Systèmes experts en ingénierie environnementale : principes, applications et enjeux

Les systèmes experts occupent une place croissante en ingénierie environnementale, car ils permettent de transformer la connaissance d’ingénieurs, d’écologues et de gestionnaires de l’eau en outils d’aide à la décision fiables et reproductibles.

Qu’est-ce qu’un système expert appliqué à l’environnement ?

Un système expert est un programme informatique qui reproduit le raisonnement d’un spécialiste humain dans un domaine donné, en s’appuyant sur une base de connaissances et un moteur d’inférence.

En ingénierie environnementale, il est utilisé pour analyser des données complexes, évaluer des scénarios et proposer des recommandations sur la gestion de l’eau, de l’air, des sols, des déchets ou de l’énergie.

Contrairement aux simples scripts de calcul, un système expert manipule des règles « si… alors… », gère l’incertitude et peut expliquer le cheminement logique qui a conduit à une conclusion, ce qui est crucial pour la transparence des décisions environnementales.

Composants clés d’un système expert environnemental

Un système expert dédié à l’ingénierie environnementale repose en général sur quatre grands blocs fonctionnels, plus ou moins visibles pour l’utilisateur final.

La base de connaissances : elle contient les règles, modèles, seuils réglementaires et retours d’expérience issus des experts, de la littérature scientifique et des normes environnementales.
Le moteur d’inférence : il applique les règles à un ensemble de faits (données de capteurs, mesures de terrain, résultats de modélisation) pour déduire de nouveaux faits ou recommandations.
La base de faits : elle stocke les données contextuelles du problème étudié, par exemple la qualité de l’eau d’une rivière, les débits, la densité de population en aval, ou les caractéristiques d’une installation industrielle.
L’interface utilisateur : elle permet aux ingénieurs, collectivités ou exploitants de saisir des informations, de visualiser les résultats et, dans les meilleurs cas, de suivre l’explication de chaque recommandation.

Dans certaines architectures avancées, les systèmes experts sont couplés à des bases de données géographiques (SIG) ou à des plateformes IoT pour intégrer en temps réel des flux de données environnementales.

Domaines d’application en ingénierie environnementale

Les systèmes experts sont particulièrement adaptés aux problématiques environnementales qui exigent de croiser réglementation, phénomènes physiques, contraintes économiques et acceptabilité sociale.

Ils interviennent ainsi dans la conception, l’exploitation et l’optimisation de nombreuses infrastructures, depuis les stations de traitement des eaux usées jusqu’aux réseaux d’énergie renouvelable.

Gestion de l’eau et des ressources hydriques

En hydrologie urbaine et en génie de l’eau, les systèmes experts contribuent à sécuriser la ressource, améliorer la qualité des rejets et optimiser les investissements.

Dimensionnement et exploitation des stations d’épuration : un système expert peut recommander des réglages d’aération, de recirculation ou de dosage de réactifs en fonction de la charge polluante entrante, des conditions météorologiques et des limites réglementaires en sortie.
Gestion des réseaux d’eau potable : il aide à prioriser les renouvellements de conduites, détecter des fuites probables, ajuster les pressions et planifier les opérations de maintenance préventive.
Prévention des inondations : couplé à des modèles hydrauliques, un système expert peut analyser les prévisions météo, le niveau des nappes et l’occupation du sol pour proposer des mesures anticipées comme la gestion des barrages, la fermeture de zones à risque ou l’activation de plans d’alerte.

Cette approche renforce à la fois la résilience des territoires face aux événements extrêmes et l’efficience de la gestion quotidienne de l’eau.

Qualité de l’air et émissions atmosphériques

La surveillance de la qualité de l’air repose sur de multiples capteurs, inventaires d’émissions, scénarios de dispersion et seuils réglementaires, ce qui en fait un terrain propice aux systèmes experts.

Un système expert environnemental peut agréger les mesures de stations urbaines, industrielles ou routières, les confronter aux valeurs limites réglementaires et aux indices sanitaires pour générer un diagnostic et des recommandations opérationnelles.

Diagnostic temps réel : identification des polluants dominants, sources probables et zones les plus exposées à un instant donné.
Scénarios d’atténuation : propositions de mesures comme la limitation de certaines activités industrielles, la mise en place de circulation différenciée ou l’activation de plans d’information et d’alerte à la population.
Optimisation industrielle : aide au réglage des procédés pour réduire les émissions de NOx, SO₂, COV ou particules fines en tenant compte des coûts énergétiques et des contraintes de production.

Ce type d’outil aide les autorités et les exploitants à passer d’une logique de simple conformité réglementaire à une démarche proactive de réduction des impacts atmosphériques.

Gestion des déchets et économie circulaire

La planification et l’exploitation des filières de déchets s’appuient elles aussi sur des décisions complexes, qu’un système expert peut structurer et accélérer.

En combinant données de gisement, performances des filières, coûts logistiques et contraintes réglementaires, l’outil peut recommander les meilleures options de prévention, de recyclage ou de valorisation énergétique.

Tri et valorisation : définition de consignes de tri optimisées, choix des technologies de tri mécanique ou optique, et orientation des flux vers les exutoires les plus pertinents.
Implantation d’infrastructures : aide au choix de sites pour les centres de tri, unités de compostage, méthaniseurs ou centres d’enfouissement en intégrant impacts environnementaux, coûts et acceptabilité sociale.
Scénarios d’économie circulaire : identification de synergies possibles entre acteurs (industriels, collectivités, agriculteurs) permettant la réutilisation de sous-produits ou la mutualisation de ressources.

