REPORTAGE  
Cool and Comfort 91 – novembre 2021

Détection de fuites grâce à l’intelligence artificielle

Colruyt Group développe un système de surveillance des installations frigorifiques

Une des priorités de Colruyt Group est de réduire les émissions de CO₂. Pour y arriver, éviter les fuites de réfrigérants constitue une part importante de la solution. La société est certes pleinement investie dans la transition vers les réfrigérants naturels, mais il existe encore beaucoup d’installations existantes aux HFC en service. Jusqu’à ce que celles-ci soient remplacées, il convient de limiter au maximum leurs émissions. Ceci est toutefois plus facilement dit que fait. Une application d’intelligence artificielle pour détection de fuites apporte une solution en la matière.

Éviter les fuites

Les fluides frigorigènes représentent environ 10% des émissions de CO₂ de Colruyt Group. Ce n’est pas tant que les installations soient sujettes à de nombreuses fuites. Au contraire, avec un pourcentage d’environ 4% par an de pertes dues aux fuites, Colruyt Group est bien meilleur que d’autres entreprises du secteur, qui enregistrent couramment un taux de fuite de 20% par an. Grâce à d’importants investissements dans l’électricité verte, les émissions directes dues à la consommation d’énergie ont fortement diminué, de sorte que l’importance relative des autres sources a augmenté. Colruyt Group gère aujourd‘hui un millier d’installations frigorifiques, dont beaucoup fonctionnent encore avec des réfrigérants à GWP élevé. L’objectif est de toutes les remplacer, mais cela ne va pas se faire pas du jour au lendemain. Il faut donc agir entretemps pour réduire leur impact environnemental. Et faire en sorte qu’il y ait le moins de fuites possibles d’HFC dans l’atmosphère est une priorité.

Le problème

Ce sont surtout les anciennes installations au R507A qui sont ici visées. D’après la plus récente évaluation, ce réfrigérant a un GWP de 4775 ; une fuite relativement petite peut donc avoir un grand impact en équivalent CO₂. Par ailleurs, le plupart des installations datent d’une époque où l’étanchéité n’était pas une priorité. Détecter des fuites est toutefois une activité laborieuse : un technicien doit parcourir toute l’installation avec un appareil de détection. Colruyt Group a donc décidé de développer un système de surveillance automatique, de façon à ce que le technicien puisse intervenir rapidement et de manière ciblée.

Une première complication à laquelle se heurtèrent Margo Parmentier et Margot Van den Brande, ingénieurs de projet chez Colruyt Group, fut l’impossibilité de détecter une fuite à l’aide des paramètres de fonctionnement dans l’installation. Dans de telles installations, la quantité de réfrigérant varie avec la charge. Ces variations sont compensées à l’aide d’un vase tampon habituellement relativement surdimensionné. Dans qu’il y a encore du réfrigérant dans le réservoir tampon, l’installation fonctionnera normalement. Mais dès que celui-ci est vide, un dysfonctionnement se manifestera. Et une quantité considérable de réfrigérant s’échappera.

Une solution pratique consiste à surveiller le niveau de réfrigérant dans le réservoir tampon. Les frigoristes de Colruyt Group Technics ont dès lors équipé -sous forme de test- quelques installations d’indicateurs de niveau. Il s’agissait toutefois d’une procédure fastidieuse pour arriver à des résultats fiables. Si on désirait monitorer toutes les installations, il fallait dès lors trouver une méthode plus simple. D’un autre côté, grâce à cette intervention, l’équipe de recherche a pu disposer de données mesurées de quelques installations en service.

L’intelligence artificielle comme solution

On devait donc travailler avec les moyens disponibles. Les réservoirs tampon étaient équipés de deux capteurs de niveau : un dans le bas du réservoir et un autre à mi-hauteur. Il s’agissait de simples capteurs on/off : lorsque le niveau de fluide était trop élevé, ils envoyaient un signal, autrement non. En utilisant le capteur à mi-parcours, on pouvait sa faire une idée de l’évolution du niveau de réfrigérant. Cela ne fonctionnait toutefois qu’avec la quantité exacte de réfrigérant dans l’installation. Si, toutefois, il y avait tant de réfrigérant dans le système que le niveau ne chutait jamais ou rarement sous le point à mi-hauteur, cela n’apportait aucune indication. Après concertation avec les techniciens, il apparût que l’on pouvait effectivement adapter la quantité de réfrigérant en ce sens.

