Valorisation des données : Le monde de l'eau y vient

Que ce soit en eau potable ou en assainissement, les réseaux et installations sont aujourd’hui truffés de capteurs et automates envoyant leurs mesures vers la supervision. Cette photographie en temps réel permet de «piloter les installations, s’assurer que tout fonctionne et qu’on respecte les critères réglementaires, les contraintes techniques et contractuelles» selon les mots de Franco Novelli, expert technique du cycle de l’eau à la FNCCR. 

Il est cependant possible d’obtenir beaucoup plus d’informations en analysant la masse de données remontant des scada … et d’autres sources. «La supervision gère le temps réel au niveau des points communicants, mais que se passe-t-il entre ces points? Le rôle de la «couche métier», ou hypervision, est d’analyser les données pour voir l’invisible et comprendre ce qui se passe, ou va se passer, dans le procédé ou le réseau, et agir en fonction» explique Pierre Sacareau, directeur de projets chez Suez Smart Solutions. 

Pour quoi faire, concrètement? Les possibilités ne manquent pas : créer des indicateurs, optimiser la conduite voire l’automatiser, anticiper des évènements, faire évoluer les installations à plus ou moins long terme, gérer des crises… Le mouvement semble en tout cas inévitable. 

Plusieurs fournisseurs de solutions comme Areal, Codra, Copa Data, Factory Systèmes, Itron ou encore Operametrix proposent le moment venu une technologie opérationnelle génératrice des résultats valorisables. «Il y a maintenant une réelle prise de conscience collective de la valeur potentielle des données, qui étaient jusqu’à présent principalement utilisées pour la surveillance curative des installations techniques, confirme Alain Cruzalebes, directeur chez Perax. L’analyse de masse des données et leur croisement, de toutes provenances (factures clients et fournisseurs, laboratoires de mesures, automates industriels et de télégestion, dataloggers ou capteurs communicants) peut permettre une maintenance prédictive, améliorant la qualité et la continuité de services, tout en diminuant les coûts globaux et l’impact sur l’environnement des infrastructures». Franck Novelli de poursuivre: «Il devient impossible de ne pas anticiper : l’évolution climatique met au défi tous les systèmes, y compris la ressource». 

«Plus les systèmes deviennent complexes, plus ils ont besoin de diagnostic fiable et fin. L’eau potable et l’assainissement ne peuvent plus échapper à l’analyse de données» renchérit Jean-Emmanuel Gilbert, cofondateur et Directeur du développement d’Aquassay. Bien qu’agissant plutôt dans le domaine industriel, Aquassay apporte désormais aux collectivités son expertise en efficacité hydrique et numérisation des installations, en particulier via son récent partenariat avec le groupe Saur. «Le prérequis nécessaire à l’exploitation de cette manne d’informations est de pouvoir croiser des données de qualité entre elles. Chez Saur, nous considérons que la donnée est un produit. Nous avons donc mis en place un système de modélisation qui nous permet d’exploiter les données de différentes sources (collectivités, industries consommatrices d’eau, agriculteurs, abonnés, établissements publics, etc.)» confirme Grégory Denis, Chief Data Officer groupe Saur. 

«Cette organisation permet de travailler avec les différents acteurs du territoire afin de concevoir sur mesure des services adaptés à chacun tout en garantissant la souveraineté et la sécurisation de leurs patrimoines de données». La qualité est également un enjeu majeur pour les opérateurs de l’eau: complétude, exactitude des informations. «Nous avons au préalable recensé et priorisé les principaux problèmes rencontrés sur le marché afin de déclencher des projets lean six sigma avec nos experts métiers, IT et nos référents locaux» témoigne Grégory Denis. 

«Notre référentiel est un des plus robustes du marché : nous avons décrit plus de 4 000 données types du secteur et regroupé ces informations en près de 300 objets métiers. Ce dictionnaire de la donnée nous permet ainsi de partager des standards définis pour alimenter nos algorithmes via notre data hub, notre système de contrôle et de gestion mutualisée de la donnée. Grâce à l’intelligence artificielle et le traitement des données nous passons d’une posture réactive à une posture proactive pour toujours mieux préserver la ressource en eau en lien avec les collectivités : anticipation des risques de casse sur les conduites ou des risques de débordement, détection de dérive de remplissage de réservoir eau potable par exemple». 

