Guide Methodologique Pour Le Diagnostic Des Reseaux d Eau Potable

Mr. LIRATNI Moufdi INGENIEUR D’ETAT EN HYDRAULIQUE ECOLE NATIONALE POLYTECHNIQUE D’ALGER (ENPA)

2011

GUIDE METHODOLOGIQUE POUR LE DIAGNOSTIC DES RESEAUX DE DISTRIBUTION D’EAU POTABLE

®Avertissement : Ce document est un essai d’aide à la réflexion ; Il ne s’agit, en aucun cas, d’un modèle type à reprendre intégralement.

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S O M M A I R E 1. GENERALITES 1.1- INTRODUCTION 1.2TERMES DESCRIPTIFS DES ELEMENTS D’UN RESAU D’EAU POTABLE 1.3.1- Ouvrage d’adduction 1.3.2- Conduite de transfert ou feeder 1.3.3- Conduite de distribution 1.3.4- Conduite de branchement 1.3.5- Point de livraison 1.3.6- Réseau de distribution 1.3.7- Secteur de distribution 1.3.8- Sous-secteur de distribution 1.3.9- Service d’eau 2. OBJECTIFS ATTENDUS 3. METHODOLOGIE PROPOSEE 3.1- Etape 1 : ETAT DU PATRIMOINE 3.1.1 3.1.2

Collecte préalable des informations techniques, repérage du réseau et élaboration du schéma d’ensemble Etat de fonctionnement du réseau

3.2- Etape 2 : SECTORISATION (comme outil de diagnostic) 3.2.1- INVESTIGATIONS, MESURES & RECHRCHES DE FUITES ; 3.2.1.1- Analyse statistique de la production et de la consommation 3.2.1.2- Analyse du fonctionnement du réseau 3.2.1.3- Recherche de fuites 3.2.2- MODELISATION DU RESEAU 3.3- Etape 3 : SCHEMA DIRECTEUR 4. DEROULEMENT DE L’ETUDE-DIAGNOSTIC DU RESEAU D’A.E.P 4.1- Etape 1 : ETAT DU PATRIMOINE 4.1.1- Collecte préalable des informations techniques, repérage du réseau et élaboration du schéma d’ensemble ; 4.1.1.1- Historique du système A.E.P ; 4.1.1.2- Mise à jour des plans ;

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4.1.2- Description détaillée du réseau et des ouvrages techniques existants : 4.1.2.1- Les ouvrages de production (captage et station de pompage) : 4.1.2.2- Les ouvrages de Stockage (Réservoirs) : 4.1.2.3- Les ouvrages d’alimentation et de distribution (Réseau) : 4.1.3- Etat de fonctionnement du réseau 4.1.3.1- Principe de fonctionnement du système global : (schéma synoptique) 4.1.3.2- Triangulation des vannes de sectionnement 4.1.4- Elaboration d’un Système d’Information Géographique (SIG) spécifique 4.1.4.1- Données disponibles : 4.1.4.2- Conception de la base de données : a)- Le niveau conceptuel ; b)- Le niveau logique ; c)- Le niveau physique ; 4.1.4.3- L’organisation des données 4.1.4.4- Fonctionnement de l’application 4.1.4.5- Mise à jour des données : 4.2- Etape 2 : SECTORISATION (comme outil de diagnostic) 4.2.1- INVESTIGATIONS, MESURES & RECHRCHES DE FUITES 4.2.1.1- COMPAGNE DE MESURES : a)- Typologie des mesures : b)- Spécificité des types de mesures : b.1)- Suivi du temps de marche des pompes b.2)- Mesures de pressions : b.3)- Mesures de débits avec des compteurs : b.4)- Mesures de débit-pression de la Défense Incendie : 4.2.1.2- ANALYSE STATISTIQUE DES BESOINS, DE LA PRODUCTION ET DE LA CONSOMMATION a)- BESOINS b)- PRODUCTION c)- DISTRIBUTION d)- ENSEMBLE DU SERVICE : e)- EGALITES UTILES 4.2.1.2- ETUDE DES CONSOMMATIONS a)- L’enquête « abonnées » b)- L’implantation d’un compteur de métrologie en remplacement du compteur de facturation

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4.2.1.2- ANALYSE DU FONCTIONNEMENT DU RÉSEAU a)- Bilan hydraulique complet du réseau b)- Etude spécifique hydraulique du réseau 4.2.1.3- RECHERCHE DE FUITES a)- Quantification et sectorisation des fuites a.1)- La pré localisation des fuites a.2)- La corrélation acoustique: a.3)- L’écoute au sol b)- Contrôle hydraulique après réparation des fuites : 4.2.1.4- ANALYSE DES INCIDENTS SUR LE RESEAU : 4.2.1.5- EXAMEN DES PRESSION SUR LE RESEAU : 4.2.1.6- DE LA COMPAGNE DE MESURES A LA MODELISATION : 4.2.2- MODELISATION DU RESEAU 4.2.2.1- CONSTRUCTION DU MODELE A)- La modélisation du réseau sur le logiciel Epanet : a.1)- Le logiciel Epanet : Fonctionnement et spécificités a.2)- Potentialités du logiciel a.3)- Spécificités du logiciel B)- Les données nécessaires à la modélisation du réseau : b.1)- Caractéristiques des tronçons b.2)- Caractéristiques des ouvrages spéciaux b.3)- Caractéristiques des nœuds de demande 4.2.2.2- CALAGE DU MODELE : A)- Méthodologie de calage a)- Le calage en volume a.1)- Le débit de consommation a.2)- Le débit de fuite a.3)- Validation du calage en débit ; b)- Le calage en niveau ; c)- Le calage de la pression B)- Données clé de construction C)- Autres cas particuliers D)- RESULTATS DES SIMULATIONS

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4.3- Etape 3 : PLANIFICATION DU RENOUVELLEMENT DES CONDUITES 4.3.1- Identification des facteurs de désordre des réseaux 4.3.1.1- Principaux facteurs de désordres a)- Désordres liés à l’eau distribuée b)- Désordres liés à la canalisation c)- Désordres liés au milieu environnant 4.3.1.2- Age des canalisations 4.3.1.3- Matériaux en contact avec l’eau et leurs principales caractéristiques 4.3.2- Défaillances possibles et conséquences associées à la dégradation du réseau 4.3.2.1- Dégradation de la qualité de l'eau a)- Phénomène de corrosion a.1)- Corrosion interne a.2)- Corrosion externe b)- Phénomène d’entartrage b.1)- Les phénomènes biologiques 4.3.2.2 - Défaillances du régime hydraulique a)- Diminution de la capacité de transport b)- Fuites 4.3.2.3 – Synthèse : 4.3.3- Détermination des critères de renouvellement 4.3.4- Mise en place d’une politique de renouvellement 4.3.5- Systèmes d’aide à la décision pour la programmation des besoins en renouvellement des réseaux d’eau potable 4.3.5.1- Littérature 4.3.5.2- Le modèle RENCANA a)- Modèle d’estimation des probabilités d’occurrence des défaillances b)- Algorithme d’optimisation c)- Module de visualisation 4.3.5.3- Le modèle SIROCO a)- Méthodologie a.1)- Outil de Prévision des Défaillances a.2)- Outil de Fiabilité Hydraulique b)- Calcul des indices de criticité selon le modèle FAILNET RELIAB (CEMAGREF) 4.3.5.4- Modèles divers a)- AQUADIAG b)- CARE-W c)- Le modèle PARMS (Pipeline Asset and Risk Management System)

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A N N E X E S 1- ANNEXE – 1 : Fiches synthétiques (captages, réservoirs, canalisations) 2- ANNEXE – 2 : Modèle de fiche d’intervention défaillances 3- ANNEXE – 3 : Calcul des débits de pointe domestiques par la méthode de Tribut 4- ANNEXE – 4 : Caractéristiques des matériaux des conduites 5- ANNEXE – 5 : Fonction objective

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1- GENERALITES : 1.1- INTRODUCTION : Les systèmes de distribution d’eau potable appartiennent, au même titre que les autres réseaux techniques, à un environnement urbain et péri-urbain dans lequel ils agissent et inter-agissant avec les autres réseaux. L’exploitant d’un réseau d’AEP (alimentation en eau potable) se trouve généralement confronté à la difficulté de connaître avec précision son réseau compte tenu de sa diversité (généralement de multiples tranches de travaux réalisées selon des techniques différentes et sur plusieurs années) de son étendue et des difficultés d’accès. La gestion des réseaux d’A.E.P (connaître, décrire, entretenir, prévoir, développer) vise trois (03) objectifs principaux : - la bonne gestion du patrimoine de la collectivité ; - la qualité du service rendu à l’usager ; - la réalisation des travaux d’entretien et d’extension, y compris la modélisation des données et les calculs techniques. Dans la pratique, cette gestion se décline par des actions de rationalisation telles que : - la tenue à jour de la documentation, la visualisation rapide du réseau et de son environnement (états descriptifs, plans de secteurs, plans d’ensemble à l’échelle communautaire ou communale) - l’analyse et l’édition de plans thématiques : conduites en domaine public ou privé, types de canalisations, travaux réalisés (historique) et travaux projetés… - des études de tracé, le suivi des abonnés, des travaux… - la mise à disposition des données à des tiers (bureaux entreprises, services incendie…) et la coordination des travaux.

d’études,

Enfin, il est indispensable de garder trace des interventions effectuées pour constituer une « mémoire » des événements marquants afin de cibler le mieux possible les décisions en matière de programmation et d’investissements. Le réseau d’AEP d’une ville possède plusieurs dizaines de kilomètres de conduites et une variété étendue d’organes de protection et de distribution. Des contraintes de gestion de plus en plus fortes exigent l’utilisation, de plus en plus fréquente, de données représentatives de l’ensemble du réseau. Ces données sont nécessaires pour une gestion efficace d’un patrimoine que l’on souhaite voir fonctionner continuellement de manière rentable avec un niveau de service adapté aux attentes des clients. La mise en place d'un Système d'Information Géographique (S.I.G.) pour le gestionnaire du réseau d’eau potable avec la constitution des bases de données descriptives du réseau et de son environnement, nous semble indispensable et un prérequis à toute tentative d’analyse. 7

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Cet essai descriptif de la méthodologie proposée précise les travaux et réflexions qui peuvent, de notre point de vue, permettre de concevoir ce travail de diagnostic du réseau «Eau potable » urbain. Nous illustrerons, dans les paragraphes suivants quelles types de données q ui seront utilisées pour la mise en place de ce travail, les étapes d’acquisition de ces données, ainsi que les possibilités offertes par les SIG pour faciliter le traitement des différents types des données, nous permettant de mieux comprendre l’hétérogénéité spatiale de l’état structurel du réseau et de justifier la saisie de nouvelles données pour identifier les conduites sources de dysfonctionnement. La méthodologie proposée est basée sur l‘analyse de l‘état de fonctionnement du réseau d’eau potable. Cet état de fonctionnement du réseau peut être connu à partir :

- d’informations directes fournies par un système de surveillance, que sera mis -

en place, au fur et à mesure de l’avancement de l’étude diagnostique (mesure de pression, de vitesse, de débit, de qualité d’eau…etc) ; d’informations indirectes (analyse des incidents survenus sur le réseau, des interventions, de l‘environnement du réseau…) obtenues par la traçabilité du gestionnaire du réseau ;

Chez la quasi-totalité des exploitants, il y a toujours absence de mesures directes sur le réseau, sauf en quelques points critiques connus (station de pompage, station de relèvement..). Ce fait (absence de mesures directes) ne permet pas de quantifier l‘état de fonctionnement de l‘ensemble du réseau, c‘est pourquoi, cet état est défini en se basant sur la liste des incidents, et des interventions survenues sur le réseau durant les dix ou quinze dernières années, ainsi que sur des informations portant sur l‘environnement du réseau (nature des sols, aménagement du territoire…). Ce travail méthodologique comprend deux aspects essentiels et complémentaires : Aspect « Diagnostic » : Analyser qualitativement et quantitativement tous les aléas pouvant exister sur le réseau et se manifester par des observations. Il s‘agit dans tous les cas d‘établir le cheminement possible entre les observations, les causes possibles, et

d‘évaluer

les

conséquences

induites, par

une

analyse successive

et

récursive. L’objectif d’un diagnostic de réseau d’alimentation en eau potable est de proposer, au vu des éléments techniques et économiques mis en évidence, une politique d’intervention aux élus et techniciens pour une bonne gestion du patrimoine collectif, qu’il s’agisse des infrastructures existantes ou de la ressource en eau. Aspect « Aide à la décision » : Associer un « niveau d‘urgence » à chaque tronçon du réseau afin d‘assurer :

- le suivi de la réhabilitation (et/ou) renouvellement des infrastructures ;

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- l'assistance à la réhabilitation (et/ou) renouvellement avec la détermination de zones prioritaires ;

- la gestion/maintenance du réseau pour la pérennité du réseau. Ce niveau d‘urgence sera quantifié, dans la suite du document, à l‘aide d‘une méthode de recherche opérationnelle (optimisation) en

considérant

des critères

techniques,

économiques, sociaux, environnementaux ainsi que la politique des gestionnaires. 1.2- DESCRIPTION D’UN RESAU D’EAU POTABLE (REVUE DE LITTERATURE) : 1.2.2 TOPOLOGIE DU RESAU D’EAU POTABLE : La topologie du réseau est la représentation schématique des différents nœuds d'un réseau et de leurs liaisons physiques (conduites, pompes, vannes). La disposition des nœuds et des conduites dépend de la localisation des abonnés, de la présence de routes, des obstacles naturels, de la présence d’autres réseaux… En termes de topologie, nous distinguons :

1.2.2.1- Les réseaux ramifiés

Ce type de réseau se présente selon une structure arborescente à partir du nœud à charge fixée assurant la mise sous pression. Cette configuration est justifiée par la dispersion des abonnés. Cependant, ce type de topologie réduit la fiabilité du réseau dans le cas d’une rupture d’une conduite, privant en eau les utilisateurs en aval du point de rupture. Elle caractérise généralement les réseaux de distribution d’eau en milieu rural.

1.2.2.2- Les réseaux maillés

Comportant un certain nombre d’antennes en boucle et pouvant assurer la distribution en eau, cette configuration caractérise les réseaux de distribution d’eau en milieu urbain où il existe une concentration des abonnés. La présence de boucle ou de maille réduit les risques de coupure en cas de rupture de conduites, car assurant une redondance dans l’acheminement de l’eau et limitant l’impact d’une rupture sur la desserte en eau. Dans la réalité les deux configurations coexistent dans un même réseau. En milieu rurale, le réseau sera formé par plus d’antenne et ramifications, alors qu’en milieu urbain on constatera plus de mailles. 1.2.3 TERMES DESCRIPTIFS DES ELEMENTS D’UN RESAU D’EAU POTABLE : Les termes descriptifs sont nécessaires dès que l’on souhaite communiquer autour d’ordres de grandeur et d’une partie du système d’alimentation en eau potable. Le présent article est une reproduction scrupuleuse du document cité en référence. Ainsi, le lecteur peut être assuré de la véracité des définitions mentionnées. Concernant le réseau, les termes "conduites" et "canalisations" sont équivalents.

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Concernant les eaux véhiculées : 



"Eau brute" désigne l’eau qui n’a pas été traitée, c’est à dire dans l’état où elle est prélevée dans le milieu naturel et non introduite dans le réseau de distribution. L’oxydation simple n’est pas considérée comme un traitement. Le terme d’eau brute n’implique pas de notion de qualité : elle ne désigne pas obligatoirement une eau impropre à la consommation. En l’absence de traitement, elle perd sa qualification d’eau brute pour devenir "eau potable" dès le passage dans le réseau de distribution. "Eau potable" désigne donc uniquement l’eau qui passe dans le réseau de distribution. Comme vu précédemment, cette dénomination n’implique pas de paramètres de qualité.

Ces deux désignations servent donc à séparer les volumes non distribués (production, services) des volumes destinés aux abonnés. 1.2.3.1- Ouvrage d’adduction :

Définition : un ouvrage d’adduction véhicule de l’eau brute ou prétraitée Les ouvrages d’adductions servent à amener l’eau brute depuis des sites plus ou moins éloignés où elle est généralement plus abondante et moins polluée vers les zones d’utilisation. Ils peuvent être à ciel ouvert (canaux, aqueducs) ou en conduite fermées, en maçonnerie ou constitués d’éléments préfabriqués (fonte, béton, etc...) Ce sont généralement les installations de traitement ou de stockage qui définissent la limite aval de ces ouvrages. En leur absence, cette limite peut être définie par un organe de comptage ou à défaut par une vanne de sectionnement. Lorsqu’il y a un captage (et absence de traitement), celui-ci peut être considéré comme un ouvrage de production. Dans ce cas, seuls les ouvrages en amont seront considérés comme des ouvrages d’adduction. Ces ouvrages d’adduction ne font pas partie du réseau de distribution. Leur fonctionnement (pression, vulnérabilité aux pollutions), de même que leur nature ne permettent pas de les assimiler aux autres conduites. On les désigne parfois sous le nom d’aqueducs 1.2.3.2- Conduite de transfert ou feeder :

Définition : Une conduite de transfert véhicule de l’eau potable sans branchement particulier d’un ouvrage ou d’un secteur à un autre. On la désigne aussi sous le nom de feeder

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La conduite de transfert se distingue des ouvrages d’adduction parce qu’elle véhicule de l’eau potable, presque toujours sous pression. Les ouvrages de traitement ou de stockage constituent sa limite amont. Mais elle peut aussi prendre son origine dans un secteur. Son rôle étant essentiellement de transporter de l’eau potable, normalement elle ne comporte pas de branchement de distribution à l’exception parfois de l’alimentation de quelques abonnés isolés situés en dehors des zones urbanisées, car elle est elle-même très souvent implantée en dehors de ces zones. Par contre, elle peut comporter une ou plusieurs dérivations permettant d’alimenter d’autres ouvrages ou secteurs. La limite aval de cette conduite et de ses dérivations est constituée par un ouvrage ou un organe de comptage lorsqu’il s’agit d’un secteur de distribution. Pourquoi l’avoir distinguée de la conduite de distribution ? Par destination, elle en diffère et l’on pourrait être tenté de l’exclure des réseaux pour calculer le rendement de ceux-ci. Mais comme elle est de même nature et transporte le même produit (qualité, pression) qu’une canalisation de distribution, elle fait partie intégrante du réseau. La désigner sous un nom spécifique évite de l’exclure tout en permettant d’affiner l’étude de rendement du réseau. 1.2.3.3- Conduite de distribution :

Définition : Une conduite de distribution véhicule de l’eau potable et comporte des branchements

La conduite de distribution alimente les zones à desservir. Implantée majoritairement dans les zones construites, c’est sur cette conduite que sont effectués les branchements d’abonnés. Son origine est définie par le réservoir de distribution, par l’organe de comptage ou de fermeture situé sur la dérivation de la conduite de transfert ou sur l’ouvrage de mise en pression en cas de refoulement-distribution. A noter que le diamètre n’intervient pas dans la classification. 1.2.3.4- Conduite de branchement :

Définition : La conduite de branchement véhicule de l’eau potable pour alimenter un abonné individuel ou collectif à partir d’une conduite de distribution Cette conduite établit la liaison entre la conduite de distribution et les installations de l’utilisateur. Le plus souvent à un utilisateur correspond une conduite de branchement. C’est le cas pour les abonnés domestiques individuels et de la plupart des immeubles collectifs (qui sont donc desservis par un branchement unique avec un compteur de première prise, collectif ou général) Son origine est la prise sur la conduite de distribution, son extrémité est le raccord avec le point de livraison. 11

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1.2.3.5- Point de livraison :

Définition : Le point de livraison est l’emplacement où est délivré l’eau potable à l’abonné.

Plus précisément, le point de livraison est situé au raccord aval du compteur. Cependant cette notion désigne en même temps l’ensemble des appareils qui y sont regroupés et qui comprennent au moins un robinet avant compteur et un compteur, et éventuellement, un clapet de non-retour, un robinet après compteur, un té de purge, un réducteur de pression. S’il n’y a pas de compteur (cas de certains usages publics), le point de livraison est au raccord (ou à la bride) aval de l’organe de fermeture, vanne ou robinet, situé en extrémité aval de la conduite de branchement. Il ne peut exister de point de livraison sans conduite de branchement, par contre il peut y avoir plusieurs points de livraison pour une seule conduite de branchement. Le terme "branchement", couramment utilisé, désigne l’ouvrage qui conduit l’eau potable de la conduite de distribution à l’installation de l’abonné. Il comprend trois parties : 

la prise sur la conduite de distribution publique constituée usuellement d’un té ou d’un collier de prise en charge et d’un robinet d’arrêt sous bouche à clé. A un branchement correspond une prise sur la conduite et inversement.



la conduite de branchement, qui relie la prise au point de livraison. Dans certains cas, un branchement dessert plusieurs points de livraison. La conduite de branchement comprend alors plusieurs branches. Dans certains de ces cas, le branchement est limité à l’organe de répartition exclu, tout en comprenant les points de livraison. Tout cela doit alors être spécifié dans les règlements de service.



le point de livraison tel que nous venons de le définir.

D’après le modèle de règlement de service, le branchement comprend :        

la prise d’eau sur la conduite de distribution publique le robinet d’arrêt sous bouche à clé un réducteur de pression, le cas échéant la canalisation de branchement située tant sous le domaine public que privé le robinet avant compteur le regard ou la niche abritant le compteur, le cas échéant le compteur le robinet de purge et le robinet après compteur

Quand le compteur est placé chez l’abonné, le branchement comporte une partie sous domaine public et une partie privative.

