Rendement du réseau d’eau potable : une quête sans fin ?

Bien connaître son réseau

A l’autre extrémité de l’échelle des pratiques, Réseau31, le syndicat mixte couvrant toute la Haute Garonne, soit plus de 350 communes et 15 intercommunalités, a choisi 1Spatial pour mettre en œuvre un SIG unique. La firme a mis en place sa solution Elyx Aqua, après un long travail d’intégration de données disparates dans une banque de données centralisée.

Pour comprendre le fonctionnement d’un réseau, le modéliser et éventuellement calculer son rendement, par exemple lors d’une cession, les bureaux d’étude doivent l’instrumenter précisément. Pour cela, la société bretonne Ijinus propose à la location le LP025, un capteur de pression absolue, autonome et communicant, qui peut se placer dans les poteaux d’incendie, sur les canalisations ou dans les châteaux d’eau, voire s’interfacer avec des débitmètres électromagnétiques déjà en place. Régulièrement amélioré en termes de sensibilité, de mémoire ou d’autonomie, il a surtout beaucoup évolué en 2018 dans sa partie communicante. « Il utilise tous les grands formats de communication et, d’ici la fin de l’année, sera compatible avec tous les protocoles et produits du marché » affirme Mathieu Zug, directeur scientifique d’Ijinus. En phase avec l’évolution générale, Ijinus propose également un service sur le Web, Ijitrack. « Les clients peuvent louer un lot de LP025 avec une carte sim et un abonnement à notre service qui leur permet de visualiser leurs données, les exporter, voire faire leurs calculs » souligne Mathieu Zug.

DHI, à la fois bureau d’études et éditeur de logiciels, propose une autre manière de modéliser les réseaux, basée non pas sur la connaissance patrimoniale, comme dans les SIG classiques, mais sur des calculs physiques, plus précisément hydrauliques. « Nous utilisons les données patrimoniales du réseau, c’est notre base, mais nous mettons de l’eau dedans ! La physique nous dit alors comment cela se traduit en termes de vitesse dans une conduite, de pression à un poteau d’incendie… C’est le comportement de l’eau que nous modélisons » précise Jean Paul Ducatez, responsable du département eaux intérieures chez DHI.

En quoi de tels modèles peuvent-ils aider à améliorer le rendement d’un réseau ? « Nous offrons des solutions de monitoring en temps réel de l’état du réseau. Nous savons modéliser ce qui est mis en distribution, les niveaux dans les châteaux d’eau, etc. Lorsque nos systèmes experts détectent un écart entre la prédiction du modèle (la situation normale) et la réalité enregistrée (débitmètres, hydrophones, data loggers…), cela signale une fuite », explique Jean-Paul Ducatez. Intervenant à toutes les échelles du cycle de l’eau, de la circulation globale océan-atmosphère au réseau urbain, DHI s’appuie sur une famille logicielle appelée Mike. La version Mike Urban WD, répondant à la problématique de la distribution d’eau potable, est par exemple à l’œuvre en Suisse à Zurich ou en Italie.

Détecter et localiser les fuites

Ainsi Gutermann a-t-il encore perfectionné son logger de corrélation Zonescan 820, améliorant la sensibilité du micro et la partie électronique. L’appareil devrait d’ailleurs changer de nom au cours de l’année pour marquer ces différences. En parallèle, Gutermann a développé une version apte à communiquer via le format NB IoT (équivalent à la 5G mais avec une consommation d’énergie bien moindre, un aspect essentiel pour des appareils autonomes restant à demeure plusieurs années). Le Zonescan 820 NB-IoT sera prochainement déployé à Lyon et Paris, pour commencer.

La grande nouveauté chez Gutermann, présentée au dernier salon Pollutec, s’appelle Hiscan©. Doté de la fonction corrélation, il s'agit d’un hydrophone à poste fixe, en contact direct avec l’eau. Particulièrement adapté aux feeders de transport, il peut détecter un bruit jusqu’à un kilomètre dans des gros tuyaux en fonte. « Les Hiscan s’intègrent dans la même plateforme Zonescan.net que nos corrélateurs à poste fixe. Le client peut donc panacher en fonction de ses réseaux et tout ramener au même point. Ces hydrophones permettent une surveillance en continu, essentielle car des fuites “discrètes” peuvent s’agrandir et créer des accidents importants étant donné la pression régnant dans ces grosses conduites » précise Luc Bade.