«Dans l’intérêt du bien commun, il est impératif de co-concevoir des solutions techniques et économiques justes, c’està-dire, atteindre les objectifs fixés avec le minimum de ressources, justifie Alain Cruzalebes. La combinaison des expertises produits et services de l’ensemble des acteurs et leur volonté d’efficience doit conduire à coopérer pour assurer la standardisation des systèmes, pour qualifier, sécuriser et partager les données. 

C’est dans cet état d’esprit que Perax Technologies développe avec ses partenaires des solutions ouvertes et interopérables. Elles permettent non seulement l’exploitation et le partage de données issues de systèmes de télégestion de toutes marques, mais aussi de données en provenance de laboratoires d’analyses ou d’autres objets connectés, permettant un traitement de masse efficace des données et un pilotage optimisé des processus et des alertes via des systèmes d’intelligence artificielle». 

De fait, intégrateurs, spécialistes ou grands groupes développent leur propres solutions «métier», partielles ou globales, qui peuvent se combiner de manière différente selon les besoins des collectivités. 

UNE RICHESSE À EXPLORER 

Données de supervision, de télérelève, de l’IoT, extérieures (météo par exemple), données quantitatives ou qualitatives, en temps réel ou ponctuelles (analyse de laboratoire, compte rendu d’intervention…): le gisement est immense. «Aujourd’hui, on peut atteindre jusqu’à 97% de données disponibles qui ne sont pas exploitées, selon le type d’instrument installé. Bien souvent, c’est seulement la grandeur mesurée qui est remontée vers la supervision, alors qu’un appareil de mesure est capable de délivrer beaucoup plus d’information. Par exemple, on peut déduire l’encrassement des tuyauteries de la conductivité mesurée par les débitmètres électromagnétiques» explique Matthieu Bauer, responsable de marché Environnement Energie chez Endress+Hauser. «

«Le scada est une source essentielle mais pas la seule. Les laboratoires internes ou externes (Cofrac) fournissent des analyses asynchrones, des capteurs locaux - sectorisation énergétique, nez artificiels, pluviomètres, capteurs de houle… - remontent leurs mesures par l’IoT vers des clouds, la télérelève arrive également par un canal différent. Nous sommes capables de récupérer tout cela pour alimenter un entrepôt de données dans lequel puise le système d’information métier» énumère Pierre Sacareau. 

«La grande innovation des années 2020 est la capacité de faire un «pot commun» avec des informations en provenance de différents capteurs et même de données en open data, comme par exemple celles de pluviomètres installés par un autre acteur sur le même territoire» confirme François Paquet, directeur scientifique de Birdz.

«Les données doivent être caractérisées, nettoyées et validées si l’on compte construire quelque chose sur cette base» prévient toutefois Franco Novelli. JeanEmmanuel Gilbert (Aquassay) insiste lui aussi sur la qualité des données «Les applications métier sont basées sur les données existantes mais il n’y en a pas toujours assez et, surtout, elles ne sont pas toujours validées. Il faut repenser la production et la gestion des données, en pratiquant le data cleansing (nettoyage/validation)». Ce travail de collecte, nettoyage et validation demande des compétences – et du temps de personnel - dont ne disposent pas forcément les collectivités. C’est pourquoi, par exemple, la Sabom (société d’assainissement de Bordeaux Métropole), filiale de Veolia qui a repris l’assainissement bordelais depuis janvier 2019, a affecté plusieurs de ses spécialistes à ce travail. «Beaucoup de choses remontent, en temps réel comme en différé. Nous avons mis en place un entrepôt de données à partir duquel nous pouvons travailler, mais avant tout travail d’exploitation, il faut valider et critiquer la donnée» insiste Christelle de Traversay, directrice générale de la Sabom. 

Calasys, intégrateur spécialisé dans le petit cycle de l’eau et le bâtiment, apporte son expertise dans ce domaine. «Nous avons constaté que les collectivités manquent d’outils et de compétences en la matière. Nous éditons donc la Diagbox, une plateforme de gestion qui collecte les données du scada, de l’IoT ou directement des automates ou des transmetteurs, les enrichit et les paramètre en vue d’applications métier. Une des particularités du monde de l’eau est d’ailleurs que beaucoup de données sont horodatées à la source : archivées localement et remontées ultérieurement, ce qui implique des modes de traitement particuliers» explique Arnaud Alphand, directeur général de Calasys. S’y ajoutent déjà des couches de traitement pour, par exemple, éditer des courbes et tableaux à partir de données qualifiées et validées. Les collectivités ayant encore besoin de monter en compétence pour ce travail de validation, Calasys propose également une hot line: «c’est encore un choc de culture, nous sommes entre deux mondes» constate Arnaud Alphand. 