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Un branchement peut alimenter des abonnés domestiques, des industriels, des immeubles collectifs ou municipaux, mais il peut aussi alimenter (avec ou sans compteur), des appareils de fontainerie (bouches ou poteaux d’incendie, bouches de lavage, d’arrosage...) dont la gestion est assurée indépendamment du service des eaux (et qui ne font pas partie des réseaux). 1.2.3.6- Réseau de distribution :

Définition : Un réseau de distribution est un ensemble cohérent :      

de de de de de de

réservoirs et d’équipements hydrauliques conduites de transfert ou feeders conduites de distribution conduites de branchements points de livraison tous les appareils de robinetterie et de régulation nécessaires

En amont du réseau de distribution, il y a les ouvrages de prélèvement, d’adduction, de traitement et de pompage qui ne font pas partie du réseau de distribution. En aval, il y a d’une part les appareils de fontainerie qui sont des abonnés d’un type particulier, d’autres part les installations propres des abonnés. La limite du réseau est située au point de livraison du branchement, ou à défaut à la bride aval de la vanne de sectionnement. Les branchements (en domaine public ou privé) font bien partie du réseau de distribution jusqu’au point de livraison compris. 1.2.3.7- Secteur de distribution :

Définition : Le secteur de distribution est constitué d’un ensemble de canalisation de distribution et de branchements dont le volume mis en distribution est mesuré en permanence

Pour des raisons de commodité de gestion, de topographie ou de géographie, un réseau de distribution peut être divisé de façon permanente en zones indépendantes (bien qu’elles puissent dans certains cas se secourir mutuellement) dont chacune est alimentée en un ou plusieurs points et où l’introduction de l’eau (et la sortie vers une autre zone) est maîtrisée (comptée, régulée) de façon constante. Ce sont des zones qui sont dénommées secteurs de distribution. Les zones à étage de pression différente ne constituent pas forcément des secteurs de distribution différents. Le secteur de distribution, qui est une notion à caractère hydraulique, doit être distingué de l’unité de distribution qui se rapporte aux caractéristiques physico-chimiques de l’eau. Une unité de distribution est un réseau ou une partie de réseau dont tous les points de livraison sont reliés hydrauliquement au(x) même(s) ouvrage(s) de production. Cela veut 13

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dire que tous les points de livraison d’une unité de distribution délivrent une eau qui présente sensiblement les mêmes caractéristiques physico-chimiques (aux évolutions internes près). 1.2.3.8- Sous-secteur de distribution :

Définition : Un sous-secteur de distribution est un sous-ensemble de secteur(s) que l’on peut isoler à un instant donné

Pour des raisons conjoncturelles de diagnostic de l’état d’un réseau ou de recherche de fuites par exemple, un secteur de distribution peut être subdivisé à un instant donné en sous-ensembles dont on pourra temporairement maîtriser l’alimentation pendant les opérations de mesures. Un sous-secteur peut quelquefois être constitué à partir de plusieurs secteurs. Il est aussi appelé "îlot" ou "zone". Le terme "maille" utilisé parfois est à réserver au calcul hydraulique des réseaux où sa définition est différente de celle du sous-secteur. 1.2.3.9- Service d’eau : Définition : Un service d’eau est un ensemble cohérent :    

d’ouvrages de prélèvement d’ouvrages d’adduction d’ouvrages de production et de traitement d’un réseau de distribution

Le service d’eau ou service d’eau potable regroupe l’ensemble des ouvrages qui permettent de prélever l’eau dans la ressource, de l’amener à pied d’œuvre, de la rendre conforme aux normes de qualité, de la mettre en pression et à la disposition de l’abonné. Il ne faut pas le confondre avec le service des eaux qui dans son acception habituelle est l’organisme qui gère le service d’eau (aussi parfois le service de l’assainissement) que la gestion soit déléguée ou en régie. Dans tout modèle de règlement du service, le "Service des Eaux" est bien l’organisme gestionnaire. 1.3- MODELISATION HYDRAULIQUE D’UN RESAU D’EAU POTABLE (REVUE DE LITTERATURE) : La modélisation du fonctionnement du réseau cherche à décrire le comportement hydraulique des différents dispositifs du réseau. L’intérêt est de reproduire ce qui se déroule en réalité dans le réseau à l’aide d’un modèle hydraulique. La représentation et la précision du modèle sont tributaires des objectifs du service de l’eau et des analyses escomptées ; le niveau de détail conditionne donc les résultats de la modélisation. 14

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(Harrouz, 1996) distingue plusieurs types de modèles : 1.3.1- Modèle pour le dimensionnement du réseau : Le modèle permet de vérifier pour une configuration donnée du réseau, la satisfaction des exigences des abonnés en termes de pression et de débit. L’intérêt est de dimensionner les conduites et dispositifs hydrauliques. L’état des conduites et la demande sont supposés connus. Le niveau de détail est important, toutes les conduites sont représentées. 1.3.2- Modèle pour l’analyse du fonctionnement hydraulique et diagnostic : Dans ce cas, le modèle cherche à décrire le fonctionnement d’un réseau existant, par la détermination de l’état des conduites à travers la mesure de la rugosité des conduites et la demande des abonnés. Pour un réseau, des données liées à la topologie du réseau, les types des conduites, la typologie des consommateurs ainsi que des mesures de pression et débits en des points du réseau sont supposés connus. Un calage du modèle permet de déterminer certains paramètres inconnus : rugosité, consommation afin de s’approcher le plus possible du fonctionnement réel du réseau. 1.3.3- Modèle pour la gestion du réseau : Dans ce cas, le modèle servira à décrire le comportement des sources d’approvisionnement, des zones de stockage et des stations de pompage. L’intérêt de ce type de modèle est d’optimiser l’exploitation des sources d’eau et de minimiser les coûts d’exploitation du réseau en régulant le pompage et le stockage de l’eau dans la journée. Ce modèle ne retient que les conduites de grand diamètre servant au transport et à la distribution de l’eau. 1.3.4- Modèle pour la mesure de la qualité de l’eau : Dans ce cas, le modèle cherche à décrire les temps de séjour (stagnation) de l’eau dans le réseau. En effet, des temps de séjours importants altèrent la qualité de l’eau dans le réseau. L’objet du modèle est de mesurer l’évolution d’un produit, à titre d’exemple le chlore, dans le réseau et d’en mesurer les concentrations à des points précis du réseau.

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2- OBJECTIFS ATTENDUS : En général, tout projet de diagnostic d’un réseau de distribution d’eau potable, porte les objectifs suivants :

- Mettre en évidence les insuffisances du réseau ou des ouvrages pour répondre à la

-

demande actuelle et future, par une analyse de l’existant (réseau/ouvrage/qualité de l’eau), un bilan de l’adéquation des besoins-ressources-capacités de stockage et une simulation du fonctionnement du réseau ; Définir les améliorations à apporter pour assurer la desserte quantitative et qualitative des abonnés, en toute sécurité ; Estimer les investissements à réaliser afin de permettre aux responsables de l’organisme exploitant de programmer les travaux nécessaires en fonction des priorités.

Une bonne appréciation de ces objectifs est nécessaire dans l’optique de la réalisation d’une étude fructueuse qui prendrait les critères suivants :

Une optimisation du réseau

L’objectif, en terme d’optimisation, du réseau est l’augmentation du rendement qui passera par une lutte acharnée contre les problèmes de fuite. Une diminution de moitié de l’indice linéaire de pertes et une augmentation du rendement jusqu’à la valeur de 80% à 85 % serait.

Une meilleure maîtrise du réseau

Il est également impératif de simplifier la compréhension et ainsi la gestion du réseau en le sectorisant. L’objectif en termes de sectorisation est difficilement chiffrable mais l’idée est de fermer plus de maillages et de faire en sorte qu’aucune région ne soit pénalisée, mais aussi faciliter la détection de fuites. La maitrise les fluctuations de pressions sur l’ensemble du réseau en période estivale et hivernale doit être assurée par une homogénéisation de ces pressions en tout point du réseau. Si l’on devait chiffrer ces propos, il faudrait faire en sorte qu’à n’importe quel moment de l’année et quelque soit l’endroit où on se situe, les pressions de service soient comprises entre 2 et 12 bars.

Un programme de renouvellement

Un budget conséquent devrait être mis à la disposition pour renouveler les canalisations et les accessoires du réseau les plus fragiles. L’objectif associé à cela est une répartition la plus judicieuse possible de cette enveloppe financière et la proposition d’un échéancier pertinent sur la durée totale des interventions sur le réseau. 3- METHODOLOGIE PROPOSEE : L’étude diagnostique des réseaux d’eau potable consiste principalement à déterminer l’état général de fonctionnement du réseau. Elle peut s’intégrer dans le cadre d’une étude générale (schéma directeur), dont le but est de mieux appréhender les besoins collectifs en alimentation en eau potable à plus ou moins long terme et d’optimiser ainsi la programmation de travaux.

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La motivation de l’étude est de faire apparaître les insuffisances et anomalies de fonctionnement, afin de définir les éventuels aménagements à prévoir pour améliorer globalement l’usage de l’eau et optimiser la gestion du réseau. L’objectif est donc de proposer, au vu des éléments techniques et économiques mis en évidence, une politique d’intervention aux élus et techniciens pour une bonne gestion du patrimoine collectif, qu’il s’agisse des infrastructures existantes ou de la ressource en eau. Les études diagnostic détaillées sont obligatoires pour les réseaux qui doivent être alimentés à partir d'une ressource de substitution et pour les réseaux et les zones à risques désignées comme prioritaires au vu des enjeux collectifs évalués et tracés, préalablement, par les acteurs locaux de l'eau. En général, les réseaux concernés sont ceux des secteurs alimentés par un ouvrage exploitant une ressource déficitaire, ou implantés dans une zone à risque. Pour répondre aux objectifs fixés souhaités, trois grandes étapes sont nécessaires pour mener à bien cette étude : 3.1- Etape 1 : ETAT DU PATRIMOINE Précise les éléments et informations essentielles dont doit disposer un maître d’ouvrage pour poser une première analyse sur l’état physique et le fonctionnement de son réseau. La phase de terrain permet dans un premier temps de réaliser un repérage exhaustif du patrimoine hydraulique (conduites, robinets-vannes de sectionnement, appareils de régulation etc.). Suite à ce repérage, un schéma d’ensemble du réseau d’eau potable est réalisé sous format informatique et papier avec une base de données associée. Ce document constitue un premier outil de synthèse et de gestion qui peut être mis à jour régulièrement en fonction des évolutions techniques du réseau. Sommairement, cette étape se déroulera en deux phases : 3.1.1Collecte préalable des informations techniques, repérage du réseau et élaboration du schéma d’ensemble :   

Historique du système AEP ; Mise à jour des plans ; Description détaillée du réseau et des ouvrages techniques existants : o o o

3.1.2-

Ouvrages de production (captage et station de pompage) ; Ouvrages de stockage (Réservoirs) ; Ouvrages d’alimentation & de distribution (Réseau) ;

Etat de fonctionnement du réseau :   

Principe de fonctionnement de tout le système (schéma synoptique) ; Triangulation des vannes de sectionnement ; Connaissance du système d’asservissement, s’il y a lieu ;

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3.2- Etape 2 : SECTORISATION (comme outil de diagnostic) Outil de diagnostic de l’état et du fonctionnement du réseau à un instant donné, mais surtout un outil de gestion du patrimoine au quotidien. La sectorisation consiste à décomposer un réseau en un ou plusieurs niveaux de sous réseaux pour lesquels les volumes mis en distribution sont mesurés de façon permanente ou temporaire. La pose de compteurs au niveau des secteurs de distribution, permettra la réalisation de mesures hydrauliques qui vont définir les volumes de pertes de chaque secteur de distribution. Ces mesures vont en outre permettre les calculs des indices et ratios servant à caractériser l’état général du réseau ainsi que le volume nécessaire aux abonnés de chaque secteur. Cette étape sera menée en deux volets complémentaires : 3.2.1INVESTIGATIONS, MESURES & RECHRCHES DE FUITES : Etude statistique, investigations de terrain, série de mesures, localisation avec précision des fuites,... 3.2.1.1- Analyse statistique de la production et de la consommation :  Etude de la production ;  Etude de la consommation ;  Etude du parc compteurs ;  Etude de la qualité de l’eau distribuée ; 3.2.1.2- Analyse du fonctionnement du réseau :  Bilan hydraulique et électromécanique des groupes de pompage  Bilan hydraulique du réseau  Etude spécifique hydraulique 3.2.1.3- Recherche de fuites :  Quantification et sectorisation des fuites  Contrôle hydraulique après réparation des fuites 3.2.2MODELISATION DU RESEAU : Représentation numérique virtuelle du réseau de distribution d’eau potable permettant de simuler, d’une part, son fonctionnement dans son état actuel et, d’autre part, l’effet de modifications des infrastructures existantes ou des conditions d’exploitation. Dans cette étape, on procèdera à :  

La récolte et la saisie des données de base du logiciel utilisé ; Une série de simulation du fonctionnement du réseau sous différents scénarios possibles et imaginables ;

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3.3- Etape 3 : RENOUVELLEMENT / REHABILITATION Cette étape s’articulera sur l’élaboration d’une stratégie pluriannuelle de renouvellement des réseaux d’A.E.P, ainsi que la confection d’’un outil d’aide à la décision pour le renouvellement des conduites du réseau. Cet outil nécessitera de disposer d’un modèle hydraulique du réseau, préalablement élaboré, sur des logiciels de modélisation que nous décrirons plus loin. Elle sera scindée en deux phases : - Elaboration d’une stratégie de renouvellement : La décision en matière de renouvellement est sensible et obéit à des critères économiques et financiers, liés à la disponibilité de ressources suffisantes dans le temps. Afin de remédier à l’insuffisance des ressources financières, un lissage des besoins est effectué, les travaux les plus urgents seront prioritaires. Les critères sociaux sont traduits par les impacts liés au dysfonctionnement des infrastructures, à des dommages ou une interruption du service. Pour permettre d’identifier une approche de nivellement des ressources comme une démarche exploitable pour la programmation du renouvellement des réseaux AEP et l’estimation de l’enveloppe budgétaire nécessaire annuellement, nous émettons deux hypothèses selon lesquelles sera axeé la stratégie de renouvellement des réseaux. Ces hypothèses permettent de vérifier pour un même budget sur l’horizon de planification : o la relation entre la performance du réseau et l’ordre de réalisation des travaux de renouvellement ; o La relation entre la performance du réseau et la politique budgétaire qui peut prévoir un budget équivalent sur l’ensemble de l’horizon de planification, une augmentation ou une diminution annuelle de la répartition du budget.

- Présentation et compilation d’un modèle d’aide à la décision : selon deux méthodes de recherche opérationnelle : o

Approche par optimisation économique : Se basant sur des calculs de probabilité, cette approche cherche à mieux utiliser les fons financiers disponibles. Il s‘agit de comparer les coûts de réhabilitions et les coûts de maintien en service, augmentés par les coûts sociaux. A cet effet, on présentera le modèle RENCANA (C. WEREY, 2000) ;

o

Approche par modélisation du vieillissement (hiérarchisation) des réseaux : Elle consiste à trouver des relations entre le taux de défaillance ou la durée de vie et les variables de détérioration (facteurs déclenchants) ; (modèle SIROCO de CEMAGREF & G2C Environnement) ;

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4.

DEROULEMENT DE L’ETUDE-DIAGNOSTIC DU RESEAU D’A.E.P :

4.1- Etape 1 : ETAT DU PATRIMOINE 4.1.1- Collecte préalable des informations techniques, repérage du réseau et élaboration du schéma d’ensemble : 4.1.1.1- Historique du système A.E.P : Un premier travail de recherche des documents relatifs au réseau de distribution d’eau potable (plans, croquis, rapports anciens etc.) est réalisé par le chargé d’études auprès de la collectivité concernée. Cette première phase de collecte permet d’effectuer une première synthèse des informations concernant les diamètres des conduites, l’âge de pose de ces dernières, ainsi que le positionnement géographique des appareils hydrauliques (ventouses, réducteurs de pression etc...). Parallèlement à ce travail de collecte de l’information, le repérage exhaustif, sur terrain, du réseau va permettre de vérifier les informations collectées au préalable et d’y apporter d’éventuelles corrections si nécessaire. Toutes les informations recueillies lors de cette opération doivent être enregistrées sur un support papier ou informatique. L’enregistrement de ces données, mis régulièrement à jour, permet d’avoir un historique du réseau, tronçon par tronçon, et donc d’appréhender efficacement l’évolution de l’état des canalisations. 4.1.1.2- Mise à jour des plans : Suite à ce repérage, le schéma d’ensemble du réseau de distribution est élaboré et devrait servir à réaliser une mise à jour des plans des réseaux et infrastructures AEP au format compatible « Autocad » (DXF ou DWG) consolidés par des visites de terrain visant à appréhender notamment les anomalies potentielles. Ce schéma est utilisé dans l’élaboration d’un plan de récolement au format numérique de type DAO - Schapfile (SHP). La connaissance du réseau existant doit figurer sur des plans de réseaux, mis régulièrement à jour, qui sont habituellement de deux types :

o les plans généraux ; o les plans détaillés. Les plans généraux (d’une échelle de 1/25.000e ou 1/10.000e par exemple) donnent une vision générale du réseau et facilitent la compréhension de son fonctionnement, notamment lors de l’isolement d’un secteur. Sur ces plans doivent figurer : o le diamètre et le matériau des conduites ;

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o Tous les équipements et appareils liés au fonctionnement du réseau : réservoirs, o

vannes principales, appareils de régulation, ventouse, purges, bouches et poteaux d’incendie ; Quelques cotes altimétriques du terrain.

Les plans détaillés, souvent à l’échelle du cadastre, donnent : o le positionnement du réseau et des accessoires, en particulier les différentes vannes o l’emplacement des branchements et éventuellement leur triangulation o la position des autres réseaux proches (assainissement, gaz, téléphone, électricité…) o le matériau et le diamètre des conduites. Enfin, ce fond de plan servira de support numérique pour l’élaboration d’un Système d’Information Géographique (Infonet, TNTmips, Arcgis, QGis,…) associé à la création d’une base de données regroupant les caractéristiques techniques du réseau. 4.1.2- Description détaillée du réseau et des ouvrages techniques existants : Chaque ouvrage (captage, réservoir, comptage, station de pompage, chambre de comptage, traitement...) peut faire l’objet d’une reconnaissance technique détaillée permettant de :     

Situer l’emplacement, le type, la contenance des ouvrages de stockage, Situer l’emplacement des stations de pompage et de surpression si existante, de dresser un descriptif de l’installation ; d’établir des schémas fonctionnels ; de consigner d’éventuelles anomalies ; Aussi, à l’aide de matériel spécifique (détecteur de canalisations…etc.), le tracé des conduites eau potable est reporté sur le cadastre numérisé, et comprend, dans la mesure des informations récoltées sur terrain, les éléments suivants :

   

le tracé, la nature, le diamètre des canalisations, l’emplacement et la nature des appareillages de robinetterie et fontainerie. l’emplacement des appareils de régulation de pression et de débit, l’emplacement, la numérotation des appareils de défense contre l’incendie.

4.1.2.1- Les ouvrages de production : a)- Captages : Les captages font partie intégrante du système d’adduction; elles permettent d’exploiter la ressource naturelle ; Ce sont des :

- Sources naturelles drainées et captées ; - Puits ou forages ; - Barrages ou prises d’eau ; 21

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De leurs caractéristiques dépendront les débits d’exploitation, la pérennité de la ressource et la qualité des eaux. Leur étude diagnostic doit proposer un état des lieux de l’existant et mettre en évidence l’historique et les problèmes liés à leur fonctionnement, ainsi que tous les défauts existants. Enfin, et à l’issue de ce travail, on doit pouvoir conclure s’ils sont en bon état et bien entretenus et si leur exploitation est bien adaptée au contexte du système dans sa globalité. Une présentation sous forme de fiches individuelles permet à l’exploitant de disposer de l’ensemble des informations utiles pour la gestion de cet ouvrage, en un seul document.

o o o

Dans certains cas, les captages nécessitent des études complémentaires, par exemple, en cas de venues de sable dans des puits ou augmentation significative de rabattement…Dans ce cas, une étude de diagnostic complémentaire du puit est nécessaire ; elle comprendra : Une inspection Vidéo ; Un essai de pompage ; Une de l’exploitation par rapport aux caractéristiques de l’ouvrage… b)- Stations de pompage : L’attention sera, principalement, axée sur l’état de l’équipement de pompage :

o o o o o o o o

Nombre et caractéristiques des pompes de service et des pompes de secours ; Remplacement habituels des pompes ; Position, notice et mode de fonctionnement des pompes ; Compteurs et leurs âges … La vérification de l’adaptation des pompes aux débits pratiqués est d’une importance vitale pour la pérennité des stations de pompage car une mauvaise elle peut induire à une forte surconsommation d’énergie. Estimation des volumes non comptabilisés (comptabilisés au forfait) ; Etat actuel et entretien, avec photographies éventuelle ; Problèmes rencontrés au cours des dernières années et remèdes apportés… Les thèmes à aborder sont récapitulés, en annexe 1, sur la fiche synthétique « captages ».

4.1.2.2- Les ouvrages de Stockage (Réservoirs) : Les réservoirs permettent une gestion des volumes d’eau stockés nécessaires à la distribution dans le réseau. La fluctuation du niveau d’eau dans le réservoir (marnage) doit être connue avec précision pour pouvoir se prononcer sur la capacité du réservoir à jouer pleinement son rôle de restitution d’eau au réseau ; le comportement du réseau en dépend pleinement. Une attention particulière sera portée sur les thèmes suivants :

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- Une description des réservoirs sur la base des informations fournies par l’exploitant et -

d’une visite des sites ; Une description des réservoirs sur la base d’investigations complémentaires (inspection des cuves, nivellement des côtes caractéristiques, …) ; Une appréciation des réserves d’incendie ; La relation avec les autres réservoirs ; Analyse des marnages par rapport aux consommations et appréciation du temps de séjour, Les thèmes à aborder sont récapitulés, en annexe 1, sur la fiche synthétique « Réservoirs ».