SEBAKMT propose également un système baptisé TMM permettant une surveillance en continu de feeders par hydrophones.

Sewerin a également amélioré son logger de bruit à poste fixe. Le petit nouveau, appelé SePem 300, reprend les bases métrologiques de son prédécesseur SePem 100-150 mais communique désormais par GSM. Toujours à sa recherche de robustesse, Sewerin a remplacé la classique carte SIM par une technologie MIMO, soudée sur la carte électronique lors de la construction. Plus besoin d’ouverture pour insérer la carte SIM. Le SePem 300 est autonome pendant plusieurs années grâce à sa pile lithium. « Le client peut l’acheter en package avec un abonnement de 4 ou 6 années de communication. Compatible avec les trois grands opérateurs de télécom français, il choisit tout seul le réseau le plus puissant à l’endroit où il est installé » précise Maxime Keiffer.

Pour la corrélation, Sewerin propose toujours son appareil portable SeCorr C 200 (durci IP 67), mais a adopté une nouvelle génération de micros beaucoup plus performante, et repensé l’interface pour le rendre totalement intuitif. « Il permet de corréler très loin sur la fonte, et jusqu’à 100 ou 200 mètres sur le plastique, ce qui est très largement supérieur aux générations précédentes » affirme Maxime Kieffer.

A ces équipements s’ajoute l’utilisation de tableaux de bord FluksAqua, des outils numériques permettant de simplifier et d’améliorer la collecte, le traitement et l’analyse des données issues de la télégestion pour les rendre immédiatement exploitables et prioriser les interventions. Avec l’utilisation de ces tableaux de bord, la collectivité estime faire gagner environ une heure par jour à ses équipes d’exploitation, avec à la clé une meilleure réactivité pour intervenir sur les canalisations fuyardes.

vonRoll Hydro (Ortomat et Ortomat MTC), SEBAKMT (Sebalog N-3 et le système EAR), Hydreka (Permanet F et Permacorr+) ou Anthalys développent également ce type de solutions communicantes.

Chez vonRoll hydro, la détection et la localisation des fuites repose sur les appareils de la gamme Ortomat qui se décline en plusieurs versions pour répondre aux exigences des différentes stratégies de recherche. Parmi les récents développements, Ortomat-MTC GSM qui automatise la transmission des données au logiciel d’analyse propose à la fois la prélocalisation mais aussi un nouveau principe de corrélation breveté pour la simplification de la localisation du point de fuite. Pour faciliter la mise en œuvre de ces équipements et réduire le temps entre l’apparition d’une fuite, sa détection et sa réparation, vonRoll hydro a développé un nouveau concept appelé IDW (Internet Des Wassers), qui repose sur une plateforme de supervision des infrastructures de réseaux, nommée HYDROPORT, permettant, via internet, de gérer les objets connectés implantés sur le réseau. Grâce à ce concept, les services peuvent déployer rapidement un réseau d’objets connectés pour la surveillance des fuites sans qu’il soit nécessaire d’investir lourdement. Pour permettre aux exploitants de découvrir ses solutions vonRoll propose un concept original appelé le Projet Pilote IDW.

Concrètement, une dizaine d’appareils Ortomat-MTC sont déployés et paramétrés par un technicien expert IDW. Une journée suffit pour former les personnels à leur utilisation ainsi qu’au service web Hydroport. Ceux-ci sont ensuite alertés de toute anomalie sur la zone couverte, aussi bien des fuites que des ouvertures d’organes de réseaux (poteau/bouche incendie, vanne, etc). Après deux semaines d’utilisation, un technicien expert dresse un bilan d’utilisation et rends un rapport détaillé indiquant toutes les fuites détectées.

