Applications SIG essentielles dans le domaine de l’ingénierie : guide pratique

Les systèmes d’information géographique (SIG) ont révolutionné la façon dont les ingénieurs abordent la conception, l’analyse et la gestion de projets dans toutes les disciplines. Ce guide pratique explore des exemples concrets d’applications fondamentales des SIG en ingénierie, en montrant comment l’intelligence spatiale améliore les flux de travaux et génère des avantages mesurables.

Comprendre les SIG dans un contexte d’ingénierie

La technologie SIG intègre des données géoréférencées à des outils analytiques puissants, permettant aux ingénieurs de visualiser, d’analyser et de gérer des informations spatiales complexes. Contrairement aux systèmes de CAO traditionnels qui se concentrent sur la géométrie de la conception, les SIG peuvent ajouter le contexte du monde réel – par exemple, l’altitude, les conditions du sol, les réseaux d’infrastructure et les contraintes environnementales – afin de créer un cadre complet pour une prise de décision éclairée.

Les projets d’ingénierie modernes utilisent les SIG tout au long de leur cycle de vie, depuis la planification et l’optimisation de la conception jusqu’au suivi de la construction et à la gestion des actifs. Les plateformes actuelles combinent les données de capteurs en temps réel, l’intelligence artificielle et l’informatique en nuage pour créer des systèmes dynamiques d’intelligence spatiale. Cette intégration avec le BIM, la CAO et les capteurs IdO permet aux ingénieurs d’optimiser les conceptions, de prévoir les défaillances et de gérer des infrastructures d’une valeur de plusieurs milliards de dollars à l’échelle mondiale grâce à des décisions fondées sur des données.

Dans la première partie de cette série de deux billets, nous nous concentrerons sur les applications SIG de base qui sont devenues essentielles à la pratique moderne de l’ingénierie. Dans le prochain billet, nous explorerons les technologies émergentes, telles que l’intelligence artificielle, les jumeaux numériques et la réalité augmentée, qui repoussent les capacités des SIG vers de nouvelles frontières passionnantes.

Aménagement et conception des infrastructures

Les ingénieurs civils ont été parmi les premiers à adopter les SIG, reconnaissant leur potentiel pour transformer le développement des infrastructures. En tirant parti de l’analyse spatiale, ils pouvaient évaluer des milliers de tracés potentiels en fonction de plusieurs critères simultanément, ce qui leur permettait de prendre des décisions plus éclairées en matière de sélection des sites et d’aménagement des couloirs. Aujourd’hui, les solutions SIG modernes jouent également un rôle essentiel pour relever les défis actuels, tels que le vieillissement des infrastructures et les enregistrements incomplets des actifs. Ces systèmes aident les ingénieurs à visualiser, analyser et gérer les données spatiales afin d’améliorer le suivi des actifs, la planification de l’entretien et la résilience des infrastructures :

• Grâce à l’optimisation des itinéraires et à l’aménagement des couloirs, qui utilisent les SIG pour trouver les chemins les plus efficaces qui minimisent les coûts, le temps de déplacement et les impacts environnementaux.

• Grâce à la sélection des sites et à l’analyse de l’utilisation des sols, qui analysent de multiples facteurs afin d’identifier les emplacements optimaux pour le développement tout en s’intégrant aux infrastructures existantes.

• Grâce à la gestion des réseaux de services publics, qui cartographie les services souterrains afin de prévenir les dommages, d’optimiser le débit et de prédire les pannes pour un remplacement proactif.

Optimisation des itinéraires et aménagement des couloirs
Le système de planification des investissements en actifs de Montréal est une application SIG de premier plan au Canada, utilisée pour gérer 3 600 km de conduites d’eau et d’égouts et de routes. En hiérarchisant les interventions en fonction des risques et en coordonnant les travaux des services publics, la Ville a économisé 200 millions de dollars par an et optimisé son plan d’infrastructure de 10 milliards de dollars sur 20 ans grâce à l’analyse intégrée du cycle de vie.

