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

Le secteur de l’énergie fait fonctionner le monde tel que nous le connaissons, en fournissant l’électricité de nos foyers, l’énergie nécessaire aux industries et les fondations de la connectivité numérique. C’est le fil invisible qui fait tourner les rouages de la société au quotidien.

Alors que le monde s’attaque aux préoccupations environnementales liées à la consommation de combustibles fossiles et vise la neutralité carbone, l’attention s’est portée sur les solutions énergétiques durables. Cependant, même si le développement de nouvelles sources d’énergie est important, des efforts considérables sont également déployés pour améliorer les systèmes énergétiques actuels et les rendre plus efficaces, fiables et respectueux de l’environnement.

Les méthodes traditionnelles de production d’électricité et d’exploitation énergétique sont progressivement associées à des technologies avancées comme l’intelligence artificielle (AI). Plus précisément, la vision par ordinateur — l’utilisation de l’IA pour interpréter et analyser des données visuelles — joue un rôle essentiel pour relever les défis du secteur électrique.

La vision par ordinateur transforme la façon dont les systèmes d’énergie électrique sont surveillés, entretenus et optimisés. Examinons de plus près comment cette technologie est appliquée dans le secteur de l’énergie.

Comprendre le secteur électrique#

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

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

Fig. 1. Une ligne électrique.

Voici les principales parties prenantes du système de production d’électricité :

• Entreprises de services publics : ce sont les entreprises qui 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.

• Opérateurs de réseau : ils gèrent le réseau électrique et surveillent l’équilibre entre l’offre et la demande d’électricité. Ces entités supervisent également la stabilité du réseau, préviennent les pannes et intègrent les sources d’énergie renouvelable.

• Autorités de régulation : les organismes de réglementation, principalement les pouvoirs publics, font appliquer les politiques et les règles aux opérateurs de réseau. Ils veillent au respect des normes de sécurité, environnementales et économiques, et protègent les intérêts des consommateurs.

• Utilisateurs finaux : ce sont les consommateurs, tels que les ménages, les industries et les entreprises, qui utilisent l’électricité.

Principaux défis du secteur électrique#

Le secteur électrique fait face chaque jour à plusieurs préoccupations majeures. 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 un risque accru de défaillances, comme des ruptures de lignes électriques. La maintenance est souvent réactive plutôt que proactive, ce qui peut entraîner des arrêts coûteux et des problèmes inattendus. De plus, les réseaux obsolètes 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 électrique#

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, comme le font les 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 être utilisés pour vérifier les dommages sur les lignes électriques, inspecter les composants délicats des transformateurs, surveiller les circuits en temps réel et intervenir dans des environnements dangereux comme les zones à haute tension et les régions isolées.

Applications de la vision par ordinateur dans le secteur électrique#

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

Inspections par drone#

Des drones dotés d’IA et de capacités de vision par ordinateur, équipés de caméras haute résolution, peuvent inspecter les lignes électriques, les pylônes de transport, les fermes solaires et d’autres infrastructures électriques. Le processus consiste généralement à faire capturer par des drones pilotés par des humains ou autonomes des images et des vidéos de lignes électriques dans une zone donnée, qui sont ensuite analysées par des modèles de vision par ordinateur.

Des modèles comme Ultralytics YOLO11, qui prennent en charge des techniques telles que la détection d’objets et la segmentation d’instances, peuvent être utilisés pour identifier divers problèmes. Il peut s’agir de fissures, de corrosion, d’une emprise excessive de la végétation, d’interférences humaines à proximité des lignes électriques et de dommages matériels. Cette approche fondée sur l’IA accélère le processus d’inspection. Elle améliore également la sécurité en réduisant la nécessité pour les travailleurs d’effectuer des tâches dangereuses, 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 d’identifier les dommages potentiels. Grâce aux drones, 114 lignes électriques ont été inspectées et deux dommages cachés ont été identifiés et résolus efficacement.