POUR QUOI FAIRE ? 

Différents «étages» existent: éditions de tableaux de bord et synthèse d’indicateurs, suivi de contexte (météo, travaux …), optimisation des procédés (énergie, réactifs …) mais aussi anticipation du comportement de l’installation, voire pilotage temps réel optimisé. 

Les données enregistrées sont aussi une mine de renseignements pouvant fournir un retour d’expérience sur des évènements passés afin d’améliorer les installations ou les procédures, aider à la gestion patrimoniale… Certaines applications ne demandent «que» des calculs (plus ou moins complexes, en particulier pour l’optimisation qui peut demander des techniques numériques avancées), d’autres supposent la modélisation/simulation. 

Cela peut aller jusqu’au stade du «jumeau numérique», modèle informé en temps réel et agissant de lui-même sur l’installation. Avec sa gamme Aquadvanced, Suez couvre tout le domaine. «En tant qu’éditeur de logiciels, nous proposons des solutions sur l’ensemble du cycle de l’eau, de la ressource au milieu naturel récepteur des eaux usées traitées, en passant par la production/distribution d’eau potable et l’assainissement. Nous sommes les seuls dans ce cas. Pour chaque domaine, nous pouvons proposer du simple «monitoring», des capacités d’anticipation ou de la gestion dynamique» affirme Pierre Sacareau. A l’autre extrémité du spectre, un acteur comme Lacroix s’intéresse également au traitement et à la valorisation des données dans les réseaux d’eau.

 «De nombreux exploitants d’eau utilisent quotidiennement nos postes locaux Sofrel 500/S4W, nos data loggers ainsi que notre offre de supervision PCWin2. Certains d’entre eux nous demandent d’aller encore plus loin dans le traitement et la présentation des données», révèle Jérôme Floch, chef de produits chez Lacroix Enviromnent. «Nous avons donc mis en place un laboratoire d’innovation au sein du groupe Lacroix pour pouvoir accompagner ces exploitants qui souhaitent disposer de tableaux de bord métier complémentaires à leur supervision PCWin2. Un exemple de projet réalisé est l’application développée pour Nevers Agglomération, projet pour lequel des modèles d’intelligence artificielle sont mis en œuvre pour permettre aux équipes de Nevers de mieux caractériser et détecter les fuites dans leur réseau».

Du côté de Xylem, on s’appuie sur la donnée, couplée à des équipements industriels historiquement implantés dans la plupart des collectivités en France, pour créer des solutions dites «intelligentes, qui accompagnent les gestionnaires de réseaux d’eau dans leurs prises de décision, tout au long du cycle de l’eau. Baptisée Xylem Vue, la suite de solutions numériques va permettre de traiter, d’entraîner et de calculer les scénarios d’optimisation les plus favorables pour proposer des recommandations d’optimisation aux opérateurs. 

DE L’EAU POTABLE…

Les exploitants souhaitent s’assurer de la conformité sanitaire de leur production, minimiser leur consommation de réactifs, connaître le rendement du réseau, détecter les fuites, améliorer leur performance énergétique, ajuster à tout moment la production/distribution à la demande, planifier les interventions, gérer le renouvellement du réseau… Il existe des solutions numériques pour tout cela.

«Les calculs d’optimisation permettent d’ajuster la production à la demande prévisible mais on peut aller plus loin, par exemple adjoindre des modèles financiers qui, en fonction des contrats de fourniture d’électricité, permettront d’utiliser l’énergie lorsqu’elle est la moins chère» explique Pierre Sacareau. 

Aquadvanced peut aussi combiner les données de pression et débit du scada avec celles de la télérelève pour connaître chaque jour la consommation d’un secteur. 

«Si on compare les volumes livrés avec la consommation, on voit les fuites et leur dérive dans le temps. Si l’on ajoute les débits de nuit, les demandes d’intervention, on obtient un faisceau d’indices pour comprendre ce qui se passe sur le réseau» ajoute-t‑il. Avec sa gamme Aquadvanced, Suez propose Asset Advanced qui, à partir d’un référentiel patrimonial et d’indicateurs d’état, peut simuler des centaines de scenarios de renouvellement et trouver le meilleur compromis coût annuel/ âge des canalisations. Ce moteur d’optimisation, Optimizer, a été développé par Optimatics, filiale de Suez. Au-delà de l’aide à la collecte et validation des données, Calasys commence à proposer des solutions métier basées sur l’optimisation et l’apprentissage machine. 

