Innover grâce à la vision par ordinateur et à l’IA dans le secteur de l’énergie

Le secteur de l’énergie alimente notre quotidien : il fournit de l’électricité à nos foyers, de l’énergie aux industries et les bases de la connectivité numérique. C’est le fil invisible qui fait tourner chaque jour les rouages de la société.

Alors que le monde s’inquiète des conséquences environnementales de la consommation de combustibles fossiles et cherche à atteindre la neutralité carbone, l’attention s’est tournée vers les solutions énergétiques durables. Cependant, s’il est important de développer de nouvelles sources d’énergie, des efforts considérables sont également déployés pour améliorer les systèmes énergétiques actuels et les rendre plus efficaces, plus fiables et plus respectueux de l’environnement.

Les méthodes traditionnelles de production d’électricité et d’exploitation énergétique intègrent progressivement des technologies avancées comme l’intelligence artificielle (IA). Plus précisément, la vision par ordinateur, qui consiste à utiliser l’IA pour interpréter et analyser des données visuelles, joue un rôle croissant dans la résolution des défis du secteur électrique.

La vision par ordinateur transforme la surveillance, la maintenance et l’optimisation des systèmes électriques. Voyons de plus près comment cette technologie est appliquée dans le secteur de l’énergie.

Comprendre le secteur de l’électricité#

Avant d’examiner les applications de la vision par ordinateur dans le secteur de l’électricité, il est important de comprendre pourquoi elles comptent et qui elles concernent.

La production d’électricité est un élément clé du secteur de l’énergie et comprend quatre étapes principales : la production, le transport, la distribution et la consommation. Tout commence par la production d’électricité dans des centrales, qui peuvent utiliser des ressources comme les combustibles fossiles, l’énergie nucléaire ou des sources renouvelables comme l’éolien, le solaire et l’hydroélectricité. L’électricité produite est ensuite transportée sur de longues distances par des lignes à haute tension. Une fois qu’elle atteint les postes à haute tension, elle est distribuée par des sous-stations, puis acheminée vers les logements, les entreprises et les industries par des lignes à plus basse tension.

Fig. 1. Une ligne électrique.

Voici les principaux acteurs du système de production d’électricité :

• Entreprises de services publics : ces entreprises produisent de l’électricité dans des centrales et la transportent jusqu’aux consommateurs. Elles sont chargées d’entretenir les infrastructures et de garantir un approvisionnement constant.
• Gestionnaires de réseau : ils gèrent le réseau électrique et surveillent l’équilibre entre l’offre et la demande d’électricité. Ils supervisent également la stabilité du réseau, préviennent les pannes et intègrent les sources d’énergie renouvelable.
• Organismes de réglementation : ces organismes, principalement gouvernementaux, font appliquer les politiques et les règles aux gestionnaires de réseau. Ils veillent au respect des normes de sécurité, d’environnement et d’économie, et protègent les intérêts des consommateurs.
• Utilisateurs finaux : il s’agit des consommateurs, comme les ménages, les industries et les entreprises, qui utilisent l’électricité.

Principaux défis du secteur de l’électricité#

Le secteur de l’électricité fait face quotidiennement à plusieurs problèmes majeurs. De nombreux systèmes électriques reposent sur des infrastructures vieillissantes qui n’ont pas été conçues pour répondre aux besoins énergétiques actuels, ce qui entraîne des inefficacités et accroît le risque de défaillances, comme des ruptures de lignes électriques. La maintenance est souvent réactive plutôt que préventive, ce qui peut provoquer des arrêts coûteux et des problèmes inattendus. De plus, les réseaux vieillissants peinent à s’adapter efficacement à l’évolution des besoins énergétiques. Résoudre ces problèmes est essentiel pour créer un système énergétique stable et fiable pour l’avenir.

Le rôle de la vision par ordinateur dans le secteur de l’électricité#

La vision par ordinateur est un sous-domaine de l’IA qui aide les machines à voir et à comprendre les informations visuelles du monde qui les entoure, à l’instar des humains. Un modèle de vision par ordinateur peut être entraîné à identifier des objets et des motifs dans des images et des vidéos afin de prendre des décisions éclairées.

