Gestion durable de l'eau : l’impact des outils numériques
- Qu'est-ce que la gestion de l'eau ?
- Qu'est-ce que l'infrastructure de l'eau ?
- Pourquoi la gestion des ressources en eau est-elle importante ?
- Les défis de l'industrie de l'eau
- 3 façons dont la technologie modifie la gestion de l'eau
- 5 avantages de la technologie dans la gestion et la planification de l'eau
- 5 exemples de gestion numérique de l'eau
- L'avenir de la gestion de l'eau
Les « Guerres de l'eau en Californie » peuvent ressembler au titre d’une nouvelle émission de téléréalité de 2023, mais en réalité, ce conflit a eu lieu il y a plus de 100 ans, lorsque William Mulholland a construit l'aqueduc de Californie et détourné l'eau de la vallée de l'Owens directement vers Los Angeles, laissant la région orientale de l'État à l'abandon. Cette tactique peu scrupuleuse, qui a inspiré le film Chinatown (1974), a mis en lumière la nécessité d'une meilleure gestion de l'eau. L'industrie est toujours aux prises avec des défis qui obligent les organisations de l'eau, les villes, les États et les gouvernements à trouver de nouvelles façons de protéger et de gérer la ressource la plus importante de la planète.
Chaque jour, des milliards de litres d'eau sont gaspillés. Avec le changement climatique qui affecte les schémas météorologiques et leur gravité, l'explosion démographique, la pollution et l'accès inéquitable à l'eau potable, il est urgent de mettre en place une gestion plus durable des ressources en eau.
Quelles sont les mesures à prendre ? La liste est longue : de nouvelles politiques, des investissements dans les infrastructures et une approche numérique de la gestion de l'eau utilisant les données pour indiquer les actions à suivre. Mais, la gestion durable de l'eau est aussi une question d'état d'esprit. L'industrie peut établir des réglementations, mais le public doit y adhérer et comprendre l'urgence de la situation afin de créer un avenir durable.
Qu'est-ce que la gestion de l'eau ?
La gestion de l'eau correspond au processus, à la planification, la supervision et l'évaluation de la collecte de l'eau à partir d'une source, ainsi que son détournement, son nettoyage et son acheminement vers un utilisateur final, l'extraction de l'eau après son utilisation, son traitement et son élimination ou de son recyclage. Il s'agit de garantir les droits sur l'eau, de construire les infrastructures et d'élaborer les politiques qui régissent la qualité et la quantité de l'eau.
L'homme utilise l'eau à trois fins principales :
2. Industrie, 19 %
3. Domestique, 11 %
La gestion de l'eau comprend :
- fournir de l'eau potable de la source au robinet ;
- garantir une qualité d'eau sûre et exempte de contaminants ;
- la gestion des infrastructures de captage, de transport et de nettoyage de l'eau ;
- l'élimination des eaux usées des collectivités ;
- détourner l'eau des sources (lacs, réservoirs, eaux souterraines, etc.) pour qu'elle atteigne les collectivités ;
- superviser la gestion des eaux pluviales et la lutte contre les inondations.
L'eau est une ressource commune, mais il existe 148 000 systèmes publics d'approvisionnement en eau différents aux États-Unis. Dans de nombreuses régions, différentes agences régissent les multiples utilisations de l'eau. Les eaux pluviales sont encadrées par une entité et l'eau potable par une autre. Afin d'harmoniser l'industrie sur les meilleures pratiques de gestion, l'US Water Alliance (USWA) a créé One Water. Cette initiative adopte une approche holistique de la gestion de l'eau, que l'USWA a présentée en sept étapes pour coordonner les parties prenantes à travers le pays.
1. Promouvoir la collaboration régionale en matière de gestion de l'eau.
2. Accélérer les partenariats entre l'agriculture et les services publics pour améliorer la qualité de l'eau.
3. Maintenir un financement adéquat pour les infrastructures de l'eau.
4. Associer l'expertise et les investissements publics et privés pour répondre aux besoins en matière d'infrastructures hydriques.
5. Redéfinir l'accessibilité financière pour le 21ᵉ siècle.
6. Réduire les risques liés au plomb et assumer la mission de protection de la santé publique.
7. Accélérer l'adoption des technologies pour accroître l'efficacité et améliorer le service de l'eau.
Cette approche est adoptée par des villes de toutes tailles, comme New York. Elle permet de créer une voix cohérente pour atteindre des objectifs communs vers un avenir durable.
