L'intelligence artificielle peut-elle sauver l'approvisionnement en eau de Los Angeles d'un grand tremblement de terre ?

Des chercheurs de l'USC se sont lancés dans un projet innovant pour prouver que c'est possible. Grâce aux fonds fédéraux, Des experts de l'USC Center for Artificial Intelligence in Society (CAIS) travaillent avec les autorités de la ville de Los Angeles pour trouver des solutions pour la plomberie vulnérable. L'objectif est d'apporter des améliorations chirurgicales aux pipelines stratégiques pour maintenir l'écoulement de l'eau après l'arrêt des secousses.

Les conduites d'eau de "L.A." sont très sensibles aux tremblements de terre, " dit Bistra Dilkina, professeur assistant d'informatique à l'USC Viterbi School of Engineering et directeur associé du CAIS. « Les infrastructures vieillissent, et quand la secousse commence, les tuyaux se brisent et les dommages se propagent dans tout le système. C'est un problème que nous essayons de résoudre."

Le projet fait partie d'un effort de recherche national plus large utilisant l'IA pour le bien de la société impliquant des scientifiques de l'USC. C'est une réponse aux récentes catastrophes d'origine humaine et naturelle, comme l'ouragan Katrina en 2005, la marée noire de Deepwater Horizon en 2010 et le tremblement de terre en Haïti en 2010.

Les gains rapides dans les domaines de l'informatique comme l'IA et l'apprentissage automatique sont de plus en plus utilisés pour la résolution pratique de problèmes dans le secteur privé. De plus en plus, les agences gouvernementales considèrent ces technologies comme un moyen de protéger des vies et de réduire les coûts.

Entrez dans la ville de L.A. et son département de l'eau et de l'électricité (DWP). Dans le cadre du programme Resilience by Design de la ville, il prévoit de dépenser 2,85 milliards de dollars au cours des 10 prochaines années pour mettre à niveau et remplacer les infrastructures critiques, dont environ la moitié servira à remplacer les conduites d'eau prioritaires.

Préparer l'approvisionnement en eau de L.A. aux catastrophes

Le travail s'articule avec les efforts visant à adapter l'approvisionnement en eau de la ville aux risques de sécheresse et de changement climatique tout en améliorant les sources d'eau locales. L.A. importe environ 85% de son eau via des aqueducs vulnérables aux tremblements de terre dans le sud de la Californie. Le projet de « réseau de canalisations résistant aux séismes » avec l'USC soutiendrait ces efforts dans le but de minimiser les interruptions d'eau pour les fonctions critiques.

Les autorités municipales sont particulièrement préoccupées par l'eau disponible pour la lutte contre les incendies à la suite d'un grand séisme. Selon une évaluation des risques préparée par le DWP, des centaines d'incendies pourraient éclater dans le bassin de Los Angeles si des failles sous la métropole se rompaient. Les capacités de lutte contre l'incendie ont été compromises en raison de ruptures de conduites d'eau après le tremblement de terre de Northridge, et les incendies ont détruit une grande partie de San Francisco à la suite du grand tremblement de terre de 1906.

« Avec cette recherche, nous espérons mieux comprendre l'aménagement de la ville du point de vue des infrastructures critiques et de la lutte stratégique contre les incendies, " dit Aaron Gross, responsable de la résilience de la ville de L.A. « En déterminant où se trouvent les infrastructures critiques et en utilisant l'intelligence artificielle pour cartographier d'autres fonctions critiques de la ville, nous pouvons mieux planifier où durcir notre infrastructure hydraulique ; plus précisement, où cibler le déploiement de tuyaux résistants aux séismes. »

Le DWP maintient environ 7, 000 miles de conduite d'eau, qui desservent environ 4 millions de personnes sur une superficie de 465 milles carrés. Environ 30% des conduites d'eau en fonte d'origine de la ville ont plus de 80 ans et approchent de la fin de leur utilité. Environ 14 milles de tuyaux devraient être remplacés l'année prochaine, un taux qui souligne le besoin critique de déterminer comment et où mettre à niveau.

L'objectif est d'identifier les installations de sécurité publique essentielles, telles que les hôpitaux, casernes de pompiers, des postes de police et des centres d'évacuation concentrés dans des endroits sélectionnés, où les mises à niveau des pipelines peuvent faire une grande différence en cas de catastrophe. En outre, Gross a déclaré que la ville espère fournir un réseau à sécurité intégrée de tuyaux résistants aux séismes afin que les pompiers puissent toujours se trouver à moins d'un mile d'une source d'eau pour lutter contre les incendies urbains.

Comment l'IA peut aider à se préparer à un tremblement de terre

C'est le genre de défi d'optimisation pour lequel l'IA est parfaitement adaptée, dit Dilkina.

L'IA a la capacité de simuler de nombreux calculs et scénarios à travers des couches de données et de cartes pour créer des modèles informatiques afin de rechercher les meilleures options qui tiennent compte de l'ensemble de l'image, plutôt que des décisions au coup par coup pour des tuyaux individuels. Avec ces résultats, les ingénieurs peuvent concentrer stratégiquement les mises à niveau des pipelines aux points clés et aux sections les plus vulnérables sans avoir à mettre à niveau chaque morceau de tuyau. L'IA fait le travail plus rapidement car elle utilise des algorithmes pour trier la complexité.

"Nous voulons remplacer le vieillissement, vieux tuyaux avec des tuyaux résistants aux séismes. Mais où investir dans une nouvelle plomberie ? Si nous identifions où il y a des risques et des clients critiques, alors nous pouvons construire un sous-réseau qui peut persister et survivre à un tremblement de terre, " dit Dilkina.

Les séismes récents en Californie suggèrent que préparer les pipelines au séisme est une bonne idée.

Au lendemain des tremblements de terre de Ridgecrest de magnitude 6,4 et 7,1 en juillet, les ingénieurs ont identifié plusieurs ruptures de pipeline. Lors du séisme de magnitude 6,7 de Northridge, des conduites d'eau brisées ont inondé certaines rues de la ville.

Les experts de l'US Geological Survey (USGS) et du Southern California Earthquake Center (SCEC) de l'USC estiment qu'une probabilité sur cinq d'un séisme de magnitude 7,0 ou plus sur la faille sud de San Andreas d'ici 30 ans. Cette section de la faille s'étend de la mer de Salton à la passe de Cajon jusqu'à Palmdale ; il a été identifié comme la source probable de The Big One, un séisme majeur qui frapperait la région tentaculaire de L.A.. Aussi, les chances d'un autre séisme de la taille de Northridge dans le bassin métropolitain de L.A. sont d'environ 60% au cours des trois prochaines décennies, dit le rapport.

Un scénario hypothétique de l'USGS, assisté par la SCEC, montre qu'un grand tremblement de terre sur la faille sud de San Andreas causerait des dommages importants aux systèmes d'eau et aux aqueducs qui soutiennent L.A.

Le projet de réseau de canalisations résistant aux séismes pour DWP est financé par un montant de 280 $, 000 000 de la part du Critical Infrastructure Resilience Institute, un centre du Département de la sécurité intérieure des États-Unis à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign. Dilkina, le chercheur principal, a déclaré que la recherche prendra un an, après quoi les résultats seront soumis aux autorités municipales et ensuite soumis pour publication dans une revue scientifique.