Dans une perspective de transition vers l’économie circulaire, ces systèmes permettent d’évaluer rapidement des dizaines de scénarios et de retenir ceux qui créent le plus de valeur environnementale et économique.

Énergie, climat et performance environnementale

Les systèmes experts sont également mobilisés pour accompagner la transition énergétique et la réduction de l’empreinte carbone des organisations.

Ils peuvent par exemple recommander des actions de réduction de consommation d’énergie, d’intégration d’énergies renouvelables ou de rénovation performante des bâtiments.

Bâtiments et efficacité énergétique : analyse des profils de consommation, des enveloppes thermiques et des systèmes techniques pour proposer des travaux hiérarchisés selon leur coût, leur gain énergétique et leur impact carbone.
Mix énergétique : recommandation de combinaisons optimales entre solaire, éolien, biomasse, géothermie et réseaux de chaleur, en fonction des ressources locales et des objectifs de neutralité carbone.
Stratégies climat des territoires : aide à la construction de plans climat-air-énergie, en hiérarchisant les actions selon leurs bénéfices environnementaux, économiques et sociaux.

En combinant scénarios, contraintes réglementaires et données techniques, ces systèmes deviennent de véritables copilotes des stratégies climat-énergie.

Avantages des systèmes experts pour les projets environnementaux

Le recours aux systèmes experts en ingénierie environnementale s’explique par plusieurs bénéfices récurrents observés sur les projets.

Capitalisation de la connaissance : les règles encapsulent l’expérience des ingénieurs et évitent la perte d’expertise liée aux départs, à la rotation des équipes ou à l’éparpillement des informations.
Décisions plus rapides et cohérentes : l’outil applique les mêmes règles à des cas similaires, ce qui réduit les disparités de traitement et permet de répondre plus vite aux demandes des autorités ou des clients.
Transparence et traçabilité : la capacité à expliquer le raisonnement renforce la confiance des parties prenantes, notamment lors d’enquêtes publiques, d’audits réglementaires ou de contentieux.
Analyse multicritère : les systèmes experts peuvent intégrer dans leurs règles des critères techniques, économiques, sociaux et environnementaux, ce qui favorise une vision globale du développement durable.

Ces atouts en font des alliés précieux pour gérer des systèmes environnementaux complexes dans un contexte de contraintes réglementaires et climatiques croissantes.

Limites, risques et facteurs de succès

Malgré leurs qualités, les systèmes experts ne sont ni neutres ni infaillibles, et leur mise en œuvre soulève plusieurs enjeux qu’il faut anticiper dès la conception.

La première limite tient à la qualité de la base de connaissances : des règles incomplètes, obsolètes ou biaisées produiront des recommandations erronées, même avec un moteur d’inférence performant.

Dépendance aux données : des données de mauvaise qualité (capteurs défaillants, saisies inexactes, modèles mal calibrés) conduisent à des diagnostics trompeurs.
Rigidité des règles : des systèmes trop figés peuvent mal s’adapter à de nouveaux contextes réglementaires, technologiques ou climatiques, d’où l’importance d’un processus de mise à jour.
Acceptation par les utilisateurs : si les ingénieurs ou décideurs perçoivent l’outil comme une « boîte noire » imposée, ils risquent de le contourner, ce qui limite son impact.

Le succès d’un système expert environnemental repose donc sur une gouvernance claire, la participation active des experts métier à la conception, et une démarche d’amélioration continue fondée sur les retours d’expérience.

Intégration avec l’IA, les SIG et l’IoT

Les systèmes experts de nouvelle génération s’articulent de plus en plus avec d’autres briques technologiques pour gérer la complexité croissante des enjeux environnementaux.

Ils peuvent être combinés à des modèles d’apprentissage automatique, qui détectent des patterns dans les données, tandis que le système expert convertit ces apprentissages en règles explicites, plus facilement communicables.

Couplage avec les SIG : l’intégration avec les systèmes d’information géographique permet de visualiser spatialement les diagnostics et recommandations, par exemple pour le zonage des risques naturels ou la planification des trames vertes et bleues.
Connexion à l’IoT : reliés à des réseaux de capteurs (qualité de l’air, niveaux d’eau, bruit, énergie), les systèmes experts peuvent émettre des alertes ou recommandations en quasi temps réel.
Interopérabilité : via des API, ils dialoguent avec d’autres outils de simulation, de gestion de projet ou de reporting ESG, ce qui fluidifie la circulation de l’information.

Cette convergence ouvre la voie à des plateformes d’ingénierie environnementale plus intégrées, capables d’assister les acteurs publics et privés tout au long du cycle de vie des projets.

Perspectives et bonnes pratiques pour les ingénieurs

Pour les professionnels et étudiants en ingénierie environnementale, comprendre les systèmes experts devient un atout stratégique, au même titre que la maîtrise des outils de modélisation ou des normes réglementaires.

Au-delà de la dimension technique, la clé est de savoir transformer une expertise métier en règles claires, vérifiables et actualisables, tout en gardant une capacité de jugement humain sur les recommandations produites.

Identifier les cas d’usage prioritaires où un système expert peut réellement créer de la valeur : réduction des risques, gains de temps, meilleure conformité, amélioration de la qualité des décisions.
Impliquer les utilisateurs finaux dès la conception pour garantir que l’interface, le vocabulaire et les explications fournies par l’outil restent compréhensibles.
Mettre en place des procédures de revue régulière des règles et des données, afin de tenir compte des évolutions scientifiques, réglementaires et technologiques.

À mesure que la pression climatique, réglementaire et sociétale s’intensifie, les systèmes experts en ingénierie environnementale ont vocation à passer du statut d’outils optionnels à celui de maillons centraux dans la gouvernance des territoires et des infrastructures.