Qu'est-ce que l'infrastructure de l'eau ?
L'infrastructure de l'eau désigne l'environnement technique utilisé pour capter, transporter, traiter et acheminer l'eau vers les utilisateurs, puis pour la collecter de nouveau et l'éliminer. Dans le cas de l'eau potable, il s'agit des canalisations qui transportent l'eau depuis sa source et des usines qui la rendent potable. Dans le cas des eaux usées, il s'agit des réseaux d'égouts et des stations de relevage qui acheminent l'eau usée des bâtiments vers les stations d'épuration, où un ensemble de processus physiques et chimiques dépolluent l'eau pour la rejeter dans les masses d'eau.
L'infrastructure de l'eau comprend les :
- canalisations souterraines ;
- canaux et aqueducs ;
- digues et les barrages ;
- systèmes de drainage ;
- réservoirs ;
- bassins versants ;
- conduites d'eau ;
- stations d'épuration des eaux usées, stations de relevage et canalisations ;
- les collecteurs d'eaux pluviales et les systèmes de contrôle des inondations.
Chaque jour, les infrastructures hydrauliques transportent des milliards de litres d'eau à travers les États-Unis vers différentes destinations et pour différents usages. Mais, la plupart des canalisations, des usines, des barrages et des égouts ont été construits dans la première moitié du XXe siècle et ont besoin de fonds pour être mis aux normes du XXIe siècle.
Pourquoi la gestion des ressources en eau est-elle importante ?
Depuis l'espace, on comprend facilement pourquoi la Terre est appelée la planète bleue : 71 % de cette sphère en rotation est constituée d'eau. Mais, aussi abondante qu'elle paraisse, l'eau est une ressource limitée. Seulement 0,5 % des réserves sont de l'eau douce utilisable par l'homme et son accès devient de plus en plus difficile pour des millions de personnes.
La demande en eau augmente, alors que l'offre diminue. La Terre comptera 10 milliards d'habitants d'ici à 2050, et il y a déjà 2 milliards de personnes dans le monde qui vivent sans accès à l'eau potable et 3,6 milliards sans services d'assainissement sûrs. Le changement climatique et la croissance démographique creuseront l'écart entre ceux qui disposent d'une eau salubre et ceux qui n'en ont pas, ce qui augmentera les risques pour la santé publique.
Les changements climatiques augmentent l'intensité des tempêtes et provoquent des sécheresses qui durent des années. Les infrastructures ont longtemps été négligées sur le plan financier. En effet, une grande partie d'entre elles ont atteint leur date de péremption et sont en train de s'effondrer sous l'effet de l'augmentation des niveaux d'eau.
Les politiques ont le pouvoir de protéger et de conserver les réserves d'eau. Les gouvernements peuvent encourager la construction de nouvelles infrastructures. Quant aux agences de l'eau, elles peuvent jouer un rôle dans la répartition équitable de la distribution et de la qualité de l'eau. La gestion de l'eau réunit tous ces points. Cependant, au fur et à mesure que le monde change de nouvelles stratégies et solutions sont nécessaires pour relever les défis actuels et garantir la gestion résiliente de l'eau.
Les défis de l'industrie de l'eau
Certaines personnes peuvent ouvrir le robinet et avoir immédiatement accès à de l'eau. D'autres doivent parcourir des kilomètres pour atteindre la source d'eau la plus proche. L'approvisionnement, bien qu'étant la question la plus urgente, n'est qu'un défi parmi d’autres, auxquels l'industrie de l'eau doit faire face aujourd'hui.
Disponibilité de l'approvisionnement en eau
Concernant la gestion de l'eau, le principal défi est sa rareté, c'est-à-dire lorsque la demande d'eau est supérieure à l'offre. Bien que de nombreuses personnes ne le réalisent pas, l’eau n’est pas inépuisable : les réserves s'épuisent.
Voici à quoi ressemble l'avenir.
- Les deux tiers de la population mondiale seront confrontés à une pénurie d'eau d'ici à 2025, si la consommation se poursuit au rythme actuel.
- D'ici à 2040, un enfant sur quatre vivra dans un endroit où la pénurie d'eau sera extrême.
- La production agricole utilise actuellement 70 % des réserves d'eau. Pour nourrir la population mondiale en 2050, qui devrait atteindre 10 milliards d'habitants, il faudra augmenter de 50 % la croissance agricole et de 15 % l'utilisation de l'eau.
