De la réaction à l'intelligence : comment l'IA et les jumeaux numériques transforment l'hydroélectricité
L’hydroélectricité est un pilier du réseau énergétique canadien, fournissant une source d’énergie renouvelable fiable et éprouvée. Toutefois, face au vieillissement des infrastructures et aux pressions croissantes des variations climatiques, un changement stratégique s’impose. Les modèles de maintenance traditionnels – qu’ils consistent à réagir aux pannes ou à suivre des calendriers fixes – ne suffisent plus à gérer efficacement ces systèmes complexes. Une approche transformatrice n’est pas un luxe, mais une étape essentielle vers un avenir plus résilient et durable pour l’hydroélectricité.
C'est là que convergent les Intelligence artificielle (IA) et Jumeau numérique Ces technologies offrent une solution performante. Elles permettent aux centrales hydroélectriques de passer d'un modèle d'exploitation réactif à un modèle intelligent, promettant d'optimiser la fiabilité, de réduire les coûts et d'améliorer les performances.
Le problème de la maintenance traditionnelle
De nombreuses centrales hydroélectriques, notamment celles mises en service il y a plusieurs décennies, utilisent encore des systèmes de maintenance obsolètes. Ces systèmes sont souvent mal adaptés au suivi de problèmes complexes tels que la dégradation des turbines, la variabilité du débit d'eau et l'intégration des systèmes hydrauliques et électriques. Il en résulte fréquemment une utilisation inefficace des ressources : les équipes de maintenance interviennent soit trop tard, provoquant des pannes coûteuses, soit trop tôt, entraînant des pertes de temps et de budget.
De plus, le manque de données structurées et centralisées, ainsi que la fragmentation des connaissances, peuvent rendre difficile l'accès aux informations essentielles, tant pour les nouveaux employés que pour les plus expérimentés. Cela crée une dépendance envers le personnel permanent et complique la gestion des conséquences du roulement de personnel.
L'IA en tant qu'expert en maintenance virtuelle
L'IA n'est pas un simple complément ; c'est une compétence essentielle conçue pour enrichir l'expertise humaine. Une plateforme comme TGM Expert, développée au Canada par EN Solutions Hydro, intègre l'IA à l'ensemble du cycle de vie de la maintenance, de la gestion des ordres de travail à la planification stratégique. Elle agit comme un « expert virtuel en maintenance » collaborant avec les techniciens et les gestionnaires d'actifs pour accélérer la transformation numérique et améliorer la fiabilité.
Voici comment l'IA est intégrée pour créer un système de maintenance plus intelligent et plus efficace :
- Flux de travail intelligents : Le système assiste les équipes de maintenance dans la gestion des ordres de travail, en proposant des suggestions de priorisation, de prévision des tâches et d'affectation des ressources. À partir de données en temps réel, de la criticité des équipements et des modes de défaillance, l'IA peut générer automatiquement des demandes d'ordres de travail, rationalisant ainsi un processus autrefois manuel et réactif.
- Assistant de connaissances : Grâce à une technologie appelée Génération augmentée par la recherche (RAG), l'assistant IA est entraîné sur des documents spécifiques à l'hydroélectricité, des rapports de maintenance et des procédures d'experts. Il peut répondre instantanément à des questions complexes et fournir une assistance contextuelle, permettant ainsi aux équipes d'accéder au savoir institutionnel même en l'absence de cadres supérieurs.
- Recommandations proactives : En exploitant les données de capteurs en temps réel provenant des systèmes IoT et SCADA, les modèles d'IA peuvent détecter les anomalies précoces et suggérer des actions préventives. Par exemple, en cas de détection d'une baisse répétée de la température d'un palier de guidage, le système peut recommander une fréquence de maintenance adaptée, permettant ainsi d'éviter un arrêt inattendu.
Le pouvoir des jumeaux numériques
L'intelligence artificielle (IA) déploie tout son potentiel lorsqu'elle est associée à un jumeau numérique. Un jumeau numérique est une représentation virtuelle et dynamique d'un actif physique, mise à jour en continu avec des données en temps réel et enrichie de simulations. Pour une turbine hydroélectrique, cela implique la création d'une réplique numérique capable de simuler son fonctionnement et d'anticiper les scénarios de dégradation.
L'intégration de ces deux technologies permet une nouvelle catégorie de stratégies de maintenance intelligentes :
- Diagnostic prédictif : Le système détecte les anomalies précoces en comparant les données en temps réel des capteurs d'une centrale hydroélectrique avec le comportement prédit du jumeau numérique (modèle d'ordre réduit) du composant concerné. En cas de divergence, le module d'IA analyse le phénomène et déclenche une prévision de défaillance, signalant un risque d'usure des roulements ou de cavitation avant même que le problème ne soit visible lors d'une inspection physique.
