Rendez les ponts vieillissant plus intelligents

Aux abords de Munich, en Allemagne, se trouve un pont de taille modeste. Long de seulement 20 mètres, il enjambe la rivière Isen à Schwindegg, et on l'aperçoit à peine lorsqu'on passe en voiture. Mais sous ce pont vieillissant à deux voies se trouve peut-être l'avenir de la gestion des infrastructures : près de 150 capteurs enregistrent presque tout – pression, déformation, inclinaison, vibrations et même la température de la structure.

Pourquoi ? Parce qu'il est très utile de savoir quels ponts sont susceptibles de se détériorer avant qu'il ne soit trop tard.

À l'heure où la plupart des pays peinent à entretenir leurs infrastructures, l'Allemagne utilise une technologie révolutionnaire de jumeau numérique pour surveiller et maintenir les structures critiques.

Piloté par le Dr Stefan Küttenbaum et Johannes Wimmer, le projet de Schwindegg est un effort collaboratif entre l’université de la Bundeswehr de Munich(Université militaire fédérale allemande située à Munich) et l’arrondissement de Muehldorf am Inn. Stefan Küttenbaum est le responsable du groupe de travail Infrastructures critiques à la Chaire Structures en béton, et Johannes Wimmer est adjoint à la recherche. Le Prof. Thomas Braml dirige la Chaire Structures en béton. L'initiative fait partie du plan de relance européen Next Generation EU, visant à renforcer la résilience et la durabilité des infrastructures stratégiques.

De nombreux ponts en Allemagne ont été construits il y a plus de 60 ans, plusieurs sonnt même là depuis un siècle ou plus. En raison de la détérioration liée au vieillissement et de décennies d'utilisation constante, des réparations et des améliorations sont urgemment nécessaires. Les ressources limitées au niveau du personnel, des budgets et du matérie, rendent irréaliste la rénovation de chaque pont. Mais la sécurité publique a-t-elle un prix ? Les citoyens peuvent se demander en traversant un pont : « Est-il sûr ? ».

« Nous sommes aujourd’hui face à des milliers de ponts qui nécessitent une rénovation immédiate, voire un remplacement », indique Thomas Braml. « Cependant, les ressources sont trop limitées pour remplacer chaque pont, et des durées de vie plus longues doivent être envisagées. »

Outre les problèmes de sécurité des ponts, il existe des défis liés à la gestion des données et à l'évolutivité. La gestion et l'analyse des quantités massives de données générées par les systèmes de surveillance installés sur de nombreux ponts est complexe. Le défi ? Créer des solutions évolutives pouvant être appliquées à plusieurs ponts, afin que même les petites collectivités disposant de compétences techniques limitées puissent bénéficier de ces systèmes.

La cybersécurité consitue également une préoccupation. Avec l'importance croissante des infrastructures numériques et la sensibilité des données concernées, il est essentiel de garantir la cybersécurité et la protection des données. Cela inclut le développement de systèmes capables de fonctionner en toute sécurité dans des environnements hybrides, susceptibles de présenter des risques.

La solution recherchée repose sur l'utilisation novatrice de la technologie du jumeau numérique, optimisée par des solutions avancées de gestion des données NetApp. Grâce aux capteurs, l'équipe collecte une multitude de données, qui sont ensuite transmises via une passerelle IoT à un data lake universitaire pour analyse.

L'Université de la Bundeswehr s'est associée au Fraunhofer Institute for Experimental Engineering (IESE) pour utiliser la technologie du jumeau numérique, reliant les mondes physique et digital par l'intégration de sources de données disparates de par leur provenance, leurs workflows et leur intelligence. Le projet de pont est la première application en conditions réelles de la technologie du jumeau numérique dès le début de son cycle de vie.