Les data-loggers développés par Perax (ex-Aqualabo), Hydreka, ou Primayer ont également un rôle à jouer. Chez Lacroix Sofrel, les dataloggers autonomes de la gamme LS peuvent se connecter à certains débitmètres. « Le principe est de détecter les fuites par comparaison avec les pressions ou les débits habituels. Dès qu’un seuil prédéterminé est dépassé, le logger émet une alarme. L’exploitant doit alors analyser ses courbes, comparer en allant chercher dans ses archives, et déterminer pourquoi le seuil est dépassé. Cela permet de détecter des fuites invisibles et déterminer des secteurs fuyards » explique Benoît Quinquenel, chez Lacroix Sofrel.

La société propose également une solution d’hébergement Web sécurisée. « Un login et un mot de passe sécurisé suffisent au client pour interroger notre plateforme et récupérer ses données. En France, plus de 15 000 de nos data loggers, localisés par GPS, parlent tous les jours à cette plateforme. Un des trois gros opérateurs français a ainsi relié tous ses loggers à cette plateforme, qui lui sert de passerelle vers son centre de traitement big data » explique Benoît Quinquenel.

Associer personnel exploitant et recours à des prestataires

Ainsi, et au-delà de la fabrication d’équipements de détection et de localisation des fuites, vonRoll hydro intervient également à plusieurs niveaux en matière de prestations de services. L’entreprise dispose en effet d’une dizaine de techniciens spécialisés capables d’intervenir n’importe où en France pour mener à bien des missions classiques de recherche de fuite sur les réseaux avec ses propres équipements pour le compte de fermiers ou de collectivité. Méthodes acoustiques, gaz traceur et recherche de fuites par pose de prélocalisateurs acoustiques mobiles ou permanents sont les méthodes le plus couramment mises en œuvre.

Par exemple, pour localiser une fuite dans une conduite de plusieurs centaines de mètres, en polyéthylène, passant sous un champ pour alimenter une ferme, les techniques acoustiques sont impuissantes. Dans ce genre de cas, Ax’eau utilise l’injection de gaz traceur (voir EIN 403). Les conduites de transport représentent un autre cas particulier, avec leurs très grandes longueurs sans accès, leur parcours passant parfois sous des routes ou des cours d’eau, et l’impératif d’éviter les coupures d’eau. Ax’eau déploie dans ce cas une sonde multimesure (pression, température, centrale inertielle) appelée Spoutleak. Autonome en énergie grâce à une batterie, elle se présente comme d’une balle en plastique PTFE (Polytétrafluoroéthylène) d’une densité équivalente à l’eau. « Nous l’injectons dans la canalisation sous pression où elle est véhiculée par l’eau. Elle mesure en continu et nous la récupérons à l’exutoire avec un filet. Ensuite, nous analysons la courbe de pression : une variation brusque signale un problème » explique Thibault Baccherini. Spoutleak se déplace à la même vitesse que celle-ci, une vitesse constante dans les conduites de transport. Le temps de parcours avant l’anomalie permet donc de localiser cette dernière par un calcul très simple. Ensuite, il faut retourner sur le terrain pour finaliser l’approche avec les techniques acoustiques avant de creuser. « L’opération dure une ou deux journées pour parfois plusieurs dizaines de kilomètres de canalisation, mais elle demande une étude préalable pour connaître le réseau. Nous pouvons d’ailleurs proposer de le tracer et le cartographier auparavant en cas de méconnaissance patrimoniale. Si nous ne sommes pas sûrs que la sonde ressorte, nous ne l’injectons pas et utilisons le gaz » prévient toutefois Thibault Baccherini.

Prévenir plutôt que guérir

Tout récemment, Lacroix Sofrel a ainsi muni un de ses data loggers, le LSV, d’un calendrier afin de commander des vannes de régulation en fonction de la demande prévue. « Nos loggers comportent en plus une fonction dite intersite : ils peuvent commander un organe à distance, par exemple une pompe de régulation située à plusieurs kilomètres du point critique » souligne Benoît Quinquenel. Certains fournisseurs, comme par exemple Cla-Val, vont plus loin avec des régulateurs dynamiques capables de mesurer en permanence le tirage en aval, donc la demande, pour s’autoréguler en temps réel.