4.1.2.3- Les ouvrages d’alimentation et de distribution (Réseau) : Les conduites d’adduction et de distribution sont les vecteurs de transport qui permettent de relier la production aux zones de consommation. Elles constituent le cœur du réseau ; leur bonne connaissance est la base d’une bonne gestion. Selon les besoins, le diagnostic physique devra porter sur tous les ouvrages d’alimentation

(conduites

d’adduction,

branchements des particuliers ne font

de

distribution,

théoriquement

pas

bornes

d’incendie…).

partie

du

Les

diagnostic,

à

l’exception d’éventuels et anciens branchements en plomb. Ainsi, l’ensemble des équipements hydrauliques du réseau d’alimentation et de distribution doit être scrupuleusement informé. Globalement, l‘information relative au réseau conduira à mettre

en évidence, sur une fiche d’identification personnalisée, les

informations suivantes:

-

Secteur, nom de la rue et éventuellement le numéro du bâtiment ; Le diamètre des tronçons ; La longueur des tronçons ; Equipements de réseaux (vannes, des organes de régulation, ventouses, etc… ) ; La date de pose ; Emplacement de la conduite par rapport à la chaussée (ce facteur caractérise le fait que la conduite se trouve sous la chaussée ou le trottoir) ;

- Remplacement par rapport aux autres réseaux (assainissement, rejets divers, etc…) ;

- Conditions de pose et de protection (Ces données concernent la profondeur de la canalisation et son lit de pose) ;

- Le matériau de canalisation ; - Dernière intervention (caractéristiques : opérations de recherches de fuites, travaux de nettoyages effectués, …) ;

- Points des livraisons particuliers (poteaux et bouches d‘incendie, abonnés spéciaux (hôpitaux, installations de lutte contre l‘incendie, etc ... ) ; 23

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- Pressions (charge hydraulique : charge maximale autorisée ; charge prévue (valeur théorique ; charge de service ; charge de sécurité …) ;

- Débits ; - Nombre d‘abonnés par unité de longueur : - Des données de consommation moyenne observée ou relevée sur les compteurs ou sur des points d‘observation ;

- Date de branchement du dernier abonné ; - Nature de l‘eau (analyses contenant notamment le taux d‘oxygène dissous, le pH et la conductivité de l‘eau ...) ;

- Anomalies diverses : Ceci concerne les informations de diverses origines correspondant à une anomalie de fonctionnement des installations : - insuffisance ou excès de pression, - qualité de l‘eau, - débit insuffisant soit trop d‘eau, vitesse moins 0.5 m ou plus 3.0 m) ;

- Date de passage à un nouveau matériau, ou de remplacement ou de réhabilitation : cette

date peut

différents

être

importante car

elle

permettra

de

comparer

les

matériaux fonte grise/fonte ductile, joint expresse, revêtement

intérieur, revêtement extérieur ...) ;

- La longueur remplacée ; - Le sol et sa corrosivité… L’ensemble des équipements hydrauliques doit être également scrupuleusement vérifié, à savoir les réducteurs de pression avec prise systématique des pressions amont et aval de l’appareil afin de déterminer si les conditions de pression délivrées aux abonnés sont satisfaisantes. Les thèmes à aborder sont récapitulés, en annexe 1, sur la fiche synthétique « Canalisations ».

Bien que non exhaustive, cette liste est suffisamment complète pour avoir une connaissance de tous les éléments nécessaires à la description des réseaux, de leur environnement immédiat, ainsi que les interactions qu’ils ont subit depuis leur installation. 4.1.3- Etat de fonctionnement du réseau : 4.1.3.1- Principe de fonctionnement du système global : (schéma synoptique) Un schéma synoptique désigne une présentation, en général graphique de tout le système d’A.E.P, qui permet de saisir d'un seul coup d'œil l’ensemble des informations liées en un système complexe global. L'adjectif «synoptique» évoque l'idée de «voir en un même ensemble». Il apporte une vue synthétique de tous les composants du système d’A.E.P présente dans la collectivité.

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Figure 1 : Exemple de schéma synoptique d’un réseau d’A.E.P

4.1.3.2- Triangulation des vannes de sectionnement : La triangulation consiste en la manœuvre de l’ensemble des Robinets-Vannes de Sectionnement (RVS) afin de déterminer les diverses anomalies (fuites sur presse-étoupe, ensablement etc….) qui nécessitent le renouvellement de l’appareil ou des travaux de dégagement. Cette phase est essentielle puisqu’elle détermine l’étanchéité des tronçons lors de la sectorisation ultérieure des fuites. 4.1.4- Elaboration d’un Système d’Information Géographique (SIG) spécifique : Un S.I.G est un ensemble organisé de données graphiques et alphanumériques, permettant la gestion du territoire. Il comprend un système de gestion de données pour la saisie, le stockage, l'extraction, l'interrogation, l'analyse et l'affichage de données géographiques... L’exploitation des données brutes de terrain, à l’issu de leur enregistrement, permet de réaliser des statistiques générales et d’établir : - des cartes thématiques ; - un inventaire du patrimoine réseau : l’évolution de ce patrimoine au regard de différentes caractéristiques (diamètre, matériau, date de pose, …) permet d’apporter les arguments techniques aux politiques de réhabilitation et/ou renouvellement des conduites, et donc d’aider les gestionnaires d’eau dans leurs décisions ; 25

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- des rendements et indicateurs de performance tels que :  

l’indice linéaire de pertes (ILP) est le rapport des volumes perdus durant une année, sur la longueur du réseau. Il s’exprime généralement en m3/km/jour.. l’indice linéaire de réparations (ILR) donne le nombre de réparations par an et par kilomètre de réseau…

L’exploitation régulière des données permet donc d’aboutir à la construction d’un historique des réseaux d’eau potable, et ainsi d’appréhender l’évolution des conduites dans le temps. 4.1.4.1- Données disponibles : Les données disponibles pour réaliser ce SIG sont de deux ordres : - Données quantitatives concernant les points d’eau, la ressource en eaux, les caractéristiques techniques des ouvrages, des indicateurs socio économiques afin de bien appréhender l’usage du point d’eau. Ces données proviennent principalement des différents services gestionnaires de l’eau et sont souvent incomplètes. D’autres données, plus récentes sont acquises dans un premier temps lors du diagnostic approfondi. - Données cartographiques (fonds de cartes, limites administratives, données sur l’environnement, localisation des points d’eau…) Ces données proviennent des différents études antérieures existants, et complétées produites par l’équipe sur le terrain lors des phases de diagnostic. Concernant ces données quantitatives et cartographiques, un certain nombre de fiches de collectes ont été conçues pour faciliter le travail de terrain. L’objectif étant de mettre en évidence plusieurs aspects dans la description du système global d’AEP de la localité concernée : 1. Collecter, harmoniser et rendre disponible l’information provenant de différentes sources. 2. Rendre cette information compatible avec les différents systèmes utilisés dans les services au niveau régional et national. 3. Concevoir et programmer une base de données robuste et facile d’accès, consultable par tous et modifiables par les services ayant les autorisations d’administration ; 4. Envisager une stratégie de diffusion et d’accès à l’information selon les différents acteurs et leurs besoins spécifiques. 5. Former les usagers, selon les différentes stratégies retenues et les différents produis élaborés. 4.1.4.2- Conception de la base de données : La principale difficulté dans cet exercice est le caractère hétérogène des acteurs et des sources de données.

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La conception et le développement d’une base de données géographique nécessite un protocole logique clairement défini au départ qui intègre les aspects nouveaux : informatique, bases de données... La conception s'effectue en trois temps :

- La conception d'un Model Conceptuel de Données (MCD) sans prendre en compte les -

-

aspects informatiques ; L'implémentation d'un Model Logique de Données (MLD) selon la structure du logiciel informatique (SIG) choisi ; c’est un système de Gestion et d’exploitation des données pour les réseaux d’eau A.E.P ; La mise en place d'un Model Physique de Données (MPD) grâce au langage informatique utilisé dans le logiciel.

a)- Le niveau conceptuel Le niveau conceptuel représente les informations et leurs relations. Ce modèle intègre aussi les contraintes de ces données. Ces définitions sont établies en faisant abstraction de toute contrainte liée à l'organisation et à l'architecture logicielle. Le MCD a pour but décrire de façon formelle les données qui seront utilisées par le système d'information. Il est une représentation simplifiée d'une réalité. Classiquement, la méthode de structuration des données repose sur le modèle Entité/Association. Les entités sont des objets dotés de propriétés. Elles sont reliées entre elles par des associations, qui, ellesaussi, possèdent des caractéristiques propres. Une fois le modèle établi et validé par rapport à la réalité observée, il est traduit en modèle logique de données. b)- Le niveau logique Le MLD consiste à décrire la structure de données utilisée sans faire référence à un langage de programmation en particulier. Il prend cependant en compte les contraintes informatiques de structuration des données. Il s'agit donc de préciser le type de données utilisées lors des traitements (texte, entier, réel...). Ainsi, le modèle logique est dépendant du type de base de données utilisé. c)- Le niveau physique Le modèle physique de données (MPD) permet de définir la mise en œuvre de structures physiques et de requêtes portant sur des données. Le MPD, au contraire des modèles précédents, dépend du logiciel utilisé. Il correspond à l'implémentation de la base de données au niveau informatique, grâce à l'utilisation d'un langage de définition de données. Ce langage permet de créer les tables, structures dans lesquelles seront stockées les données. 4.1.4.3- L’organisation des données : La base de données est structurée autour de la table ‘Secteurs’. Cette entité correspond à des secteurs et sous secteurs du système d’AEP géo référencés. Chaque secteur est désigné par un identifiant unique, qui doit permettre de relier l’ensemble des informations contenues dans les différentes tables. Cet identifiant est une concaténation des cinq niveaux hiérarchiques : 27

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-

Identifiant Commune (Admin 1) Identifiant secteur (Admin 2) ; Identifiant quartier (Admin 3) ; Identifiant Rue (Admin 4) ;

Chaque entité du SIG est reliée à plusieurs tables qui enregistrent les informations rattachées à ce ‘Secteur’. Les autres tables concernent les données collectées sur le terrain. Chacune de ces tables contiens également l’identifiant du secteur concerné. Ces liaisons permettent l’interrogation sur des champs multiples. 4.1.4.4- Fonctionnement de l’application : Le logiciel en lui-même, doit être composé, d’au moins, trois modules principaux, eux même subdivisés en sous modules fonctionnels. Cette architecture composite permet une meilleure adaptabilité du logiciel aux besoins des utilisateurs, en installant un module central et en proposant plusieurs plug-in optionnels selon les besoins.

- Le module BaseCore est le noyau central du logiciel, doit être disponible dans une

-

-

version protégée des modifications accidentelles par les utilisateurs. C’est l’interface à partir de laquelle l’utilisateur accède à l’ensemble des fonctions du logiciel. Il rassemble l’ensemble des formulaires d’édition, consultation et recherche ainsi que l’ensemble du code nécessaire au fonctionnement du SIG. Le module Cartographique permet d’accéder aux données sous forme cartographique et d’imprimer des cartes. Un certain nombre de représentation cartographique des données concernant les infrastructures hydrauliques (type, fonctionnalité, profondeur, pérennité…), les données socio économiques sont pré codées, ce qui permet aux utilisateurs non initiés au maniement des SIG d’éditer facilement leurs propres cartes. La GéoDataBase : Ce module regroupe l’ensemble des tables nécessaire au fonctionnement du logiciel. Elle est composée de deux types de tables : les tables attributaires qui enregistrent les données issues des fiches de collecte et des diagnostiques sur le terrain ; les tables dénommées ‘classes d’entité’ qui correspondent aux informations nécessaire à l’affichage des cartes dans le module cartographique.

Ces trois modules principaux interagissent entre eux selon les règles d’interdépendance suivantes : 





La consultation des données se fait par un formulaire ‘Secteurs’ où plusieurs onglets permettent d’accéder aux données socio économiques, organisationnelles, les données concernant le réseau… L’utilisateur peut également accéder aux données par une interface cartographique. Cette dernière permet également d’éditer un certain nombre de cartes thématiques, de les imprimer ou de les convertir en fichiers images ; Un formulaire permet l’ajout ou la modification des données ; 28

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   

Une fiche synoptique permet d’éditer et d’imprimer un résumé des données disponibles, pour chaque secteur déjà diagnostiqué ; Deux formulaires de recherche permettent de trouver rapidement l’information utile aux utilisateurs ; Un module complémentaire permet d’imprimer les fiches de collectes utilisées pour les diagnostique sur le terrain ; Un module de mise à jour permet d’actualiser la version du logiciel installée sur les machines des utilisateurs. Ce module recherche la dernière version sur le site web, télécharge ce patch puis l’installe.

4.1.4.5- Mise à jour des données : Un module de mise à jour permet aux versions ‘Administration’ de publier sur le site internet des fichiers de mise à jours, destinés aux versions de consultation. Suite à la modification d’enregistrements existants ou à la création de nouveaux enregistrements, les administrateurs procèdent à la publication sur le site internet des nouveaux fichiers de données. 4.2- Etape 2 : SECTORISATION (comme outil de diagnostic) Principe de sectorisation La sectorisation consiste à sous-découper le réseau d’eau potable en sous secteurs dont les débits d’entrée et de sortie sont mesurés de manière permanente ou temporaire. Les sous-réseaux sont appelés "secteurs de distribution" (District Metered Area - DMA en anglais) lorsque que la mesure est permanente. On utilise ensuite, à un degré de découpage plus important, le terme "sous-secteur de distribution" (ou "îlot") ; le point de mesure est alors temporaire lors d’un diagnostic ou lors de recherche de fuites. Il peut trouver son origine dans plusieurs secteurs de distribution. Le bilan des volumes produits, exportés et importés doit être précis afin d’obtenir une répartition correcte des volumes/débits. Le comptage s’exprime généralement en volume, mais peut également être exprimé en débit, davantage parlant pour les débits de fuites. Un réseau de distribution est défini par trois (03) niveaux de sectorisation au maximum :  1er niveau : suivi annuel des volumes mis en distribution et des incidents survenus. Le premier niveau est l’objet de calcul d’indices de performance.  2ème niveau : quantification des résultats d’une campagne de recherche de fuites, suivi permanent des volumes mis en distribution et des débits nocturnes (lorsque pertinents) à l’aide de la télégestion, mise en évidence de l’apparition de fuites.  3ème niveau : aide à la pré-localisation des fuites par manœuvre des vannes et observation de la variation de débit (step-test).

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1er niveau de sectorisation : Les plus grands réseaux peuvent avoir entre 10 000 et 200 000 abonnés inclus dans des secteurs de distribution. Pour les réseaux d’importance moyenne (y compris les réseaux inter-syndicaux), la délimitation des secteurs de distribution est fortement influencée par les ressources allouées et par le découpage en étage de pression. La délimitation des secteurs est davantage issu d’un travail cartographique simple, qui ne nécessite pas l’utilisation d’un modèle hydraulique. On instrumente les ouvrages du réseau de points de mesure permanents, qui permettent un base de suivi hydraulique et une meilleure pertinence et précision des études technicoéconomiques. Ces appareils doivent impérativement être relié au système de télégestion si celui-ci est disponible. Ces points de mesures permettent de différencier les contextes hydrauliques, influencés par :      

le type de sol l’état des conduites l’état des branchements le niveau de fuites le coût de l’eau (plusieurs ressources et élévations) de solution de recherche active de fuites.

Les vannes d’isolement entre secteurs de distribution doivent être en parfait état de fonctionnement et doivent être bien connues de l’exploitant. Une analyse hydraulique sera d’autant plus précise que :    

chaque abonné est bien relié à un secteur de distribution les opérations de secours entre secteurs seront bien maîtrisées les réparations sont suivies les coûts de l’eau mise en distribution et les coûts des opérations de maintenance, de réparation et de renouvellement sont connus.

L’analyse hydraulique permet en outre de pré-localiser les fuites et d’effectuer un suivi de l’évolution des consommations et des pertes. 2ème niveau de sectorisation : Le deuxième niveau de sectorisation n’est pas indispensable à un suivi des pertes sur le réseau. Une étude technico-économique permettra de vérifier la véracité de l’installation d’un deuxième niveau de sectorisation. Leur taille dépend du premier niveau de sectorisation. La définition du 2ème niveau de sectorisation est issue de : 30

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  

la localisation des appareils de comptage existants les conclusions de l’étude technico-économique les opportunités de mise en place de compteurs de sectorisation (travaux, ouverture de tranchées)

Deux éléments principaux sont suivis :  

le volume mis en distribution le débit minimum nocturne lorsque pertinent

Ce niveau de sectorisation est suffisant pour les secteurs de distribution présentant peu de matériaux de conduites plastiques. Les appareils de pré-localisation des fuites permettent un bon niveau de maîtrise des fuites, ce qui ne serait pas le cas si l’on se contentait du seul 1er niveau de sectorisation pour justifier la réalisation d’une campagne de recherche de fuites supplémentaire. Si le volume mis en distribution ne baisse pas, il est possible que l’on ait réparé des fuites de faible débit (fort bruit), ou que d’autres fuites se soient déclarées dans un emplacement proche du lieu de la dernière réparation effectuée. Les récents développements dans le domaine de la transmission de données permettent de rapatrier très simplement les données (réseau RTC, GSM, radio) jusqu’au poste de télégestion. Ainsi, on peut, à un pas de temps défini par l’exploitant :      

suivre les volumes journaliers mis en distribution suivre les débits minimum nocturnes suivre les volumes nocturnes calculer les indices de pertes et de consommation effectuer une mise en perspective de ces paramètres de paramétrer des seuils d’alarme pour l’apparition de nouvelles fuites

Pour les réseaux importants, la modélisation hydraulique peut s’avérer nécessaire pour vérifier que les débits peuvent transiter malgré la fermeture des vannes. La mise en place de points de comptage permanents doit automatiquement s’accompagner de la vérification de l’étanchéité des vannes séparant deux secteurs de distribution. Des purges peuvent être également nécessaires sur les extrémités d’antenne fermées par manœuvre de vannes pendant une durée prolongée. Les secours d’alimentation entre secteurs hydrauliques doivent pouvoir être effectués. 3ème niveau de sectorisation : Un troisième niveau de sectorisation peut n’être qu’optionnel. Il se justifie de moins en moins du fait des récents développements des appareils de pré-localisation des fuites. Si le service n’a pas les moyens de recourir à de la pré-localisation de fuite, il peut s’avérer

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intéressant de définir un troisième niveau de sectorisation à l’aide d’un appareil de comptage des volumes. Il est difficile de mobiliser du personnel pour effectuer des manœuvres de vannes la nuit. Cependant les appareils de pré-localisation des fuites comportent des limites de détection, surtout dans le cadre de réseaux constitués en majorité de canalisation en matière plastique. La réalisation d’un troisième niveau de sectorisation doit résulter d’une analyse technicoéconomique. Il est souhaitable de ne pas dépasser la longueur de 15 km de réseau, afin de pouvoir isoler l’ensemble des branches en 2-3 nuits de manœuvres de vannes. Sur des secteurs de très petites longueurs, le suivi des débits peut être effectuée sur une plage diurne où les débits ne fluctuent que très peu. Les résultats peuvent être néanmoins entachés d’erreurs liées à la vétusté du réseau et à son manque d’étanchéité. 4.2.1- INVESTIGATIONS, MESURES & RECHRCHES DE FUITES 4.2.1.1- COMPAGNE DE MESURES : La dénomination "campagne de mesures", partie intégrante d’un diagnostic de réseau d’eau potable, va dépendre dans le choix du lieu d’implantation des appareils de mesure et de leur type, de l’objectif que l’on espère atteindre à l’issue de la campagne. Cette compagne devrait s’articuler autour de :  

Elaboration de mesures permettant de caler un modèle de réseau ; Elaboration d’une campagne de recherche de fuites ;

a)- Typologie des mesures : Les mesures peuvent être de trois types principaux :  Mesure de débits o suivi du temps de marche des pompes o compteurs équipés de têtes émettrices o débitmètres à insertion o débitmètres à ultrasons  Mesure de pression o capteurs piézométriques  Mesure de niveau dans les réservoirs o capteurs piézométriques b)- Spécificité des types de mesures : b.1)- Suivi du temps de marche des pompes : Au cœur des armoires électriques des infrastructures de pompage, il est possible de connecter un logger afin d’enregistrer les arrêts/démarrage :

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 

soit en connectant les fils du logger au commutateur ; soit en mettant en place des pinces ampérométriques autour des câbles triphasés ;

La conversion en volume est obtenue par multiplication du temps de marche par le débit unitaire des pompes. b.2)- Mesures de pressions : Avant de planifier une implantation d’appareils de mesure de pression, il est nécessaire de doubler le découpage du réseau étudié en secteurs de distribution (donné par le synoptique de réseau) par un découpage en étages piézométriques. Ces étages correspondent à des limites imposées de pressions :  

Réservoirs Appareils de régulation de pression o réducteurs de pression o stabilisateurs amont o stabilisateurs aval

On compte 2 ou 3 appareils de mesures pour chaque étage piézométrique. Les localisations préférentielles seront :   

les pressions en bout de réseau ; les canalisations de transferts entre réservoirs ; à l’aval d’un pompage afin d’obtenir une mesure de la HMT (Hauteur Manométrique Totale).

b.3)- Mesures de débits avec des compteurs : Les compteurs doivent être équipés de têtes émettrices correspondantes. Afin de s’en assurer, il est nécessaire de réaliser une investigation de terrain préalable (diamètre, marque, numéro de série, tête émettrice déjà présente ou non, photos de l’appareil) Les têtes captent chaque impulsion générée par une rotation du système (hélices, volute). Chaque impulsion correspond à un poids d’impulsion précisé sur le compteur. S’il est inconnu, la différence de relevé de compteur avant pose/après pose permet de l’établir. Le captage d’impulsion peut être de deux types : magnétique ou optique (moins fiable). En liant les fils de la tête émettrice et du logger via un dé, on peut tester plusieurs combinaisons jusqu’à obtenir celle qui permet d’observer des enregistrements sur le logger.