« Les jumeaux numériques permettent la capture et l'analyse précises des données des ponts en temps réel », indique Thomas Braml. « Ainsi, la maintenance est gérée de façon intelligente et prédictive. L'objectif est de prolonger la durée de vie tout en réduisant la consommation de ressources. Cela renforce considérablement la sécurité, l'efficacité et la durabilité dans le secteur des infrastructures. »

Les capteurs du pont alimentent une base de données qui crée une image numérique, laquelle sert ensuite à tester des processus et à réaliser des analyses. Ces informations numériques sont disponibles en parallèle pour d’autres projets ou services. La technologie NetApp est utilisée de plusieurs façons :

• Stockage des données : NetApp® StorageGRID® offre une solution de stockage performante et évolutive qui garantit que toutes les données collectées sont stockées en toute sécurité et facilement accessibles. StorageGRID permet une intégration transparente avec l’infrastructure IT existante, ce qui garantit que les données provenant des capteurs peuvent être gérées et récupérées efficacement.
• Sécurité des données : compte tenu de la nature sensible des données d’infrastructure, la sécurité est une priorité absolue. NetApp offre des fonctionnalités complètes de protection des données, notamment le chiffrement et des contrôles d’accès sécurisés, afin de protéger les données contre tout accès non autorisé. De plus, les données sont stockées dans un environnement de cloud privé sécurisé, garantissant ainsi la conformité aux réglementations strictes en matière de confidentialité.
• Surveillance en temps réel et maintenance prédictive : les solutions de gestion des données de NetApp permettent une surveillance en temps réel de l’état du pont. En intégrant des algorithmes de machine learning, le système peut analyser les tendances et prédire les problèmes potentiels avant qu’ils ne deviennent critiques. Cette approche proactive de la maintenance aide à prolonger la durée de vie du pont et à réduire le coût global des réparations.

« Nous faisons cela pour les exploitants de ponts, car ils disposent souvent de ressources trop limitées en termes de temps, de budget et de personnel pour gérer toutes les données d'évaluation et d'inspection et les flux d'informations associés », explique Stefan Küttenbaum. « Nous trouvons un moyen de les aider et de les soutenir grâce à la numérisation. La technologie nous permet de gérer et d'analyser efficacement de grands volumes de données et nous fournit les informations nécessaires pour prendre des décisions éclairées. »

• Évolutivité et transférabilité : l’un des principaux atouts de ce projet réside dans son évolutivité. Le système est conçu pour s’appliquer à une large gamme de ponts, des petites routes de district aux ouvrages de grande envergure. Cette évolutivité est essentielle pour répondre au problème généralisé du vieillissement des infrastructures.
• Informations basées sur les données : le projet fournit des données précieuses qui peuvent être utilisées pour prendre des décisions éclairées concernant l’entretien et la rénovation des ponts. Par exemple, les données recueillies ont révélé que les contraintes induites par la température sur les ponts peuvent être plus importantes que celles causées par le trafic. Cette information permet d’établir des prévisions plus précises et de meilleures stratégies d’entretien.
• Sécurité renforcée : compte tenu de la nature sensible des données d’infrastructure, le projet met également l’accent sur la cyber-résilience. Les données sont stockées dans un environnement de cloud privé sécurisé, ce qui garantit leur protection contre tout accès non autorisé.

L'avenir de ce projet est prometteur, avec des plans d'extension de la technologie du jumeau numérique à davantage de ponts en Allemagne et dans le monde. Les projets à venir comprennent l'installation de capteurs sur de nouveaux ponts et l'application d'algorithmes de machine learning pour améliorer l'analyse des données.

« Nous préparons tout avec les données, en regardant les capteurs et en déterminant lesquels sont fiables et lesquels ne le sont pas », a déclaré Johannes Wimmer.

L'équipe souhaite également intégrer des données provenant de diverses sources, y compris des observations satellitaires, afin de fournir une vue complète de l'état et des performances du pont.

Conclusion

Ce projet illustre comment la technologie des jumeaux numériques, optimisée par les solutions de données avancées NetApp, peut révolutionner la gestion des ponts, en proposant des solutions évolutives et fondées sur les données pour relever les défis du vieillissement des infrastructures. En intégrant des systèmes de surveillance avancés et en garantissant la sécurité des données, l’initiative établit une nouvelle norme en matière de résilience et de durabilité des infrastructures.