«Nous arrivons par exemple à prédire la consommation d’eau sur 7 jours. Des algorithmes mathématiques permettent de construire plusieurs règles pour rendre le pilotage semi-automatique, voire automatique, et optimiser l’exploitation tout en prenant en compte des indicateurs comme la consommation d’énergie» explique Arnaud Alphand. Ce type de module est par exemple inclus dans une solution globale, concernant l’ensemble du petit cycle de l’eau, déployée à Angers Loire Métropole. 

«La solution de pilotage optimisé des ouvrages d’eau potable et d’assainissement développée par Purecontrol démocratise l’usage de l’intelligence artificielle par les exploitants, avec des bénéfices directs sur les coûts opérationnels (énergie, produits de traitement notamment)» assure Loïc Croissant, directeur développement & innovation. 

Déjà déployée sur plus de 200 sites, cette technologie permet, très rapidement et sans aucune programmation, d’utiliser des régulations complexes qui prennent en compte un nombre illimité de facteurs d’influence et d’objectifs à atteindre simultanément. «Sur une usine de production d’eau potable par exemple, la régulation va piloter automatiquement le pompage en prenant en compte simultanément: la production d’énergie photovoltaïque sur site (pour maximiser l’autoconsommation), les différentes périodes tarifaires de l’électricité, l’efficacité énergétique des pompes et la prévision de consommation d’eau du secteur pour les heures à venir».

… À L’ASSAINISSEMENT 

Autocontrôle, diagnostic permanent, détection des eaux claires parasites, prévention des débordements en situation d’orage: en assainissement, c’est souvent la contrainte réglementaire qui a accéléré l’arrivée des outils numériques. «L’appel d’offre et le contrat avec Bordeaux comportaient un volet «système d’information» important consacré à la valorisation des données métiers» se souvient Christelle de Traversay (Sabom). 

La Métropole exigeait en effet la réalisation de dix «cas d’usage», dont un impératif: le croisement de données financières et techniques, sur plus de 200 paramètres, pour suivre la performance des services délégués. La Sabom développe également des solutions pour l’efficacité énergétique ou le diagnostic permanent. «Nous travaillons aussi sur l’impact des différentes typologies de pluies, à partir des données historiques sur la pluviométrie, les inondations, les plaintes d’usagers, les interventions… Nous regroupons tout cela dans une base de données pour pouvoir retracer automatiquement les évènements, ce qui permettra ensuite de repérer les zones de fragilité et faire évoluer la structure du réseau. Ce sera en place à la fin de l’année» annonce Christelle de Traversay. 

La solution Aquadvanced Assainissement aide à la gestion dynamique du réseau. Elle récupère les données de supervision, les croise avec des modèles météorologiques et hydrauliques pour anticiper les débordements. Un optimiseur mathématique pilote automatiquement les vannes et pompes pour utiliser au mieux les capacités de stockage des canalisations elles-mêmes. «Le modèle tourne en permanence et suit l’évolution de la météo. Ce système permet d’énormes économies en évitant la construction de bassins de rétention en milieu urbain» souligne Pierre Sacareau. Et de citer pour exemples le système de gestion dynamique du SIAAP ou les nouveaux modules d’Aquadvanced Assainissement intégrant le diagnostic permanent sur plus de 150 paramètres, la détection des eaux claires parasites ou la gestion des crises…

La société suisse Hydrique Ingénieurs propose depuis plusieurs années des solutions numériques basées sur la modélisation/simulation, pour l’environnement et l’assainissement. «Il existe plusieurs applications possibles. Sur la base de mesures en temps réel, nous proposons l’autosurveillance (bilan des flux automatisé, tendances sur longues périodes) et le diagnostic permanent (alertes automatiques, analyse d’évènements). Le système peut aussi faire des prédictions, émettre des alertes crues urbaines. Nous allons jusqu’à la gestion dynamique des ouvrages : régulation des bassins d’orage, déclenchement automatique de la STEP…» énumère Frédéric Jordan, co-fondateur de la société. 