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b.4)- Mesures de débit-pression de la Défense Incendie : Un réseau de distribution d’eau potable peut être à même ou non d’assurer la défense incendie selon son dimensionnement et ses aménagements (capacité réservoir suffisante). Bien souvent, l’appareillage de fontainerie mis à disposition pour assurer la défense incendie est l’Hydrant (ou Poteau Incendie). La norme en vigueur spécifie, pour un poteau d’incendie normalisé DN 100mm, de pouvoir subvenir à un incendie sur une base de 60m³/h pendant 2h sous 1 bar minimum de pression. Chaque poteau concerné fait l’objet d’un essai de débit-pression pendant un laps de temps représentatif (valeur normalisée atteinte et stabilisée ou les valeurs de débit pour 1 bar minimum de pression). Une circulaire ministérielle en vigueur met en exergue la responsabilité des pouvoirs publics pour ce qui est d’établir des projets et de fixer des débits à prévoir pour l’alimentation des engins participant à la lutte contre les incendies. La méthodologie employée consiste à installer, sur les sorties Ø100mm des poteaux incendie, un débitmètre associé à un manomètre de pression analogique permettant une mesure précise du débit et de la pression. Une vanne de régulation aval et une conduite d’évacuation complètent l’installation. Les valeurs d’essai ne sont validées qu’après stabilisation de l’écoulement sur les paramètres Débit/Pression. Lors de ces essais, le rendu des résultats, associé à un plan de localisation, doit mettre en évidence les trois mesures caractéristiques :

- Pression Statique : Pression mesurée PI ouvert mais vanne de régulation fermée ; - Pression Dynamique : Pression Mesurée PI ouvert et vanne de régulation sur valeurs d’essai ;

- Le Débit : Débit mesuré sur valeurs d’essai après stabilisation de l’écoulement. 4.2.1.2- ANALYSE STATISTIQUE DES BESOINS, DE LA PRODUCTION ET DE LA CONSOMMATION Les termes relatifs aux volumes sont employés pour décrire la performance de la distribution et de la consommation d’eau potable. Pour mieux appréhender l’analyse des besoins, de la production et de la consommation, ceux-ci doivent être définis et évalués, le long du processus d’étude de diagnostic ; Ce sont eux qui détermineront la fiabilité de l’analyse statistique :

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a)- BESOINS : L’élaboration d’un projet de distribution d’eau potable nécessite toujours de réaliser une approche aussi fine que possible des besoins à satisfaire lors des épisodes de pointe. Si la détermination des débits liés à l’activité industrielle, agricole ainsi qu’à la gestion des équipements collectifs et publics peut être cernée à partir de la synthèse des consommations annuelles et des modes de process ou de fonctionnement de ces abonnés particuliers, il n’en est pas de même pour la consommation domestique qui revêt un caractère aléatoire. La définition des besoins annuels moyens est primordiale sur le plan économique, car elle détermine le volume total d’eau vendu retenu pour estimer les frais des infrastructures (Voir annexe -2- : Calcul des débits de pointe domestiques par la méthode de Tribut)

La connaissance des besoins en période de pointe est en revanche capitale pour l’implantation et le dimensionnement :   

des installations de production et de traitement des équipements de pompage et de stockage des canalisations et des organes de sécurité et d’exploitation

Afin d’optimiser le fonctionnement de son réseau, le choix des hypothèses relatives aux débits de pointe doit être clair, sachant qu’un surdimensionnement excessif, par souci de sécurité et de fiabilité, entraîne souvent :   

des coûts de réalisation excessifs des dysfonctionnements chroniques des installations de pompage et de surpression des problèmes qualitatifs liés aux temps de séjour dans les canalisations

Les causes principales des variations de débit engendrées par les abonnés domestiques sont :   

évolution des besoins aux cours de la semaine et du mois modification du rythme de vie de la population au cours de la journée hasard de la simultanéité des consommations

Les variables de dimensionnement sont :   

consommation moyenne journalière (Qmj : volume annuel total/365 jours - m3/j) consommation de pointe journalière (Qjp = Qmj * K1 - m3/j) consommation de pointe horaire (Qhp = Qjp/24 * K2 - m3/h)

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b)- PRODUCTION : Volume mobilisé Le volume mobilisé est le volume résultant de l’action de l’homme pour modifier les réserves naturelles C’est le cas du volume accumulé dans les barrages et de celui qui est utilisé en réalimentation de nappes par exemple. Volume prélevé Le volume prélevé est le volume emprunté au milieu naturel par les ouvrages du service prévus à cet effet. Cette notion est essentiellement utilisée dans les rapports avec les Agences de Bassin qui assoient leurs redevances sur les "volumes prélevés". Volume des pertes en adduction Le volume des pertes en adduction est le volume échangé avec l’extérieur dans les ouvrages d’adduction. Ce volume représente les échanges d’eau entre les ouvrages d’adduction et le milieu extérieur. Les pertes sont essentiellement des fuites d’eau vers l’extérieur, mais il peut également s’agir d’apport d’eau qui se produiraient par temps pluvieux (canaux) ou dans les traversées de terrains aquifères par des ouvrages peu étanches (maçonneries anciennes, etc...). Le terme "perte" est à prendre au sens algébrique. Ce volume ne peut être connu qu’en cas de comptages au prélèvement et à l’entrée es usines. Volume entrant dans les usines Le volume entrant dans les usines est le volume d’eau mesuré à l’entrée des ouvrages de production du service C’est le même volume que le volume prélevé lorsque les ouvrages d’adduction sont étanches ou que le prélèvement se fait au lieu même de production et qu’il n’y a pas d’échanges d’eau brute avec d’autres services. C’est généralement à ce niveau que sont installés les organes de comptage de l’eau brute et, pour cette raison, il est souvent confondu avec le volume prélevé. Le volume entrant dans les usines correspond à la somme algébrique du volume prélevé, corrigé des pertes en adduction, et, le cas échéant, du volume d’eau brute en provenance ou à destination d’un autre service. Volume besoin des usines Le volume besoin des usines est le volume nécessaire au fonctionnement des ouvrages de production et rejeté vers l’extérieur C’est l’expression abrégée de volume utilisé pour les besoins et le fonctionnement des usines. Il s’agit exclusivement de l’eau rejetée à l’extérieur comme par exemple l’extraction de boue des décanteurs ou l’eau de lavage des filtres lorsqu’il n’y a pas recyclage ainsi que l’utilisation sanitaire, l’arrosage des espaces verts, etc... Par contre, l’eau utilisée pour la dilution de certains réactifs ne doit pas être prise en compte dans le besoin des usines. 36

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Habituellement, ce volume est calculé par différence entre le volume prélevé ou entrant dans les usines et le volume produit. Il peut être quelquefois significatif. Volume produit (ou introduit) Le volume produit est le volume issu des ouvrages de production en service pour être introduit dans le réseau de distribution. La notion de volume produit implique que l’eau provienne d’ouvrages qui sont le plus souvent des stations de pompage, précédés ou non d’installations de traitement. Dans ce cas, il s’agit d’un produit refoulé. Si l’eau passe gravitairement des ouvrages au réseau, il s’agit d’un volume produit gravitaire. En l’absence de traitement, le captage peut être considéré comme un ouvrage de production. c)- DISTRIBUTION Volume importé Le volume importé est le volume d’eau potable en provenance d’un service extérieur. Il s’agit toujours de volumes d’eau potable. Lorsqu’il s’agira d’eau brute, on parlera de volume en provenance d’un autre service. Certains distributeurs font la distinction dans les volumes importés, entre ceux qui proviennent d’un autre service géré par eux et qu’ils nomment alors volumes importés proprement dits et ceux qui proviennent d’un service non géré par eux, très souvent moyennant une contrepartie financière. Ils les appellent alors volumes achetés. Cette distinction a pour objet d’éviter des doubles comptes dans les statistiques regroupant les caractéristiques d’un ensemble de services. Volume exporté Le volume exporté est le volume d’eau potable livré à un service d’eau extérieur. Il s’agit là aussi exclusivement de volumes d’eau potable. Lorsqu’il s’agira d’eau brute, on parlera de volume à destination d’un autre service. Comme pour le volume importé, certains distributeurs font la distinction entre le volume exporté s’il est livré à un service de la même société et le volume vendu en gros s’il est fourni à un service d’une autre société. La prise en compte ou non de ce volume dans le calcul du rendement de réseau fait l’objet de controverses. C’est un point qui doit être pris en considération car très souvent il s’agit de volumes importants qui augmentent artificiellement le rendement si l’on en tient compte dans les volumes consommés. Il est vrai que ce problème peut être posé pour certains gros consommateurs. Cependant, bien que transitant à travers une partie du réseau, le volume exporté, par définition, ne reste pas dans l’entité géographique du réseau et à ce titre, il paraît souhaitable de l’exclure du calcul.

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Volume mis en distribution Le volume mis en distribution résulte de la somme algébrique des volumes produit, importé et exporté. C’est donc le volume produit plus le volume importé moins le volume exporté. Volume comptabilisé Le volume comptabilisé résulte des relevés des appareils de comptage des abonnés. Le terme de comptabilisé est à prendre dans le sens où il comptabilise les relevés de compteurs. Il tient compte des volumes résultant de la lecture des index (sans correction d’exactitude), des rectifications qui ont pu être faites après erreur de relevé, des évaluations pour cause d’inaccessibilité, de dysfonctionnement ou d’absence provisoire de certains compteurs. (Les volumes utilisés sur des branchements non équipés en permanence de compteurs ne sont pas compris dans ce volume mais dans le suivant). Ce volume se rapporte à l’ensemble des compteurs d’abonnés à l’exclusion des compteurs d’exportation. Il diffère généralement du volume facturé notamment en cas d’application de forfaits de facturation ou de dégrèvements. C’est un volume difficile à rapporter à une période donnée surtout dans un système traditionnel de relevés de compteurs étalé sur plusieurs mois. Il conviendra d’y porter toute l’attention nécessaire pour les calculs du rendement. Volume consommateurs sans comptage Le volume consommateurs sans comptage est le volume utilisé sans comptage par des usagers connus, avec autorisation. C’est le volume consommé par des usagers, autres que le service d’eau, autorisés pour diverses raisons à utiliser de l’eau sans passer par un appareil de comptage. Il s’agit surtout de besoins publics : poteaux ou bouches d’incendie, de lavage ou d’arrosage non équipées de comptage ainsi que des véhicules d’arrosage, de curage, etc... Il ne comprend pas le volume de service du réseau défini ci-après. Ce volume est évalué. Il peut varier de façon très importante d’un réseau à un autre en fonction du nombre de points de puisage et de l’équipement en appareil de comptage de ceux-ci. Pour une analyse fine, il convient de bien prendre en compte ces facteurs. Volume de service du réseau Le volume de service du réseau est le volume utilisé pour l’exploitation du réseau de distribution Il s’agit de l’eau utilisée en toute connaissance de cause par l’exploitant du service pour le nettoyage des réservoirs, les purges de réseau, les écoulements permanents volontaires, etc... Ce volume est évalué.

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Volume gaspillé Le volume gaspillé est le volume perdu en raison d’incidents d’exploitation Ce volume est à mettre au compte de l’exploitant du réseau, comme le précédent. Il en diffère cependant parce que consommé à l’insu de celui-ci. Il s’agit surtout de débordements de réservoir ou de vidanges mal fermées, etc... Ce volume revêt un caractère exceptionnel, il est évalué. Cette perte n’est pas significative de l’état d’un réseau mais lorsqu’elle prend des proportions importantes, elle devient significative du fonctionnement d’un service. Volume détourné Le volume détourné est le volume utilisé frauduleusement. C’est le volume utilisé par les branchements clandestins, les piquages avant compteurs, la falsification de ceux-ci, l’utilisation illégale de poteaux d’incendie, etc... L’évaluation de ce volume est encore plus malaisée que les précédentes et ne doit être retenue qu’en cas de volumes significatifs dont la preuve du détournement a été faite. Volume de fuites Le volume de fuites est le volume résultant des défauts d’étanchéité du réseau. Cette notion concerne tous les ouvrages du réseau : réservoirs (à ne pas confondre avec le débordement), conduites de transfert, de distribution et de branchements, appareils de robinetterie, de régulation, etc... Il peut s’agir de rupture, de joints détériorés ou défectueux, de colliers de prise en charge, de presse-étoupe, etc... Volume défaut de comptage Le volume défaut de comptage est le volume résultant de l’imprécision et du dysfonctionnement des organes de comptage des oublis de relevé et des erreurs dévaluation et de lecture. C’est l’expression abrégée de volume résultant des défaut de comptage. Ce volume est évalué Il représente la différence entre le volume comptabilisé et le volume réellement utilisé par l’ensemble des utilisateurs disposant d’appareils de comptage. Cette différence résulte de l’inexactitude des compteurs, (par conception ou par vieillissement) ou de la mauvaise évaluation (quant il y en a) ou simplement des erreurs de lecture des index. (Ces deux derniers cas peuvent amener à surévaluer le volume réellement utilisé). Une valeur approchée de ce volume peut être obtenue par l’analyse du parc de compteurs et l’étalonnage d’un échantillon représentatif. Volume des pertes en distribution Le volume des pertes en distribution est la somme algébrique des volumes de fuites, gaspillé, détourné et défaut de comptage. La caractéristique commune des différents types de pertes est qu’elles ne sont pas directement mesurables. Elles peuvent être évaluées et être déduites globalement par 39

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différence entre volumes mis en distribution et volumes comptabilisés (qui bien que mesurés, le sont rarement sur des périodes identiques), différence dont on retranche les volumes consommateurs sans comptage et les volumes de service du réseau qui sont aussi deux quantités estimées. Des techniques de mesures et de diagnostics permettent en prenant certaines précautions d’appréhender ces valeurs de façon satisfaisante. Volume utilisé Le volume utilisé est la somme algébrique des volumes comptabilisé, consommateurs sans comptage, service du réseau, détourné et défaut de comptage. Ce volume regroupe toutes les utilisations maîtrisées ou non de l’état du réseau. Il comprend une partie des pertes en distribution. d)- ENSEMBLE DU SERVICE : Volume introduit Le volume introduit (dans le service) est la somme du volume prélevé augmenté du volume d’eau brute en provenance d’un autre service, des apports en adduction et du volume importé Ce volume représente l’ensemble des besoins en eau, potable ou non, d’un service de distribution d’eau pour assurer l’alimentation de ses propres usagers ainsi que ses clients extérieurs. Il comprend aussi l’eau du service et les pertes des ouvrages du service des eaux. Il permet de faire le bilan hydraulique entre les besoins et les ressources en eau. Volume facturé Le volume facturé est le volume résultant des factures Il est fréquemment différent du volume comptabilisé. Il inclut en effet des notions de consommation minimale forfaitaire, d’eau délivrée gratuitement, de dégrèvement pour cause de fuite après compteur, ainsi que le volume consommateurs sans comptage. Il inclut également les volumes exportés facturés. Certains utilisent l’expression du volume vendu qui en fait correspond au volume facturé moins les admissions en non-valeur. e)- EGALITES UTILES L’analyse statistique, proprement dite, servira à quantifier et vérifier les égalités utiles suivantes :     

Volume produit = Volume prélevé - Volume des pertes en adduction - Volume besoin des usines Volume mis en distribution = Volume produit + Volume importé - Volume exporté Volume mis en distribution = Volume comptabilisé + Volume consommateurs sans comptage + Volume service du réseau + Volume des pertes en distribution Volume des pertes en distribution = Volume gaspillé + Volume détourné +Volume des fuites + Volume défaut de comptage Volume utilisé = Volume comptabilisé + Volume consommateur sans comptage + Volume service du réseau + Volume détourné + Volume défaut de comptage 40

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4.2.1.2- ETUDE DES CONSOMMATIONS : (Travail préalable aux investigations de terrain) Au préalable, et après avoir mis à jour de manière appropriée le plan du réseau d’alimentation en eau potable, pour chaque secteur hydraulique, on sélectionne 1% des abonnés (domestiques et grosses consommations comprises). Dans un premier temps, on distingue les gros consommateurs (consommation annuelle supérieure à 300 m3 environ) des autres. En second lieu, il faudrait trouver le domaine d’activité auquel appartenaient les consommateurs. Dès lors, il faut les regrouper de telle sorte qu’au final, on arrive à obtenir des catégories de consommateurs telles que :

- Les consommateurs domestiques représentant la majorité des abonnés ; - Les bâtiments publics (mairie, douanes, écoles,…) dont l’activité se concentre -

uniquement en journée ; Les campings et centres de vacances qui sont occupés une petite partie de l’année (l’activité des campings s’étalerait sur 3 mois) ; Les estivants qui comme les campings ne sont présents que sur une faible durée dans l’année ; Les fermes où la forte consommation est liée à l‘élevage et à la culture, donc une consommation plus étalée dans la journée et la nuit ; Les industriels (carrières, usines, chantiers, …) qui ont une consommation plutôt linéaire et ce sur une durée précise dans la journée ; Les boulangeries qui présentent la particularité d’avoir une activité importante avant l’aube ; Les entrepreneurs ou artisans qui eux aussi ont un mode de consommation légèrement différent des bâtiments publics ou autres industriels ;

Un travail de sélection important sera donc réalisé à partir de la base de données sur les abonnés. Les abonnés sélectionnés vont ensuite faire l’objet d’une enquête abonné. a)- L’enquête « abonnées » L’enquête des consommations consiste à esquisser les particularités des consommations, notamment celle des compteurs d’activité. Les questions doivent être de plusieurs ordres : 

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Administratif o Adresse o Secteur de distribution o ... Description de l’abonné o Type d’établissement o Numéro de compteur o Date de mise en service 41

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Effectif de l’établissement o Personnel saisonnier o Taux de remplissage pour les campings et les hôtels o ... Description de l’utilisation de l’eau o Nom du responsable interne à l’entreprise o Rythme d’activité de l’établissement tout au long de la semaine o Plage d’alimentation en eau (pour les secteurs alimentés en discontinu) o Description de l’activité nocturne o Utilisation de l’eau  Process  Transport  Refroidissements  Lavages  Autres o Réaliser un synoptique du schéma d’alimentation en eau Informations sur le branchement o Nombre de points de livraison o Diamètre o Matériau o Année de réalisation o Présence/accessibilité du compteur Caractéristiques du compteur o Marque o Type  A hélices  Volumétrique  A jet unique  A jet multiple o Classe A, B, C o Numéro de série o Diamètre nominal o Longueur droite amont o Longueur droite aval o Année de pose o Installation  Horizontale (normale)  Verticale (perte de 70% en précision de la mesure)  Oblique (perte de 30 % en précision de la mesure) o Appréciation générale du fonctionnement du compteur Provenance de l’eau utilisée o Puits, récupération des eaux de pluie, stockages, citernes o Fréquence d’utilisation des différentes ressources  Eté/Hiver  Journalière/Hebdomadaire o Schéma des installations o

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    

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Flotteur Trop-plein Clapet anti-retour Surpresseur (marque, référence, plage de débit, HMT)

Facturation o Relevé des deux dernières factures o Mode de facturation (relevé, forfait) Dysfonctionnements o problèmes de pression  horaires d’occurrence  fréquence d’apparition o problèmes de qualité des eaux  odeurs  couleur  goût  fréquence d’apparition

Les enquêtes abonné permettent donc de vérifier l’adéquation de la sélection amont effectuée et d’appréhender des difficultés de terrain (refus de l’abonné, accessibilité du compteur...) S’il manque des abonnés, on réalise une seconde sélection d’abonnés à enquêter, ou alors on passe à l’étape ultérieure d’implantation d’un compteur de métrologie chez l’abonné, en liaison avec le gestionnaire. b)- L’implantation d’un compteur de métrologie en remplacement du compteur de facturation : Lors de la sélection d’un abonné, avant toute implantation d’un compteur métrologique à son domicile, il est important de bien consigner les coordonnées de la personne, ses heures de disponibilité, de réaliser avec elle un état des lieux de départ et d’arrivée. Il est important de bien consigner chacune des interventions nécessaires. Les relèves de compteurs doivent être effectuées périodiquement suivant le contexte du réseau diagnostiqué (mise en charge nécessaire sur des secteurs alimentés de manière discontinue par exemple). 4.2.1.2- ANALYSE DU FONCTIONNEMENT DU RÉSEAU : a)- Bilan hydraulique complet du réseau : Bilan d’eau préconisé par l’International Water Association (IAW) Le bilan d’eau permet de définir pour chaque secteur de distribution et également pour l’ensemble de la localité, le volume comptabilisé, le volume consommateurs sans comptage, le volume facturé, le volume défaut de comptage, le volume de service du réseau, le volume de fuites etc….

