Les réseaux d'alimentation en eau du monde entier sont soumis à des contraintes. Chaque année, les anciennes canalisations vieillissent tandis que la population augmente et que de plus en plus de bâtiments sont construits. Aux États-Unis, des billions de gallons d'eau potable sont perdus à cause de fuites et de bris, et la facture potentielle de réparation est stupéfiante : 625 milliards de dollars au cours des 20 prochaines années rien que pour réparer les réseaux d'eau américains en mauvais état.
Le changement climatique ne fera qu'aggraver le problème, car l'accès à l'eau potable est déjà devenu un problème mondial urgent. Cette année, les robinets se sont asséchés à Johannesburg, tandis que Mexico perd jusqu'à 40 % de son eau en raison de la décrépitude des conduites principales et des raccordements au service.
Mais l'espoir se profile à l'horizon : les entreprises de conception et de fabrication du monde entier répondent aux graves problèmes environnementaux en faisant de la durabilité une priorité. Selon le rapport 2024 State of Design& Make (site Web É.-U.) d'Autodesk, 97 % des entreprises de tous les secteurs prennent des mesures pour améliorer la durabilité. Elles se tournent vers les technologies pour atteindre leurs objectifs environnement aux, créer des solutions innovantes et concevoir de nouvelles entreprises.
La petite pousse française ACWA Robotics est l'une de ces entreprises. Elle s'attaque aux défis cruciaux auxquels est confrontée l'industrie de l'eau en développant des solutions robotiques qui circulent à travers les systèmes de canalisation pour collecter des données permettant une gestion plus efficace de l'eau.
Le robot sous-marin autonome d'ACWA attend d'être introduit dans un environnement d'essai simulant les conditions à l'intérieur d'une canalisation du réseau d'alimentation en eau. Image publiée avec l'aimable autorisation d'ACWA Robotics.
« ACWA est l'abréviation de Autonomous Clean Water Appliance (appareil autonome de traitement de l'eau) », explique Jean-François Guiderdoni, directeur général d'ACWA Robotics. « Dans le monde, 40 millions de kilomètres de canalisations acheminent de l'eau potable vers les bâtiments, les maisons et les entreprises. Nous perdons en moyenne de 20 à 40 % de l'eau transportée par ce réseau de distribution d'eau. C'est une quantité énorme, et elle est liée à l'état des canalisations.
Pour améliorer la situation, les services d'eau doivent renouveler, réparer et remplacer davantage de conduites afin de perdre moins d'eau. Mais, dit Jean-François Guiderdoni, « parce que toutes ces infrastructures ont été installées il y a longtemps et enterrées, ils ne savent pas exactement où et quand elles devraient être renouvelées. »
Pour fournir aux opérateurs de réseaux d'alimentation en eau les informations dont ils ont besoin, ACWA Robotics a été le premier à développer un robot modulaire articulé capable de naviguer seul sur des kilomètres de canalisations, sans perturber l'approvisionnement en eau. Il se plie et tourne au fur et à mesure que de multiples capteurs capturent des données pour localiser les zones faibles, les fuites et, plus généralement, pour déterminer les problèmes potentiels afin d'aider les services publics à prendre des mesures efficaces.
Le robot circule sous l'eau à travers une conduite d'eau, capturant des données sur l'état de la canalisation et les problèmes potentiels. Image publiée avec l'aimable autorisation d'ACWA Robotics.
L'objectif des robots de canalisation intelligents de l'entreprise est de collecter un ensemble complet de données sur l'état du réseau d'eau. « Nous nous occupons des plus grosses canalisations, qu'on appelle conduites de distribution ou les conduites principales », explique Jean-François Guiderdoni. « Ce sont les canalisations stratégiques qui, lorsqu'elles se rompent, peuvent toucher toute une ville ou un quartier et générer des pertes financières massives, mettant à l'arrêt toute l'activité de la ville. »
Les robots capturent des mesures telles que le diamètre de la canalisation, l'épaisseur résiduelle de la canalisation à divers endroits et les zones où la corrosion s'accumule, en tirant parti d'images haute définition et de tout un ensemble de technologies d'essais non destructives. Au-delà des évaluations de l'état de fonctionnement, les robots d'ACWA pourraient également collecter des lectures de la température de l'eau, du pH, du débit et de la turbidité là où les capteurs fixes ne peuvent pas accéder, contribuant ainsi à améliorer la qualité de l'eau et la performance.
