Détection des fuites : de la truffe à l’IA

E n France, un litre d’eau potable sur cinq ne parvient toujours pas à l’usager. Le rendement moyen des réseaux de distribution oscille autour de 80% depuis dix ans, les 20% perdus représentant un volume annuel de près d’un milliard de m3 d’eau, soit l’équivalent de la consommation annuelle d’environ 18 millions d’habitants. Les Pays-Bas, qui ont fortement investi dans le renouvellement de leurs réseaux ces dernières années, sont aujourd’hui considérés comme une référence mondiale avec un rendement de plus de 95%.

Ce chiffre est loin d’être atteint par la majorité des collectivités françaises. Dans son décret «fuites» du 27 janvier 2012, le législateur français fixe aux services d’eau potable la barre de performance à 85% pour être considérés comme conformes.

Pour l’année 2020, au moins 20% des services ayant répondu à l’Observatoire des services publics d’eau et d’assainissement (Sispea) publié en juin 2022, ne répondaient pas à cette exigence réglementaire. Avec les épisodes de sécheresse de ces deux dernières années, certaines collectivités accélèrent cependant leur plan d’action sur la recherche de fuites, celle-ci devenant un nouvel enjeu de résilience face au changement climatique. De leurs côtés, les fabricants du secteur confortent leur offre en faisant évoluer leur gamme de produits. De nouvelles solutions apparaissent sur le marché. Rustiques ou High tech, l’objectif étant de les démocratiser. 

DÉBUSQUER LES FUITES

 Pour limiter les pertes en eau, les collectivités doivent conjuguer différents leviers : la connaissance de leur patrimoine, la détection de fuites, et la rénovation des canalisations. La sectorisation réalisée à partir de débitmètres correspond souvent à la première étape de recherche de fuites. La pré-localisation acoustique réalisée à partir de loggers de bruit permet de restreindre le périmètre à quelques centaines de mètres. 

L’utilisation de pré-localisateurs corrélant le réduit à quelques mètres, la dernière étape consistant dans l’écoute au sol pour localiser la fuite au plus près de la conduite. Toutes ces étapes sont aussi pertinentes pour la recherche de fuites dans les petits réseaux que les grands. Il y a trois ans, Veolia lançait toutefois un pari: utiliser la faculté olfactive des chiens pour détecter la présence de fuites dans les réseaux. L’idée étant d’introduire une solution sobre mais efficace pour les territoires ruraux où les technologies habituelles ont parfois leurs limites. «La recherche de fuites sur des canalisations de gros diamètres, le manque de points d’accès pour écouter le réseau, un territoire mal couvert par les réseaux de communication…sont autant de facteurs complexes que l’on peut retrouver dans ces territoires» explique David Maisonneuve, chef de projet à la direction soutien aux métiers et performance chez Veolia, et initiateur de la méthode. Sa réflexion s’est alors portée sur l’utilisation de l’hélium comme gaz traceur dans l’eau pour la recherche de fuite. Le chlore étant présent dans notre eau pour la désinfection, pourquoi ne pas utiliser un détecteur de chlore, et dans ce cas recourir à la truffe d’un canidé? Au travers de la Société Nouvelle Chapuis, filiale de Veolia, un partenariat avec les sociétés K9-Cyno-consultant et Kyroc-consulting, gérées par deux anciens cadres cytotechniciens des armées, est ainsi créé. Un programme d’instruction est ensuite étudié pour prendre en compte la bientraitance des collaborateurs à 4 pattes dans leur éducation et leur emploi. Depuis 2021, deux personnes qualifiées travaillent à plein temps sur ce projet. Sur le terrain, une application mobile permet d’enregistrer la localisation précise du point de fuite. Un rapport est transmis aux services concernés pour organiser les travaux de réparation, illustré de photos du site pour localiser précisément la fuite. «Les trois chiens et leurs cytotechniciens ont réussi à détecter plus de 500 fuites en un an. La méthode a fait ses preuves, c’est une vraie réussite et un bonheur de voir les chiens s’amusaient à traquer les fuites sur le terrain», assure David Maisonneuve. L’agenda des deux sociétés étant déjà rempli sur plusieurs mois à venir, deux autres chiens sont en cours de formation avant de rejoindre l’équipe. Sur les réseaux sans point d’écoute vonRoll hydro France recommande également une solution éprouvée à «moindre coût» le Gasena5 H2. 