- La demande en eau pourrait dépasser l'offre de 40 % d'ici à 2030.
Les gouvernements fixent des réglementations strictes afin de préserver ces réserves limitées. Malgré tout, il n’y a pas assez d’eau. Chaque goutte d'eau captée, transportée, consommée et traitée doit être protégée.
Des événements météorologiques graves
L'eau et le changement climatique sont inextricablement liés. Comme l'indiquent les Nations unies, « le changement climatique est avant tout une crise de l'eau ».Nous en ressentons les effets à travers l'aggravation des inondations, l'élévation du niveau de la mer, la réduction des champs de glace, les incendies de forêt et les sécheresses. Entre 2001 et 2018, les trois quarts des catastrophes naturelles étaient liées à l'eau. Des endroits comme la Californie connaissent des sécheresses massives et des incendies dévastateurs, tandis que l'Europe subit de graves inondations. Ces phénomènes peuvent être imprévisibles : en 2023, la Californie est passée des trois années les plus sèches jamais enregistrées, à l'hiver le plus humide depuis 70 ans.
Les collectivités du monde entier ne sont pas préparées à l'évolution des cycles de l'eau. La production alimentaire est perturbée et les cultures sont détruites, ce qui nuit aux moyens de subsistance et aux économies. L'augmentation du ruissellement des eaux de surface entraîne davantage de produits chimiques et de débris, et pollue les cours d'eau. L'industrie de l'eau commence à apporter des changements pour se préparer à ce qui va arriver.
Des infrastructures vieillissantes
La plupart des infrastructures hydrauliques actuelles constituaient des prouesses d'ingénierie lorsqu'elles ont été construites. Aujourd'hui, les vastes réseaux de distribution d'eau atteignent leur espérance de vie. Le changement climatique ne fait qu'accélérer le processus de vieillissement.
- Les États-Unis comptent 3,5 millions de kilomètres de canalisations d'eau potable. Toutes les deux minutes, une conduite principale éclate et près de 23 milliards de litres d'eau traitée et prête à être utilisée sont perdues.
- Les États-Unis comptent 16 000 stations d'épuration, qui ne fonctionnent qu'à 81 % de leur capacité maximale, alors que la demande ne cesse d'augmenter.
- Le pays compte plus de 92 000 barrages, construits en moyenne il y a 61 ans, et 85 % d'entre eux ont dépassé leur durée de vie.
Les infrastructures hydrauliques ont dépassé leur date de péremption et sont soumises à des contraintes extrêmes en raison des tempêtes de grande ampleur qui se produisent fréquemment. En 2017, le déversoir d'Oroville a frôlé la catastrophe lors de fortes pluies, obligeant des milliers de personnes se trouvant sur la trajectoire de l'eau à évacuer les lieux alors que le niveau de l'eau montait rapidement. Les défaillances massives mettent des vies en danger, coûtent des milliards de dollars et ont un impact sur la qualité de l'eau.
À Jackson, en Caroline du Sud, des canalisations vieilles de 100 ans et une station d'épuration vieille de 110 ans ont été victimes de fuites pendant des années, privant les habitants d'eau pendant des semaines. En 2022, le système a atteint son point de rupture lorsqu'une tempête a provoqué la crue de la rivière, submergeant l'usine et la rendant incapable de traiter l'eau. Les habitants de la capitale ont dû faire bouillir l'eau, alors que la ville ne disposait pas des fonds nécessaires pour effectuer les réparations requises. Ceci n'est qu'un exemple d'un problème national de grande ampleur.
Le financement
Le financement est un problème de longue date pour l'industrie de l'eau. Les investissements dans la gestion et les infrastructures sont insuffisants. Face à des systèmes d'eau décentralisés, il s’avère difficile de trouver des fonds pour remettre en état les canalisations et les infrastructures. Les dépenses fédérales sont rares, laissant aux États, aux municipalités et à leurs administrés le soin de payer les améliorations et les mises à niveau dont ils ont désespérément besoin.
Pollution de l'eau
De plus en plus, les eaux de ruissellement absorbent des produits chimiques, des déchets, des polluants agricoles et des bactéries et les réintroduisent dans les réserves d'eau. Rien qu'à Los Angeles, 378 millions de litres d'eau polluée transitent chaque jour par les égouts pluviaux. Dans les régions les moins développées du monde, l'insuffisance des ressources de gestion et le manque d'infrastructures peuvent entraîner une contamination croisée des eaux usées et des sources d'approvisionnement en eau potable. Chaque année, des millions de personnes meurent de problèmes de santé liés à l'insalubrité de l'eau.