- Analyse des causes profondes : Lorsqu'une alerte est déclenchée, l'assistant IA peut rapidement récupérer les journaux d'historique et les documents techniques grâce à sa recherche RAG. Il met ensuite ces informations en corrélation avec les résultats de la simulation du jumeau numérique afin de proposer les causes profondes probables et de guider le technicien tout au long d'une procédure de dépannage recommandée.
De la maintenance prédictive à l'optimisation opérationnelle
Au-delà de la maintenance, l'IA et les jumeaux numériques permettent une optimisation opérationnelle poussée. C'est grâce à eux qu'un service public peut prendre des décisions plus éclairées quant à l'utilisation de ses ressources, notamment ses réserves d'eau.
- Prévision et planification de scénarios : Les modèles basés sur l'IA peuvent prédire des variables clés telles que les apports d'eau et la demande énergétique sur différents horizons temporels, de la planification journalière à la planification saisonnière. Les ingénieurs peuvent ensuite utiliser le jumeau numérique pour simuler des scénarios hypothétiques, comme l'impact d'un fonctionnement à charge partielle ou d'une variation saisonnière du débit.
- Recommandations prescriptives : Un moteur d'optimisation transforme ces prévisions en recommandations concrètes et exploitables. Il contribue à la planification de la production d'électricité et à l'optimisation de l'utilisation des unités de la centrale, déterminant ainsi la meilleure façon d'utiliser les réserves d'eau du réservoir pour la production d'électricité, en fonction de la demande en temps réel du gestionnaire de réseau – le tout dans le respect des contraintes du réseau et de la réglementation. L'objectif est de passer de la simple prévision à la prescription active de la meilleure stratégie pour améliorer l'efficacité et maximiser les revenus de production.
- Justifications fondées sur les données : En assurant le suivi des retards de maintenance, des dépassements de coûts et des pannes historiques, TGM Expert fournit des justifications chiffrées pour les projets de réhabilitation. Ces données structurées facilitent les demandes de financement et les approbations d'investissements, protégeant ainsi les investissements à long terme.
Fig. 3. Exemples illustratifs de conversations avec l'assistant IA TGM
L'avenir est intelligent et résilient.
Alors que le secteur hydroélectrique canadien doit faire face au vieillissement de ses installations et aux défis environnementaux, un changement de paradigme s'impose. Des solutions comme TGM Expert démontrent que l'IA et les jumeaux numériques ne sont pas une simple promesse théorique, mais une solution concrète et déployable qui peut améliorer la prise de décision et prolonger la durée de vie des équipements. Cette convergence favorise la maturité opérationnelle et la résilience à long terme des actifs.
Les entreprises de services publics qui adoptent ces technologies moderniseront non seulement leurs opérations, mais les prépareront également à l'avenir dans un paysage énergétique en constante évolution.
Quelles mesures les sociétés hydroélectriques canadiennes peuvent-elles prendre dès aujourd'hui pour amorcer leur transition vers la maintenance prédictive et prescriptive ?
La conversation se poursuit à Conférence canadienne sur l'énergie hydraulique Du 1er au 3 octobre à Ottawa, EN Solutions Hydro présentera ses travaux sur l'IA et les jumeaux numériques dans le secteur hydroélectrique. Nous avons hâte d'échanger avec les leaders de l'industrie sur les moyens d'accélérer la transition d'une exploitation réactive à une exploitation intelligente.
Références:
- Yoan Pu. « Génération augmentée de données personnalisée et évaluation comparative pour l'assurance qualité de la documentation des outils EDA ». Juillet 2024
- Ron Beck, AspenTech. « Jumeaux numériques et IA : transformer les opérations industrielles ». Disponible sur https://www.reliableplant.com/Read/31897/digital-twins-ai
Emmanuel Ngue Ingénieur agréé au Québec, il détient une maîtrise en génie mécanique appliqué à l'hydroélectricité de l'École Polytechnique de Montréal et un certificat de professionnel en gestion de la maintenance de PEMAC. Fort d'une expérience de plus de dix ans dans le secteur de l'énergie, notamment chez Andritz Hydro et GE Vernova, il a dirigé d'importants projets de rénovation et d'installation au Canada et aux États-Unis. Il est le fondateur d'EN Solutions Hydro, une entreprise canadienne pionnière dans le développement de solutions de maintenance basées sur l'intelligence artificielle pour le secteur hydroélectrique.
LinkedIn | Site web de l'entreprise | engue@ensolutions.ca
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