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A priori, un opérateur de réseau a tout intérêt à réaliser un bilan d’eau comme le conseille l’International Water Association (IWA – 2003) pour évaluer correctement les pertes du réseau. Cette méthodologie, très rigoureuse, permettra de bien évaluer les pertes apparentes (volumes détournés et erreurs de mesures) qui doivent absolument être éliminées de l’évaluation des performances des conduites en elles-mêmes. Cependant, ce bilan d’eau peut être lourd à mettre en place car il nécessite l’estimation des volumes à chaque point de comptage clé. En présence de compteurs, les données relevées sur ceux-ci seront utilisées, mais en l’absence de dispositifs de mesure ; il sera donc nécessaire de pratiquer « une estimation au plus juste » qui, en fait, est un avis d’expert donné au niveau local et entaché de très fortes incertitudes. Tableau 1 : Eléments constitutifs du bilan des volumes d’eau (IWA – 2003) (La définition de tous ces éléments est donnée au paragraphe 4.2.1.2)

Pertes réelles [m3/an]

D Volume consommé mesuré et facturé (y compris volume exporté) - [m3/an] Volume consommé non mesuré et facturé (y compris volume exporté) - [m3/an] Volume consommé mesuré et non facturé (y compris volume exporté) - [m3/an]

E Volume eau vendue [m3/an]

C Volume consommé facturé (y compris volume exporté) [m3/an] Volume consommé non facturé hors volume détourné [m3/an] Pertes apparentes [m3/an]

Volume consommé non mesuré et non facturé (y compris volume exporté) - [m3/an] Volume détourné [m3/an] Erreurs de mesure [m3/an] Pertes réelles sur réseau d’adduction d’eau brute et dans l’usine de traitement le cas échéant - [m3/an] Fuites sur le réseau de transport et/ ou de distribution [m3/an] Fuites et surverses des réservoirs sur le réseau de transport et/ ou de distribution - [m3/an] Fuites sur branchement jusqu’au point de comptage [m3/an]

Volume d’eau non vendue [m3/an]

Volume consommé pour tous les usages [m3/an]

B

Pertes d’eau [m3/an]

A

Volume introduit (prélèvement et importation d’eau brute et d’eau potable) [m3/an]

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Tableau 2 : Calcul du volume d’eau non vendu et des pertes d’eau (IWA – 2003)

Etape 1 : Définir le volume introduit (prélèvement et importation d’eau brute et d’eau potable) dans la colonne A. Etape 2 : Définir le volume consommé mesuré facturé (y compris volume exporté) et le volume consommé non mesuré et facturé en colonne D ; déduire de la somme le volume consommé facturé (y compris volume exporté) (colonne C) et le volume d'eau vendue (colonne E). Etape 3 : Calculer le volume d’eau non vendue (colonne E) par différence entre le volume introduit dans le système (colonne A) et le volume d'eau vendue (colonne E). Etape 4 : Définir le volume consommé mesuré et non facturé et le volume consommé non mesuré non facturé dans la colonne D ; déduire de la somme le volume consommé non facturé hors volume détourné colonne C. Etape 5 : Additionner le volume consommé facturé (y compris volume exporté) et le volume consommé non facturé hors volume détourné dans la colonne C ; déduire de la somme le volume consommé pour tous les usages normaux (colonne B). Etape 6 : Calculer les pertes d’eau (colonne B) par différence entre le volume introduit dans le système (colonne A) et le volume consommé pour tous les usages normaux (colonne B). Etape 7 : Estimer le volume détourné et les erreurs de mesure (colonne D) au mieux selon les moyens disponibles, déduire de la somme les pertes apparentes (colonne C). Etape 8 : Calculer les pertes réelles (colonne C) par différence entre des pertes d’eau (colonne B) et les pertes apparentes (colonne C). Etape 9 : Estimer les composantes des pertes réelles (colonne D) au mieux selon les moyens disponibles (analyses de débit nocturne, calculs de fréquence des ruptures/débits/durées, modélisations, etc.), additionner ces résultats et vérifier avec le volume de pertes réelles de la colonne C. L’ensemble de ces informations va permettre le calcul d’un certain nombre d’indices et de ratios qui sont des indicateurs de l’état du réseau de distribution. On peut citer entre autre l’indice linéaire de fuites exprimé en m³/j/kml qui repose sur le volume de fuites journalier rapporté au linéaire de conduites de distribution publiques et privées (branchements particuliers). Les indices de performance sont primordiaux pour évaluer la performance du service : Rendement primaire R1 (%) = 100 * (Volume comptabilisé) / (Volume mis en distribution) C’est le rendement le plus simple à calculer, le moins élaboré. Il ne prend en compte pour les comparer aux volumes mis en distribution, que les volumes comptabilisés et ceux-là uniquement.

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Il est le seul dont les chiffres ne fassent pas intervenir de partie estimée (en négligeant celle inhérente aux relevés des compteurs abonnés, qui doit représenter un faible pourcentage du total). Ce rapport ne permet pas de comparer l’état de deux réseaux de configurations différentes, par exemple le système de comptage des bouches d’arrosage ou de lavage peut générer des différences importantes de rendement primaire entre deux services apparemment identiques. En première analyse, pour un réseau donné, l’évolution de ce rendement importe plus que sa valeur absolue. Rendement consommateurs : R2 (%) = R1 + P1 P1 : pourcentage consommateurs sans comptage P1 (%) = 100* Volume consommateurs sans comptage / Volume mis en distribution C’est le rendement qui prend en compte tous les volumes utilisés par les consommateurs, on peut parler du volume client. La différence entre le numérateur et le dénominateur correspond à l’eau que le service n’a pas vendue (ou donnée en cas de livraison gratuite) à ses clients. Le terme P1 doit être analysé avec précaution car il revêt une grande importance. En effet, parmi les volumes estimés, il est généralement le plus important (à l’exception du volume de fuites) et se prête donc à toute une panoplie de "manipulations". Il peut de même être très différent d’un service à un autre en fonction du nombre des appareils installés et du nombre de ceux qui sont équipés d’un compteur. Rendement net R3 (%) = R1 + P1 + P2 P2 : pourcentage service du réseau P1 (%) = 100* Volume service du réseau / Volume mis en distribution Ce rendement est très intéressant puisqu’il compare la totalité de l’eau utilisée sciemment (par les clients et par le service) à la quantité nécessaire à une qualité constante de distribution. Il traduit nettement la notion de perte d’eau. On doit cependant noter le risque d’utilisation de ce rendement qui pourrait inciter l’exploitant à utiliser une quantité abusive d’eau pour ses propres besoins (volume de service du réseau) afin d’accroître artificiellement son rendement.

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Cette remarque nous ramène à la réflexion précédente sur la présentation du rendement où nous signalons qu’il est souhaitable de faire référence à R1 + P1 + P2 sous forme d’une suite de trois chiffres plutôt qu’à R3 seul. Rendement hydraulique du service d’eau R4 (%) = 100* [V(eau brute à destination d’un autre service) + V (exporté) + V(besoin des usines) + V(utilisé)]/[V(introduit)] Ce rendement représente en quelque sorte un bilan d’eau. Il met en évidence l’ensemble du volume gaspillé et du volume de fuites rapporté à l’intégralité du volume introduit. Pourcentage de pertes en distribution PP (%) = 100 * V(pertes) / V (mis en distribution) Ce pourcentage est le complément du rendement net (R3). Pourcentage de non consommation PNC (%) = 100 * [V(mis en distribution) - V(comptabilisé) - V(consommateur sans comptage)]/[V(mis en distribution)] Ce pourcentage est le complément du rendement consommateurs (R2). Pourcentage de fuites PF (%) = 100 * V(fuites) / V(mis en distribution) Ratio financier RF (%) = 100 * V(facturé) / V(introduit) Indice linéaire de pertes en distribution ILP (m3/j/km) = V(des pertes en distribution) / [L(conduites de transfert) + L (distribution) + L(branchement)] Cette notion permet, contrairement aux précédentes, de rapporter le volume de pertes à l’importance du réseau, et donc de comparer l’état physique de deux réseaux. Indice linéaire de fuites ILF (m3/j/km) = V(fuites) / [L(conduites de transfert) + L (distribution) + L(branchement)] Cet indice permet d’appréhender plus précisément l’état d’étanchéité du réseau proprement dit. 47

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Indice linéaire de consommation net ILCN (m3/j/km) = [V(comptabilisé) + V(consommateur sans comptage + V(service de réseau)] / [L(conduites de transfert) + L (distribution) + L(branchement)] Cet indice permet d’approcher une notion "d’utilisation du réseau". Comparé à l’indice démographique de consommation net, il permet de juger de l’utilisation moyenne par habitant ou "équivalent habitant" en fonction de la concentration. Indice surfacique de pertes ISP (m3/m2/an) = V (des pertes) / [S intérieure (conduites transfert) + S intérieure (conduites distribution) + S intérieure (branchements)] Indice Linéaire de réparations ILR = Nombre total annuel de réparations / [ L (conduites de transfert) + L (distribution) + L(branchement)] Cet indice très complémentaire de l’ILF donne une bonne indication de la difficulté à atteindre et maintenir un objectif de rendement. Il peut être intéressant de scinder cet indice en un indice de réparation de branchements et un indice de réparation de conduites principales (transfert et distribution) qui permettent de juger plus précisément de l’état de chaque type de conduite. Dans le cadre d’un diagnostic de réseau et le découpage de celui-ci en zone ou en secteur, un indice de réparation élevé sur certaines zones ou secteurs, peut amener à pousser plus loin les investigations et à prendre des mesures à la fois curatives et préventives comme : renouvellement de conduites, mise en place de protection cathodique, amélioration des conditions de pose, etc... sur la zone considérée. Indice démographique de consommation net IDCN (m3/habitant/an) = [V(comptabilisé) + V(consommateur sans comptage) + V(service réseau)] / Population recensée.

Cette démarche, très complexe, qui englobe autant d’indices et d’indicateurs, est encore loin de s’être généralisée. En revanche, il est possible de trouver au niveau local des indicateurs tels que : - Rendement de réseau ; - Indice de pertes par branchement ; - Indice de pertes linéaires…

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b)- Etude spécifique hydraulique du réseau : Suite au bilan hydraulique établi, un certain nombre de mesures techniques doivent être envisagées et établies afin d’améliorer les résultats obtenus et d’optimiser la gestion du réseau de distribution : - Recensement et extrapolation de la population de la collectivité sur les prochaines années afin d’anticiper l’adéquation entre les ressources disponibles et l’évolution future de la population ; - Bilan des capacités de stockage (réservoirs) et des temps de séjour correspondants afin, d’une part, de déterminer si les normes de défense incendie sont respectées et d’autre part d’améliorer les problèmes de qualité des eaux par traitement au niveau des réservoirs le cas échéant ; - Analyse des caractéristiques des conduites (âge, diamètre et matériau). Cette analyse est croisée avec les tronçons ayant connus des problèmes de fuites durant l’étude afin de déterminer une stratégie de renouvellement qui tient compte principalement du respect des normes de défense incendie et de l’âge des canalisations ; - Analyse des volumes comptabilisés et facturés durant les dernières années afin d’extrapoler l’évolution future des volumes consommés et du nombre d’abonnés. - Statistiques sur l’âge du parc des compteurs particuliers (années de pose) afin de comptabiliser de manière précise le volume défaut de comptage. Ce volume de sous comptage peut rapidement augmenter en fonction de l’âge des compteurs particuliers et représenter jusqu’à 10% et plus du volume comptabilisé pour des compteurs de plus de 10 ans. Cette perte financière pour le gestionnaire pourra donc être en partie réduite par une stratégie de renouvellement adaptée des compteurs particuliers ; - Analyse des volumes de production des ressources de la localité afin de déterminer la capacité de production minimale (étiage) et maximale. Cette analyse croisée avec l’extrapolation de la population future va permettre de déterminer l’adéquation ressources-consommation mais également le cas échéant le nombre d’abonnés futurs raccordables au réseau de distribution ; - Amélioration de la pression de service et entretien des appareils de régulation. L’entretien régulier des appareils de régulation permet de réduire efficacement les risques de fuites sur le réseau. D’autre part, en fonction des conditions de pression sur le réseau, l’implantation de nouveaux appareils peut s’avérer indispensable. Il est également important de vérifier si les appareils en place permettent le respect des normes de défense incendie ; - Analyse du test des poteaux incendie en vue de déterminer les causes des nonconformités et propositions établies dans un souci du respect des normes de défense incendie (60 m³/h pendant deux heures sous une pression de 1 bar) ; - Suivi régulier des volumes mis en distribution afin d’éviter les dérives et l’augmentation du volume de fuites. Un tableau des volumes journaliers mis en distribution tolérés est proposé pour chaque secteur de distribution afin de permettre le déclenchement d’une campagne de localisation et de réparation le cas échéant ;

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- Amélioration du ratio financier par l’élimination du volume consommateurs sans

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comptage. Ce volume est principalement le fait de particuliers qui ne possèdent pas de compteurs et qui ne rentrent donc pas dans le volume comptabilisé par la collectivité. Optimisation de la qualité des ressources en eau de la localité. Les analyses réalisées par le gestionnaire sur les ressources de la localité sont croisées avec notamment les temps de séjours calculés au niveau des réservoirs et des conduites de distribution. Si nécessaire un traitement de la ressource peut être proposé (chlore, etc.).

4.2.1.3- RECHERCHE DE FUITES : En général, les réseaux d’AEP, qui ont des niveaux de fuite importants, ne présentent généralement pas de sectorisation de 2ème ou 3ème niveau. Les volumes de pertes importants sont davantage le résultat de multiples fuites de faible débit non visibles et fuites importantes apparentes. Les débits de fuites non signalées peuvent s’établir entre 0.5 et 10 m3/h. La moyenne se situe généralement autour de 2.2 2.3 m3/h. Sur un bilan annuel, une fuite de 2.2 m3/h non réparée représentera un volume équivalent à une casse de 40 m3/h réparée rapidement. Pour les réseaux urbains, les consommations importantes peuvent masquer des fuites importantes. Il importe de bien instrumenter le réseau pour établir des bilans révélateurs. a)- Quantification et sectorisation des fuites : La campagne de recherche de fuites se déroulera en trois phases distinctes : - La première consiste en un repérage grossier des foyers fuyards ; - La deuxième a pour objectif une localisation plus précise des fuites ; - La troisième est l’écoute au sol. a.1)- La pré localisation des fuites Le principe de pré localisation est relativement simple. En effet, il consiste en la pose d’enregistreurs de données acoustiques sur des points d’accès comme les vannes. Cette écoute se fait la nuit entre 2h et 4h, aux heures de plus bas tirage d’eau mais également aux heures où le bruit environnant est le plus faible. Le pas de temps de l’enregistrement est de 1s, ce qui réduit considérablement les erreurs commises à cause de bruits ponctuels. Ces appareils, utilisés en groupe d’une dizaine ou plus sont installés sur les points d’accès au réseau qui peuvent être les robinets-vannes de sectionnement et robinets-vannes de branchements.

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Leur zone (conduites favorables d’environ 4

de couverture est comprise entre 50 mètres dans les cas défavorables en « PVC ou PEHD » ou présence de réducteurs) à 200 m dans les cas (conduites en acier, fonte grise, fonte ductile…). On couvre ainsi un linéaire kml de réseau avec 20 appareils.

L’interprétation des résultats se fait de deux façons : • Par une lecture visuelle sur les appareils utilisés (voir photo ci-dessous), • Par le biais d’un logiciel d’interprétation des résultats stockés dans les pré-localisateurs. Les pré localisateurs qui seront utilisés sont des appareils « intelligents » dans le sens où ils ne se contentent pas de donner les valeurs en décibels des bruits enregistrés mais qu’ils indiquent le degré de probabilité de ces fuites. Ces appareils peuvent mesurer le bruit sur une distance de 200m pour la fonte et sur 50m pour le PVC. Ces distances peuvent varier suivant la qualité du contact entre l’aimant du pré-localisateur et le carré de vanne. L’outil est très intéressant en terme de rendement car il nécessite uniquement que les vannes choisies soient propres. En effet, la pose et la récupération des appareils est rapide. De plus, l’analyse qu’il effectue accélère également le processus de détection des fuites. En fonction des résultats (niveau sonore enregistré par chaque appareil), une recherche est réalisée par corrélation acoustique sur les zones sélectionnées. a.2)- La corrélation acoustique : Suite aux résultats des campagnes nocturnes ou de la pré-localisation et de l’écoute au sol, une localisation ponctuelle des fuites est effectuée, principalement par corrélation acoustique. La corrélation acoustique est la détection par calcul du positionnement des fuites d'eau sur les réseaux de canalisations en charge et enterrés. Le corrélateur acoustique est composé de deux amplificateurs qui mettent en forme les signaux captés par les émetteurs posés sur deux vannes isolant la fuite pressentie. Il est également doté d’un calculateur qui permet d’analyser les deux signaux réceptionnés par liaison radio et de visualiser l’amplification sélectionnée. La lecture de pics à l’écran ainsi que l’écoute de la qualité du bruit au niveau du casque permettent de déceler la présence d’une fuite ainsi que sa localisation. Le bruit de fuite se propage vers les deux émetteurs à la vitesse du son. A partir de la différence de temps delta(t) que met le bruit de la fuite pour arriver au capteur le plus lointain par rapport au capteur le plus proche de la fuite, on obtient un temps de propagation. Avec cette valeur, on est en mesure de déterminer la position de la fuite par le biais de la formule indiquée sur la figure ci-dessous. La seule donnée de base nécessaire au calcul est la distance L entre les deux émetteurs.

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Figure 2 : Principe de calcul de la position d'une fuite par le corrélateur acoustique

La technique de la corrélation acoustique est une technique très intéressante pour la localisation des fuites. Lorsque ces dernières sont importantes ou du moins engendrent un bruit conséquent, elles sont rapidement décelées La précision de localisation varie de 0.2 à 0.5 m en fonction de l'éloignement des capteurs (points d'accès au réseau). La précision est excellente car il y a élimination automatique des bruits parasites, d’où la possibilité de travailler de jour en plein trafic urbain. Cette précision dépend non seulement de la distance entre capteurs, mais aussi de la précision avec laquelle est connue la vitesse de propagation dans la conduite. Celle-ci dépend surtout du diamètre et de la nature de la canalisation. Dans l’incertitude, cette vitesse peut être mesurée expérimentalement en créant une fuite artificielle sur une bouche à incendie par exemple. a.3)- L’écoute au sol : Les méthodes d’écoute au sol essaient de repérer la position de l’intensité maximum du bruit ; souvent, cette localisation ne coïncide pas avec la position exacte de la fuite Le système d’écoute au sol est utilisé en dernier lieu lorsqu’il s‘agit de confirmer la présence d’une fuite et de la localiser précisément. Comme son nom l’indique, il se traduit par une écoute au sol le long de la canalisation. Le bruit de fuite est détecté lorsque, d’une part l’intensité acoustique augmente, et d’autre part lorsque le bruit écouté est révélateur de la présence d’une fuite. b)- Contrôle hydraulique après réparation des fuites : Dans la mesure du possible, les fuites seront réparées le plus rapidement afin de permettre une seconde écoute de contrôle après réparation. Après réparation des fuites localisées, une mesure de débit ponctuel ou par enregistrement, est réalisée au niveau du secteur. Si le débit de fuites n'a pas diminué de façon significative comme attendu, on recommence une sectorisation par tronçon ou par pré-localisation et ainsi de suite.

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4.2.1.4- ANALYSE DES INCIDENTS SUR LE RESEAU : Les données acquises sur le terrain lors d’interventions et de réparations doivent être reportées sur des fiches. La démarche est envisagée pour les canalisations, les accessoires de robinetterie et de fontainerie et les branchements. (Voir ANNEXE – 2 - modèle de fiche d’intervention et défaillances). Ces fiches ont pour objectif de rassembler pour chaque opération : - les caractéristiques de la conduite ou de l’équipement concerné ; - L’état général ; - le type de désordre observé ; - les caractéristiques du remblai existant et de l’environnement ; - tous les éléments liés à l’intervention (durée, pièces utilisées…). Elles consignent les interventions réalisées par les équipes de réparation, selon le modèle suivant : 

Identité de l’intervention/incident o Date d’intervention o Nature de l’incident/intervention  Opération sur branchement  Fuite sur branchement  Opération sur branchement  Fuite sur canalisation  Opération sur conduite  Déboitement de conduite  Opération sur collerette, cône, bride, collier, collecteur…  Fuite sur collecteur  Fuite sur vanne  Opération sur compteur  Opération sur vanne  Opération sur ventouse  Opération sur plaque  Opération sur manchette  Fuite sur réseau  Opération sur regard  Opération sur tronçon  Opération sur réservoir  Opération sur forage  Fuite sur colonne  Opération sur réservoir o Divers  même modèle que "Nature de l’incident/intervention", afin de consigner un complément d’information o Diamètre canalisation/branchement o Nature canalisation/branchement o Réseau d’adduction ou de distribution 53

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



Localisation de l’intervention/incident o Nom de la rue o Secteur de distribution associé o Sous-secteur de distribution associé Action réalisée

5.2.1.5- EXAMEN DES PRESSIONS SUR LE RESEAU : A partir du découpage en secteurs de distribution, réalisé à partir du plan du réseau mis à jour, et de mesures de pression réalisées sur des secteurs piézométriques, on est en mesure de définir des objectifs de pression de distribution au point haut et au point bas de chaque secteur de distribution (ou sous-secteur). Ainsi, on renseigne les données nécessaires pour chaque entité de distribution :      

Identifiant de l’entité Topo minimum (mNGF) : Topomax Topo maximum (mNGF) : Topomin Topo moyenne (mNGF) (= [Topomax - Topomin]/2) Identifiant du point de pression instrumenté Topo du point de pression (mNGF) : TopoP

On calcule ensuite, pour une pression cible donnée (pression souhaitée au point étudié) :  

La pression au point de livraison de l’habitation la plus haute (= Pcible - (Topomax TopoP)/g) La pression au point de livraison de l’habitation la plus basse (= Pcible - (TopoP Topomin)/g)

En faisant varier les pressions cibles, on parvient à trouver un compromis qui peut ensuite servir d’objectif au dimensionnement de réseau par modélisation. 4.2.1.6- DE LA COMPAGNE DE MESURES A LA MODELISATION : La mise en place des points de mesure permet d’obtenir des chroniques d’informations natures différentes : débit, niveau, pression.. Il est important de pouvoir exploiter mieux ces chroniques afin de préparer au mieux la modélisation. Une macro pourra être jointe pour permettre de traiter les fonctions principales l’import des fichiers de chroniques à l’obtention de tableaux de rapport et de fichiers modulation et de calage pour EPANET.

de au de de

a)- Module d’import : Ce module permet de traiter l’import de chroniques de données brutes issues de deux types d’appareillage :  

Format spv Winfluid (HYDREKA) Format txt Primeworks (PRIMAYER)

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a)- Module de tableau journalier : La feuille Excel permettra d’exporter les données de modélisation EPANET et de présenter un tableau journalier. 4.2.2- MODELISATION DU RESEAU : La modélisation du fonctionnement du réseau doit décrire le comportement réel du réseau. En fonction de l’utilisation du modèle, un niveau de détail doit être défini. Le modèle ne considérera que certaines conduites du réseau et certains abonnés seront rassemblés sur des nœuds afin de simplifier la modélisation. Il n’existe pas de règles précises pour la simplification de réseau, mais certaines sont fréquemment utilisées : o o o o o o

Suppression des conduites de petits diamètres ou de petites longueurs ; Suppression des conduites en antenne ; Suppression des nœuds intermédiaires ; Agglomération de plusieurs abonnés en un même nœud ; Concaténation de conduites de même diamètre et même matériau ; Distinction entre abonnés de natures différentes : domestique, industriel, autres.