L’équipe dispose désormais d’une série de signaux qui indiquent si le niveau de réfrigérant se situe au-dessus ou sous le capteur à mi-hauteur. La question suivante fut de savoir ce que cela disait sur la situation de l’installation, et si on pouvait reconnaître une fuite à partir de là. Ce dernier point est crucial. Si l’alarme n’est pas assez sensible, une grande quantité de réfrigérant s’échappera encore avant que l’on ne remarque quoi que ce soit, et tout cela n’aura servi à rien. Et si l’alarme est trop sensible, de fausses alarmes seront alors générées. Si on mobilise le service technique à de multiples reprises pour rien, ce dernier perdra rapidement confiance dans le système.

Margo Parmentier et Margot Van den Brande décidèrent dès lors de recourir à l’intelligence artificielle pour entraîner un modèle capable d’anticiper le niveau de réfrigérant escompté dans une installation. Celui-ci tenait compte d’un certain nombre de paramètres qui influencent le fonctionnement de l’installation. :

• La puissance absorbée des cycles de dégivrage (ceux-ci se déroulent à intervalles réguliers) ;
• Les heures d’ouverture du magasin ;
• La température extérieure de l’air ;
• La vitesse du vent.

Ce modèle fut alors validé à l’aide d’installations qui étaient déjà équipées d’un indicateur de niveau. Sur base de ces séries de paramètres, le modèle prévoit la manière dont le niveau va varier dans le réservoir tampon. Si les valeurs mesurées s’écartent trop des valeurs prévues, l’alarme est déclenchée. Etant donné que chaque installation est différente, le modèle doit d’abord être entraîné. Cela dure une semaine, de façon à ce que le système puisse analyser toutes les situations du lundi au dimanche.

Et la pratique ?

La première mise en œuvre dans la pratique fut un grand succès. Lorsque le système de détection déclencha une première alarme, il s’agissait effectivement d’une fuite. Le taux de fuite s’élevait à 3,66%. L’objectif consistant à détecter des fuites sous les 5% fut donc pour la première fois atteint. Cela favorisa le déploiement du système de détection dans tout le parc d’installations et donna confiance au service technique. « Chercher une telle fuite nous coûte beaucoup d’heures de travail », confirme Bram Neckebroeck, ingénieur de projet chez Colruyt Group Technics. « Il importe donc que nous ne soyons pas envoyés inutilement en mission. Le système a déjà démontré sa valeur en la matière. A chaque fois qu’une alarme a été donnée, il s’agissait effectivement d’une fuite. Nous avons ainsi pu en trouver une bonne douzaine entretemps. Si nous recevons désormais un signal, nous donnons la priorité absolue à cette intervention.

Une approche intégrale

Le fait que Colruyt Group possédait sa propre entreprise de frigoristes fut un facteur déterminant dans le succès du projet. Toute la connaissance et l’expérience relatives au fonctionnement des installations se situait donc en interne. « Grâce au feedback issu de la pratique, nous fûmes en mesure de développer un système qui était également opérationnel », explique Margo Parmentier. « L’équipe de frigoristes nous permit de tester certains choses, comme le placement des indicateurs de niveau dans les réservoirs tampon. Il apparût au final que ce n’était pas la bonne solution, mais cela nous mît sur la voie d’une autre solution qui, elle, fonctionna. Leur expertise fut également importante pour adapter le niveau le contenu de réfrigérant des installations. L’apport des techniciens fut crucial pour aboutir à un système efficient. Depuis, nous sommes sur la bonne voie pour atteindre nos objectifs : diminuer de moitié le taux de fuites d’ici à la fin de l’année. »

Par Alex Baumans

www.colruytgroup.com

L’interaction entre théorie et pratique fut déterminante dans le succès du projet.

Bram Neckebroeck, Colruyt Group Technics.