Le mélange hydrogène/azote détecte immédiatement la moindre quantité d’hydrogène (0 – 3000 ppm) et ne présente que de très faibles interférences avec les autres gaz inflammables. D’autres technologies de recherche de fuites non destructives et d’assistance opérationnelle en matière de rendement sont largement pratiquées sur le terrain.

Ax’eau propose l’inspection des feeders avec une sonde multi-mesures, nommée Spoutleak qui combine pré-localisation satellitaire avec la localisation in situ. «Cette solution, développée en partenariat exclusif avec la société espagnole Aganova, inventeur de la technologie, est largement éprouvée à l’international car elle offre une alternative percutante, aux solutions existantes sur le plan économique. Basée sur l’introduction, elle a été mise en œuvre avec succès sur une conduite de transport de la métropole du grand Nancy, avance Jacques Ravier, son directeur commercial et de comprimer les délais nécessaires à l’inspection de grands linéaires. Inspecter 1.000 km de réseaux devient, avec Spoutleak, réalisable en moins de 3 mois alors qu’il faudrait plus d’une année en inspection traditionnelle». Xylem s’appuie sur sa technologie SmartBall® ainsi que sur l’analyse de l’état structurel des conduites avec le robot PipeDiver® pour identifier les fuites sur de longues distances, en un seul déploiement. Le robot SmartBall® embarque différents capteurs, tels qu’un hydrophone, un capteur de température, un capteur de pression, un capteur électromagnétique, un accéléromètre et plusieurs gyroscopes pour identifier la présence de fuites et poches d’air sans interruption de service. 

Ses solutions ont été notamment utilisées par Sénéo et Suez pour inspecter près de 5 kilomètres de canalisations historiques en amont de l’usine de production d’eau potable du Mont Valérien. Précisons que ces inspections constituent pour Xylem une première utilisation du PipeDiver Ultra en France sur des canalisations en fonte grise. Hydreka, qui fait partie du groupe international Halma et s’appuie sur le fabricant HWM Global, offre des appareils combinant pré-localisation et corrélation. En France, la gamme Permanet est surtout déployée en zones urbaines même si «la technologie fonctionne partout à condition de ne pas se situer en zone blanche, sans réseau. Dans ce cas-là, une relève locale peut être couplée à la transmission à distance » précise Korentin Jolivet, responsable marketing & communication chez Hydreka. La ville de Trévoux, dans l’est de la France, a notamment utilisé le PermaNet F pour détecter les fuites dans son réseau de distribution d’eau potable entraînant ainsi une baisse de 20% du débit minimal après avoir réparé moins de la moitié des fuites détectées. Les PermaNet F avec des cartes SIM en itinérance et des capteurs audio à antenne magnétiques ont été installés à des endroits stratégiques sur l’ensemble du réseau afin de contrôler les fuites. 

