L’IA dans les équipements de construction : une nouvelle façon de bâtir

En général, quand on pense aux engins de chantier et aux machines lourdes, on imagine des personnes qui les pilotent manuellement. Cependant, avec l’essor de l’IA, de nombreux véhicules de chantier sont désormais automatisés afin de réduire les risques, d’améliorer la sécurité et d’accroître l’efficacité. Les véhicules autonomes et télécommandés sont de plus en plus courants dans le secteur de la construction.

Par exemple, Volvo a récemment mis au point le TA15, un tombereau entièrement autonome spécialement conçu pour transporter des matériaux lourds comme du sable, du gravier et des gravats vers les chantiers et depuis ceux-ci. Selon le ministère du Travail des États-Unis, le secteur de la construction affiche le troisième taux le plus élevé de blessures mortelles. En intégrant l’IA à la construction, nous pouvons réduire considérablement ces décès et améliorer les mesures de sécurité. Dans cet article, nous allons voir comment l’IA rend les engins de chantier plus intelligents, plus sûrs et plus efficaces, tout en stimulant l’innovation dans le secteur de la construction.

Comprendre l’intégration de l’IA aux engins de chantier#

Les engins et véhicules de chantier peuvent être impliqués dans des accidents en raison d’environnements de travail imprévisibles et d’erreurs humaines. Les systèmes dotés d’IA peuvent toutefois aider la direction à gérer efficacement les risques professionnels et à réduire ces erreurs. L’IA peut aussi servir à optimiser le fonctionnement des engins de chantier, à surveiller les performances des machines et à automatiser les calendriers de maintenance.

Voici un aperçu des principales technologies qui rendent ces innovations possibles :

• Vision par ordinateur : les machines peuvent analyser des données visuelles en temps réel grâce à des modèles avancés comme Ultralytics YOLOv8, afin de surveiller les chantiers, de suivre les stocks, de vérifier que les ouvriers portent des équipements de protection et de suivre les présences grâce à la reconnaissance faciale.
• Internet des objets (IoT) : l’IoT connecte les appareils et leur permet de partager des données. Les objets connectés portés par les ouvriers surveillent leur santé, tandis que des capteurs de proximité et de sécurité les alertent des dangers et avertissent la direction lorsque les engins nécessitent une maintenance.
• Analyse prédictive : grâce aux données historiques et à l’apprentissage automatique, l’analyse prédictive prévoit les événements à venir, repère les problèmes potentiels et contribue à optimiser les calendriers. Elle peut également prévoir les conditions météorologiques afin d’éviter les perturbations sur le chantier.

Fig. 1. Surveiller les ouvriers avec Ultralytics YOLOv8 et l’estimation de pose.

Applications de la vision par ordinateur dans les engins lourds#

La vision par ordinateur transforme le fonctionnement des engins lourds sur les chantiers et offre des solutions nouvelles et innovantes. Découvrons quelques applications intéressantes qui illustrent le potentiel de l’analyse d’images et de vidéos pour les engins de chantier.

IA et ponts-bascules sans opérateur#

Un pont-bascule est une balance utilisée pour peser les véhicules lourds. C’est essentiel dans le secteur de la construction pour veiller à ce que les véhicules respectent les limites de poids de sécurité pendant le transport. Traditionnellement, cette opération repose sur un agent en cabine qui enregistre manuellement des informations comme les heures d’entrée et de sortie des véhicules, les numéros d’immatriculation et le poids des chargements. Cette méthode manuelle peut toutefois être lente, sujette aux erreurs humaines et manquer de transparence.

Les ponts-bascules sans opérateur peuvent améliorer la précision, réduire les erreurs humaines, accélérer le processus et assurer une surveillance et une transparence en temps réel pour des opérations plus sûres et efficaces. Ils utilisent des appareils intégrant l’IA, comme des capteurs, des caméras, des écrans LED et un guidage vocal automatisé, afin de rationaliser l’ensemble du processus. À l’approche du camion du point d’entrée, des caméras équipées de la technologie de reconnaissance automatique des plaques d’immatriculation (ANPR) détectent sa plaque et vérifient son immatriculation. Si celle-ci est valide, le système autorise l’accès au pont-bascule.