Dans le secteur électrique, des modèles d’IA visuelle comme Ultralytics YOLO11 peuvent servir à vérifier si les lignes électriques sont endommagées, à inspecter les pièces délicates des transformateurs, à surveiller les circuits en temps réel et à intervenir dans des endroits dangereux comme les zones à haute tension et les zones éloignées.

Applications de la vision par ordinateur dans le secteur de l’électricité#

Les innovations en vision par ordinateur peuvent s’avérer utiles à diverses fins dans le secteur de l’électricité, notamment pour l’inspection, la surveillance et la gestion. Examinons de plus près quelques cas d’utilisation en temps réel des modèles de vision par ordinateur dans le secteur de l’énergie.

Inspections par drone#

Les drones d’IA dotés de capacités de vision par ordinateur et équipés de caméras haute résolution peuvent inspecter les lignes électriques, les pylônes de transmission, les fermes solaires et d’autres infrastructures électriques. Le processus consiste généralement à utiliser des drones pilotés par un humain ou autonomes pour capturer des images et des vidéos de lignes électriques dans une zone donnée, puis à analyser ces données avec des modèles de vision par ordinateur.

Les modèles, comme Ultralytics YOLO11, qui prennent en charge des techniques telles que la détection d’objets et la segmentation d’instances, peuvent être entraînés sur des jeux de données aériennes comme TTPLA pour repérer différents problèmes. Ceux-ci incluent les fissures, la corrosion, l’empiètement de la végétation, les intrusions humaines à proximité des lignes électriques et les dommages aux équipements. Cette approche fondée sur l’IA accélère le processus d’inspection. Elle améliore aussi la sécurité en réduisant le besoin de faire effectuer des tâches dangereuses par des travailleurs, comme escalader des pylônes ou travailler dans des zones à haute tension.

Jiaozuo, une ville chinoise, en est un excellent exemple : des drones y sont utilisés pour améliorer la sécurité des lignes de transport du réseau électrique national. Des drones pilotés par des humains patrouillent les lignes de transport afin de repérer les dommages potentiels. Grâce aux drones, 114 lignes électriques ont été inspectées et deux défauts cachés ont été détectés et résolus.

Fig. 2 Des travailleurs inspectent une ligne électrique à l’aide de drones.

Surveillance des sous-stations#

Les systèmes de surveillance intégrés à la vision par ordinateur peuvent surveiller les centrales électriques afin de repérer des anomalies telles que la surchauffe des transformateurs, les défaillances des disjoncteurs, les fuites d’huile et les pannes d’équipement. En examinant le fonctionnement interne de ces systèmes, tu trouveras généralement un modèle de vision par ordinateur entraîné sur mesure.

Par exemple, en entraînant un modèle YOLO11 personnalisé sur un jeu de données varié d’images illustrant différentes anomalies d’équipement, comme celles énumérées ci-dessus, nous pouvons créer un système robuste de détection automatique des anomalies. Le modèle YOLO11 entraîné peut reconnaître des motifs précis et des écarts par rapport aux conditions normales de fonctionnement. En utilisant des modèles comme YOLO11, nous pouvons améliorer l’efficacité opérationnelle des centrales électriques, réduire les accidents du travail et rendre le milieu de travail plus sûr.

Aujourd’hui, nous constatons une hausse de ce type d’innovations. Par exemple, un chien robotisé doté d’IA nommé Sparky a servi à explorer l’inspection des sous-stations par l’IA dans le Connecticut. Sparky intègre la vision par ordinateur et l’IA pour lire et surveiller les indicateurs de tension, enregistrer des images thermiques et détecter les dommages aux équipements. Il est doté d’une caméra haute résolution avec un zoom 30x, d’une caméra infrarouge et d’un capteur acoustique qui lit les signatures sonores.

Fig. 3 Sparky, le robot, inspecte une centrale électrique.

