Nos régions alpines sont au cœur du château d’eau de l’Europe. Cependant, du fait d’un cloisonnement technique et administratif entre les communes, de grandes disparités sont à constater dans la problématique d’adduction d’eau potable. Certaines communes disposent de ressources en eau potable en quantité et en qualité alors que d’autres, voisines, doivent recourir à des moyens techniques et financiers importants pour garantir un service de qualité et la sécurité d’approvisionnement.

Sur le plan mondial, des experts estiment que les besoins en eau vont sensiblement augmenter ces prochaines années de part le développement industriel de pays comme l’Inde ou la Chine. La problématique d’approvisionnement et de gestion de cette denrée apparaît comme une des préoccupations majeures de ce siècle.
Dans ce sens, les experts du CREM et de l’EPFL en collaboration avec différents partenaires industriels travaillent depuis mars 2007 au développement d’un outil de gestion municipale  intégrée du cycle de l’eau (SyGEMe). Ce projet doit permettre une gestion simplifiée des réseaux techniques urbains, mais  dans un premier temps, le concept SyGEMe sera uniquement développé pour le réseau d’adduction d’eau d’une municipalité.
Les innovations qui caractérisent ce projet sont principalement :


· L’intégration dans un même service web de données dynamiques télémesurées (niveau, débit, pression, etc.) et d’un système expert de gestion de la connaissance, le tout reposant sur un système d’information géographique.
· La possibilité de gestion évolutive du réseau avec une application web on-line paramétrable et modulaire plutôt qu’un logiciel figé dans le temps et dont la responsabilité de mise à jour est du ressort de l’exploitant.


De plus, l’accès aux différents services peut être défini en fonction de la catégorie d’utilisateur. L’architecture système a donc comme impératif de permettre une bonne flexibilité, un haut potentiel évolutif et un haut degré de réutilisation.
Pour ce faire, il a fallu tout d’abord définir une méthode de structuration des données disponibles ou devant être accessibles au travers de différents services proposés par SyGEMe. Cette première étape vise à fournir aux utilisateurs un produit web interactif dans lequel il est possible de publier, d’accéder et de modifier différents types de données provenant de mesures, constats ou situations inhérentes au réseau d’adduction d’eau. Tous ces éléments sont visualisés dynamiquement sur la base d’un service cartographique.
Vient se greffer sur le système une gestion de la connaissance. Le système expert se réfère à une base de constats stockés, de règles de modélisation et d’un moteur d’inférence qui permet de proposer des tâches aux utilisateurs en fonction des problèmes rencontrés sur le réseau d’eau. La gestion de la connaissance se veut évolutive puisqu’elle est en tout temps modifiable et paramétrable par les utilisateurs suivant les situations qu’ils ont rencontrées précédemment. Le système expert peut alors être perçu comme un outil d’aide à la décision.

L’architecture de ce projet est de type WSOA (Web Services Oriented Architecture). En d’autres termes, il s’agit d’une plateforme de services disponibles via le web. Le module d’affichage communique avec un service GIS (ArcGIS) pour la cartographie, avec un service OLAP de télémesures (en temps réel) et un service logique (système expert). L’avantage de cette architecture est qu’elle est totalement flexible et modulaire. Elle s’adapte à différents besoins, technologies de développement et différents types d’utilisateurs.

Cet article a pour but de présenter en détail les concepts introduits précédemment, à savoir le géomonitoring, la structuration de l’information, la gestion de la connaissance et l’architecture système du projet SyGEMe.

L’enjeu du projet SyGEMe est de fournir aux exploitants de réseau un outil leur permettant  d’en faciliter la gestion, soit d’augmenter la sécurité d’approvisionnement du flux distribué. Les objectifs principaux assignés au système consistent à pérenniser l’expérience acquise par les exploitants, diminuer le temps de réponse suite à une avarie du système et optimiser la maintenance « prédictive » de l’infrastructure réseau.

Pour répondre à ces objectifs, une première étape de structuration des données (définition d’un modèle de données géographiques) et d’analyse des processus de gestion des réseaux, en particulier d’adduction d’eau, a permis de consolider le réseau de services idéaux à mettre à disposition des exploitants.