L'itinéraire du robot le long de la canalisation est établi avant le début du parcours. Les points sont géoréférencés en fonction de la longitude, de la latitude et de l'altitude au-dessus du niveau de la mer, et l'entreprise affirme qu'elle sera en mesure de marquer des lieux définis avec une marge d'erreur de 40 cm. Une fois que le robot a terminé sa mission, il retourne à son point d'entrée ou à une zone de sortie prédéfinie.
Un rendu du robot articulé montre comment il se plie pour circuler dans une canalisation d'eau. Image publiée avec l'aimable autorisation d'ACWA Robotics.
Dès le départ, le défi d'ACWA a été de concevoir un appareil suffisamment compact et flexible pour circuler dans les canalisations des réseaux d'alimentation en eau, suffisamment petit pour laisser l'eau s'écouler sans interruption, mais suffisamment grand pour transporter les systèmes embarqués nécessaires à la collecte de données.
L'entreprise s'est tournée vers Autodesk Fusion pour donner vie à son robot, dont le corps principal est fabriqué en aluminium et assemblé à partir de 250 pièces. Ses seules pièces préfabriquées sont les moteurs, les roulements à billes, les joints d'arbre, les écrous et les boulons, ainsi que les batteries. Tout le reste est conçu en fonction du robot.
Le groupe de conception du robot est divisé en deux équipes, l'une pour la conception mécanique et l'autre pour l'électronique. Fusion a permis aux deux équipes de collaborer de manière transparente et de créer des plans 2D et 3D, des images rendues 3D, des cartes de circuits imprimés, des cartes électroniques et des pièces mécaniques personnalisés. Les équipes utilisent Fusion Simulation Extension pour effectuer et collecter des analyses précises de simulations thermiques et de contraintes.
ACWA Robotics a testé son robot autonome dans des simulations de conditions difficiles poussant la pression de l'eau jusqu'à 250 lb/po² et le débit jusqu'à 1,5 m/s. Image publiée avec l'aimable autorisation d'ACWA Robotics.
Les données recueillies par les robots qui se déplacent dans les canalisations ne servent pas seulement à repérer les fuites : elles permettent d'établir une évaluation structurelle de la canalisation. « Nous pouvons dire aux clients où il y a beaucoup de corrosion, des joints défectueux ou des fissures dans les canalisations en béton », explique Jean-François Guiderdoni, ajoutant que cette information permet « d'intervenir avant qu'une fuite ne se produise ».
L'information sur l'évaluation structurelle peut fournir « un ensemble d'indices qui aideront les services publics à décider où ils doivent effectuer une réparation, où ils n'ont pas besoin de faire quoi que ce soit et où ils doivent renouveler une canalisation cette année ou peut-être dans deux, trois, quatre ou cinq ans », dit-il. « L'objectif est de donner aux services publics une vision très claire de l'état de la canalisation et de la façon dont ils doivent dépenser leur argent. »
Les prochaines phases de développement verront les robots d'ACWA adopter des capacités d'intelligence artificielle (IA) pour améliorer la façon dont ils collectent des données. « L'IA va permettre aux robots de s'adapter de manière dynamique au cours de leurs missions », dit-il. « Par exemple, un robot pourra prendre des photos à l'intérieur d'une canalisation d'eau. Il pourra détecter une fissure. Si cette fissure a une certaine forme et une certaine longueur, le robot s'arrêtera et regardera de plus près. L'IA peut faciliter la maintenance proactive des canalisations tout en recueillant des données plus précises. »
Des travailleurs mettent en œuvre un prototype de robot dans le cadre d'un projet pilote avec Aqua Publica, l'entreprise de distribution d'eau de Bastia, la ville d'origine de l'ACWA, sur l'île de Corse. Image publiée avec l'aimable autorisation d'ACWA Robotics.