Pénurie de main-d'œuvre
Comme d'autres secteurs, la gestion de l'eau est également confrontée à une pénurie de main-d'œuvre. Les opérateurs expérimentés, qui représentent 30 % des 1,7 million de travailleurs du secteur, atteindront l'âge de la retraite lors des dix prochaines années. Or la nouvelle génération ne s'engage pas dans cette voie, préférant des carrières dans des secteurs qui intègrent davantage de données et de technologies.
3 façons dont la technologie modifie la gestion de l'eau
Chaque goutte d'eau transporte des données tout au long de son parcours. Le secteur a besoin de logiciels, de solutions et d'une infrastructure cloud pour convertir ces données en informations, afin que les opérateurs puissent prendre de meilleures décisions. Bien que l'industrie commence son voyage, elle est prête pour une transformation numérique complète.
L'industrie de l'eau a depuis longtemps compris les avantages que les données peuvent apporter. Elle utilise des capteurs et des systèmes de contrôle et d'acquisition de données (SCADA) pour observer les actifs souterrains et surveiller le fonctionnement des canalisations et des stations d'épuration. Sans un écosystème connecté, cette technologie est déconnectée et cloisonnée, et l'industrie a été lente à passer à un fonctionnement entièrement numérique.
Lorsque la pandémie de Covid-19 a frappé, de nombreux réseaux de distribution d'eau ont vu leurs activités quotidiennes perturbées. Les professionnels de l'eau ont dû se connecter les uns aux autres et ont eu besoin de systèmes plus solides pour diriger leurs opérations. Ce fut un catalyseur de changement. Aujourd'hui, l'industrie s'est engagée sur la voie du numérique et exploite les outils numériques pour améliorer ses opérations. 55 % des entreprises du secteur de l'eau déclarent que leur principal objectif en matière d'utilisation de la technologie est de surveiller leurs actifs et d'analyser les données, ce qui orientera l'avenir du secteur vers une gestion durable de l'eau.
Voici trois façons dont la technologie change la gestion de l'eau pour en créer une résiliente.
1. Les jumeaux numériques
Les jumeaux numériques sont devenus monnaie courante dans les secteurs de la fabrication et de la construction. Aujourd'hui, l'industrie de l'eau commence à découvrir comment ils permettent de visualiser des systèmes souterrains entiers et d'en contrôler les performances. Pour la gestion de l'eau, les jumeaux numériques sont des répliques virtuelles d'actifs physiques (réseaux d'infrastructures d'eau) alimentés par des données en temps réel. Ils rassemblent toutes les informations provenant du SCADA, des capteurs de l'internet des objets (IoT) et des compteurs, ainsi que des informations telles que la date d'installation d'un tuyau et le matériau dont il est fait. Le modèle peut suivre les données historiques et la fonction en temps réel pour fournir des prévisions sur les fonctions du système.
Grâce aux capteurs qui alertent les opérateurs en cas de fluctuations de pression ou de changement de conditions, les jumeaux numériques peuvent rapidement identifier une fuite ou une défaillance. Ils révèlent la capacité de l'eau et les niveaux de pH dans les réservoirs. Les clients peuvent être informés immédiatement d'une fuite, ce qui limite les interruptions de service. Les opérateurs peuvent facilement accéder à leur modèle pour contrôler les performances actuelles. Les jumeaux numériques facilitent également l'amélioration continue des systèmes de distribution d'eau, en détectant les points faibles et en résolvant les problèmes avant qu'ils ne se transforment en défaillances catastrophiques.
Les jumeaux numériques sont en passe de devenir la solution pour la gestion moderne de l'eau. Même dans l'exemple de Jackson, où des fuites ont affecté le système pendant des années, les ingénieurs ont cartographié numériquement les infrastructures d'eau de la ville et créé un modèle virtuel avec des données en temps réel pour surveiller le débit et la pression, fournir un service d'eau ininterrompu et améliorer la qualité de l'eau pour les 150 000 habitants.
2. Collaboration cloud
Le voyage numérique ne se résume pas à l'achat d'un logiciel ou à la mise à jour d'un seul système. Il s'agit de connecter les bons outils, les bonnes équipes et les bons professionnels pour effectuer cette transition et apprécier la valeur de la technologie. Pour ce faire, il faut travailler dans un environnement basé sur le cloud.