Fig. 2. Un pont-bascule sans opérateur.

Des capteurs IoT de pesage en mouvement mesurent ensuite le poids du camion pendant son déplacement et, si nécessaire, avertissent le conducteur de s’arrêter à l’endroit adéquat pour une pesée précise. Le poids est analysé et comparé aux limites prédéfinies ; si le camion les respecte, le conducteur est dirigé vers la sortie. À la sortie, le système ANPR vérifie à nouveau le véhicule pour s’assurer qu’il s’agit bien de celui qui est entré, tandis que des caméras dotées de vision par ordinateur surveillent le processus pour repérer toute anomalie. En cas de problème, comme un chargement en surcharge ou une anomalie concernant le conducteur, le système alerte les superviseurs et prend les mesures correctives appropriées.

Surveiller la somnolence des conducteurs avec l’IA#

Une enquête du ministère des Transports des États-Unis montre que les camions sont le moyen le plus courant de transport de marchandises. Les camionneurs parcourent souvent de longues distances, y compris de nuit. C’est également le cas dans le secteur de la construction, où les camions sont essentiels pour déplacer des engins lourds et des matériaux entre les chantiers, parfois sur de très grandes distances. Conduire de nuit peut entraîner de la fatigue et augmenter le risque d’accident. Selon des études, la somnolence des conducteurs est à l’origine de 21 % des accidents mortels.

Pour résoudre ce problème, les constructeurs de camions utilisent la vision par ordinateur pour surveiller la somnolence des conducteurs. Les techniques de vision par ordinateur, comme la reconnaissance faciale, l’estimation de pose et la détection d’objets, peuvent servir à surveiller les mouvements des yeux, la position de la tête et les expressions faciales d’un conducteur. Par exemple, si ses paupières restent fermées au-delà d’une durée définie, le système peut le détecter et déclencher une alarme pour l’avertir. Les systèmes de détection de la somnolence sont largement utilisés dans les camions Tata et par d’autres constructeurs automobiles.

Fig. 3. Surveillance de la somnolence des conducteurs avec la vision par ordinateur.

Véhicules de chantier autonomes et IA#

Les conditions de travail sur les chantiers peuvent être difficiles, surtout en cas de températures extrêmes. Par exemple, sur les sites de travaux d’excavation, les ouvriers sont souvent confrontés à une chaleur intense, qui nuit à leur efficacité et impose de fréquentes pauses pour s’hydrater et se reposer. Pour réduire les temps d’arrêt dans ces conditions, des chercheurs mettent au point des véhicules de chantier autonomes, comme des bulldozers et des grues.

Ces machines autonomes sont équipées de caméras haute résolution et de technologies de vision par ordinateur qui analysent le terrain et évaluent des facteurs comme la pente, les sols meubles et les zones irrégulières. Elles utilisent la détection d’objets pour repérer les personnes et les engins, renforçant ainsi la sécurité en s’arrêtant automatiquement lorsqu’un obstacle est détecté. Des chercheurs de l’Université des sciences et technologies de Huazhong (HUST), en collaboration avec Shantui, ont récemment mis au point un bulldozer autonome capable de fonctionner à des températures extrêmes pouvant descendre jusqu’à -10 °C.

Fig. 4. Exemple de bulldozer autonome (source : constructionworld.in).

Optimisation de la consommation de carburant des engins lourds#

L’optimisation de la consommation de carburant est essentielle pour les entreprises de construction, mais la mise en œuvre de pratiques économes en carburant peut s’avérer difficile. Avec les fluctuations des prix du carburant et les nombreux conducteurs de véhicules de chantier, la gestion manuelle de la consommation devient complexe. Les systèmes de gestion du carburant fondés sur l’IA peuvent améliorer le processus et réduire la consommation.