Une multitude de logiciels permettent de simuler le fonctionnement du réseau d’eau potable et des ouvrages de stockage, de production et de régulation, sur une période donnée, en tenant compte de la répartition des consommations domestiques, et éventuellement industrielles et artisanales, au cours de la journée : Epanet (Agence de Protection de l’Environnement EPA – U.S.A) illustre un exemple type pour la modélisation, le dimensionnement, l’équilibrage et la simulation du fonctionnement des réseaux d'A.E.P (maillé et/ou ramifié) 4.2.2.1- CONSTRUCTION DU MODELE : La construction du modèle sera effectuée par l’intermédiaire d’un traçage d’objets interactifs représentant chacun un élément de réseau. Chaque objet comporte un modèle de compilation de données (MCD) associé. Ce MCD peut varier selon le logiciel utilisé pour la modélisation. Ce sont l’ensemble des MCD qui vont alimenter le calcul hydraulique. Un des composants du MCD pourra être choisi comme paramètre de calage (exemple de la rugosité pour les canalisations) :  Canalisations o longueur o diamètre o rugosité o etc...  Réservoirs o volume o courbe volume/hauteur d’eau  Station de pompage, de surpression o débit o HMT  Organes particuliers (vannes, stabilisateurs) 55

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Sur cette ossature, les consignes de fonctionnement sont à entrer dans les MCDs.  Niveaux de fonctionnements  Consignes des régulateurs de pressions/limiteurs de débits  Etat d’ouverture / fermeture des vannes Des nœuds de consommations sont ajoutés entre deux arcs (canalisations). Ces nœuds représentent des points de puisage (abonnés, poteaux incendies, bouches de lavage)… Une attention particulière, à prendre en compte, est la définition des conduites. L’étude du fonctionnement du réseau et la détérioration hydraulique n’utilisent pas la même définition de la conduite. Il faut donc mettre en évidence la distinction entre le réseau tel qu’il existe réellement et la modélisation hydraulique. Cette modélisation doit être attentive à l’étude de la détérioration structurelle des conduites qui s’articule sur une définition plus détaillée qui correspond plus au réseau réel. Nous devons trouver un niveau de description du réseau assurant un compromis entre l’étude de la détérioration structurelle et hydraulique. Cela nécessite l’adaptation des données disponibles et une définition appropriée des conduites du réseau. A)- La modélisation du réseau sur le logiciel Epanet : a.1)- Le logiciel Epanet : Fonctionnement et spécificités Le logiciel Epanet est né suite à une initiative du Congrès des Etats–Unis qui visait à protéger les ressources naturelles du pays. Dès lors, l’EPA (US Environnemental Protection Agency) a été chargée de développer des techniques permettant de mieux appréhender les écoulements et les transformations de l’eau dans un réseau d’adduction d’eau potable. Depuis 1993, le logiciel est disponible gratuitement pour tous les bureaux d’études et les sociétés d’affermage qui souhaitent l’utiliser. Afin d’augmenter la convivialité du logiciel pour les sociétés francophones, la Compagnie Générale des Eaux a financé la version française sur laquelle j’ai travaillé. Enfin, le logiciel a connu des améliorations depuis sa création. La dernière version date de l’année 2001 a.2)- Potentialités du logiciel Le logiciel Epanet est un logiciel de simulation du comportement hydraulique et qualitatif de l’eau dans les réseaux d’eau potable. Un réseau d’eau potable sur un logiciel se définit par des tuyaux (tronçons sur le logiciel), des nœuds (intersection de deux tuyaux et extrémité d’une antenne) mais également d’autres organes (réservoirs, pompes, clapets, différents types de vannes,…). Le logiciel permet de calculer le débit parcourant chaque tuyau, la pression à chacun des nœuds mais également le niveau de l’eau à n’importe quel moment de la journée et quelle que soit la période de l’année où on se situe. Le moteur de calcul hydraulique intégré permet de traiter des réseaux de taille illimitée. Il dispose de plusieurs formules de calcul de pertes de charges, il inclut les différentes pertes de charge singulières et modélise les pompes à vitesse fixe et variable.

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En résumé, le logiciel présente tous les outils pour remplir les objectifs suivants : o Régulation des pressions dans le réseau ; o Détection des zones de fonctionnement déficitaire ; o Dimensionnement de réseaux ; o Amélioration de la gestion des équipements d’eau ; Le logiciel présente également un module qualité qui permet de calculer les concentrations en substances chimiques, les temps de séjour de l’eau dans différentes parties du réseau. Il permet également de suivre l’origine de l’eau. L’utilisation de ce module qualité nécessite un calage hydraulique préalable. Je n’ai pas utilisé les fonctionnalités de ce module au cours de mon stage.

a.3)- Spécificités du logiciel

Le logiciel possède les mêmes fonctionnalités et possibilités que les autres logiciels de modélisation des réseaux d’eau potable tels InfoWorks WS ou Piccolo... Il présente une convivialité au niveau de son interface qui permet de le rendre assez facilement accessible. Cependant, une formation est nécessaire pour ne pas tomber dans le piège représenté par cette facilité de manipulation des éléments d’Epanet. On peut également travailler un réseau saisi sur Autocad avec le logiciel Epanet grâce à une passerelle permettant le transfert des fichiers (EPACAD). En termes de calcul, Epanet présente quelques particularités. Par exemple, sur le logiciel Piccolo, il est possible de demander au logiciel de revoir une demande à la baisse tandis que sur Epanet, une demande est toujours desservie à 100%. Dès lors, lorsqu’on obtient des pressions négatives sur un nœud, ceci signifie que la demande n’est pas satisfaite. b)- Les données nécessaires à la modélisation du réseau : La première étape de saisie du réseau est de diviser la localité en divers quartiers et d’attribuer un code aux différents nœuds (nœuds de maillage ou nœuds extrémité d’antenne) et différents tronçons. Il serait ainsi plus facile de se repérer dans le réseau.

b.1)- Caractéristiques des tronçons Le linéaire de conduites

L’unité de longueur utilisée pour les tuyaux est le mètre. La construction du réseau est facilitée par le fait qu’il est possible d’importer un fichier représentant le réseau et se comportant comme un fond d’écran. Ensuite, la longueur de chaque tronçon est obtenue à partir du fichier SIG ou le fichier Autocad déjà opérationnel à ce stade de l’étude.

Les diamètres de conduites

Le deuxième paramètre à insérer est le diamètre des conduites. Ceci ne pose pas de difficultés majeures si ce n’est qu’il faut considérer que le diamètre nominal des conduites en fonte est égal au diamètre intérieur tandis que pour les conduites en PVC le diamètre nominal est égal au diamètre extérieur. Or, le diamètre utilisé pour le calcul est le diamètre intérieur.

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Les rugosités

La dernière caractéristique à saisir pour décrire un tronçon est le paramètre « rugosité ». Dans un premier temps, nous attribuons une rugosité arbitraire de 0,1mm aux conduites en fonte et de 0,05mm aux conduites en PVC. La rugosité permet de refléter l’état intérieur de la conduite. Ce paramètre variant suivant l’âge, la nature de la canalisation et les sollicitations subies par les conduites, fait partie des paramètres de calage auxquels on ne peut attribuer une valeur définitive en début de projet. Enfin, il est préférable d’intégrer les pertes de charge dans le paramètre « rugosité » et ne pas les attribuer de façon systématique à chaque singularité.

b.2)- Caractéristiques des ouvrages spéciaux

- Les stabilisateurs de pression aval

Sur Epanet, les stabilisateurs aval sont considérés comme des tronçons. On doit donc spécifier les nœuds amont et aval du stabilisateur ainsi que la pression de consigne du stabilisateur. La pression de consigne est la pression que l’on fixe de telle sorte que quelque soit la pression amont, la pression en aval du stabilisateur ne peut excéder la pression de consigne. L’acquisition de la pression de consigne s’est faite par une mesure sur le terrain à l’aide d’un manomètre.

- Les réservoirs

On doit connaître différentes altitudes pour définir un réservoir : la cote de trop plein, le radier, les niveaux minimaux, maximaux et initiaux de l’eau. Les données réservoirs seront transmises par le gestionnaire du réseau.

b.3)- Caractéristiques des nœuds de demande

- Les cotes au sol

Afin de pouvoir connaître la pression en tout nœud, il est nécessaire de renseigner la case indiquant l’altitude ou cote au sol du nœud. Cette altitude n’intervient pas dans le calcul de la charge hydraulique. Ceci est intéressant dans le sens où une altitude mal renseignée ne faussera pas le calcul.

- Les demandes aux nœuds

La deuxième donnée inhérente à un nœud est la demande ou débit sortant à ce nœud. Cette donnée est influente dans le calcul hydraulique. Elle s’exprime en litres par seconde. La difficulté réside dans le fait que d’une part, il faut identifier et situer les abonnés géographiquement dans la commune puis leur attribuer une consommation et d’autre part, il s’agit de les répartir de façon adéquate au niveau de ces nœuds. Il s’agit donc de procéder à: - L’identification des abonnés ; - La répartition de ces abonnés autour des nœuds ;

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4.2.2.2- CALAGE DU MODELE : Le modèle, une fois construit, ne peut donner de résultats satisfaisants sans une adaptation des caractéristiques hydrauliques de ses tronçons à la réalité. En effet, l’usure des conduites avec le temps diminue leurs capacités hydrauliques. Il convient donc de procéder à un calage des diamètres et des rugosités à partir de données de terrain. Le calage est le processus qui permet de vérifier et d’ajuster les grandeurs simulées par le modèle établi aux données de la campagne de mesures. Le modèle devient donc une image du fonctionnement du réseau sur la durée de la campagne de mesures. L’étape de calage est une étape cruciale dans la construction et l’utilisation d’un modèle mathématique. Elle détermine la pertinence des résultats issus des simulations. Cette étrape intervient après : -

Établissement de la structure du réseau

-

Établissement des consignes de fonctionnement

- Canalisations : Tracé, Diamètre, linéaire ; - Nœuds de consommation : Altitudes, Consommations de « base » ; - Autres éléments : Réservoirs (volumes, côtes), Stations de pompage, de surpression Organes particuliers : vannes, stabilisateurs

- Réservoirs / stations de pompage - Stabilisateurs, réducteurs - Etat d’ouverture / fermeture des vannes

Le calage est la partie la plus importante de la modélisation. Il a pour objet d ajuster le modèle à la réalité de terrain afin d assurer la meilleure représentativité du fonctionnement réel du réseau analysé. Cette étape clé ne peut être réalisée qu’à l’issue d’une analyse pertinente de la campagne de mesures. La connaissance parfaite du réseau en collaboration avec le gestionnaire, lors des étapes précédentes, est indispensable au bon déroulement du calage. A)- Méthodologie de calage : Un modèle est toujours construit à partir d’une image du fonctionnement du réseau pour une période donnée. Les modèles sont à réactualiser périodiquement même si toutes les modifications de structure du réseau sont entrées dans le modèle. Cette réactualisation est généralement faite lorsque les données de mesures semblent diverger par rapport aux informations fournies par le modèle.

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Le calage d’un modèle est réalisé en en quatre étapes successives : - le calage en volume (débits de consommation, de transit, de pompage…) - le calage en niveau (réservoirs) - le calage en pression, - le calage en qualité (éventuel), Pour des raisons de simplification et de compréhension, La méthodologie de calage détaillée dans cette partie est afférente au calage manuel. Le pas de temps de calage est arbitrairement retenu à 1h sur une journée de 24 h (Le choix d une période de mesures (1 journée ou plus) et d’un pas de temps de calage (1h par exemple) est effectuée suivant une analyse multicritère justifiée par la disponibilité et continuité des mesures, la représentativité des mesures (phénomènes ponctuels), etc… Le cycle de 24 h utilisé pour réaliser le calage sera choisi de manière à optimiser les deux critères suivants : - journée ayant le plus de données disponibles et exploitables ; -

journée de plus forte consommation (cette journée permettra de caler plus précisément les rugosités).

N.B : Le calage sera effectué à partir des résultats d’essais débits-pressions effectués sur les poteaux incendies (PI) à divers endroits du réseau. Ces essais seront sélectionnés en fonction de leur localisation et sur chaque zone du réseau. a)- Le calage en volume : La répartition des débits de puisage dans l’espace (volumes de base attribués aux nœuds) et dans le temps (courbes de modulation) est l’un des paramètres déterminant de la représentativité du modèle et joue un rôle clé dans la simulation des marnages des réservoirs et dans la simulation de la répartition des débits entre les différentes branches d’un réseau maillé ou non. Le calage en débit s effectue pour les débits mis en distribution sur chacun des secteurs hydraulique identifiés. Le débit en sortie d un ouvrage de stockage ou mis en distribution sur un secteur hydraulique est composé de deux composantes distinctes : Le volume moyen distribué par secteur hydraulique : VMD = V1 – V2 Le volume de pertes (assimilé au volume de fuites) : V4 = V1 – V2 – V3 a.1)- Le débit de consommation : Pour caler le débit de consommation sur la période retenue, il est nécessaire d’élaborer une courbe de modulation. Cette courbe de modulation correspond au rapport : débit lié à la consommation sur consommation moyenne du secteur 60

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concerné (débit de base, assigné aux nœuds du secteur considéré, issu du fichier de facturation). C’est cette courbe qui va permettre au logiciel de calculer pour chaque pas de temps la variation de consommation (et donc les variations de débit dans le réseau, vitesses, pressions..). a.2)- Le débit de fuite : Le débit de fuite peut-être considéré comme constant au cours d’une simulation entre T=0 et T=24h. (On ignore dans la majorité des modélisations les variations de débit de fuites liées aux évolutions de la pression régnant dans le réseau). En conséquence, la courbe de modulation des fuites sera constante tout au long de la durée de simulation retenue (coefficient multiplicateur C= 1). a. 3)- Validation du calage en débit : Après avoir lancé la simulation, utiliser le tableau de valeur pour l’objet de suivi (arc dans le cas d’un calage en débit, nœud dans le cas d une pression…). Copier les données et les coller dans un tableur afin de superposer les données (Epanet permet l’import de données de calage, mais cette manipulation s’avère fastidieuse). b)- Le calage en niveau : Le calage du niveau de réservoir passe par : - Le renseignement de la valeur initiale de niveau (à T=0) ; - Le diamètre équivalent du réservoir (courbe de volume si réservoir de forme particulière) ; - L’établissement des contrôles (niveaux des remplissages) Lorsque les débits amont et aval (entrée/sortie) du réservoir sont calés, que le fonctionnement lié aux commandes est correct, le niveau du réservoir se cale automatiquement.

  



Si le niveau du réservoir est difficile à caler, il peut s’agir : d’un problème de calage des débits de sortie de l ouvrage de stockage ; d’un problème d asservissement (erreur sur les commandes) ; d’un fonctionnement particulier du réservoir (remplissage par un robinet à flotteur avec pertes de charges fluctuantes en fonction du débit de remplissage, courbe de volume réelle différente de la courbe de volume renseignée dans le logiciel) ; d’un débordement du réservoir (passage au trop plein) ; Une fois de plus, l’analyse et l’interprétation des mesures doivent, en amont du calage, permettre de diagnostiquer les phénomènes particuliers.

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c)- Le calage de la pression : Cette partie du calage vise à faire correspondre au plus près (attention à ne pas tomber dans des absurdités) les résultats de la simulation retournés par le logiciel de modélisation avec les enregistrements de pression effectués sur le réseau. Le calage s’effectue en intervenant essentiellement sur la rugosité des conduites, l’introduction de singularités en certains points du réseau (perte de charge singulière éventuellement non répertoriée). Le calage s’effectue en deux temps : - Calage en statique (validation des altimétries : radier, altitude du point de mesure) ; - Calage en dynamique (validation des rugosités et pertes de charges singulières) Le modèle de réseau sera considéré comme calé lorsque les courbes obtenues par simulation présenteront le même profil que les courbes de mesure, avec des niveaux moyens proches. Il n’est pas possible de définir à l’avance l’écart maximum acceptable, qui sera obligatoirement supérieur aux erreurs cumulées de mesures et aux incertitudes sur différents facteurs (altimétrie des radiers de réservoir, du PI suivi…). B)- Données clé de construction du modèle : Les hypothèses de construction du modèle (immuables sauf information de départ erronée donc à corriger) influant sur les résultats de pression sont :  

  

L’altimétrie des nœuds du réseau : altimétrie issues du MNT, courbes IGN ; Le diamètre des canalisations (issus du SIG, plans papier ou investigations de terrain) : les diamètres à modéliser sont les diamètres intérieurs (même pour le PVC !) ; Les valeurs de régulations au niveau des organes spécifiques : stabilisateurs, régulateurs de débit, réducteurs de pression ; L’état des vannes sur le réseau : ouvertes / fermées ; Les consignes de fonctionnement des ouvrages de stockage et de transfert (utiliser les consignes actives durant la campagne de mesures !).

En cas d’enregistrement de pression avec une amplitude importante, les rugosités dans les canalisations seront ajustées dans les limites acceptables (limites fournies par la littérature) jusqu’à ce que la simulation reproduise au mieux les courbes mesurées. Cette démarche nécessite de faire l’hypothèse que le secteur est bien défini hydrauliquement. S’il n’est pas possible de reproduire les courbes mesurées avec des valeurs de rugosité acceptables, les données de construction du modèle devront être vérifiées (pressions de consigne des stabilisateurs, présence de vannes fermées), ainsi que la probabilité d’un état très entartré des canalisations. En cas d’enregistrement de pression avec un profil « plat » (peu de variations de pression), pour définir les rugosités dans les canalisations deux stratégies à employer :

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Par symétrie avec un autre secteur pour lequel les amplitudes de pression ont permis de caler au mieux les rugosités (à même date de pose, même matériau et même diamètre), les rugosités seront reportées d’une canalisation d’un secteur calé à l autre ; Par données de littérature, si la première stratégie ne peut être appliquée (les diamètres, matériaux et âges des canalisations issus des données du client seront employés) ; Ponctuellement, les couples de données de débits et de pressions mesurés lors des essais aux poteaux incendie seront employés. Cette stratégie nécessite que le fonctionnement hydraulique des secteurs de distribution au cours des mesures ponctuelles soit identique à celui en place au cours de la campagne de mesures. Cette hypothèse peut se révéler difficile à vérifier dans certains cas. C)- Autres cas particuliers : Pour les cas spécifiques tel que la modélisation :

- d’un robinet à flotteur (vannes à pertes de charge variables…) ; - surpresseur, systèmes asservis, …etc ; - défense incendie (poteau par poteau où à l’aide de fireflow2 – logiciel disponible) ... Il s agira de vérifier et proposer les méthodes disponibles auprès des divers référents…. D)- RESULTATS DES SIMULATIONS : Les scénarios étudiés et les insuffisances relevées seront présentés et commentés comme suit :

- Les scénarios concernant les besoins actuels seront simulés en prenant en compte la -

mise en service prochaine de nouvelles infrastructures hydrauliques ; Les scénarios concernant l’évolution future des besoins (horizon 2035 ou plus) prendront en compte l’existence d’une éventuelle ressource supplémentaire ; Ils porteront sur :

Réseau dans son état actuel : Jour moyen actuel Jour de pointe actuel Jour de pointe 2035

Simulations prenant en compte des pistes de projection d’aménagements (PDAU, POS…) Jour de pointe actuel Jour de pointe 2035

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4.3- Etape 3 : PLANIFICATION DU RENOUVELLEMENT DES CONDUITES L’objectif d’une bonne gestion d’un réseau de distribution d’eau potable nécessite de cibler au plus précis les travaux de réhabilitation (et/ou) renouvellement des conduites. Ce problème (réhabilitation / remplacement) est assez complexe et intéresse plus d’une municipalité. Les gestionnaires de réseau ont un sérieux problème à résoudre : ils doivent identifier les conduites à remplacer ou réhabiliter ainsi que le moment optimal pour l’intervention tout en tenant compte des moyens financiers de plus en plus limités. Résoudre ce problème n’est pas aussi simple qu’il n’y paraît car plusieurs facteurs entrent en jeu et plusieurs paramètres sont à considérer :  la complexité du réseau,  la détérioration de la capacité de transport des conduites,  le nombre d’interventions enregistrés par les conduites,  les moyens financiers disponibles,  la qualité de l’eau distribuée,  la difficulté de statuer sur l’état structural et la nécessité de statuer sur cet état,  la quantité et la qualité des données disponibles qui vont permettre de modéliser les différents processus. La décision de remplacer ou de ne pas remplacer à un moment précis repose sur la comparaison entre les deux options suivantes : remplacer la conduite par une nouvelle conduite et assumer de la sorte les coûts de remplacement ou maintenir la conduite actuelle en reportant les coûts de remplacement mais en risquant des coûts futurs de réparation plus importants provoqués par d’éventuels bris. Le cas d’une simple conduite peut facilement être traité mais, si l’on doit considérer l’ensemble des conduites du réseau et leurs interactions d’un point de vue hydraulique, le problème se complexifie. Étant donné les ressources financières limitées des municipalités, il est donc important de développer des approches ou méthodologies afin de donner aux gestionnaires des éléments objectifs leur permettant de mieux planifier les interventions. Il devient de plus en plus nécessaire d’envisager le développement d’outils permettant de minimiser les coûts des interventions (réhabilitation/remplacement) sur les conduites, notamment pour des réseaux de distribution de grande dimension. 4.3.1- Identification des facteurs de désordre des réseaux : Les canalisations d‘adduction et de distribution d‘eau potable font parties du patrimoine qui s‘inscrit dans un processus de longue durée. Par conséquent, leur renouvellement devrait se rattacher à des considérations liées aux « vieillissements », 64