En termes de gestion dynamique, il cite l’exemple de Saint Chamond (Loire), dont l’assainissement est confié à Veolia Eau France. Hydrique a construit et installé un véritable jumeau numérique de l’ensemble des installations (bassins d’orage, déversoirs, réseau, STEP), informé en temps réel par la supervision, recevant les données d’un radar météo et agissant en retour sur les organes (vannes, pompes, etc.). «Le modèle fait des prévisions pour déclencher de manière anticipée (40 minutes avant le remplissage) la filière Densadeg de la STEP, dédiée aux eaux pluviales. 

D’autre part, il gère en temps réel la vanne de sortie du bassin d’orage amont de Terre Noire, afin de protéger le Gier des déversements, en utilisant au mieux la capacité aval du réseau» explique Frédéric Jordan. Quatre autres communes françaises sont en passe d’installer ce système. 

ET LES PETITES COLLECTIVITÉS ? 

«Ces solutions concernent effectivement surtout les moyennes et grosses collectivités. Les petites ont moins de ressources pour valider les données, et développer elles-mêmes, ou simplement opérer, ce genre de logiciel. Néanmoins, ce sont parfois les délégataires qui fournissent des solutions clés en main, ou des acteurs spécialisés qui proposent des solution plus simples» explique Franco Novelli. 

«L’analyse de données ne coûte pas cher, et elle est utile dès lors qu’il y a des capteurs. Le gain est certes plus important pour les installations complexes mais cela simplifie la vie même sur les petites installations» estime pour sa part JeanEmmanuel Gilbert (Aquassay). Au lieu de vendre et installer des logiciels dans les systèmes informatiques de collectivités, des acteurs comme Suez Smart Solutions, ou Calasys peuvent les proposer en SAAS sur un environnement partagé (un Cloud). Birdz privilégie une autre approche basée sur la simplicité. La société a participé au développement de capteurs «frugaux» et ne remontant que des données utiles. 

«Des collectivités pas forcément très argentées nous ont demandé des outils métier. Nous construisons des services peu coûteux mais pertinents, en remontant et mettant en relation des données de différentes sources, par exemple pour signaler des évènements dérangeants» explique François Paquet directeur scientifique. Autre possibilité: un calcul de rendement de réseau à partir des données de télérelevé des compteurs d’abonnés. 

«C’est une approche qui s’inscrit dans une plus grande simplicité mais qui, pour autant, donne des résultats appréciables et souvent suffisants pour une bonne gestion de son réseau d’eau» estime François Paquet. Autres possibilités au catalogue de Birdz: l’instrumentation des poteaux de défense incendies (parfois mal refermés, et sujets à des usages non autorisés), l’installation de sondes de qualité sur le réseau ou sur des ressources en eau superficielles pour délivrer des alertes précoces, ou l’indentification des compteurs risquant de casser en période de gel.

«C’est assez simple puisque les compteurs remontent la température. Nous l’avons mis en œuvre sur la région RhôneAlpes et divisé le risque de casse par plus de dix. Depuis, le système s’est généralisé» affirme François Paquet. Partisan de la légèreté, il estime que certaines collectivités ne vont pas maintenir leur scada historique mais opter pour le télérelevé des compteurs, installer des capteurs sur les réseaux et profiter de réseaux interopérables comme LoRaWAN pour remonter le tout. 

Et Alexandre Huchon, directeur commercial chez EFS de poursuivre «Avec la sonde I-CENSE, on peut aisément cartographier le réseau d'eau potable d'une collectivité et remonter aussi bien les informations de pression et débit pour détecter les fuites réseau que des défauts de qualité de l'eau avec les mesures de conductivité, turbidité et surtout chlore. 

Ces mesures remontées sont fiables car identiques à la mesure laboratoire de référence ce qui permet de ne pas douter des données remontées. De plus, les remontées se font sur un réseau NB-IOT qui permet des couts de communication faible et un seul format de données pour l'ensemble des informations de surveillance du réseau de distribution d'eaux potable. Ce type de capteur permet donc la simplification de la collecte de données et garantit une grande fiabilité des données remontées du fait de ses mesures normalisées. Croiser ces mesures par un maillage adapté avec les compteurs de consommation en bout de chaine permet de vite identifier toute fuite sur le réseau. De même, toute pollution peut être détectée avant qu'un consommateur ne soit impacté».