Ces systèmes de gestion du carburant fondés sur l’IA sont entraînés sur de grands ensembles de données afin d’optimiser la consommation : ils génèrent plusieurs itinéraires possibles et recommandent le plus économe en carburant. Ils peuvent également être intégrés au calculateur moteur (ECU) du véhicule afin de fournir des recommandations de changement de vitesse en temps réel. En suivant ces recommandations fondées sur l’IA, les habitudes de conduite des différents conducteurs peuvent être optimisées, ce qui améliore le rendement énergétique.

Fig. 5. Ravitaillement d’un camion.

Avantages et inconvénients de l’IA dans les équipements de construction#

Les équipements de construction intégrant l’IA offrent de nombreux avantages, de la prise de décision fondée sur les données à la surveillance en temps réel. Voici quelques avantages clés :

• Durée de vie prolongée des équipements : une surveillance régulière et une maintenance effectuée à temps prolongent la durée de vie des machines.
• Réduction des temps d’arrêt : les processus automatisés et la maintenance prédictive réduisent les temps d’arrêt des équipements.
• Meilleure prise de décision : fournit des informations fondées sur les données, qui permettent de mieux gérer les ressources et les opérations.

Cependant, malgré l’adoption croissante de l’IA dans la construction, certains défis restent à prendre en compte :

• Investissement initial élevé : même si l’IA peut générer des économies à long terme, le coût de mise en œuvre de ces systèmes est important, ce qui peut constituer un obstacle pour les petites entreprises.
• Les préoccupations liées à la confidentialité : comme l’IA repose largement sur les données, il est essentiel d’assurer le stockage sécurisé et la protection de ces informations afin d’éviter tout accès non autorisé.
• Main-d’œuvre qualifiée : l’intégration de l’IA aux équipements de construction nécessite une formation spécialisée. Apprendre aux ouvriers à utiliser ces technologies peut représenter un défi de taille, surtout avec des horaires exigeants.

L’impact des véhicules de chantier pilotés par l’IA#

Le secteur de la construction adopte rapidement l’IA, et des entreprises comme Caterpillar et Daimler sont à l’avant-garde du développement de camions autonomes. En 2019, Daimler a présenté un prototype fonctionnel de son camion autonome, dont la commercialisation est prévue d’ici 2027. Le camion de transport autonome 797F de Caterpillar améliore déjà l’efficacité des opérations minières. De grandes entreprises comme BHP Group, Rio Tinto et Barrick Gold utilisent le 797F en continu et déclarent n’avoir enregistré aucun accident du travail. De même, TuSimple, une entreprise chinoise de transport autonome par camion, affirme que ses camions consomment 11 % moins de carburant que ceux conduits manuellement. En juin 2023, TuSimple a réalisé avec succès un trajet de 39 miles sans conducteur sur une route publique ouverte en Chine.

Alors que les camions autonomes continuent d’avoir un impact positif sur le secteur de la construction, le marché devrait croître à un taux de croissance annuel composé (CAGR) de 10 %. Grâce aux équipements de construction pilotés par l’IA, qui améliorent la sécurité et le rendement énergétique, les entreprises s’orientent vers des environnements de travail plus sûrs et plus durables.

L’avenir de l’IA dans les véhicules de chantier#

L’IA change la donne dans le secteur de la construction et rend les engins lourds plus intelligents, plus sûrs et plus efficaces. Des véhicules autonomes aux systèmes d’IA qui optimisent la consommation de carburant et surveillent les chantiers en temps réel, ces technologies contribuent à réduire les erreurs et à faire des économies. Malgré certains défis, comme le coût de la mise en œuvre de l’IA et de la formation des ouvriers, les avantages sont considérables. Porté par l’innovation en IA, l’avenir de la construction s’annonce plus productif, plus durable et plus innovant que jamais.

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