Dès les premiers jours, 7 sites fuyards sur 20 ont été détectés. Ce qui a permis à la ville de réduire le débit de 40 m3 /h à 32 m3 /h, soit d’économiser 192000 litres d’eau par jour. A Londres, Affinity Water utilise également l’outil dans le réseau qui alimente 3,5 millions de personnes. Depuis 2019, les pré-localisateurs corrélant Permanet SU sont déployés à Sydney, participant ainsi à l’économie plus de 10 millions de m3 d’eau potable, soit l’équivalent de 4000 piscines olympiques. Fast Détection, est spécialisé en géolocalisation de réseaux souterrains et en recherche de fuites. Son gérant, Joël Dorffer, qui intervient particulièrement dans le grand-est de la France a débuté son activité dans les petites communes. Depuis, il travaille aux côtés des grands opérateurs pour la surveillance des réseaux urbains et notamment pour la métropole de Lille (MEL) qui regroupe 66 communes et veut garantir un niveau de rendement du réseau de distribution à 85%. S’appuyant sur le logger de données Sebalog D-3 du fabricant allemand SebaKMT du groupe Megger GmbH, la société a participé à la recherche de fuites à partir des résultats des débitmètres installés par Veolia, délégataire du service de distribution de l’eau potable pour 62 communes de la MEL. Pendant deux ans, un des techniciens de Fast Détection a posé des corrélateurs acoustiques et effectué des écoutes au sol. Dans sa version D-3, les fonctions «Mesure en temps réel» et «StepTest» du Sebalog permettent d’effectuer des mesures sur 4 canaux maximum, l’état des pressions et des débits et de les observer en direct sur l’ordinateur. Résultat: les canalisations de la MEL perdent encore 8 millions de m3 d’eau par an à cause des fuites, mais le système mis en place a déjà permis de faire passer l’efficacité du réseau de 83% du réseau en 2016 à 87% aujourd’hui. «En parallèle, nous travaillons toujours avec des petites collectivités comme Puget-Ville dans le Var dont le réseau de 60 km dessert environ 4400 habitants», commente le gérant de Fast Détection. Ce partenariat engagé avec cette collectivité a débuté en 2011. «Aujourd’hui, nous intervenons uniquement sur la surveillance des fuites. Grâce aux efforts de renouvellement engagés par la collectivité, le réseau enregistre aujourd’hui un rendement de plus de 90% contre 40% il y a dix ans.» 

AUTONOMIE

 Sur le marché, les fabricants proposent souvent une offre complète de produits de localisation et de détection des fuites. «Ce sont les caractéristiques du réseau, la nature des canalisations, la présence de sectorisation ou non, le nombre de points d’écoutes accessibles qui vont déterminer les technologies à privilégier avant tout» martèle vonRoll hydro. Il faut dire que le fabricant de matériel de recherche de fuites présente la particularité de pouvoir interfacer avec sa gamme de data loggers n’importe quel type de capteur (pression, débit, hauteur de réservoir…) pour surveiller les conduites et transmettre les données via GSM. 

Sur le terrain cependant, les prélocalisateurs acoustiques ou corrélant utilisés pour la surveillance de réseaux représentent la part de marché la plus importante. Depuis les premiers loggers lancés sur le marché dans les années 2000, la technologie acoustique s’est largement étendue. Très présent sur les conduites d’eau potable enterrées, le système Ortomat-MTC de vonRoll hydro offre la possibilité de détecter des fuites d’eau à un stade précoce. La technologie de la corrélation permet de détecter précisément une fuite entre 2loggers. L’installation de l’enregistreur de bruits se fait de manière aisée dans les bouches à clés, les regards ou tout autre organe en contact avec le réseau d’eau. Les appareils disposent d’un boîtier robuste de la classe de protection IP68, et sont donc conçus pour les conditions d’utilisation les plus difficiles. Commercialisés en France par SainteLizaigne, les BIDI loggers, conçus et fabriqués par Fast (Allemagne) forment un système de surveillance global qui permet la prélocalisation d’une fuite, puis la corrélation multi-points entre loggers. Autre solution, conçue, fabriquée et commercialisé par Sainte-Lizaigne, le point d’accès réseau Sense s’installe sur le réseau d’eau potable tel un branchement traditionnel. Composé notamment d’un collier et d’un robinet de prise en charge, ce branchement réputé intelligent et évolutif permet une surveillance permanente du réseau d’eau. Chez Hydreka, «le Permalog+ est la dernière évolution de la gamme de prélocalisateurs de fuite permanents ou mobiles de grande notoriété. Ce capteur peut être employé comme pré-localisateur traditionnel en relevé local à pied ou en mode patrouille. Son autonomie atteint 3 à 5 ans suivant son mode de fonctionnement. Il est idéal pour la détection sur tout type de sites : urbains, ruraux ou isolés» commente Korentin Jolivet, responsable marketing & communication. Aujourd’hui, certains appareils disposent d’une autonomie jusqu’à 10 ans. Pour remporter le marché d’Eau de Paris, dont l’objectif est d’identifier toutes les fuites d’un débit supérieur ou égal à 10 m3 /h, soit 80% des pertes réelles d’aujourd’hui, Sewerin a dû réaliser un important travail de développement sur l’électronique du capteur pour que la pile en lithium puisse fonctionner avec une autonomie à minima de 8 ans sans maintenance. Le fabricant a ainsi fait évoluer sa gamme de loggers de bruit SePem en version 351. «En 2022, nous avons déployé 3000 capteurs acoustiques sur les 2000 km du réseau d’eau potable parisien. Nous avons opté pour le protocole de communication LoRaWAN en raison de sa frugalité énergétique. Et nous nous sommes associés à Sogetrel, un partenaire privilégié des grands opérateurs et des collectivités, qui se porte garant de la fiabilité des transmissions» souligne Maxime Kieffer, responsable commercial et marketing chez Sewerin. Les données sont directement envoyées au centre de contrôle d’Eau de Paris, qui désormais surveille 100% du réseau de distribution parisien acoustiquement. Sur la marque Primayer, renommée Ovarro depuis 2020, les développements ont porté sur la capacité et la rapidité de transmission des données des corrélateurs acoustiques. 