Une partie des services définis, dits obligatoires, seront nécessaires à la mise en place du système car ils  sont un pré-requis pour tous les autres services, dits optionnels. Il s’agit de :

- l’accès aux données géographiques et attributives  en ligne ;
- l’accès aux données de monitoring (résultats de mesures) en ligne ;

L’idée qui est à l’origine du concept SyGEMe, le géomonitoring,  consiste à intégrer des données de mesures sur une base cartographique : Ce service consistera à récupérer, analyser et publier (avec géo localisation) des données dynamiques de télémesures qui caractérisent le fonctionnement du réseau. Cette intégration des données de mesures et de la topologie des réseaux permettra d’analyser en continu l’exploitation des réseaux et d’émettre des alarmes lors de situations hors norme. Pour l’exploitant, la porte d’entrée cartographique dans le système lui permettra d’optimiser sa visualisation de l’état du réseau, soit aussi sa compréhension. De plus, les utilisateurs de SyGEMe devront être en mesure de paramétrer le système dans l’optique de lui faire émettre des alarmes, voir des propositions de diagnostics, suite à la détection de situation hors norme.
Ainsi, l’innovation principale de SyGEMe est proposée en intégrant les services existants sur une même plateforme. Cette dernière sera de plus utilisée comme base pour développer d’autres nouveaux services innovants qui pourront être contractés par l’exploitant indépendamment les uns des autres.
Concernant la structuration de l’information, le concept SyGEMe se doit de fournir une solution intégrée, tant pour la visualisation à partir de la géographie de télémesures dynamiques, que pour  la gestion et l’organisation des constats, des tâches, des notes, des contacts et d’autres informations. Cette solution organise le travail de l’exploitant de réseau, pérennise les connaissances qu’il acquiert et lui permet de collaborer plus efficacement avec les autres acteurs (décideurs, centrales téléphoniques, bureaux d’ingénieurs), tout ceci de manière centralisée.

Dans cette optique, le système devra intégrer la documentation et le géo référencement des objets et des événements. Aux objets usuels composant le système physique d’adduction d’eau, on distingue ici les attributs et les événements liés aux flux, à savoir d’une part les capteurs (appareils de mesure), et d’autre part les constats et les tâches à l’origine des variations de flux (réglages, fuites, …).

Ainsi un capteur est attribuable aussi bien à un objet (par exemple un débit est attribué à une canalisation) qu’à un flux. De même, un événement est attribuable aussi bien à l’objet (par exemple un réglage de vanne est attribué à une canalisation) qu’au flux sur lequel l’événement a une incidence.

Cette intégration des objets, des équipements de mesure des flux et des événements, permet un accès à la documentation à partir de la géographie certes, mais aussi à partir des courbes de mesures (cf. Figure 2). Ainsi lors de la lecture d’une courbe de mesure, la visualisation des événements liés permet d’expliquer les variations de flux et inversement, toute variation de flux peut expliquer l’origine d’un événement.

La pérennisation des connaissances des exploitants de réseau est prévue au travers de la saisie et de la structuration des règles et expériences acquises sur le terrain. Cette structuration sera réalisée en enregistrant dans le système tous les évènements liés à la gestion du réseau, soit les constats (plainte, rupture d’alimentation, niveau haut, chantier en cours, etc.) et les tâches (contrôle bactériologique, maintenance des éléments, réparation, etc.). Ces évènements seront caractérisés d’une part par leur géolocalisation et d’autre part par leur temporalité (date, heure, fréquence, etc.). Enfin, ces événements pourront être liés entre eux en élaborant des processus, successions de constats et de tâches. Ainsi, les services supplémentaires, liés à la structuration de la connaissance, qui pourront être contractés avec les utilisateurs sont :

- Géoréférencement et « agendement » de l’ensemble des constats: Une fiche de saisie pour les constats est proposée à l’exploitant qui y entre les informations de manière structurée. Cette saisie est réalisée automatiquement par la solution SyGEMe en cas de constat d’alarme lié à une télémesure.  Le constat est ainsi agendé (tel un rendez-vous) et aisément accessible par l’exploitant qui est alerté lors de l’émission d’un nouveau constat. Chaque constat doit être validé par l’exploitant. Lors de la validation, une fiche de saisie « Tâche » est directement proposée, pour validation et échéance.

- Géo référencement et planification de l’ensemble des tâches géoréférencées : A chaque validation de constat, la solution SyGEMe édite automatiquement une fiche « Tâche » sur laquelle figure des informations proposées par le système expert. La tâche est ainsi planifiée et aisément accessible par l’exploitant qui est alerté avant son échéance. A l’échéance d’une tâche, l’exploitant l’édite et la caractérise comme « réalisée » ou « abandonnée » ou la reporte à plus tard.

- Enchaînement des événements : La réalisation ou l’abandon d’une tâche peut amener l’exploitant à éditer un nouveau constat ou une nouvelle tâche. Cette opération permet de lier les constats et les tâches entre elles afin de créer des chaînes d’événements (appelées «Processus»). Ces «processus» sont alors considérés par le système expert comme des expériences et serviront à l’avenir pour l’édition des tâches proposées.