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c‘est-à-dire à la dégradation dans temps de leurs caractéristiques d‘origines. Lorsqu‘un réseau vieillit, il se met à ne plus assurer certains objectifs fondamentaux (CHARRAT, 1995) : - La sécurité éviter toute rupture du service (arrêt d‘eau), - La qualité : garantir la qualité de l‘eau distribuée et la pression disponible ; - L’économie : réduction des coûts de production et de pompage. Ainsi, le réseau d’adduction d’eau potable devient le siège potentiel de dégradations diverses, responsables de mauvais fonctionnements et de dommages plus ou moins sérieux. Bien que ces risques de dégradation soient multiples, il est cependant nécessaire d’apporter une attention particulière : 4.3.1.1- Principaux facteurs de désordres : D’origine mécanique, chimique ou biologique, les facteurs de désordre interne ou externe participent à la dégradation des réseaux fragilisant davantage les vieilles conduites. Cependant, ces facteurs de désordre, même combinés entre eux, ne sont pas les seuls éléments à prendre en compte pour engager des opérations de renouvellement : une telle décision est entraînée par l’apparition de facteurs déclenchants, encore appelés critères de renouvellement que nous aborderons au paragraphe 4.3.2 cidessous. Un inventaire des problèmes rencontrés sur le réseau d’eau potable, découlant des étapes précédentes de l’étude diagnostic devrait conduire à identifier des désordres sur le réseau liés essentiellement à : l’eau distribuée, à la canalisation elle-même et au milieu environnement. a)- Désordres liés à l’eau distribuée : d’ordre qualitatif : o eau agressive (phénomène de corrosion interne) o eau incrustante (entartrage) o eau turbide o eau à forte teneur en fer ou en manganèse, d’ordre hydraulique : o variations de pression, coup de bélier, b)- Désordres liés à la canalisation : - mauvais choix initial du matériau ou du diamètre (surdimensionnement ou sous dimensionnement) ; - mauvaise qualité du matériau :défaut du revêtement ou défaut de structure (fissuration, ovalisation, graphitisation…) ; - Joints des tuyaux défectueux ou inadaptés ; - Défaut de pose 65

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c)- Désordres liés au milieu environnant : - caractéristiques mécaniques médiocres des terrains (charges transmises aux canalisations) ; - Présence de nappes phréatiques ; - Pose ou remplacement d’autres réseaux et travaux de voirie (mouvements et déstabilisation des sols) ; - Courants « vagabonds » générés par des installations électriques ; - Variations de température (chocs thermiques fatiguant les conduites ; la charge supportée par la canalisation augmente lorsque le sol est gelé) ; - Agressivité naturelle des terrains ou des remblais (phénomènes de corrosion externe) ; - Présence dans le terrain de produits corrosifs ou chimiques ; 4.3.1.2- Age des canalisations : Le vieillissement des canalisations et de leurs accessoires est, par nature, inéluctable : les matériaux se dégradent ou se fragilisent au fil du temps, l'environnement évolue et les terrains bougent. Cependant, le vieillissement ne dépend pas que de l’âge de la conduite mais aussi : o de son environnement : il existe des canalisations de plus de cent ans d'âge en très bon état et d'autres de dix ans à peine qui sont déjà hors d'usage, car situées en terrain instable ou agressif ou encore mal posées… ; o des qualités intrinsèques des matériaux : résistance à la corrosion insuffisante, mauvais revêtement de surfaces… o des conditions d’exploitation et de pose du réseau : remblayages exécutés avec des matériaux inadéquats et sans précautions, coups de bélier. Donc, l'âge du réseau, même s'il constitue un bon critère, ne permet que de suspecter l'état d'usure potentiel et ne doit pas être le prétexte d’un renouvellement systématique ; il n’est pas en soi un facteur de désordre, ni un facteur déclenchant. Mais il peut en devenir un, si aucun autre facteur ne se manifeste véritablement. 4.3.1.3- Matériaux en contact avec l’eau et leurs principales caractéristiques : Il existe trois grandes familles de matériaux, répertoriés dans les trois tableaux présents ci-après. Il s’agit - des matériaux métalliques ; - des matériaux à base de ciment ; - des matériaux organiques. Outre les textes réglementaires, il existe un certain nombre de normes pour ces matériaux. - La fonte et l’acier doivent obligatoirement être revêtus : o Intérieurement : à base de mortier de ciment, selon la norme NF A 49-701, ou à base d’un film organique (exemple époxy), selon la norme NF A 49-709 ; o Extérieurement : à base de résine époxydique, selon la norme NF A 49-706. 66

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- Les ciments, mortiers et bétons doivent respecter les normes NF P 15-301, NF P 18-331 et NF P 18-303/305 ;

- L’usage de matériaux organiques doit satisfaire aux essais de laboratoires -

approuvés par le Conseil Supérieur d’Hygiène Public de France (CSHPF) et répondre aux normes XP P 41-250- 1-2-3 de l’AFNOR, actuellement en cours de révision. Les normes visées pour le PVC (polychlorure de vinyle), le PEHD (polyéthylène haute densité) et le PRV (plastique renforcé de verre) sont respectivement NF T 54-016, NF T 54-063 et NF T57-200.

(Voir ANNEXE - 3 - : caractéristiques des matériaux)

4.3.2- Défaillances possibles et conséquences associées à la dégradation du réseau : L’apparition de dégradations ponctuelles ou récurrentes témoigne d’une défaillance dans le réseau de distribution d’eau. Les répercussions sont variées et peuvent entraîner risques sanitaires ou simples désagréments auprès des abonnés, ruptures, percements, fuites, … Il est donc primordial d’avoir une connaissance de l’ensemble de ces phénomènes pour pouvoir prétendre à une identification précise sur le terrain. 4.3.2.1- Dégradation de la qualité de l'eau : a)- Phénomène de corrosion : La corrosion touche entre le quart et la moitié des canalisations, en particulier les anciennes canalisations en fonte grise et en acier non revêtues. a.1)- Corrosion interne : Elle est liée à la qualité de l’eau et à ses différentes caractéristiques ; elle peut provenir : - du pH, du taux d’oxygène dissous, de l’écart par rapport à équilibre calco carbonique ; - de l’oxydation d’ions ferreux en ions ferriques principalement avec une eau douce, acide ou désaérée. Une coloration noire de l’eau est liée à la présence de manganèse. Ce phénomène, qui génère une eau rouge et des dépôts, est fréquemment constaté sur les conduites en fonte grise et en acier non revêtues ; - du développement d’un biofilm bactérien sur les parois affectant inévitablement tous les types de conduites. De plus, la corrosion des conduites et la formation de dépôts sont favorisées : - par une stagnation de l’eau dans le réseau, notamment dans les conduites en antenne, les zones soumises aux variations saisonnières importantes de population et les canalisations surdimensionnées ; - par une turbidité et des concentrations en ions métalliques élevées. Des risques de contamination sont à craindre lorsque le biofilm se développe ou lorsqu’une plus forte consommation de chlore est enregistrée. 67

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Ces phénomènes de corrosion interne peuvent entraîner une diminution du diamètre intérieur de la paroi liée à l’existence de dépôts et une fragilisation de la structure interne de la canalisation. a.2)- Corrosion externe : La corrosion externe correspond à un échange d’ions entre le sol et la paroi de la conduite, avec des origines diverses telles que : - Les courants « vagabonds » du sol, générés par la proximité d’installations électriques en courant continu (voies de chemin de fer, tramways, ouvrages miniers,), augmentent les risques de corrosion des canalisations métalliques qui sont d’excellents conducteurs. En l'absence de protection, le phénomène de corrosion externe est accéléré ; - L’hétérogénéité du sol : plus la texture du sol est fine, plus il retient l’eau et plus la corrosion est importante. L’évaluation de la corrosivité du milieu ambiant est définie sous la norme AFNOR NF 250 « Evaluation de la corrosivité des sols vis-àvis des canalisations en matériaux ferreux » ; b)- Phénomène d’entartrage : Le transport d’une eau incrustante peut provoquer un entartrage des conduites. La formation de ces dépôts calcaires a des répercussions internes sur la qualité de l’eau et sur son écoulement par réduction de la section utile de la conduite. b.1)- Les phénomènes biologiques : L'eau traitée produite dans les stations de traitement d'eau potable par le réseau jusqu'aux usagers n'est jamais stérile. On parle d’ailleurs de désinfection et non de stérilisation (LOISEAU G. et JUERY C. – 2002). Un certain nombre de microorganismes est introduit dans le réseau (pour les germes totaux, le niveau guide est par exemple de 10 germes / ml pour un dénombrement à 37° C) : d’une part, parce que les procédés physico-chimiques classiques de traitement ne permettent pas d'assurer une élimination totale des micro organismes ; d’autre part, parce que diverses situations d'exploitation en usine peuvent conduire à des relargages (mauvais rinçage des filtres, distribution des premières eaux produites par la filtration après lavage…). A l'intérieur du réseau, ces bactéries qui ont été seulement blessées ou stressées par les opérations de traitement de l’eau, peuvent se réanimer ou se réparer en fonction de paramètres tels que la température, les nutriments présents et bien sûr le temps. Par ailleurs, dans le réseau, certains points offrent des voies d'entrée à la contamination par des micro organismes. C'est le cas des réservoirs où l'eau est en contact avec l'air, et où les orifices mal protégés peuvent permettre le passage de poussières ou d'insectes apportant des contaminations.

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Les interventions sur le réseau (réparations, branchements), les fuites (en cas de dépression) et les accidents tels que des retours d'eau ou des cassures peuvent également être responsables de l'introduction de micro organismes dans le réseau. La biomasse libre dans le réseau se fixe sur les parois des canalisations, qu'elle soit morte ou vivante et constitue un premier support pour le développement de couches supérieures plus actives. Si ces organismes rencontrent des conditions ambiantes satisfaisantes, le développement d’un biofilm sur les parois peut avoir lieu. On peut définir simplement le biofilm comme l’ensemble des micro-organismes et de leurs sécrétions macro cellulaires présents sur la surface interne de la conduite. C’ est cependant, un système dynamique où s'installe une chaîne alimentaire complexe qui se développe jusqu’à obturation de toute la section interne. 4.3.2.2 - Défaillances du régime hydraulique : a)- Diminution de la capacité de transport : La réduction du diamètre et/ou l’augmentation de la rugosité réduisent les capacités hydrauliques du réseau. Cette défaillance est engendrée par l’entartrage calcaire sur les conduites sans revêtement interne, mais aussi par l’apparition de protubérances corrosives, responsables également de chutes de pression. A préciser également qu’une baisse de pression peut être le résultat d’une simple augmentation de la demande, par croissance de la consommation ou par lutte contre l’incendie. b)- Fuites : Les ruptures de canalisations peuvent être provoquées par : - Une action combinée de la corrosion sur la conduite et de mouvements de sols ; - Une augmentation de la pression interne ; - Une action violente dans le tuyau : coup de bélier, par exemple.

Figure 3 : Ruptures ou fuites apparentes (Source : EISENBEIS Patrick – 1995)

Ces ruptures de conduites peuvent occasionner des dommages plus ou moins sévères, tels que : - inondations chez un particulier ou perturbations du trafic routier ; - Coupure d’eau ; - Déstabilisation du lit de pose ; - Plaintes des abonnés. 69

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4.3.2.3 – Synthèse : Une synthèse des différentes causes qui peuvent entraîner l’affaiblissement d’une conduite d’eau potable, et donc augmenter le risque d’apparition d’une défaillance est résumée sur la figure ci-dessous :

Figure 4 : Causes de l’affaiblissement d’une conduite d’eau potable (Source : EISENBEIS Patrick – 1995)

4.3.3- Détermination des critères de renouvellement Un bon diagnostic de réseau permet de révéler d’éventuels facteurs déclenchants, ou critères de renouvellement, qui justifient la décision d’envisager des travaux de renouvellement. La détermination de ces critères vient en aide, à tout gestionnaire de réseau d’eau potable, en lui permettant d’élaborer un programme de renouvellement et de construire un échéancier financier. Les principaux motifs, responsables de telles opérations, sont listés ci-dessous : - dégradation de la qualité de l’eau par le réseau ; - dégradation visible de la conduite ; 70

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- plainte des abonnés pour insuffisance de pression ou mauvaise qualité de l’eau ; - Augmentation du nombre de fuites, déterminée en comptabilisant le nombre de -

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fuites réparées par an ramené au linéaire de canalisation ; Risques de dommages liés aux fuites, notamment dégâts créés par l’eau de fuite ou dégâts/nuisances engendrés par une interruption de service non programmée pour les abonnés (hôpitaux, industries, …) ; Evolution des besoins des usagers ; Evolution de la réglementation (matériaux, qualité de l’eau) ; Pose d’un autre réseau - gaz, électricité, assainissement, téléphone, câble…- à proximité : le renouvellement apparaît opportun si : o la conduite en place est en très mauvais état ou très âgée, o l’indice linéaire de réparation est important, o par souci de sécurité. Travaux de voirie qui ne sont pas un critère de renouvellement en soi. En revanche, il faut tenir compte de ces travaux lorsqu’ils sont associés à d’autres éléments tels que : o la fragilité et/ou qualité de conduites anciennes : risque de ruptures dans le cadre du chantier ; o l’historique des indices linéaires de réparation (ILR) ; o la position de la conduite par rapport à la nouvelle voirie ; o l’interdiction de rouvrir sur une chaussée neuve ; o l’incertitude sur l’évolution des besoins futurs.

4.3.4- Mise en place d’une politique de renouvellement : Les activités concernant l‘exploitation du réseau sont très variées et impliquent un grand nombre de données et de variables de différentes sources et qualités en fonction de leurs objectifs (diagnostic, interprétation, prédiction, planification de réhabilitation,…) et de leur exécution (court, moyen ou long terme). Le gestionnaire et le décideur doivent souvent prendre des décisions, argumentées et pertinentes, ce qui nécessite une stratégie d‘étude efficace basée, d‘une part sur la connaissance du comportement du système de distribution d‘eau potable et d‘autre part sur l‘utilisation d‘indicateurs appropriés sur l‘évaluation des performances de fonctionnement du système. Ces indicateurs sont établis par le gestionnaire selon ses priorités de gestion mais aussi à partir des directives et normes des documents officiels. La création d’une base de données géographiques et le lien de celle-ci avec celle des interventions sur le réseau, permet d‘obtenir des données numérisées concernant le réseau (diamètre, matériaux…), son environnement (les abonnés, géologique du sol, les zones de mouvement du sol…) et les interventions réalisées sur le réseau. L’élaboration d’une politique de renouvellement présente deux principaux objectifs : anticiper les travaux à engager et planifier les dépenses. Elle cherche à identifier et programmer dans le temps les travaux à réaliser sur les conduites du réseau, tout en

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estimant les ressources financières requises. Le but est d’améliorer la fiabilité et le fonctionnement du réseau. La programmation pluriannuelle s’effectue selon un processus de prise de décision qui tient compte d’un ensemble de variables liées à la conduite et à son environnement, les conditions d’exploitation du réseau, des contraintes techniques et financières. L’intérêt est de proposer une approche pour la programmation des travaux de renouvellement et l’estimation de l’enveloppe budgétaire nécessaire à leur réalisation. Dans ce qui suit, nous décrirons la problématique de renouvellement en identifiant les difficultés d’identification des besoins et le lissage des travaux dans le temps. Par la suite, nous identifierons la place de la programmation du renouvellement dans la gestion du réseau d’alimentation en eau potable (A.E.P) dans son ensemble. Le renouvellement des réseaux d’eau potable cherche donc à gérer un patrimoine constitué par les conduites d’eau potable, les organes hydrauliques, les installations de pompages, de traitement et de stockage de l’eau. Il s’inscrit dans une démarche de gestion du patrimoine. D’un point de vue décisionnel, la problématique du renouvellement des réseaux d’eau potable implique des décisions à court et moyen terme qui dépendent d’une approche stratégique (à long terme).

Court terme Moyen terme Moins d’un an Gestion du réseau au quotidien : • Interventions sur les conduites et maintien en service du réseau: réparation, nettoyage…

Moyen terme 5 ans Programmation pluriannuelle : • Prévisions des défaillances & travaux sur le réseau ; • Enveloppes budgétaires

Long terme Plus de 5 ans Planification stratégique : • Augmenter la fiabilité du réseau et la qualité du service rendu aux usagers ; • Evolution de la demande et extension du réseau;

4.3.5- Systèmes d’aide à la décision pour la programmation des besoins en renouvellement des réseaux d’eau potable : 4.3.5.1- Littérature : Les modèles d’aide à la décision pour le renouvellement des réseaux sont des systèmes intégrés qui utilisent des bases de données et des modules de calculs pour l’évaluation de la décision de renouvellement sous différents angles à savoir : - Evaluation économique en considérant les coûts directs la maintenance, au renouvellement des conduites, aux pertes d’eau, ainsi que les coûts indirects liés à la gêne occasionnée et dégâts en cas de défaillances ou travaux de renouvellement ; - Etude du phénomène de vieillissement des conduites à l’aide de modèles statistique de défaillance ; - Evaluation technique du fonctionnement hydraulique du réseau à l’aide de modèles hydrauliques ; 72

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- Evaluation de scénarios de politiques de renouvellement à long terme et estimation des enveloppes budgétaire requises.

Ces modèles requièrent la disponibilité d’un nombre important de données. La disponibilité de ces données détermine l’approche à utiliser et l’absence de certaines données peut contraindre à l’utilisation d’une approche au lieu d’une autre. Ces données doivent être collectées, actualisées et traitées régulièrement dans le cadre du système d’information du service de l’eau. L’élaboration d’un outil d’aide à la décision permettant d’évaluer les besoins en renouvellement, de déterminer les priorités et de programmer dans le temps la réalisation des travaux sur un horizon donné de manière pluriannuelle doit proposer une séquence acceptable d’interventions sur le réseau en identifiant les conduites devant faire l’objet de travaux, ainsi que la nature des interventions à effectuer. Ceci, tenant compte de contraintes liées à la disponibilité des ressources financières et aux prescriptions techniques de fonctionnement du réseau sur un horizon de planification donné. Il convient de proposer une démarche adaptée à la réalité du terrain pour la détermination d’un ensemble de solutions viables, parmi lesquelles le gestionnaire du réseau d’eau peut choisir une politique de renouvellement traduisant une programmation pluriannuelle des travaux de renouvellement. La décision de renouvellement est sensible à la manifestation d’évènements imprévus (casses, ruptures, fuites) susceptibles de décrire la détérioration des conduites. Cette détérioration peut être décrite selon trois niveaux en fonction de l’élément d’analyse pris en compte. Nous distinguons : - La détérioration structurelle de la conduite qui se manifeste par une rupture de la conduite, fuite ou un affaissement de la chaussée. C’est une détérioration physique liée au vieillissement ; - La détérioration hydraulique se manifeste par une baisse de pression et de débit en raison du rétrécissement de la section (diamètre) interne des conduites causé par des dépôts de sédiments, la corrosion ou des fuites, ; - La détérioration de la qualité de l’eau qui se manifeste par une coloration de l’eau provoquée par à des infiltrations de substances ou matières dans les conduites. D’après (NAFI, 2006), il existe trois types d’approche d’aide à la décision pour le renouvellement des conduites : - Les approches pour la hiérarchisation des conduites permettant d’identifier les conduites prioritaires nécessitant un renouvellement ; - Les approches permettant de déterminer des échéances de renouvellement pour chaque conduite ; - Les modèles d’aide à la décision qui permettent à l’aide de modules divers de proposer des programmes de renouvellement ; Les différentes approches existantes peuvent se classer dans l’une ou l’autre de ces catégories. Pour comparer ces approches, nous pouvons dresser une liste de critères pouvant être pris en compte ou non par chaque approche ou modèle : 73

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Alternatives de renouvellement : correspond à la prise en compte ou non d’autres d’alternatives au renouvellement de conduite à l’identique ; Détérioration structurelle : prise en compte de l’usure physique d’une conduite due à son âge, ses défaillances passées, son environnement… ; Détérioration hydraulique : diminution de la capacité hydraulique d’une conduite (augmentation de la rugosité ou baisse du diamètre apparent) ; Effet réseau : prise en compte ou non du rôle de chaque conduite potentiellement renouvelable dans le réseau hydraulique auquel elle appartient ; Génération/évaluation de politiques : caractérise les modèles proposant concrètement des politiques de renouvellement, comme la plupart des modèles d’aide à la décision ; Programmation du renouvellement : permet de proposer un programme pluriannuel de travaux.

L’outil d’aide à la décision se propose de considérer l’ensemble des critères cités cidessus. Couplé à une modélisation hydraulique (par exemple sur le logiciel Epanet), il prend en compte les notions de détérioration hydraulique et d’effet réseau : - La détérioration structurelle des conduites ; - La détérioration hydraulique ; - La prise de décision à l’échelle du réseau dans son ensemble ; - L’évaluation de plusieurs programmes de renouvellement ; - La prise en compte d’autres alternatives de renouvellement que le remplacement à l’identique. Il propose également plusieurs alternatives pour chaque conduite (renouvellement ou renforcement) et est basé sur une optimisation multi objectifs qui permet : o

o

o

de générer des politiques de renouvellement, en minimisant une fonction de coût tout en maximisant une fonction technique (gain en pression). L’optimisation est assurée par un algorithme génétique couplé avec le modèle hydraulique sur Epanet ; d’optimiser de manière efficace le gain en pression sur le réseau par rapport aux coûts des politiques générées. Il laisse une certaine liberté d’utilisation à plusieurs titres ; D’adapter quelques paramètres en fonction de ses objectifs.