Les avantages du cloud sont bien connus. D'ici à 2025, 95 % du travail se fera via le cloud. Les professionnels de l'eau n'ont pas encore exploité tout le potentiel de cet écosystème ouvert, mais il commence à prendre de l'ampleur. Les réseaux de distribution d'eau sont des systèmes complexes. Le cloud centralise tout, ce qui permet une collaboration en temps réel. Les jumeaux numériques contenant toutes ces données précieuses seront construits dans le cloud, et donc les données seront centralisées. Cela signifie que les bonnes personnes au bon moment peuvent obtenir les informations dont elles ont besoin pour la planification, la conception, l'exploitation et la maintenance, éliminant ainsi les silos de la gestion traditionnelle de l'eau.
La visibilité totale d'un environnement cloud élimine les redondances et réduit les remaniements. Les données sont interopérables dans le cloud, ainsi les simulations sont plus rapides. Il s’agit d’un avantage considérable pour améliorer les opérations et la gestion de l'eau.
3. L'intelligence artificielle
L'intelligence artificielle (IA) est omniprésente, et l'eau n'échappe pas à la règle. Avant la technologie, les fuites étaient détectées lorsque l'eau apparaissait au-dessus du sol. Avec l'IA, le système peut prédire les défaillances avant qu'elles ne se produisent et réduire considérablement la quantité d'eau gaspillée tout au long de son cycle de vie. L'IA et l'apprentissage automatique permettront aux organisations de simuler des scénarios, un outil révolutionnaire pour un monde qui connaît régulièrement des événements météorologiques sans précédent.
L'IA peut remédier aux inefficacités de la gestion traditionnelle des ressources en eau. Par exemple, l'agriculture utilise 70 % de l'eau mondiale, mais jusqu'à 60 % de cette eau peut être gaspillée. Les « fermes intelligentes » alimentées par l'IA utilisent des capteurs pour les données relatives à la lumière et à l'irrigation, des images satellites et des prévisions pour déterminer l'arrosage « en fonction des besoins ».
L'IA dans la gestion de l'eau peut :
- surveiller les niveaux et prédire les débits de pointe afin d'ajuster la capacité ;
- informer la maintenance prédictive pour réduire les temps d'arrêt non planifiés et les perturbations ;
- identifier des modèles et reconnaître les tendances passées pour affiner en permanence l'évaluation des risques et déterminer quand un événement ou une perturbation peut se produire ;
- optimiser les traitements chimiques de l'eau en fonction des besoins ;
- utiliser l'apprentissage automatique pour optimiser les performances des actifs et des infrastructures ;
- ajuster les périodes de fonctionnement des pompes pour une meilleure efficacité énergétique.
L'IA sera un outil puissant à l'avenir, soutenant les efforts de conservation et de durabilité.
5 avantages de la technologie dans la gestion et la planification de l'eau
Les opérations liées à l'eau ont longtemps été enlisées dans des flux de travail traditionnels, alors que d'autres industries ont connu des transformations numériques fulgurantes. La technologie peut révolutionner la gestion de l'eau, en associant des outils alimentés par des données, pour créer des cycles de l'eau plus durables et des opérations plus efficaces. Voici quelques-uns des principaux avantages.
1. Simulation et modélisation pour une meilleure préparation
Grâce à la modélisation hydraulique, les ingénieurs peuvent ingérer toutes les informations pertinentes sur un réseau d'eau pour créer une version numérique d'un nouveau projet en cours de conception ou d'un réseau de canalisations existant. Ce travail était auparavant effectué sur des feuilles de calcul statiques, difficiles à partager et inefficaces. La modélisation visuelle d'un réseau d'eau permet d'effectuer des simulations montrant comment ce réseau réagira à différents scénarios, révélant les points faibles et permettant aux ingénieurs de savoir où et quand apporter des améliorations à l'infrastructure, avant qu'une défaillance ne se produise. Ces simulations sont également utiles au stade de la planification et de la conception, car elles permettent d'identifier les failles avant le début de la construction. Cela crée un niveau de préparation qui peut sauver les communautés des inondations et de la destruction.