- Diffusion des événements : L’agenda ainsi constitué de constats et de tâches est accessible aux divers acteurs de la gestion du réseau. Tous sont informés de l’ensemble des événements et peuvent réagir auprès de l’organe décisionnel afin d’enrichir l’analyse.

Par définition, un système expert est un outil capable de reproduire les mécanismes cognitifs d’un expert, dans un domaine particulier. Le système expert SyGEMe se basera ainsi sur les 3 composants habituels, à savoir :

- une base de faits stockant l’ensemble des constats et tâches sous-jacentes ;

- une base de règles modélisant un ensemble de cas d’utilisation propre au comportement d’un réseau d’adduction d’eau ;

- un moteur d’inférence apte à appliquer les règles saisies en vue de produire des constats et de proposer aux utilisateurs des tâches potentielles pour solutionner le problème rencontré.

A la différence d’un système de réseau neuronal pouvant apprendre de lui-même, le système expert mis en œuvre pour ce projet ne se substituera pas à l’expérience ni aux connaissances des utilisateurs.

Outre sa fonctionnalité d’agir comme chef d’orchestre entre les différents composants, il officiera également comme outil d’aide à la décision en proposant un ensemble de solutions basé sur l’historique des tâches précédemment effectuées pour résoudre un même problème. Les utilisateurs conserveront ainsi constamment la main sur les actions qu’ils souhaitent définitivement entreprendre.

Au terme de ces séances, les intégrateurs prennent le relais et implémentent les processus (Workflow) à l’aide d’outils de développement graphique et les publient sur le système expert.

Il existe 2 catégories de processus (Workflow) au sein du système expert :

1. Les processus automatiques (Rapatriement, Stockage et Analyse des télémesures, Emission des alarmes, Analyse des connaissances, etc…)

2. Les processus liés aux événements notifiés par les utilisateurs du système
Chaque processus (Workflow) de la 2^ème catégorie est lié à un type de constat qui représente l’événement déclencheur du processus, ainsi lorsqu’un utilisateur saisi un constat, le processus associé démarrera automatiquement. Chaque type de constat possède un schéma XSD permettant de définir les données que l’utilisateur devra saisir lors de l’ajout du constat depuis l’interface géographique.
Ensuite, lors de son exécution le processus assigne des tâches aux différents utilisateurs selon des schémas de tâches prédéfinis par les ingénieurs hydrauliciens. Chaque utilisateur peut consulter les tâches qui lui sont assignées directement dans la liste des tâches de l’interface géographique.

A la fin de son exécution chaque processus est archivé dans la base des faits et ensuite utilisé comme expérience par les processus d’analyse de la connaissance.
Les utilisateurs peuvent à tout moment  créer des chaînes d’événements en groupant les constats et les tâches relatifs à un même phénomène sous la forme de processus logiques. Ces processus logiques permettent au système expert de récolter l’expérience des utilisateurs du système.

L’architecture du système expert a été conçue afin de permettre l’évolution continue de la solution sans devoir recourir à des modifications du code source. Pour ce faire l’intégrateur dispose d’une interface graphique lui permettant de charger les processus (workflow) dans le système expert, de définir les schémas de constats et de tâches, d’associer les constats et les processus, etc… Ainsi la solution peut évoluer  dynamiquement au fil du temps, sans devoir interrompre le fonctionnement du système et sans toucher aux composants et au code source.

L’architecture du concept SyGEMe est de type WSOA (Web Services Oriented Architecture), architecture orientée services, implémentée avec des services web.
Le choix d’une telle structure provient de la flexibilité qu’elle sous-tend. Cette architecture modulaire permet en effet un haut potentiel évolutif et un haut degré de réutilisation (par exemple : adaptation à d’autres types de réseaux). L’interopérabilité, au sens des fonctionnalités transversales qu’elle permet, ainsi que la facilité de diffusion, par le biais de l’Internet, font d’un tel type d’architecture un choix intéressant pour répondre aux exigences du projet SyGEMe

Le système expert s’occupera de l’ensemble de la gestion événementielle du réseau, liée aux processus métiers. Il pourra faire appel aux « géoservices » offerts par ArcGIS Server, ainsi qu’aux contenus des cubes OLAP (On-line Analytical Processing) des « services de télémesures » et à la base de connaissances du « système expert », afin de faire :

- les mises à jour automatiques des données du système (ex : transfert des fichiers plats vers le cube OLAP)
- l’analyse des télémesures (ex : création d’alarmes automatiques)
- le stockage de l’information des événements du réseau, constats, et manuellement par l’usager ou automatiquement par le système expert lui-même, dans la base de connaissance.

