Jumeaux numériques et infrastructures hydriques : quand les données éclairent les décisions

Les technologies de jumeaux numériques génèrent déjà des gains mesurables dans les systèmes de gestion des eaux un peu partout dans le monde. L’un des avantages d’être une entreprise d’envergure mondiale, c’est de pouvoir transférer les enseignements tirés dans une région pour relever des défis dans une autre. En mettant en commun son expertise en Amérique du Nord, en Asie, en Australie et ailleurs, WSP s’appuie sur des approches éprouvées, des méthodes testées et des pratiques exemplaires, plutôt que de repartir de zéro pour chaque projet. Cela permet aux services publics et aux municipalités de déployer des solutions numériques plus rapidement, tout en réduisant les risques et en profitant d’innovations qui ont fait leurs preuves dans d’autres contextes.

Prenons par exemple le système d’approvisionnement en eau de Toronto et de la région de York, au Canada. Ce dernier achemine l’eau traitée du lac Ontario à travers un vaste réseau de conduites et de postes de pompage, desservant près de quatre millions de personnes sur une superficie de 2 400 km². Face au vieillissement des infrastructures et à l’augmentation de la demande, les deux exploitants locaux ont senti le besoin de mieux comprendre les régimes transitoires – ces variations rapides de pression, communément appelées « coups de bélier » – susceptibles de provoquer des bris, des fuites et une détérioration à long terme des conduites.

Afin de mieux maîtriser ces risques, WSP a travaillé avec Toronto Water et la région de York à la mise à jour et au renforcement de leurs modèles hydrauliques, en s’appuyant sur des données opérationnelles détaillées. Les capteurs des systèmes SCADA existants ont été associés à des capteurs de pression transitoire à haute fréquence, capables d’enregistrer les fluctuations de pression à des intervalles d’un centième de seconde. Ces capteurs ont enregistré les réponses du système en conditions réelles, notamment lors d’arrêts de pompes ou de pannes de courant, permettant ainsi aux ingénieur·es de calibrer les modèles pour représenter fidèlement le comportement du réseau.

Ces modèles améliorés ont permis de simuler quelque 300 scénarios transitoires afin d’analyser la manière dont les ondes de pression se propagent dans des dizaines de milliers de conduites dans diverses situations, y compris un arrêt de pompe, des manipulations de vannes ou l’utilisation de bornes-fontaines en cas d’incendie. Les profils de pression ainsi obtenus ont été corrélés aux données passées recueillies lors de ruptures de conduites afin de cibler les zones où les risques pour les infrastructures sont plus élevés. Aujourd’hui, ces modèles constituent des actifs numériques durables dont les ingénieur·es de Toronto Water et de la région de York se servent pour orienter les stratégies de maintenance préventive, appuyer les décisions opérationnelles et planifier la croissance du système de gestion des eaux régional.

De l’autre côté du Pacifique, WSP utilise des approches numériques similaires en Australie, où les services publics investissent dans les jumeaux numériques en vue d’améliorer la planification des infrastructures et l’efficacité de l’exploitation. Dans le cadre du programme Digital Twin Victoria, WSP contribue à regrouper les données liées à l’eau, aux eaux usées et aux infrastructures au sein d’une plateforme numérique unifiée qui facilitera la planification des infrastructures et la gestion des actifs à l’échelle régionale. En mettant en correspondance les données SCADA, les données d’exploitation et les modèles d’ingénierie, les services publics peuvent simuler la performance des systèmes, évaluer plusieurs scénarios opérationnels et repérer les problèmes potentiels avant qu’ils n’entraînent des perturbations majeures. Cela aide aussi les équipes à mieux concilier les coûts de maintenance opérationnelle et les investissements en capital, en tenant compte des enjeux de planification à court et à long terme au sein des programmes de renouvellement stratégique. 

Par ailleurs, la plateforme permet d’analyser les impacts des inondations sur les infrastructures essentielles et d’appuyer les décisions liées à la gestion des eaux souterraines, contribuant ainsi à accroître la résilience et la durabilité des services publics. Les premiers essais ont révélé des économies d’eau ainsi qu’une diminution des coûts d’exploitation, ce qui démontre le potentiel des jumeaux numériques à générer des retombées mesurables à l’échelle des systèmes.

WSP fait également progresser la gestion numérique des eaux à Hong Kong, où les technologies de jumeaux numériques sont mises à profit pour soutenir l’exploitation urbaine de systèmes de gestion des eaux complexes. En intégrant des flux de données en temps réel, notamment les niveaux d’eau, les pressions et les capacités des conduites, dans un modèle numérique unifié, les services publics peuvent faire le suivi de la performance des infrastructures et simuler des scénarios opérationnels avant d’apporter tout changement. Grâce à ces modèles, les exploitants peuvent tester des stratégies, comme la programmation du cycle des réservoirs ou du fonctionnement des pompes, de sorte à garantir la fiabilité du service et à réduire la consommation d’énergie. Les jumeaux numériques permettent également de réaliser des analyses par simulation. Avec ces outils, les ingénieur·es peuvent évaluer la manière dont les systèmes se comportent lors de ruptures de conduites ou de fluctuations de la demande. En appui aux initiatives locales menées par le service d’approvisionnement en eau de Hong Kong, WSP contribue à développer des systèmes de surveillance infonuagiques qui améliorent le suivi de l’état des actifs, la détection des fuites et la planification des infrastructures à long terme. Ces capacités aident les services publics à limiter les pertes d’eau, à accroître l’efficacité opérationnelle et à réduire l’empreinte carbone de l’approvisionnement en eau.

Ensemble, ces projets démontrent la valeur d’une coordination mondiale dans la prestation de solutions numériques pour le secteur de l’eau. L’expérience acquise dans la gestion des risques hydrauliques à Toronto peut éclairer la planification des infrastructures en Australie, tandis que les enseignements tirés des systèmes opérationnels en temps réel à Hong Kong contribuent à améliorer la surveillance des réseaux ailleurs. En mettant en commun le savoir-faire de ses équipes à travers le monde, WSP peut proposer à chaque client les spécialistes, les technologies et les pratiques exemplaires dont il a besoin, favorisant une mise en œuvre plus rapide et des résultats optimisés, avec moins de risques.

Déployer un jumeau numérique ne consiste pas simplement à installer de nouveaux logiciels. Trois facteurs sont essentiels pour assurer la réussite des programmes numériques dans le secteur de l’eau : une expertise en ingénierie, une bonne compréhension de l’exploitation et des données de grande qualité. Pour convertir des données brutes en renseignements utiles, il faut des spécialistes qui comprennent à la fois les outils numériques et les infrastructures complexes qu’ils représentent.

Les services publics recueillent généralement d’importants volumes de données opérationnelles, mais celles-ci doivent être structurées, validées et interprétées avant de pouvoir alimenter la modélisation prédictive.

Positionner les capteurs de façon stratégique est également essentiel. Les points de mesure doivent être choisis de manière à offrir une compréhension utile du fonctionnement du système sans devoir déployer des capteurs sur tout le réseau.

Les outils de visualisation convertissent ces données en tableaux de bord, lesquels aident les exploitants à comprendre rapidement l’état du système et à réagir efficacement. Il ne s’agit pas seulement de collecter plus de données, mais de les transformer en renseignements exploitables pour éclairer la prise de décision.