2. Des informations en temps réel pour des opérations plus efficaces
Les jumeaux numériques prennent vie grâce à des capteurs IoT qui fournissent des données en temps réel sur les conditions et les fonctions d'un système d'eau. Ils suivent des facteurs tels que la qualité de l'eau, la capacité, la pression et la performance. Traditionnellement, pour découvrir une fuite et en trouver la source, il fallait visuellement localiser l'endroit où l'eau jaillissait du sol. Le temps de trouver la fuite, le service était interrompu et l'eau gaspillée, parfois des millions de litres. Grâce aux données en temps réel, les opérateurs identifient rapidement les problèmes et optimisent les performances.
3. Visibilité accrue des actifs
La majeure partie du cycle de gestion de l'eau se déroule sous terre, dans des tuyaux et des réservoirs. La détection d'un problème survient souvent lorsque l'eau arrive (ou non) à destination. Les professionnels de la gestion de l'eau peuvent utiliser des modèles en temps réel pour voir la fonction exacte de chaque actif et utiliser des capteurs équipés de SIG pour localiser avec précision les problèmes. Cela permet aux équipes de mieux comprendre les mesures de performance et de planifier les améliorations futures. Elles peuvent créer des budgets précis et demander des fonds pour améliorer les systèmes, en s'appuyant sur des données qui justifient ces améliorations.
4. Soutien à l'infrastructure existante
Il serait irréaliste de remplacer toutes les canalisations, les usines et les réseaux d'eau existants par des systèmes modernes à commande numérique. Pour saisir les conditions réelles, les opérateurs envoient souvent des caméras dans les canalisations. Mais, les modèles hydrauliques alimentés par le cloud peuvent être créés à l'aide des systèmes existants et fournir des données en temps réel pour optimiser les opérations. Une fois qu'un modèle avec SIG et capteurs existe, les opérateurs peuvent référencer un schéma de l'ensemble de leur système et commencer à collecter des données, même dans de petits circuits, pour capturer ce qui se passe. En créant une réplique numérique, il est possible de hiérarchiser les zones nécessitant des réparations et des améliorations. Bien qu'il soit interdit d'équiper l'ensemble d'un système de capteurs, le fait de les placer au bon endroit permet d'obtenir les bonnes informations.
5. Durabilité et gestion intelligente de l'eau
L'eau et la durabilité sont intrinsèquement liées. De la consommation d'eau à la gestion des inondations en passant par la gestion des eaux usées, la technologie aura une influence déterminante sur l'obtention de résultats durables. La gestion de l'eau et des eaux usées représente 2 % de toute l'énergie utilisée aux États-Unis et émet 45 millions de tonnes de gaz à effet de serre chaque année. La gestion intelligente de l'eau à l'aide de modèles numériques réduit l'énergie utilisée pour le chauffage, le traitement, le pompage et le déplacement de l'eau, et optimise les niveaux de puissance en fonction des besoins, pour une gestion plus durable des ressources en eau. En Nouvelle-Zélande, Wellington Water a travaillé avec l'entreprise internationale Stantec, qui a utilisé Autodesk Info360 Insight pour suivre les performances des pompes et ajuster leur durée de fonctionnement en fonction des besoins. Cette approche numérique a permis d'économiser 20 % des coûts d'électricité et de prolonger la durée de vie des actifs.
5 exemples de gestion numérique de l'eau
L'industrie de l'eau commence à accélérer la transformation numérique pour améliorer les pratiques de gestion de l'eau. Voici quelques exemples et ses avantages.
1. Le système d'approvisionnement en eau de Toledo fait l'objet d'une révision rapide
Lorsqu'une prolifération d'algues nocives s'est développée dans le lac Érié en août 2014, un demi-million d'habitants de Toledo, OH, ont dû cesser de consommer leur eau pendant plusieurs jours. La station d'épuration, vieille de 80 ans, était débordée et incapable de traiter l'eau contaminée.
La ville a fait appel à la société d'ingénierie Arcadis pour moderniser l'infrastructure existante et construire deux nouveaux bassins de traitement. À l'aide de scan 3D du site existant, elle a créé un modèle numérique du système. Arcadis a fait travailler des équipes distantes dans plusieurs disciplines (architecture, CVC, électricité, structure, mécanique) sur des maquettes numériques dans le cloud, ce qui a permis d'économiser environ 1 000 heures de conception, en réduisant de 80 % le temps de transfert des fichiers. Lorsque le projet sera terminé, Arcadis remettra la maquette à l'équipe chargée de l'exploitation de l'eau à Toledo, ce qui l'aidera à détecter rapidement les problèmes.