Un ingénieur civil utilise l’équipement GNSS pour collecter des données géospatiales, ce qui lui permet de cartographier les infrastructures et d’identifier les actifs. Photo par Scott Blake sur Unsplash

Gestion de réseaux de services publics
Le SIG de BC Hydro gère 80 000 km de lignes électriques et 30 centrales hydroélectriques, desservant 95 % de la population de la Colombie-Britannique. Il intègre GE Smallworld et ArcGIS d’Esri avec une synchronisation automatique des données pour une gestion sans faille des réseaux de services publics.

Analyse environnementale et géotechnique

Les considérations environnementales influencent de plus en plus les décisions d’ingénierie, et les évaluations environnementales modernes s’appuient fortement sur les SIG pour une analyse d’impact complète. Les SIG fournissent des outils permettant de quantifier les impacts, de modéliser des scénarios et de démontrer la conformité réglementaire tout au long du cycle de vie des projets.

• L’analyse des bassins versants et du drainage permet de cartographier les schémas d’écoulement de l’eau et les risques d’inondation en utilisant des données d’élévation pour concevoir des systèmes d’eaux pluviales et des infrastructures vertes.

• La cartographie de la stabilité des pentes et des risques géologiques transforme les données de forage en modèles 3D afin d’identifier les risques de glissement de terrain et les conditions instables du sol.

• L’évaluation des incidences sur l’environnement superpose les empreintes des projets aux données environnementales afin de quantifier les incidences sur les habitats, les vues, le bruit et la qualité de l’air.

L’utilisation des SIG pour l’aménagement des sites et l’évaluation de l’impact peut faciliter l’intégration des parcs éoliens avec les infrastructures de drainage agricole.

Analyse des bassins versants et du drainage
L’Office de protection de la nature de Toronto et de la région (TRCA) utilise une plateforme SIG intégrée avec des capteurs en temps réel, la collecte de données mobiles et des images haute résolution pour gérer neuf bassins versants. Elle a été l’une des premières organisations au Canada à adopter des données de terrain géoréférencées et offre un portail interactif pour la gestion des rapports environnementaux et des risques d’inondation.

Stabilité des pentes et risques géologiques
Une évaluation du risque de glissement de terrain en Colombie-Britannique a intégré 2 000 forages avec une topographie dérivée de Lidar dans ArcGIS. L’analyse a permis d’identifier 47 zones à haut risque jusqu’alors inconnues en corrélant des facteurs tels que l’angle et l’aspect de la pente, les types et profondeurs de sol, les niveaux de la nappe phréatique, la couverture végétale et les emplacements historiques des glissements de terrain. Cette identification proactive a permis de cibler les efforts de stabilisation et de prévenir les catastrophes potentielles, tout en évitant les travaux inutiles dans les zones stables.

Évaluation des impacts environnementaux
Le projet d’extension du pipeline Trans Mountain (Alberta/Colombie-Britannique) a utilisé un dépistage environnemental SIG approfondi pour tracer 980 km de pipeline, en analysant plus de 15 000 traversées de cours d’eau et plus de 1 000 zones d’habitat faunique. L’analyse spatiale a permis d’éviter 73 zones écologiquement fragiles et de réduire les incidences sur l’habitat d’espèces menacées en repositionnant 89 km de l’itinéraire.

Transports et gestion du trafic

La planification moderne des transports nécessite de comprendre comment les composants individuels interagissent au sein de réseaux plus vastes. Les ingénieurs en transport utilisent des plateformes SIG comme TransCAD pour modéliser des réseaux complexes et la demande de transport, optimiser les itinéraires de transport pour maximiser le nombre de passagers, analyser la résilience et la redondance des réseaux, et évaluer les impacts économiques des investissements en transport. L’application d’approches fondées sur les SIG à l’analyse de la sécurité routière permet de prévoir les risques avant qu’un accident ne se produise.