L’Essor des solutions digitales

Venu du monde de l’IOT, Birdz propose des solutions analogues. « Nous ne développons pas de capteurs ni d‘outils de recherche de fuites. En revanche, nous collectons les informations générées par ces capteurs pour pouvoir les exploiter et les croiser avec d’autres données pour améliorer le rendement des réseaux d’eau de nos clients » explique Xavier Mathieu, Directeur général de Birdz. Compteurs de sectorisation, capteurs de pression, capteurs de niveau, compteurs des abonnés, SIG, Systèmes de gestion des interventions, CRM,… toute l’instrumentation déployée sur le réseau et tous les systèmes de gestion sont mis à contribution pour fournir une vision extrêmement précise et en quasi temps réel de ce qui se passe sur le réseau. Objectif : améliorer la performance en permettant aux équipes d’être très réactives dès l’apparition d’une baisse de rendement sur un secteur du réseau en guidant les équipes d’intervention le plus précisément possible. Pour déployer sa solution, Birdz a noué un partenariat avec Gutermann qui fournit des loggers corrélant à poste fixe. « Ces outils nous permettant de recevoir des informations permettant de localiser les fuites en temps réel, explique Xavier Mathieu. En les croisant avec des données collectées par d’autres capteurs, on va enrichir les informations collectées et être par exemple capables de prioriser les actions de l’exploitant pour aller réparer les fuites là ou elles ont le plus d’impact sur le rendement du réseau ».

La start-up FluksAqua développe quant à elle des tableaux de bord permettant de traiter et d’analyser rapidement et efficacement les données issues de la télégestion. Compatibles avec une majorité des superviseurs du marché, ces outils numériques intuitifs et accessibles sur tous supports permettent d’être alerté en cas d’anomalie et de prioriser les interventions sur les secteurs les plus critiques. Construits par des professionnels du web en collaboration avec la communauté des exploitants, ces outils allient ergonomie et savoir-faire métier pour une prise en main extrêmement facile. « On sent qu’on tient compte de mes remarques pour faire évoluer le produit, que cela ne vient pas d’en haut mais de la base, et, du coup, l’application est super pratique et adaptée », témoigne Guillaume, chercheur de fuite chez Veolia Eau France, qui a intégré les tableaux de bord à leur outil d’exploitation H360 après les avoir testés sur de nombreux sites avec satisfaction. Même réaction à la Roannaise de l’Eau dont le responsable d’exploitation Jean-Philippe Noailly témoigne « La facilité du paramétrage permet d’avoir immédiatement les informations, avec des indicateurs travaillés qui permettent d’intégrer les bonnes pratiques métier ».

Estimer la durée de vie résiduelle d'une canalisation

Les solutions digitales permettent d’optimiser la façon dont l’exploitant va pouvoir piloter ses investissements en définissant les programmes de renouvellement de canalisations et de branchements les plus adaptés à la situation de la collectivité, « au bon endroit, au bon moment, au meilleur coût », comme l’indique Loïc Voisin chez Suez. « La multiplicité des données disponibles et le formidable développement ces dernières années des capacités de calcul permettent de s'appuyer sur des algorithmes de plus en plus élaborés. Cette explosion des capacités de traitement de l’information a ouvert la voie à l’intelligence artificielle qui nous permet aujourd’hui d’être très pertinent en matière de connaissance de l’état réel des réseaux d’eau potable ». La société Optimatics, rachetée par Suez en septembre 2018, travaille sur cette problématique depuis plusieurs années. Elle a notamment développé Optimizer™, une solution digitale permettant aux gestionnaires de réseaux d’identifier les meilleures allocations de leurs ressources économiques pour satisfaire leurs objectifs de performance. « Développé à partir des recherches en algorithmiques génétiques de l’Université d’Adélaïde en Australie, Optimizer™ associe la performance des méthodes métaheuristiques à celles des outils de modélisation hydraulique pour calculer des milliers de scénarii en seulement quelques heures, constituant une rupture majeure avec les méthodes traditionnelles, explique Loïc Voisin. Par cette nouvelle approche multicritères, cet outil permet aux gestionnaires d’eau et d’assainissement de prendre les décisions technico-économiques les plus efficaces et de générer des gains financiers très significatifs allant de 10 à 30 % ». La solution développée par Optimatics dispose de nombreuses références en Australie (South Australia Water), aux États-Unis (Département de Protection Environnementale de New York, banlieue de Washington, Los Angeles, Denver Water, Minneapolis, Louisville…), en Angleterre (United Utilities) et en France à Marseille, Montpellier, Nice, Roanne, Lille, par exemple.