Alors que la technologie d'ACWA Robotics continue d'évoluer, le recrutement de talents qualifiés est une préoccupation constante pour l'entreprise, comme c'est le cas pour de nombreuses entreprises des secteurs de la conception et de la fabrication (site Web É.-U.). « Il est difficile de trouver et de retenir les talents, en particulier les ingénieurs », explique Jean-François Guiderdoni. « Il est essentiel pour nous de trouver la bonne personne. »
Cependant, la mission principale de l'ACWA, qui consiste à résoudre les problèmes critiques de durabilité, donne à l'entreprise un avantage lorsqu'il s'agit de recruter de nouvelles recrues. « Selon le rapport State of Design & Make, 72 % des dirigeants d'entreprise (site Web É.-U.) considèrent la durabilité comme l'un des principaux facteurs de rétention des talents. »
Jean-François Guiderdoni note que les jeunes employés sont motivés non seulement par la rémunération et le travail stimulant, mais aussi par le sentiment d'exercer une influence positive sur le monde. « Il y a une nouvelle génération de personnes qui veulent travailler sur la durabilité et exercer une influence », explique-t-il. « Les personnes qui se joignent à nous doivent relever des défis technologiques dans le cadre de leur travail tout en constatant les effets de leurs actions. Elles savent qu'elles sont bien plus qu'un simple engrenage dans la machine. »
Les gestionnaires de réseaux d'alimentation en eau d'aujourd'hui sont confrontés à une pression croissante pour relever les défis du gaspillage, du manque de sensibilisation et même de l'indolence qui fait que les décisions d'investissement dans les infrastructures sont repoussées à plus tard.
« Dans l'eau, les choses changent lentement », explique Jean-François Guiderdoni. « Nous introduisons de nouvelles technologies dans un environnement assez conservateur, mais il y a actuellement une tendance à la perturbation et au changement. Dans le passé, un service des eaux aurait pu dire : “Eh bien, il y aura toujours des pertes d'eau. En cas de problème, nous augmenterons le prix.” Ce qu'ils constatent aujourd'hui, c'est que le prix a atteint un seuil plus élevé, et ils commencent donc à s'orienter vers la performance. »
– Jean-François Guiderdoni, directeur général, ACWA Robotics
Les pressions pour agir de manière plus respectueuse de l'environnement s'intensifient également. Selon le rapport State of Design & Make, quatre entreprises sur cinq sont motivées à adopter des mesures de durabilité (site Web É.-U.) par les exigences des parties prenantes à tous les niveaux. « De nombreux facteurs nous poussent vers une plus grande durabilité : la pression des médias, la pression des entreprises, les nouvelles réglementations et les incitations de la Commission européenne ou des gouvernements », explique Jean-François Guiderdoni. « Les gouvernements et les entreprises prennent conscience de l'intérêt majeur de la durabilité sur le plan économique. Elle permet de créer de la valeur et de générer un cercle vertueux. »
Alors que les services d'eau sont aux prises avec une demande accrue intensifiée par le changement climatique, il est essentiel de maximiser la valeur des ressources existantes, car c'est un principe fondamental de durabilité. Jean-François Guiderdoni note que les récentes perturbations de l'industrie ont entraîné l'apparition d'une vague de nouvelles technologies permettant de détecter intelligemment et avec précision les fuites dans les canalisations d'eau. « La prochaine étape sera axée sur la gestion des actifs. Cette approche signifie qu'il faut agir avant que les canalisations ne se brisent », dit-il. « Les gens prennent maintenant conscience que les ressources relatives à l'eau, en particulier ses infrastructures de distribution, doivent être traitées rapidement. J'ai hâte de passer à l'action et de montrer que nous serons en mesure d'aider les services publics à apporter des changements dans les années à venir.
Mark de Wolf est un journaliste indépendant et un rédacteur primé spécialisé dans les sujets technologiques. Né à Toronto. Formé à Londres. Résidant à Zürich. Communiquez avec lui sur son site, markdewolf.com.