• La modélisation et l’analyse des réseaux utilisent les SIG pour analyser la façon dont les routes se connectent et le trafic circule dans les systèmes de transport afin d’optimiser la conception des réseaux.

• La gestion du trafic en temps réel intègre les données des capteurs en direct avec la technologie SIG pour contrôler activement les signaux, détecter les incidents et réduire les embouteillages instantanément.

• L’analyse et l’amélioration de la sécurité permettent de cartographier les données relatives aux accidents afin d’identifier les lieux à haut risque et de prédire où les accidents se produiront afin de les prévenir de manière proactive.

Aménagement fondé sur la technologie SIG d’un échangeur autoroutier à plusieurs niveaux pour l’optimisation du trafic et de la mobilité

Modélisation et analyse des réseaux
Le service de transport en commun de la ville de Calgary a utilisé ses données GTFS pour l’outil de visualisation PubtraVis, développé en collaboration avec l’Université de Calgary, afin d’analyser la mobilité, la vitesse, le flux, la densité et les caractéristiques opérationnelles à travers le réseau. Le module d’analyse fournit un résumé statistique perspicace et une mesure de similarité, ainsi que des résultats de regroupement fondés sur les caractéristiques opérationnelles de transport en commun.

Gestion du trafic en temps réel
Montréal a déployé plusieurs systèmes de pointe, y compris un système de priorité au feu de circulation pour le transport en commun (GTT) couvrant plus de 2 700 intersections et plus de 1 900 véhicules, qui a remporté le Prix de l’innovation de l’Association des transports du Québec en 2019. La Ville s’est également associée à Kapsch TrafficCom en 2024 pour mettre en œuvre l’analyse vidéo fondée sur l’IA à 19 intersections du centre-ville, permettant la détection d’incidents et la classification des véhicules en temps réel.

Analyse et amélioration de la sécurité
Depuis 2016, le plan d’action de sécurité Moving Towards Zero de Vancouver a installé 57 nouveaux dispositifs de sécurité dans la ville, atteignant un taux de conformité de 98 % des conducteurs cédant le passage aux intersections améliorées, contre seulement 50 % auparavant. Les méthodologies d’analyse spatiale ont intégré le calcul statistique, la cartographie de densité, l’étude des couloirs et l’examen des intersections. Ces renseignements, fondés sur des données probantes, orientent les investissements en infrastructure, en mettant l’accent sur la sécurité des usagers vulnérables de la route.

Gestion et entretien des actifs

Les actifs d’ingénierie – des ponts aux pipelines – nécessitent une surveillance et un entretien continus. Les SIG transforment la gestion des actifs, passant de réparations réactives à une optimisation proactive.

• L’inventaire des infrastructures et l’évaluation de l’état combinent Lidar, drones et capteurs pour créer des jumeaux numériques des actifs afin de surveiller leur état en temps réel.

• La planification de l’entretien préventif utilise l’apprentissage automatique pour analyser les données des actifs et les facteurs environnementaux, afin de prévoir les pannes avant qu’elles ne surviennent.

• La gestion et l’optimisation des bons de travail dirigent les équipes de manière efficace entre les travaux en fonction de leur emplacement, tout en offrant un accès mobile aux informations sur les actifs.
  

Des ingénieurs utilisent un SIG pour la gestion des actifs d’une installation de traitement des eaux

Inventaire et évaluation de l’état des infrastructures
La Ville de Penticton gère 184 km de routes et 143 km de trottoirs en utilisant ArcGIS Enterprise d’Esri avec la solution Roads and Highways. Mis en œuvre entre 2012 et 2018, le système a permis d’éliminer l’édition de géométries complexes grâce au référencement linéaire et de créer des réseaux piétonniers connectés. La Ville a vite rentabilisé le projet et a réduit les pressions liées au déficit d’infrastructure par rapport au déficit initial de 76,8 millions de dollars.

