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L’augmentation de la population urbaine, la forte consommation de ressources, le vieillissement des infrastructures, le changement climatique, les systèmes complexes de distribution d’eau ne sont que quelques-uns des problèmes qui obligent les responsables de la ville à repenser leurs efforts en matière de durabilité et d’efficacité. La question de la gestion de l’eau potable et de la manière dont les services d’eau peuvent être habilités à prendre des décisions éclairées face aux problèmes combinés, est sous-jacente à chacun d’eux. La réponse est la suivante : les services d’eau doivent améliorer la gestion des systèmes de distribution d’eau en adoptant des outils avancés qui combinent la collecte de données de capteurs en temps réel, des analyses avancées et des capacités basées sur des modèles pour simuler des scénarios hypothétiques. Et, en remplissant toutes ces fonctions, c’est exactement là que Digital Twins for Water Utilities s’intègre dans le tableau.
Qu’est-ce qu’un jumeau numérique ?
En 2003, le Dr Michael Grieves a introduit les jumeaux numériques en tant que représentations numériques de produits physiques pour aider à optimiser le cycle de vie d’un produit, en particulier son processus de conception et de fabrication, et la maintenance subséquente pendant sa durée de vie. Selon M. Grieves, tout modèle de jumeau numérique doit contenir trois éléments essentiels :
- Actifs physiques.
- Un modèle virtuel des actifs physiques.
- Les connexions de données et d’informations qui relient les espaces virtuels et réels ensemble.
Depuis lors, de nombreux autres chercheurs ont développé la définition, les fondements et les technologies clés impliquées dans la construction d’un jumeau numérique, notamment:
- Modelage: Les modèles physiques et virtuels doivent décrire les principales caractéristiques du système.
- Connexion: Les systèmes physiques et virtuels doivent être connectés en permanence. Ce concept comprend la transmission, la conversion, le stockage, la protection, etc. de données.
- Analyse avancée des données : Pour obtenir des informations à partir d’un ensemble de données, celles-ci doivent être prétraitées (nettoyées et filtrées) et exploitées à la fois par des algorithmes d’analyse de données et d’intelligence artificielle (IA).
- Interaction et service : Pour optimiser ou adapter les processus du système en fonction des changements externes, le jumeau numérique doit être en mesure de suggérer des paramètres opérationnels optimaux une fois qu’ils ont été validés par des simulations.
Jumeau numérique — un modèle virtuel de l’actif physique
Jumeaux numériques pour les services d’eau: comment peuvent-ils résoudre les défis auxquels l’industrie est confrontée?
Dans un contexte de gestion urbaine, notamment en ce qui concerne le système d’approvisionnement en eau potable, les modèles hydrauliques sont devenus au fil du temps plus pertinents et sont couramment utilisés par les services d’eau pour prendre des décisions plus précises. Les jumeaux numériques aident les services d’eau non seulement à mieux comprendre les performances passées et actuelles de leurs systèmes d’eau, mais aussi à prédire et à optimiser les performances futures. Ils peuvent également simuler les changements potentiels et leur impact dans le monde virtuel avant qu’ils ne se produisent dans le monde physique. Ce niveau de virtualisation limite les risques pour les opérations réelles, aide les services publics à prendre des décisions rapides et basées sur les données, et les aide à réagir de la meilleure façon possible aux crises et autres scénarios de simulation. Compte tenu de l’ampleur du défi, à savoir la croissance démographique exponentielle, la rareté des ressources et le vieillissement des infrastructures, les systèmes traditionnels de distribution d’eau sont devenus de plus en plus complexes et difficiles à gérer. Par conséquent, les jumeaux numériques sont utilisés plus fréquemment dans les systèmes de distribution d’eau pour améliorer des problèmes tels que:
- Gestion d’actifs
- Localisation des fuites
- Optimisation des opérations du système
- Rendement énergétique
- Qualité de l’eau
- Planification des opérations de maintenance
- Intervention précoce en cas d’urgence
En bref, il est prévu que le modèle digital twin sera bientôt un système de soutien essentiel pour presque tous les types de prise de décision au sein de l’industrie. Nous avons discuté du parcours des jumeaux numériques pour les services d’eau avec des experts de l’industrie dans notre podcast vidéo, Qtalks. L’objectif de l’épisode était leur évolution et les moyens d’accélérer cela.
À quoi ressemblent les jumeaux numériques en action?
La mise en place d’un jumeau numérique peut être un processus long avec des coûts élevés. Vous trouverez ci-dessous quelques exemples de la façon dont les jumeaux numériques sont déjà appliqués dans l’exploitation et la gestion de systèmes de distribution d’eau réels.
L’extension EPANET-RTX
L’Agence de protection de l’environnement des États-Unis (EPA) et l’Université de Cincinnati ont créé l’extension EPANET-RTX, un cadre de modélisation hydraulique en temps réel basé sur le moteur EPANET. L’application, qui relie un modèle hydraulique à des données de terrain en temps réel, a été créée pour aider à comprendre le comportement hydraulique et de qualité de l’eau des systèmes de distribution d’eau et pour explorer le potentiel des modèles hydrauliques dans la représentation de systèmes réels. Ses capacités ont été testées avec succès sur le terrain pour une étude de cas du Northern Kentucky Water District.
WaterBox : un banc d’essai à petite échelle
WaterBox, un banc d’essai à petite échelle, a permis de simuler une surveillance avancée et de multiples scénarios de défaillance et d’anomalie, tels que des ruptures de canalisations ou des problèmes de communication, dans un environnement à sécurité intégrée. Cette approche permettait l’exécution en temps réel d’algorithmes de contrôle (alimentés à partir de données de capteurs) et visait l’optimisation énergétique, le contrôle automatique et la communication événementielle.
Qatium : un jumeau numérique rentable
Qatium fournit une solution rentable de jumeau numérique pour les services publics de l’eau qui maximise l’utilisation des solutions technologiques et des sources de données existantes. La solution comprend l’utilisation d’enregistreurs de données appartenant à la Ville qui fournissent un flux de données en direct via un tableau de bord Web existant et un lien vers l’historien SCADA. Un modèle hydraulique peut être généré uniquement sur la base de données SIG ouvertes et les liens entre le système de surveillance des bornes d’incendie et le modèle ont été activés via une couche API. Qatium permet également aux utilisateurs d’importer leurs réseaux à l’aide d’un assistant alimenté par l’IA qui les guide tout au long du processus, fournissant des informations et des suggestions d’améliorations possibles à mesure que le modèle est automatiquement construit.
Si vous souhaitez mettre en pratique un jumeau numérique, essayez Qatium. La création d’un compte est gratuite et permet de commencer à résoudre les problèmes décrits ci-dessus.
Les jumeaux numériques permettent une prise de décision basée sur les données
Les jumeaux numériques représentent une nouvelle méthode d’amélioration de la gestion des systèmes de distribution d’eau en permettant aux services publics de l’eau de simuler et de prédire des scénarios, d’analyser les performances et l’état des actifs et de tester virtuellement des scénarios pour les traiter efficacement dans le monde réel. À l’avenir, les jumeaux numériques seront cruciaux pour la prise de décision et feront partie intégrante de l’industrie de l’eau en améliorant les opérations du système d’eau, en réduisant les dépenses d’exploitation, en réduisant son impact environnemental et en assurant la sécurité de l’eau.