Birdz a également développé des solutions digitales reposant sur l’exploitation des données collectées pour aider les exploitants définir leur stratégie de renouvellement. « Big data et intelligence artificielle permettent d’exploiter l’ensemble des données disponibles, de les croiser pour leur donner du sens », explique Xavier Mathieu. Toutes les données, même les plus anodines, sont analysées de manière à fournir le diagnostic le plus précis possible. « Chaque paramètre a ses spécificités, explique Xavier Mathieu, ce qui est intéressant, c’est de les mettre en relation pour qu’ils nous alertent sur un changement de la qualité de l’eau et sur ses causes possibles. La conductivité, couplée à la pression, permet par exemple d’obtenir des informations précieuses sur la vie d’une canalisation ou d’un tronçon du réseau. Son suivi sur le long terme permet d’orienter les investissements ».

Pour cela, la société mis au point un logiciel, HpO©, capable d’anticiper les défaillances sur tous types d’organes du réseau, y compris les branchements. Il s’applique même lorsque l’exploitant n’a pas conservé les archives de défaillances sur les branchements, grâce au recours à l’intelligence artificielle, qui permet d’augmenter et compenser les données en recherchant dans la base d’Altereo des similitudes avec des réseaux comparables. Lancé fin 2018, HpO est principalement disponible sous forme de service innovant d'ingénierie. « C’est un outil stratégique, utilisé une ou deux fois par an, cela n’a donc guère de sens pour un exploitant de l’acquérir, même si nous n’y sommes pas opposés » justifie Kevin Nirsimloo. En 2017, Altereo a déployé cet outil, alors en phase de R&D, au cours d’une étude de réseau à Nouméa (Calédonie). Des projets sont également engagés avec Métropole, l’agglomération d’Orléans et Chartes Métropole Eau. Au-delà des acquis de HpO, Altereo a engagé un partenariat de R&D avec le SEDIF.

C'est à ce niveau que peut intervenir Primus Line, solution innovante de retubage en PE armé Kevlar : un réseau fuyard de DN 150 à DN 500 peut être réhabilité sur des petites ou grandes longueurs avec une précision chirurgicale et en un temps record, y compris avec des coudes à 45°. Avantages pour les industriels et les collectivités : des coûts moindres puisque sans ouverture, et une grande rapidité de pose avec des tronçons d'un seul tenant jusque 2,5 km ! La solution permet aussi de lutter contre les fuites, puisque le système, 100 % anti-corrosion, ne comporte ni soudure, ni joints, supprime les principaux facteurs de fuites futurs. Il est adapté au pétrole, aux fluides industriels, au gaz et dispose de 15 agréments eau potable dans le monde. L’ACS est en cours pour la France avec une disponibilité probable en 2019.

De son côté, Sade a développé un service facile à mobiliser pour mieux connaître l’état des réseaux, estimer leur durée de vie prévisionnelle et établir une cartographie digitale des résultats. Baptisé Canascan®, ce service repose sur trois étapes. La première consiste à collecter des échantillons : des prélèvements sont réalisés par du personnel habilité et formé à l’occasion d’interventions sur le réseau : réparations, renouvellements, opérations de voirie…. La seconde étape consiste à effectuer des analyses dans le laboratoire numérique intégré de Sade. La troisième consiste en une restitution digitale des données recueillies et analysées qui sont ainsi disponibles et téléchargeable à tout moment à partir d’une interface web sécurisée.