En 2022, la société a lancé la quatrième génération de son capteur Enigma 3M qui s’appuie sur les réseaux GSM 4G/3G/2G en mode multi-opérateurs, ou sur les réseaux NB-Iot dédiés aux réseaux étendus à faible consommation et à l’Internet des objets. 

«Les données des Enigma 3M remontent sur une plateforme Web sécurisée nommée Leakhub. L’interface de cette plateforme a aussi été rendue plus ergonomique pour l’opérateur» commente Philippe Aretz, Strategic Sales Director Ovarro. Pour une meilleure communication et une remontée facilitée des données visant à affiner la détection des petites fuites, Gutermann propose le nouveau logger NB IoT corrélant qui utilise le réseau cellulaire NB IoT. Le fabricant a développé une intelligence artificielle capable de confirmer et d’estimer la taille des fuites. 6000 loggers NB IoT seront ainsi prochainement déployés dans la ville de Lyon. Sur le sujet, le groupe Alcom n’est pas en reste. Il a conçu et développé Leak Tracker, une application Android qui présente une acuité de 98 % d’acuité. En moins de 20 secondes, un opérateur, sans compétences particulière en détection de fuite, enregistre et reçoit sur son Smartphone, le résultat d’une recherche de fuite dans le réseau d’eau potable. La fuite est quantifiée et géolocalisée afin de pouvoir être intégrée dans le SIG. Tout opérateur peut assurer un premier niveau de détection de fuite dans un réseau. 

LES DONNÉES AU CŒUR DES PROJETS

 Puisque les nouveaux loggers sont capables de recueillir une grande quantité de données sur plusieurs années, et de les communiquer plus rapidement, la jeune start-up française Leakmited, s’est intéressée à l’application de l’IA dans la détection de fuites. Créée en 2019, elle a constitué une base de données à partir de 300000 km de réseau et de plus de 600000 données de fuites pour développer une technologie baptisée IA-Leakmited.

