretien des installations d’eau.
CANN Forecast offre un outil de prise de décision qui aide les villes à surveiller l’intégrité des conduites 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 aide à être plus rentables et à faire la transition vers des villes plus intelligentes à travers le Canada.
Historique et équipe des prévisions CANN
Start-up fondée en 2017 par Naysan Saran et Nicolas Fortin St-Gelais, CANN Forecast remonte à une victoire lors du hackathon AquaHacking grâce à leur modèle de prévision de la qualité de l’eau des plages, InteliSwim. Dans la période de six mois du hackathon, l’équipe a développé le modèle pour relever le défi des résultats retardés des tests sur les plages urbaines.
Un an plus tard, le Département du réseau d’eau a fait le pont entre les tests d’eau de plage et les conduites municipales et a établi des connexions de réseautage pour CANN Forecast. La jeune équipe a ensuite abordé le défi de la défaillance municipale des tuyaux.
À l’été 2019, l’équipe de prévision CANN, composée de sept personnes, s’est agrandie en s’associant à Mitacs et a nommé Renato, un postdoctorant supervisé par les professeures 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 par prédiction de rupture des réseaux de tuyaux.
« Parfois, les municipalités ne savent tout simplement pas où réparer », dit Renato. « À la lumière du vieillissement des infrastructures, nous développons un modèle pour améliorer les prévisions afin d’allouer les ressources au bon endroit au bon moment. »
Avec son parcours en statistiques et en écologie, il a complété cette étude en travaillant comme data scientist, effectuant des analyses de données.
Plusieurs villes du Québec, dont Gatineau, Montréal et Rimouski, ainsi que Windsor, Londres, Thunder Bay, ON et Halifax, NS, participent au projet.
Renato explique que les raisons pour lesquelles les tuyaux se brisent incluent 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 actuellement pas utilisée dans la modélisation des prédictions.
Il ajoute que ce type de modélisation peut être d’une grande valeur pour les municipalités. « Par exemple, le modèle d’IA développé par CANN Forecast pour Montréal a amélioré leurs prédictions de ruptures futures de tuyau de plus de dix fois. Mon projet de recherche va encore améliorer ces chiffres. »
« En sachant à l’avance quelles tuyaux risquent de casser, les villes peuvent les réparer ou les remplacer de manière proactive et ainsi éviter d’énormes coûts surprises. »
Avec le vieillissement des infrastructures à travers le Canada, le logiciel de CANN Forecast est reproductible pour les municipalités à l’échelle nationale.
« Nous voulons créer une base de données à travers le Canada », dit Renato.
Avantages du stage chez Mitacs
« Mon stage chez Mitacs a aidé CANN Forecast à avoir un budget pour me payer », dit Renato. « Le programme m’a offert une occasion unique de changer de carrière depuis milieu postsecondaire à l’industrie. Maintenant, je peux appliquer les compétences acquises durant mon doctorat à la recherche axée sur l’industrie. »
Quant à son avenir, Renato espère continuer dans l’industrie.
« Mitacs a été crucial pour notre entreprise à l’étape où nous en sommes actuellement. Nous avions vraiment besoin de statistiques spéciales en plus de l’hydrologie. C’est vraiment des compétences de haut niveau à posséder », dit Naysan. « Engager quelqu’un sans superviseur aurait été un pari. Avoir Renato à bord, supervisé par le corps professoral, réduit le risque typique de recherche. »
Renato est le premier stagiaire Mitacs dans l’équipe de prévisions CANN; et Naysan prévoit d’autres à venir.
« Mitacs est un excellent programme. Fait intéressant, j’étais aux États-Unis en train de parler avec quelqu’un qui avait une start-up. Il admirait que les startups canadiennes aient un accès si direct à ce type de partenariat académique et de financement. »
Mitacs remercie le gouvernement du Canada de son soutien à l’égard de la bourse de recherche Élévation mentionnée dans cet article. À l’échelle du Canada, le programme Élévation reçoit également le soutien du gouvernement de la Colombie-Britannique, du gouvernement de l’Île-du-Prince-Édouard, du gouvernement du Manitoba, du gouvernement du Nouveau-Brunswick, du gouvernement de la Nouvelle-Écosse, du gouvernement de l’Ontario, du gouvernement du Québec, du gouvernement de la Saskatchewan et du gouvernement de Terre-Neuve-et-Labrador.
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