2. D’anciennes routes commerciales aux canaux intelligents
Construit en 1790, le canal Forth and Clyde de Glasgow était autrefois une route commerciale très fréquentée. Dans les années 1960, les canaux étaient abandonnés et délabrés. Scottish Canals, l'agence gouvernementale chargée de ces voies d'eau, a cherché à les revitaliser au début des années 2000, mais avec le changement climatique et l'augmentation des précipitations, les canaux ont facilement été inondés.
L'équipe a commencé par moderniser son approche de la gestion. Elle a créé un jumeau numérique du canal, garantissant l'accès à des données en temps réel grâce à des capteurs, ainsi que la possibilité d'analyser les précipitations imminentes et d'ouvrir et de fermer des vannes pour ajuster la capacité du canal. Aujourd'hui, grâce à une meilleure gestion, le canal est devenu un havre de paix pour la faune et une destination de loisirs, visitée par les kayakistes et les adeptes du paddle.
3. La gestion de l'eau à l'époque de la Renaissance
Florence, en Italie, est imprégnée d'histoire et de culture. En 1966, une inondation dévastatrice, 600 000 tonnes de boue, de débris et d'eaux usées ont submergé la ville, faisant 100 victimes et ruinant de nombreuses antiquités.
Plus d'un demi-siècle plus tard, l'ingénieur hydraulique Paolo Tamagnone a utilisé Autodesk Infoworks ICM pour créer un modèle qui cartographie le fleuve Arno depuis sa source jusqu'à la ville, en évaluant les zones susceptibles d'être inondées. Il a modélisé les systèmes d'approvisionnement en eau et de traitement des eaux usées, ainsi que les bâtiments de la ville, et a effectué des simulations pour prédire ce qui se passe en surface et sous terre, dans différents scénarios d'inondation. Des cartes détaillées ont révélé les zones les plus vulnérables et ont permis la création d'un plan d'intervention d'urgence efficace.
4. Des modèles numériques pour des temps de réponse plus rapides
En janvier 2018, un compteur principal est tombé en panne à Livonia, dans le Michigan, provoquant de multiples ruptures de conduites d'eau. Les autorités ont émis un avis de faire bouillir l'eau et ont fermé une grande route en raison des inondations. Livonia possède 780 kilomètres de conduites d'eau construites dans les années 1920. Ses processus de gestion de l'eau étaient sur papier et la documentation était conservée dans des classeurs. La ville a engagé OHM Advisors, un cabinet d'architecture, d'ingénierie et de planification, pour créer des modèles hydrauliques basés sur le SIG avec Autodesk InfowaterPro afin de simuler plus de 40 scénarios de perturbations planifiées et non planifiées. Toutes les informations sont désormais stockées dans un tableau de bord numérique interactif auquel toutes les parties prenantes peuvent accéder. L'abandon de processus archaïques a conduit à la création d'un plan d'intervention d'urgence basé sur des flux de travail numériques.
5. Le défi olympique du Brésil
Peu après que Rio de Janeiro a remporté l'appel d'offres pour l'organisation des Jeux olympiques de 2016, la ville s'est trouvée confrontée à un défi de taille : séparer les eaux pluviales des eaux usées, qui s'écoulaient toutes deux directement dans les rivières et les océans locaux, via un système vétuste construit dans les années 1850. Dans la baie de Guanabara, 8 200 litres d'eaux usées se déversent dans l'eau chaque seconde. Les ingénieurs ont commencé par cartographier manuellement les conduites souterraines à l'aide d'Autodesk Civil 3D. Ils ont ensuite créé un modèle moderne du système séculaire avec BIM, ce qui a permis de réduire les conflits, d'économiser 15 millions de dollars et d'ouvrir la voie à un environnement plus sûr et plus propre pour les concurrents des Jeux olympiques et les habitants de Rio de Janeiro.
L'avenir de la gestion de l'eau
La gestion de l'eau est décentralisée, mais l'ensemble du secteur est confronté aux mêmes défis. La demande mondiale devrait augmenter la consommation d'eau de 20 à 50 % d'ici à 2050, ce qui accentuera encore la pression sur une ressource qui se raréfie. Au fur et à mesure que les données révèlent la situation désastreuse à laquelle le monde est confronté, elles forcent l'industrie à s'aligner pour atteindre des objectifs collectifs et garantir la résilience des systèmes et des infrastructures de l'eau. Ces solutions s'appuieront sur un avenir numérisé pour la gestion de l'eau.