Surveillance des réseaux intelligents#

Les modèles de vision par ordinateur peuvent également être appliqués aux réseaux électriques intelligents pour surveiller les flux d’électricité, repérer les goulets d’étranglement et détecter les vulnérabilités potentielles. Associés à d’autres technologies, comme les capteurs de l’Internet des objets (IoT) et l’analyse des données, les systèmes de vision par ordinateur peuvent améliorer la surveillance du réseau.

En particulier, lorsqu’ils sont associés à la technologie d’imagerie infrarouge, les modèles de vision par ordinateur peuvent détecter les signatures thermiques. L’imagerie infrarouge est une technique qui capture des images d’objets en fonction de leur émission de chaleur. Elle utilise des caméras thermiques fonctionnant dans le spectre infrarouge pour détecter des variations de température invisibles à l’œil nu. Cette technologie est utile pour repérer les points chauds, qui peuvent indiquer une surchauffe, des frottements ou des défauts électriques dans les équipements.

Dans le secteur de l’électricité, l’imagerie infrarouge est particulièrement précieuse pour détecter des problèmes tels que la surchauffe des transformateurs, des disjoncteurs et des lignes électriques. Une caméra infrarouge dotée de capacités de vision par ordinateur peut surveiller les poteaux électriques en temps réel et repérer les hausses soudaines de température. Si une caméra détecte des variations de température inhabituelles, elle peut avertir une équipe de maintenance. L’équipe de maintenance peut alors examiner le problème et prendre les mesures nécessaires, évitant ainsi d’éventuelles pannes et situations dangereuses.

Fig. 4 Utilisation de la vision par ordinateur pour détecter les pics de température sur les poteaux électriques.

Avantages et inconvénients de la vision par ordinateur dans le secteur de l’énergie#

Le secteur de l’électricité peut tirer de nombreux avantages des applications de vision par ordinateur. En voici quelques exemples :

• Réduction des coûts : La mise en œuvre de solutions basées sur la vision peut réduire les coûts de main-d’œuvre, en particulier ceux associés à des tâches comme les inspections en ligne, qui prennent du temps et sont dangereuses.
• Prise de décision fondée sur les données : les informations tirées des modèles de vision peuvent être combinées aux données historiques afin de prendre des décisions éclairées.
• Évolutivité : Les modèles de vision par ordinateur sont flexibles et peuvent être déployés à n’importe quelle échelle. Il est facile de les adapter à une zone plus grande ou plus petite sans apporter de changements majeurs.

En revanche, la mise en œuvre de systèmes de vision par ordinateur présente certaines limites. En voici quelques-unes :

• Coût initial élevé : Le déploiement de systèmes de vision par ordinateur, notamment de drones, de caméras et d’infrastructures d’IA, peut coûter cher. Pour les petites entreprises du secteur, investir une somme importante dans de nouvelles technologies peut représenter un défi de taille.
• Confidentialité et sécurité des données : les systèmes d’IA visuelle impliquent souvent la collecte et le traitement de données sensibles, ce qui soulève des préoccupations en matière de confidentialité et de sécurité.
• Limites environnementales : La qualité des données visuelles recueillies lors des inspections par vision par ordinateur peut être affectée par des facteurs comme l’éclairage, la météo et l’étalonnage des caméras. Des conditions météorologiques défavorables, comme le brouillard, la pluie ou la neige, peuvent réduire l’efficacité des inspections, surtout à l’extérieur.

L’avenir de l’électricité#

La vision par ordinateur est un outil fiable pour relever les défis complexes du secteur de l’électricité. En automatisant les inspections visuelles, en analysant de grandes quantités de données et en permettant une surveillance en temps réel, les solutions fondées sur l’IA peuvent jouer un rôle essentiel pour répondre aux besoins énergétiques actuels.

Par exemple, la vision par ordinateur peut contribuer à réduire les risques d’erreur humaine, qu’il s’agisse de repérer des problèmes sur les lignes électriques ou de prévoir les défaillances d’équipement. À mesure que l’adoption de l’IA progresse et que le secteur de l’énergie évolue, ces technologies joueront un rôle clé dans le développement des énergies vertes et la création de réseaux électriques plus respectueux de l’environnement.

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