«Ces valeurs ont servi à construire notre algorithme sur la base d’une approche multicritère. Notre base est solide puisqu’elle s’appuie sur environ un tiers des données du réseau de distribution d’eau potable en France» insiste Éric Laumonier, directeur commercial. Au début, la société avait sélectionné une cinquantaine de variables pour fixer l’environnement de la conduite. Pour gagner en fiabilité, elle a rapidement fait le choix d’étendre ce nombre à une centaine pour optimiser le machine learning de son algorithme. «La prise en compte de quelques paramètres seulement n’est pas suffisamment fiable pour cibler les zones du réseau à risques. L’humidité étudiée à partir d’imagerie satellite par exemple, ne peut pas fonctionner seule car ce paramètre peut être faussé lors des épisodes d’arrosage» commente Éric Laumonier. En ciblant ainsi des zones du réseau, la solution permet d’améliorer les performances des processus de recherche de fuites, que ce soit via la pose de capteurs, ou par une recherche à pied. Après trois ans de R&D, la start-up propose aujourd’hui deux offres. La première s’appelle Sprint et consiste en un service rapide de recherche de fuites qui répond notamment aux zones rurales ou isolées. «En matière de coûts, notre solution Sprint s’adapte en fonction de la typologie du secteur rural/semi urbain/urbain. Au lieu de facturer au km, nous avons fait le choix d’indexer notre prestation à des critères de performances, en définissant un seuil en dessous duquel nous ne sommes pas rémunérés» signale le directeur commercial. La seconde offre, intitulée Smart, consiste cette fois en une surveillance permanente du réseau à partir de pré-localisateurs acoustiques. En général, il faut en moyenne quatre capteurs par kilomètre. Grâce à l’IA, un seul appareil serait nécessaire pour la surveillance du réseau. «Cette offre réduit drastiquement l’investissement nécessaire, et permet de démocratiser la méthode dans les zones rurales ou dans certains pays qui manquent de moyens financiers ou humains». Sur le terrain, la technologie a déjà fait ses preuves. Veolia, Suez ou encore Saur l’ont testée. Les demandes des collectivités affluent. En 2023, la société prévoit de doubler ses effectifs pour répondre à la demande. Certains fabricants comme Sewerin, s’intéressent aussi à cette technologie pour automatiser les process et conforter les prises de décision sur le terrain.

 «Grâce à l’évolution technologique des produits, tout concourt à prendre la direction du big Data, qui constitue la base de l’IA» résume Maxime Kieffer. En collaboration avec des spécialistes d’imagerie satellitaire, Suez développe une solution de détection non intrusive qui permette de détecter la signature spectrale d’une fuite. 

La solution Spot Leaks a été retenue et éprouvée au Royaume Uni par South Staffs Water dans le cadre de son plan quinquennal. Celui-ci fixe l’objectif de parvenir à l’horizon 2024/2025 à une réduction minimale de 15% du volume global de fuites par rapport aux niveaux enregistrés sur la période 2019/2020. South Staffs Water fournit de l’eau potable à 1,3 million de personnes et à 35000 clients commerciaux environ, sur un périmètre de 1500 km2 dans les districts des West Midlands, du South Staffordshire, du South Derbyshire, du North Warwickshire et du North Worcestershire. Plus récemment, en novembre 2021, l’activité Environment du groupe Lacroix s’est vu décernée le premier prix de l’appel à projets «Relocalisation dans les secteurs critiques» du plan France Relance. Soutenu par Bpifrance, Smart Water Network a pour objectif de diminuer l’apparition de nouvelles fuites à hauteur de 5% en France. Le déploiement du projet vise la production d’équipements industrialisés à partir de 2025. Il s’agit d’une nouvelle génération de data loggers et de postes locaux de télégestion (RTU) adaptés à un fonctionnement en réseau 5G. Une plateforme Edge développée en partenariat avec l’IRT b<>com permettra de réserver aux exploitants le «must» de la sécurisation des réseaux d’eau potable, selon Frédéric Rode, directeur général adjoint de Lacroix-Activité Environment. «Le Smart Water Network s’inscrit dans notre volonté de poursuivre notre maillage breton. Notre partenaire l’IRT b<>com est pionnier de la 5G en France. Nous avons combiné leur savoir-faire à nos solutions de télégestion d’infrastructures d’eau de notre activité Environment. Grâce à cette collaboration, notre utilisateur final a bénéficié d’une plus grande maîtrise et sécurisation des infrastructures de son réseau d’eau potable géré en régie directe». Le territoire d’expérimentation sera celui d’une Communauté de Communes Bretonne. Pour ce projet, Lacroix a d’ailleurs été nommé au prix de l’innovation du Forum Économique Breton 2022 et a reçu le “prix spécial” qui récompense l’impact positif de la solution pour la Bretagne et la société en général. A suivre donc en 2024.