Groupe d’études et de recherche en analyse des décisions

Infrastructures intelligentes

Systèmes autonomes

L’entretien et le renouvellement de notre infrastructure va demander un investissement considérable dans les prochaines décennies. Par exemple, la plupart des ponts au Québec ont été construits dans les années soixante et ont déjà dépassé la moitié de leur vie utile. Des changements majeurs sont nécessaires pour nos systèmes de transport ou énergétiques, afin de faire face aux défis environnementaux. En même temps, les progrès des technologies de l’information nous donnent l’opportunité d’améliorer les capacités de notre infrastructure au lieu de simplement la réparer. Les chercheurs du GERAD réfléchissent ainsi à comment améliorer fondamentalement l’efficacité et la fiabilité de nos infrastructures.

Les infrastructures intelligentes : des systèmes de commande décentralisés

Un réseau électrique est équipé de boucles de commande qui permettent d’équilibrer production et demande en temps réel. Un défi actuel majeur est d’incorporer une portion de plus en plus grande d’énergie renouvelable dans le réseau, malgré la plus grande incertitude liée à cette production comparée à celle de l’énergie fossile. Cette tâche est toutefois facilitée par les programmes de « smart grids », qui fournissent plus de données sur la demande à travers les compteurs intelligents et éventuellement plus de possibilités de commande à travers l’ajustement de la demande. Par exemple, on pourrait étaler la recharge d’une flotte de véhicules électriques au cours d’une nuit afin de lisser un pic de consommation qui surviendrait si tout le monde branchait sa voiture en rentrant chez soi.

Pour résoudre ces défis, nous concevons des algorithmes de commande décentralisés, qui permettent d’intégrer des millions de capteurs et d’actuateurs tout en nécessitant des capacités limitées de communication. Un autre exemple de système de commande de grande taille est fourni par le problème de minimiser la congestion sur un réseau routier en coordonnant les feux de circulation, à partir de données mesurées en temps réel par de nombreux capteurs, depuis ceux intégrés dans la chaussée jusqu’aux téléphones intelligents envoyant les données de position des conducteurs.

L’émergence des robots autonomes

Les récentes percées en robotique et en vision par ordinateur permettent maintenant aux robots d’opérer hors des environnements contrôlés des laboratoires et des usines. L’aspect le plus visible de cette révolution est l’apparition des voitures autonomes, qui mèneront à une transformation en profondeur de nos systèmes de transport, en favorisant par exemple les systèmes de mobilité-sur-demande plutôt que la possession d’un véhicule. Un autre exemple est l’utilisation de robots mobiles comme les drones pour l’inspection autonomes d’infrastructures comme les lignes électriques, les ponts ou les bâtiments. Le GERAD développe des outils mathématiques pour la prise de décision sous incertitude, qui sont nécessaires pour que les robots puissent planifier leurs actions en temps réel.

Dimensions sociales

Un aspect critique d’une infrastructure intelligente est qu’elle supporte les activités d’une population d’utilisateurs, ce qui impose des contraintes sur le type d’algorithmes utilisables pour la prise de mesures et le support à la décision. Pour prédire comment les utilisateurs vont réagir à la mise en place d’un nouveau système, par exemple pour prédire l’impact d’un nouveau système d’information ou de régulation de trafic sur la congestion, on peut avoir recours à la théorie des jeux. Ensuite, il y a des inquiétudes justifiées liées aux pratiques d’utilisation des données personnelles, qui sont un fondement de la notion d’infrastructure intelligente, en particulier dues aux effets néfastes en termes de respect de vie privée. Ici encore, les méthodes mathématiques développées au GERAD permettent de mettre au point des méthodes d’analyse de données qui garantissent la préservation de leur confidentialité.