Planification de l’entretien préventif
La région de Peel, le deuxième système d’approvisionnement en eau de l’Ontario desservant 1,5 million de résidents, a mis en place un système de soutien à la décision ArcGIS Online avec une analyse statistique de Weibull pour la prédiction des pannes. Le système a permis une planification proactive, une prolongation de la durée de vie des actifs grâce à un entretien optimisé, et une meilleure allocation budgétaire grâce à des tableaux de bord en temps réel.

Gestion et optimisation des bons de travail
Le système ENMAX de Calgary a migré vers ArcGIS Online avec la suite ArcFM de Schneider Electric sur Microsoft Azure. La base d’utilisateurs a doublé, passant de 300 à plus de 700, tout en éliminant plus de 200 cartes papier. Le système gère les réseaux primaires et secondaires, l’infrastructure souterraine et s’intègre aux systèmes d’entreprise SAP. Les flux de travaux numériques en temps réel ont remplacé les processus papier pour améliorer la prise de décision des équipes sur le terrain.

Exploitation minière et extraction des ressources

L’industrie minière fait largement appel aux SIG tout au long du cycle de vie des projets, de l’exploration à la fermeture, pour l’intégration de divers ensembles de données, l’identification des zones prometteuses et l’optimisation de la récupération des ressources tout en minimisant l’impact sur l’environnement. Des algorithmes d’apprentissage automatique traitent l’imagerie satellitaire, les données géologiques, géophysiques et géochimiques, ainsi que les résultats des forages historiques pour prédire la minéralisation.

• L’exploration et la modélisation des ressources utilisent les SIG pour intégrer les données géologiques, géophysiques et de forage afin de prévoir les gisements de minéraux et d’orienter les investissements en matière d’exploration.

• Le service de planification et d’exploitation des mines applique l’analyse spatiale pour optimiser les séquences d’extraction, les itinéraires de transport et le déploiement de l’équipement pour une efficacité et une sécurité maximales.

Exploration et modélisation des ressources
Barrick Gold utilise une plateforme SIG mondiale fondée sur le système ArcGIS d’Esri pour gérer plus de 100 To de données géologiques provenant de 27 mines. Son portail infonuagique a élargi l’accès de 500 spécialistes à l’ensemble de l’entreprise, accélérant ainsi la prise de décision et la découverte de ressources.

Excavation minière sur une montagne.

Aménagement et exploitation des mines
Suncor Oil Sands (Fort McMurray, Alberta) exploite plus de 100 camions autonomes dans ses opérations de sables bitumineux, utilisant des systèmes de répartition basés sur GPS et SIG pour optimiser les itinéraires à travers la mine. Le système a permis de réduire la consommation de carburant de 20 % et d’augmenter la productivité de 30 % depuis sa mise en œuvre en 2018.

Conclusion

Les SIG sont passés du statut d’outils cartographiques spécialisés à celui d’infrastructures essentielles à la pratique moderne de l’ingénierie. Les principales applications étudiées ici – de l’aménagement des infrastructures à la gestion des actifs – montrent comment l’intelligence spatiale améliore l’ingénierie dans toutes les disciplines. Lorsque ces fondements deviendront des pratiques courantes, la profession d’ingénieur sera prête à embrasser des possibilités de transformation encore plus importantes grâce aux technologies spatiales émergentes.

Dans la deuxième partie de cette série, nous explorerons les technologies de pointe qui remodèlent les SIG pour les ingénieurs : l’intelligence artificielle qui peut automatiser des analyses complexes, les jumeaux numériques qui représentent des répliques d’infrastructures vivantes, la cartographie par drone et la réalité augmentée qui superpose l’intelligence numérique aux actifs physiques.

Ce billet a été écrit en anglais par Shahram Sattar et peut être consulté ici.