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

Surveillance des sous-stations#

Les systèmes de surveillance intégrant la vision par ordinateur peuvent surveiller les postes électriques afin de détecter des anomalies telles que la surchauffe des transformateurs, les disjoncteurs, les fuites d’huile et les défaillances des équipements. Si tu examines 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 ensemble diversifié d’images représentant différentes anomalies des équipements, comme celles citées plus haut, nous pouvons créer un système robuste de détection automatisée des anomalies. Le modèle YOLO11 entraîné peut être utilisé pour reconnaître des motifs spécifiques et des écarts par rapport aux conditions normales de fonctionnement. En utilisant des innovations comme YOLO11, nous pouvons améliorer l’efficacité opérationnelle des postes électriques, éliminer les accidents du travail et rendre le lieu de travail plus sûr.

De nos jours, nous assistons à une multiplication de ces innovations de pointe. Par exemple, un chien robot alimenté par l’IA nommé Sparky a été utilisé pour étudier l’inspection de sous-stations par l’IA dans le Connecticut. Sparky intègre la vision par ordinateur et l’IA afin de lire et surveiller les jauges de tension, d’enregistrer des images thermiques et de détecter les dommages matériels. Il est équipé d’une caméra haute résolution avec un zoom 30x, d’une caméra infrarouge et d’un capteur acoustique pour lire les signatures sonores.

Fig. 3. Sparky, le robot, inspectant un poste électrique.

Surveillance des réseaux intelligents#

Les modèles de vision par ordinateur peuvent également être utilisés dans les systèmes de réseaux intelligents pour surveiller les flux d’électricité, identifier les goulots d’étranglement et détecter les vulnérabilités potentielles. Combinés à d’autres technologies d’IA, comme les capteurs de l’Internet des objets (IoT) et l’analyse de données, les systèmes de vision par ordinateur peuvent améliorer la surveillance des réseaux.

En particulier, lorsqu’ils sont associés à une technologie d’imagerie infrarouge, les modèles de vision par ordinateur peuvent capturer 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 les variations de température invisibles à l’œil nu. Cette technologie est utile pour identifier les points chauds, qui peuvent indiquer une surchauffe, des frottements ou des défauts électriques dans les équipements.

Dans le secteur électrique, l’imagerie infrarouge est particulièrement utile 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 rechercher des hausses soudaines de température. Si une caméra détecte des variations inhabituelles de température, elle peut alerter une équipe de maintenance. Celle-ci peut alors examiner le problème et prendre les mesures nécessaires, évitant ainsi d’éventuelles coupures et des risques pour la sécurité.

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

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

Le secteur électrique peut tirer de nombreux avantages de l’utilisation d’applications de vision par ordinateur. En voici quelques exemples :

• Réduction des coûts : la mise en œuvre de solutions fondées sur la vision permet de réduire les coûts de main-d’œuvre, notamment ceux associés à des tâches comme les inspections en ligne, qui sont longues et dangereuses.
• Prise de décision fondée sur les données : les informations recueillies par les modèles de vision peuvent être combinées aux données historiques pour prendre des décisions éclairées.
• Évolutivité : les modèles de vision par ordinateur sont flexibles et peuvent être déployés à n’importe quelle échelle. Ils peuvent facilement être étendus d’une petite zone à une plus grande, ou réduits d’une grande zone à une plus petite, sans nécessiter de changements majeurs.

En revanche, la mise en œuvre de systèmes de vision par ordinateur comporte certaines limites. Voici quelques-unes de ces préoccupations :

• Coût initial élevé : le déploiement de systèmes de vision par ordinateur, notamment de drones, de caméras et d’infrastructures d’IA, peut être coûteux. Pour les industries de petite taille, investir une somme importante dans une nouvelle technologie peut représenter un défi considérable.
• 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 lors des inspections par vision par ordinateur peut être affectée par des facteurs tels que l’éclairage, les conditions météorologiques et l’étalonnage de la caméra. Des conditions météorologiques défavorables, comme le brouillard, la pluie ou la neige, peuvent rendre ces inspections moins efficaces, en particulier en extérieur.

L’avenir de l’électricité#

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

Par exemple, la vision par ordinateur peut contribuer à réduire le risque d’erreur humaine, qu’il s’agisse d’identifier des problèmes sur les lignes électriques ou de prédire des défaillances d’équipements. 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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