Le module contrôleur représente la couche d’orchestration de l’application web qu’est SyGEMe. Il peut être décomposé comme le montre la Figure 6. Le contrôleur consomme des données venant des services web, y compris les « services logiques », et communique aussi avec des bases de données spécifiques pour la gestion des utilisateurs et la gestion des services SyGEMe. Cette structure permettra d’interpréter les actions de l’usager sur l’interface client, d’exécuter les commandes nécessaires et de renvoyer les résultats à destination du client web.

Ceci implique la séquence des opérations suivantes :

1. Le module 1 construit un objet qui contient les informations nécessaires pour l’action de l’usager, en fonction du contexte d’utilisation, et l’envoi soit au module 2 ou 3.

2. Le module 2 authentifie l’usager dans le système, crée un objet contenant le schéma d’utilisation pour la session en fonction du profil de l’utilisateur, et l’envoi au module 3.

3. Ensuite, le module 1 communique avec le module 3 pour chaque action de l’usager. Ce dernier établit quelles sont les tâches logiques à exécuter et ordonne au module 4 d’exécuter les tâches nécessaires.

4. Le module 4 demande finalement au module 5 de créer la page à afficher.
Cette boucle continue pour gérer la session d’utilisation de l’usager sur le client web.

De part les choix utilisés pour l’architecture système, le géomonitoring et le système expert sur une base SIG, SyGEMe se propose d’offrir un service inédit évolutif pour la gestion des réseaux d’adduction d’eau. Son objectif est d’amener les utilisateurs vers une plateforme qui lie différents systèmes actuels et permet une vision globale et systémique. L’exploitant pourra ainsi :

- Analyser en temps réel le fonctionnement du réseau

- Diminuer les temps de réactions suite à différentes situations hors-norme (alarme de niveau d’eau, rupture de conduite…)

- Gérer le réseau sur un système d’information dynamique structuré qui facilite l’accès aux connaissances métier liées à l’exploitation du réseau.

L’architecture WSOA choisie permet de fournir une palette de services au travers d’internet. Elle permet une flexibilité et une adaptation en tous temps selon les besoins des utilisateurs. Une étude marketing est en cours afin de déterminer quels seront les services qui devront être ajoutés à ceux déjà définis et existants dans SyGEMe.
L’accès aux différentes bases de données de géolocalisation (ArcGIS), de données télémesurées (OLAP) et de gestion de la connaissance (système expert) permet de visualiser respectivement d’éditer les flux et constats, d’alimenter et de paramétrer les tâches à exécuter en cas de situation hors-norme, d’archiver les événements et données attributives sur une seule et même plateforme accessible par le web.
Enfin, cette structure d’information permettra aussi une optimisation des réseaux d’adduction d’eau au plan régional dans le cas où des communes voudraient échanger ou communiquer leurs connaissances acquises dans SyGEMe. Une telle collaboration pourrait permettre entre autres de:

- Optimiser les réseaux d’eau en favorisant le turbinage et minimisant les pompages

- Optimiser et valoriser les infrastructures existantes afin de subvenir globalement à l’approvisionnement en eau potable

- Définir un plan de mesures à réaliser afin d’améliorer la qualité des services et de diminuer les coûts d’exploitation

- Diminuer le temps d’intervention et distribuer l’eau par un réseau partenaire en cas de situation hors exploitation (travaux, dégâts, assainissement important)

A ce jour, une première version de SyGEMe fonctionne. Il intègre la géolocalisation, le monitoring de données (éditées aléatoirement pour le moment) et l’édition d’événements. Reste encore à lier le système expert, automatiser certains processus, permettre l’accès aux télémesures, éditer les données attributives et gérer le stockage et l’archivage dans les différentes bases de données.

[1]  S. Storelli, CREM, Centre de Recherches Energétiques et Municipales, Martigny, Suisse : « Un projet pilote implémenté à Evolène (Valais Suisse) », Géomatique Expert – N 52 –Août-Septembre 2006

[2] Cherix, G.; Storelli, S.; Bussien, T.; Lindemann, D. ; (2007). SyGEMe: Définition des spécifications et analyse des interactions entre les besoins métier, l’architecture du système et la définition de fonctionnalités innovantes.  Géomatique Expert - N°58 - août septembre 2007 (p. 36-41).

[3] Cherix, G. ; (2007). SyGEMe: un système intelligent de gestion de l’eau potable. Valorisation de l’eau potable. Séminaire 2007, Bouveret

[4] Cherix, G. ; Bussien, T. ; Ghoorbin K. ; Storelli S.; (2008). SyGEMe: Système de gestion municipal intégré du cycle de l’eau. GIS SIT 2008, Zürich