Optimiser l’exploitation des barrages hydro-électriques et autres problèmes d’optimisation

Le professeur Fausto Errico œuvre dans des domaines fort différents a priori : la production d’hydro-électricité, le transport de personnes et le transport de marchandises. En fait, ces trois axes de recherche sont moins éloignés qu’il n’y paraît lorsqu’on les regarde sous le même angle que Fausto Errico : des problèmes d’optimisation.

Cheminement universitaire

Fausto Errico a grandi dans le sud de l’Italie. Il a obtenu un baccalauréat et une maîtrise en génie électrique de l’Université de Ferrare tout en fréquentant le conservatoire de musique de la même ville pour étudier la guitare classique. Il a ensuite poursuivi des études doctorales en génie mathématique à l’école Politecnico di Milano, puis postdoctorales à Montréal, en collaboration avec deux regroupements de recherche importants : le CIRRELT et le GERAD qui sont financés par le FRQNT. Depuis septembre 2013, il s’est joint au Département du génie de la construction de l’École de technologie supérieure (ÉTS).

La gestion de la hauteur d’eau dans les barrages hydro-électriques

Pour commencer, prenons l’application de l’hydro-électricité. L’exploitation d’un barrage nécessite des prises de décision relatives à la hauteur d’eau à maintenir, et ce, avant même de connaître la quantité d’eau qui alimentera le barrage. Plus la hauteur d’eau est élevée dans un barrage, plus le potentiel de production d’électricité est élevé. Par contre, on a avantage à consommer toujours un peu d’eau, ne serait-ce que pour pouvoir accueillir l’eau d’une forte pluie; en effet, trop d’eau d’un seul coup oblige à en évacuer une partie, donc d’en « gaspiller ». Aussi, il faut tenir compte des autres barrages situés en aval, dont l’arrivée d’eau est directement affectée par les décisions prises au barrage en amont.

L’objectif à atteindre est d’augmenter la quantité d’électricité produite (donc le revenu). Parmi les incertitudes, les conditions météo, qui ne sont pas ou peu prévisibles et varient énormément d’un jour à l’autre et d’un endroit à l’autre. On doit donc prendre en compte des données qui ne sont pas connues à l’avance. Il s’agit d’optimisation stochastique. Le professeur Errico développe des approches d’optimisation neuro-dynamique, qui mélangent des méthodes d’optimisation avec des éléments d’intelligence artificielle, afin de développer des règles à partir desquelles le système peut prendre des décisions et les revoir au fur et à mesure que les conditions changent.

Le transport de personnes

Le professeur Errico travaille à concevoir un réseau de transport public semi-flexible qui unirait les avantages bien connus du transport en commun à la flexibilité du transport « à la demande ». Ce réseau serait desservi par de petits bus qui suivraient un trajet variable, composé d’arrêts obligatoires et d’arrêts facultatifs. Les arrêts obligatoires, positionnés à des endroits stratégiques comme les stations de métro, les hôpitaux et les universités, auraient une grille-horaire (heures fixes ou petite fenêtre de temps) indiquant assez précisément le moment où le bus passe et seraient toujours desservis, sans réservation. Entre ces arrêts obligatoires, les usagers auraient la possibilité de soumettre des requêtes pour demander des arrêts supplémentaires. Ces demandes seraient acceptées sous condition qu’elles n’empêchent pas le bus de respecter l’horaire des arrêts obligatoires. Si cela était le cas, l’usager se verrait proposer un autre endroit à proximité du lieu demandé ou devrait marcher jusqu’à l’arrêt obligatoire le plus près.

Le transport de marchandises

La gestion d’une flotte de véhicules livrant des marchandises à des clients est un autre exemple de problèmes d’optimisation. Comment optimiser la tournée de chacun des véhicules en tenant compte des contraintes d’horaire des clients et des imprévus de la circulation? La même problématique s’applique aux entreprises offrant des services de réparation « sur appel ». Les études qui ont été faites dans le passé partent de l’hypothèse qu’il n’y a pas de corrélations entre le temps de parcours de deux tronçons, ce qui n’est pas vrai. Les réseaux routiers comprennent de nombreuses corrélations (positives ou négatives) dont on peut tirer parti pour évaluer de façon plus précise le temps de déplacement.

L’électrification du transport, enjeu primordial pour le Québec, amènera aussi son lot de problèmes d’optimisation. Lorsqu’une flotte de véhicules électriques est utilisée, il faut tenir compte de l’emplacement des bornes de recharge de même que du temps requis pour recharger les batteries. De plus, ce genre de véhicule nécessitant plus de temps à recharger que les véhicules standards, il deviendra nécessaire de décider à quel niveau charger la batterie afin d’assurer l’autonomie du véhicule tout en respectant les fenêtres de temps demandées par la clientèle.

Information supplémentaire

Les étudiants intéressés par les sujets de recherche du professeur Errico, peuvent communiquer directement avec lui.