Augmentation des investissements publics dans les infrastructures de l'eau
La pandémie a été un signal d'alarme pour les gouvernements, qui ont dû réinvestir dans le secteur. L'approvisionnement en eau est devenu plus qu'une question d'infrastructure ou de pénurie : c'était une question de santé publique immédiate.
Jusqu'à présent, aux États-Unis, cet engagement renouvelé a pris un bon départ.
- Le ministère de l'Intérieur s'apprête à dépenser 580 millions de dollars pour réparer les infrastructures hydrauliques dans l'Ouest.
- En 2021, la loi bipartisane sur les infrastructures a alloué 50 milliards de dollars à l'amélioration des infrastructures et des systèmes d'approvisionnement en eau.
- Ces dernières années, 80 villes du pays ont investi 9,5 milliards de dollars dans leurs ressources en eau et leurs infrastructures locales.
Investir dans les infrastructures ne signifie pas reconstruire à l'identique. Elles doivent être repensées pour un avenir résilient.
À Richmond, en Californie, West County Wastewater (WCW) modernise sa station d'épuration tout en réduisant son empreinte carbone. Le service public possède et exploite plus de 400 kilomètres de canalisations d'égout, 17 stations de relevage, près de 10 kilomètres de conduites sous pression et une usine de qualité de l'eau et de récupération des ressources qui reçoit 47 millions de litres par jour.
Lorsque le projet, baptisé Clean & Green, sera achevé, les améliorations et les mises à niveau des processus permettront d'économiser 78 millions d’euros sur la durée de vie de la nouvelle station et de réduire les émissions de gaz à effet de serre de 93 %. Au lieu de produire des boues destinées aux décharges, la station produira des biosolides de classe A utilisés pour l'agriculture. Enfin, les améliorations produiront de l'énergie à partir des boues digérées et d'un nouveau système de cogénération qui alimentera presque 100 % des activités de West County Wastewater.
Selon Keith Reynolds Jr, chef de projet principal pour WCW, le projet Clean & Green est un exemple ambitieux de l'engagement d'une entreprise de services publics en faveur de l'environnement et de ses contribuables. Il affirme que le projet sera un modèle d'efficacité énergétique et qu'il a permis à WCW de créer un programme de stages pour former les futurs professionnels de l'eau.
Une gestion de l'eau alimentée par l'IA
Alors que la demande en eau continue d'augmenter, de plus en plus d'agences de l'eau se tourneront vers les technologies intelligentes pour optimiser chaque partie du cycle de l'eau et de la gestion des actifs. Elles sont sur le point de dépenser 5,9 milliards d’euros en IA d'ici à 2030. En tirant parti de l'IA et de l'apprentissage automatique, elles peuvent garantir la qualité, réduire les fuites et le gaspillage d'eau, et optimiser la consommation d'énergie.L'IA créera une industrie alimentée par les données, plus durable et plus efficace.
Par exemple, Anglian Water, située dans l'est de l'Angleterre, utilise depuis quelques années une technologie alimentée par l'IA comme l'un des fondements de sa stratégie de l'eau intelligente. Dans ses installations de production de Wing Water Treatment Works, Anglian Water a utilisé les produits Autodesk pour construire 30 modèles de gestion de l'eau analysant des millions de données provenant de flux de données d'actifs en temps réel. Ces modèles continuent d'apprendre, de prédire et de répondre de manière dynamique aux problèmes qui surviennent dans le système, ce qui aide le personnel opérationnel à surveiller et à minimiser les coûts énergétiques et chimiques à l'échelle du système. Ce projet a déjà permis à l'entreprise d'économiser environ 179 000 euros .
Une main-d'œuvre plus forte
L'industrie de la gestion de l'eau adopte de plus en plus la technologie pour la conception et l'exploitation de ses systèmes, ce qui lui permet d'attirer les meilleurs talents. La prochaine génération de travailleurs comprend des experts du numérique qui souhaitent travailler avec des données et des technologies. Comme les machines et les robots prennent en charge une plus grande partie des tâches manuelles, la transition créera davantage d'occasions de perfectionner la main-d'œuvre actuelle, afin d'atteindre le niveau d'opérations intelligentes pour de meilleurs systèmes.
La gestion durable de l'eau est l'un des problèmes les plus urgents au monde. Pour mieux gérer cette ressource inestimable, les données seront la solution dont l'industrie a besoin. En fixant un objectif collectif pour faire avancer le secteur vers un avenir numérique, chacun peut contribuer à garantir la résilience de l'eau pour les générations à venir.