Pour chaque conduite candidate au renouvellement, trois alternatives sont proposées : o ne rien faire (laisser la conduite en place) ; o renouveler la conduite à l’identique ; o renforcer le tronçon avec une conduite neuve de diamètre standard supérieur… Les politiques générées sont évaluées et comparées entre elles grâce à deux critères techniques (gain en pression) et financier (coût). Il s’agit de proposer à terme une série de politiques de renouvellement viables, parmi lesquelles, c’est au gestionnaire du réseau de faire un choix.

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En outre, des centres de recherche travaillent sur le diagnostic et l’optimisation des systèmes de distribution d’eau potable. L’objectif étant d’élaborer des méthodes et outils destinés à l’estimation de l’état et des performances des équipements. Pour cela, 3 axes de recherche ont été identifiés : - La modélisation et l’observation du fonctionnement quantitatif et qualitatif des réseaux (notamment avec le logiciel PORTEAU) ; - L’étude du vieillissement des canalisations et la mise au point de méthodes de prévision des casses en fonction de la nature et de l’environnement de la canalisation ; - La gestion optimale des flux. En pratique, de véritables modèles et d’outils d’aide à la décision de renouvellement, que sont les logiciels de prévision sur les risques de désordres des réseaux d’eau potable sont en pleine émergence. Deux approches complémentaires pouvant être utilisées dans la programmation du processus de renouvellement du réseau d‘eau potable, à savoir :

- Approche par optimisation économique : Se basant sur des calculs de probabilité, cette approche cherche à mieux utiliser les fonds financiers disponibles. Il s‘agit de comparer les coûts de réhabilitions et les coûts de maintien en service, augmentés par les coûts sociaux ;

- Approche par modélisation du vieillissement (hiérarchisation) des réseaux ; Elle consiste à trouver des relations entre le taux de défaillance ou la durée de vie et les variables de détérioration (facteurs déclenchants). Les conduites peuvent ainsi être hiérarchisées selon l’espérance des défaillances futures. Cette approche nécessite la mise en place de seuil de défaillance critique pour le renouvellement et la disponibilité des données sur les interventions susmentionnées. Ces approches (modèles) cherchent à déterminer la date optimale et l’alternative de renouvellement pour une conduite donnée ou des conduites homogènes susceptibles de se détériorer de la même façon. Ils s’appuient sur une analyse économique des coûts de maintenance, les coûts de renouvellement et les coûts sociaux liés aux impacts des défaillances et des travaux de renouvellement sur les abonnés et riverains sur un horizon de temps défini. La comparaison de ces coûts permet généralement de déterminer une date optimale de renouvellement. La recherche de la date optimale de renouvellement revient donc à résoudre le problème mathématique définit par la ou les fonctions objectifs et les contraintes (économique et technique). 4.3.5.2- Le modèle RENCANA : Le modèle RENCANA cherche à répondre à la question : renouveler ou attendre ? Au sein de l’ENGEES (Strasbourg), un travail a attiré notre attention (thèse de doctorat : Politiques de renouvellement des réseaux d’eau potable- Caty WEREY – ENGEES juin 75

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2000) et qui s’intéresse à l’optimisation des échéances de renouvellement des canalisations d’eau potable à partir de la prévision probabiliste des défaillances, de l’analyse du fonctionnement hydraulique du réseau et de l’évaluation des coûts de maintien en service et de renouvellement. En se basant sur une approche d’optimisation par Programmation Dynamique (DP) en avenir incertain et des arbres de décisions qui correspondent aux décisions (renouveler ou attendre) prises à chaque année de l’horizon de planification. A chaque date t intervient une décision, soit le renouvellement soit le maintien en place de la conduite. L’événement aléatoire sera l’occurrence d’une défaillance sur la conduite donnée. Le modèle n’intègre pas l’effet hydraulique du réseau et suppose un remplacement à l’identique, l’optimisation par Programmation Dynamique présente le risque d’explosion de l’arbre de décision en fonction du temps et des alternatives de renouvellement, ce qui rend les calculs de plus en plus difficiles. La recherche des solutions s’effectue à l’échelle de la conduite, la programmation dynamique permet l’évaluation de scénarios de remplacement en fonction du temps pour chaque conduite indépendamment des autres conduites constituant le réseau. Il permet de considérer des coûts sociaux traduisant l’impact des défaillances sur l’environnement de la conduite. Cette modèle utilise : - Un modèle probabiliste pour estimer les probabilités d’occurrence des interventions sur les conduites qui assimile les durées entre les différentes défaillances à des variables aléatoires ; - Un algorithme évolutionnaire afin de trouver les solutions optimales ; - Un module de visualisation qui permet au gestionnaire d’avoir une vision éclairée concernant la meilleure solution de remplacement pour son réseau. Le modèle RENCANA cherche à intégrer l’effet engendré par la rupture d’une conduite sur le fonctionnement du réseau ; ainsi, il intègre des indices de fiabilité du réseau (Bertin, 1994) qui traduisent la capacité d’un système à satisfaire la demande quand des casses surviennent sur les conduites. Des indices de non-satisfaction sont définis pour chaque tronçon, ces indices permettent de traduire la non-satisfaction du consommateur par rapport à la consommation fournie et celle initialement demandée. Ce modèle utilise le modèle PHM pour l’estimation des probabilités de défaillance des conduites. Ces probabilités sont utilisées dans la fonction objectif permettant de minimiser les coûts de maintenance, les coûts de remplacement à l’identique et les coûts sociaux liés à l’indisponibilité d’eau en cas de défaillance. Ainsi, le modèle RENCANA prend en compte : - l’évolution des défaillances ; - les caractéristiques de la conduite et son environnement ; - la sensibilité des consommateurs à une interruption de la fourniture d’eau ; - la position hydraulique de la conduite. Ce modèle repose sur le concept de renouvellement curatif. Il n’évite pas le vieillissement des conduites et par conséquent, une augmentation de la détérioration du système de distribution. Pour le mettre en pratique, les services d’eau doivent se doter de bases de données répertoriant les conduites (matériau, diamètre, longueur, date de pose, nombre 76

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d’abonnés,...) et leurs défaillances. Celles-ci leur permettent d’améliorer leur connaissance des réseaux mais aussi d’envisager une politique de renouvellement en intégrant des paramètres économiques dans la recherche de la date optimale de renouvellement des canalisations. Dans son ensemble, Cette approche intègre des concepts techniques et socio économiques. Elle propose une démarche de gestion du réseau d’alimentation en eau potable dans laquelle le renouvellement des réseaux A.E.P est partie intégrante. L’approche préconisée intègre les aspects liés à la détérioration structurale et à la performance hydraulique et vise à développer une stratégie d’intervention visant à améliorer concurremment ces deux volets. Par souci de simplification, il est supposé que : o

o

o o o

la seule option envisageable pour améliorer l’état structural du réseau est le remplacement d’une conduite par une autre conduite de diamètre identique et de même matériau, l’information concernant l’état du réseau (nombre d’interventions enregistrées, demandes aux nœuds des consommateurs) est disponible sur une période initiale de durée T ; aucune expansion de réseau ne sera réalisée, les demandes aux nœuds des consommateurs restent constantes l’historique propre à chaque conduite est disponible depuis l’installation de la conduite.

a)- Modèle d’estimation des probabilités d’occurrence des défaillances : La planification des interventions est réalisée au début de chaque phase d’intervention de durée fixe sur la base des données alors disponibles (historiques des interventions, demandes aux nœuds, données sur les coefficients de Hazen-William, etc…). Un modèle Weibull-Exponentiel (W-E), de paramètres connus, est d’abord supposé. Ce modèle sert à générer un historique des interventions pour la période initiale de durée T. La distribution Weibull est utilisée pour modéliser les temps d’occurrence des premières interventions et les distributions exponentielles pour modéliser leurs temps d’occurrence. Ensuite, en se basant sur les informations disponibles au temps T :

- Une première optimisation est effectuée afin de minimiser le coût total des

interventions sur le réseau en considérant une fonction objectif à minimiser qui est donnée par la fonction coût présentée par l’équation (1) – (Voir ANNEXE 4 - : fonction objectif) et qui dépend d’un terme de coût de remplacement et d’un terme de coût de réparation.

Cette optimisation tient compte des aspects liés aux coûts et de la contrainte de pression minimale et va permettre d’identifier l’ensemble des conduites à remplacer ainsi que le moment optimal de remplacement pour chaque conduite. Les résultats de l’optimisation réalisée au début de chaque phase peuvent avoir les conséquences suivantes :

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1) les conduites sélectionnées pour un remplacement seront effectivement remplacées, et le nombre d’interventions qui leur sera associé sera nul à la date du remplacement; ces nouvelles conduites pourront ou non enregistrer une ou plusieurs interventions à partir de leur date d’installation; enfin, du fait qu’elles sont neuves, elles vont permettre d’augmenter les pressions aux nœuds du réseau par suite de l’amélioration de leurs capacités hydrauliques (augmentation du coefficient de Hazen-Williams); 2) les conduites qui n’ont pas été remplacées vont, ou non, enregistrer une ou plusieurs interventions supplémentaires, et leurs capacités hydrauliques diminueront avec le temps. Ainsi toutes ces informations enregistrées durant la première phase seront ajoutées à l’information déjà disponible.

- Une seconde optimisation est lancée au début de la phase 2 utilisant l’information disponible à cet instant. Ce processus se poursuit phase après phase jusqu’à atteindre un nombre maximal de phases fixé préalablement. Période d’analyse future ∆T Phase (1)

Phase (2)

etc…

Données sur les interventions pour la période initiale T’ : Temps présent

Estimation des paramètres du modèle d’interventions avec une approche bayésienne

Optimisation sur la phase (1)

Identification des conduites et des temps de remplacement

Application des decisions

Mise à jour des historiques d’interventions et des coefficients de Hazen-Williams, sur la phase de 5 ans Figure 5 : Différentes étapes de la stratégie de planification proposée 78

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La spécificité de cette approche est qu’elle considère le nombre d’interventions enregistré par chaque conduite pour modéliser sa détérioration structurale. Cette façon de faire permet une estimation plus juste des probabilités d’occurrence des interventions. Elle (méthode) ne peut être généralisée ; elle n’est développée que pour un modèle d’interventions du type Weibull-Exponetiel et exige un long historique d’interventions (au moins 8 à 9 interventions sur chaque conduite). Elle n’est donc pas exhaustive ; Il serait intéressant d’inclure d’autres modèles pour que les utilisateurs puissent sélectionner celui qui s’ajuste le mieux à leurs données réelles. b)- Algorithme d’optimisation : L’algorithme évolutionnaire utilisé est un algorithme génétique (AG). Les AG sont des méthodes de plus en plus utilisés dans les problèmes d’optimisation combinatoires. Ce sont des techniques d’optimisation stochastiques basées sur le principe de l’évolution naturelle : une population initiale d’individus, initialisée aléatoirement (représentant un ensemble de points dans l’espace de recherche des solutions) évolue selon le principe de la survie du plus adapté, le meilleur ayant plus de chance de survivre alors que le moins bien adapté aura tendance à disparaître (Goldberg, 1989). De nouveaux individus sont créés à chaque génération en utilisant des opérateurs de variation comme le croisement et la mutation. La probabilité de survie d’un nouvel individu va dépendre de sa fonction d’adaptation ("fitness"). Le choix d’une technique d’optimisation mathématique, comme les AG, pour résoudre le problème du remplacement des conduites s’appuie essentiellement sur le fait qu’il existe un grand nombre de combinaisons possibles à évaluer et tester afin de pouvoir identifier celles dont les coûts sont les plus faibles. Par exemple, considérons le cas où deux options s’offrent à nous : remplacer ou ne pas remplacer une conduite. Le nombre total de combinaisons possibles pour un réseau de 100 conduites serait de 2100 ; soit 1,26 x 1030 combinaisons possibles, ce qui est extrêmement grand surtout si l’on doit encore ajouter l’influence des années (remplacer la 1ère conduite : la 1ère année, la 2ème année…etc.). c)- Module de visualisation Le module de visualisation permet de voir à chaque phase tous les résultats de la stratégie de planification des interventions. Cette approche a été testée sur un réseau de 100 conduites en considérant des horizons de planification de cinq ans.

Application (1) :

La Figure ci-dessous montre par exemple l’état initial d’un réseau composé de 100 conduites, de 61 nœuds, qui a subi au total 68 interventions sur une période initiale de 30 ans. A la fin de chaque phase de planification de 5 ans, le module permet d’afficher tous les remplacements suggérés par le modèle d’optimisation basé sur l’algorithme évolutionnaire.

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Figure 6 : Module de visualisation du modèle de remplacement (phase initiale).

- Les nombres en noir représentent les numéros de conduites ; - Les petites croix en rouge représentent l’indication d’une intervention ; - Le nombre en rouge représente le nombre total d’interventions enregistrées sur la conduite depuis son installation ou depuis sa date de remplacement.

La Figure ci-après montre, pour la phase 3, les remplacements suggérés ainsi que le nombre d’interventions actualisé de chaque conduite à la fin de cette phase dans le cas où seul le critère structural est pris en compte. Cette Figure montre que les conduites 16, 28, 63 et 96 seraient remplacées entre la 41e et la 45e année.

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Figure 7 : Module de visualisation du modèle de remplacement (phase 3).

Nous avons lancé le modèle sur plusieurs phases et l’analyse des résultats a montré que durant les dernières phases, les conduites sont remplacées après avoir enregistré un minimum de 8 à 9 interventions. Pour les deux premières phases, aucune conduite n’a été remplacée malgré que certaines d’entre elles aient enregistré plus de 9 interventions. Ceci s’explique par le fait que, durant les premières phases, peu d’informations étaient disponibles sur les temps d’occurrence des interventions. Cette façon de faire s’accorde parfaitement avec le comportement d’un gestionnaire de réseau qui préfère attendre que plus de données soient disponibles avant de procéder aux remplacements quitte à ce que le nombre d’interventions enregistrés sur certaines conduites soit relativement important. Ce choix a tendance à retarder les remplacements susceptibles d’être effectués durant les premières phases d’interventions.

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Application (2) :

Dans la deuxième application, les deux critères, structural et hydraulique, sont pris en compte simultanément. Toute solution proposée par l’algorithme génétique doit respecter la pression minimale à tous les nœuds du réseau. La Figure 5 illustre les pressions aux nœuds, au temps t = 35 ans, correspondant à la meilleure solution trouvée en considérant une pression minimale de 20 m imposée à tous les nœuds du réseau. Le modèle de remplacement suggère de remplacer une conduite pour augmenter la pression au 58e nœud (à l’extrémité gauche de la conduite 99) identifié comme le seul nœud critique. Pour voir l’influence de la pression minimale imposée sur l’ensemble des conduites à remplacer, différentes pressions variant entre 17 et 23 m ont été testées. Les résultats ont montré, en toute logique, que plus les contraintes sur les pressions aux nœuds étaient sévères, plus le nombre de conduites à remplacer était important.

Figure 8 : Module de visualisation du modèle de remplacement (phase 1).

Les points de couleur bleu ciel représentent les pressions calculées aux nœuds pour la meilleure solution trouvée. Une seule conduite (N°94) vient d’être remplacée durant cette phase. 82

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4.3.5.3- Le modèle SIROCO : (source : site internet du projet SIROCO http://www.siroco.org)

Le CEMAGREF et G2C Environnement sont partenaires dans le cadre du programme de recherche SIROCO (Système Intégré d'aide au Renouvellement Optimisé des COnduites). L’objetif est le développement d’un système intégré destiné à la planification du renouvellement des réseaux d’eau potable. L'enjeu de ce programme est de mieux conduire la stratégie de renouvellement, en renouvelant plus et mieux, en prenant en compte les caractéristiques méconnues des réseaux de petites villes et des collectivités rurales. Ce système intégré repose sur - La construction puis l’alimentation d’une base de données mutualisée entre plusieurs collectivités destinée à enrichir les modèles de défaillance de façon heuristique (pour compenser progressivement le faible historique des données) ; - Le développement de modèles de prévision des défaillances pour les différents éléments constitutifs des réseaux : canalisations, branchements et appareils de fontainerie élaborés à partir des données centralisées et appliqués localement sur l'une d'entre elles ; - Le développement de modèles de calcul d’importance stratégique hydraulique des éléments du réseau, permettant la construction d’indices de fiabilité en lien avec la satisfaction de la demande; - L’élaboration d’une méthodologie de prévision du renouvellement, intégrant à la fois les modèles de prévisions de défaillance et les indices de fiabilité ; - Le développement de fonctions spécifiques dans un SIG permettant à la fois la collecte des données, et l’intégration des modèles et outils dans le système ; Une des caractéristiques demandées à SIROCO est d’être adapté aux collectivités de petite et moyenne importance à faible historique de données, et d’être aisément accessible par les utilisateurs, quelle que soit leur formation en informatique. Il intègre une expertise de haut niveau qui met en évidence : • l’audit du réseau, • la constitution d’un système de données indispensable à SIROCO, • la collecte, la saisie et le traitement des données, • Le calcul des scores par tronçon permettant de hiérarchiser le renouvellement, • l’analyse des résultats et la définition du programme de renouvellement, • la mise à disposition régulière des résultats via un SIG.

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Figure 9 : Principe de fonctionnement de SIROCO

a)- Méthodologie : L'objectif de SIROCO est de proposer une méthodologie de choix des conduites à renouveler prioritairement, basée sur des critères techniques, d'impact, économique, etc… pour chaque conduite et par an. L'évaluation de certains de ces critères nécessite l'utilisation d'outils techniques :

- Un outil de calcul de la probabilité de casses des conduites d'alimentation en eau -

potable (qui permettra d'évaluer des critères de renouvellement) ; Un outil de calcul de la criticité hydraulique des conduites d'eau potable.

Ces outils serviront à mettre en place une évaluation multicritères par tronçons d'un réseau. La finalité étant d'obtenir une hiérarchisation des conduites selon leur priorité de renouvellement. a.1)- Outil de Prévision des Défaillances L'outil de prévision des défaillances, se base sur la connaissance des défaillances passées, observées et répertoriées. Une défaillance correspondant à une réparation sur une conduite à la suite d'une casse ou d'une fuite détectée. Cet outil de prévision nécessite l'existence d'une base de données suffisamment précise caractérisant les tronçons de canalisation du réseau et répertoriant les défaillances et leur date d'observation. Etant donné que la plupart des collectivités n'ayant souvent recueillies et structurées que peu ou pas de données de maintenance, l'objectif est de mutualiser ces données pour que 84

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leur nombre permette une analyse statistique fiable afin de mieux connaître le vieillissement et la dégradation de leur réseaux d'eau potable. Un logiciel utilise ces données afin de créer des modèles de risque de défaillance, basés sur les méthodes d'analyse de survie. Cette méthode étudie le temps entre deux défaillances et mesure l'influence de différents facteurs propres à la conduite et à son environnement. Elle aboutit à la construction de modèles de défaillance. En fonction de ces facteurs, le nombre et le taux de défaillances à des échéances de 5 ou 10 ans sont estimés pour chacune des conduites. La première phase permet de créer un fichier utile pour l'analyse statistique, en sélectionnant un historique spécifique, le type de défaillance, ainsi qu'en créant éventuellement de nouvelles variables basées sur les anciennes, afin de faire une analyse statistique plus fine. Il est également possible de sélectionner un type de conduites (un seul matériau, par exemple). La phase d'analyse statistique a pour objectif d'aboutir à la création de modèles de prévision des défaillances. Ces modèles se différencient selon le nombre de défaillances subies par les conduites. Lors de l'analyse, les variables significatives sont déterminées, à partir d'un test statistique que l’on appelle « hypothèse de non-significativité ». Une fois les modèles élaborés, les taux et nombres de casses sont prédits à différentes échéances. Ces valeurs peuvent être utilisées pour hiérarchiser les conduites en fonction des taux de casses, pour les modèles de fiabilité. a.1)- Outil de Fiabilité Hydraulique L'objectif est d'estimer l'importance hydraulique des conduites d'eau potable en combinant l'impact hydraulique d'une défaillance sur les conduites et le risque de défaillance. Le logiciel utilise un modèle hydraulique spécifique. Contrairement aux modèles classiques qui calculent la pression à partir d'une demande fixe, le module de calcul utilisé dans ce logiciel se base sur une consommation dépendante de la pression au nœud et de la demande d'origine. Le calcul de l'Indice de Criticité Hydraulique (HCI) est établi à partir des impacts des défaillances sur la consommation disponible (donc nécessite de connaître la prévision des défaillances). Il permet d'évaluer les conséquences d'une casse sur le fonctionnement hydraulique d'un réseau et de quantifier la criticité de chaque conduite (Eisenbeis et Al, 2003). Dans un premier temps, autant de modèles hydrauliques que de tronçons sont calculés. Ces modèles correspondent au réseau entier en considérant qu'un tronçon est défaillant. Les données d'origine sont les mêmes que tout modèle hydraulique. Ensuite l'indice de criticité hydraulique est calculé en couplant résultats hydrauliques du modèle et risque de défaillance puis en faisant des hypothèses concernant le temps de réparation, qui peuvent être variables en fonction du diamètre, par exemple.

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b)- Calcul des indices de criticité selon le modèle FAILNET RELIAB (CEMAGREF) Le CEMAGREF a développé le modèle de calcul des indices de fiabilité hydraulique pour chaque canalisation d’un modèle du réseau. Ce modèle de calcul des indices de criticité est notamment utilisé dans le module de calcul SIROCO de G2C Environnement. Feuille Calc jointe Le feuille Calc jointe permet de calculer les indices de criticité hydraulique a partir d’un fichier d’entrée EPANET .inp. Les cellules grises sont les informations issues du fichier .inp. L’utilisateur doit paramétrer l’ensemble des cellules orange avant de lancer le calcul. Des pressions minimum et maximum de fonctionnement peuvent être modifiées pour chaque noeud. Autrement, les valeurs hmin et hmax peuvent être remplies par défaut. Pré requis La feuille fait appel pour son fonctionnement au toolkit EPANET. Il est nécessaire de vérifier que vous avez bien le fichier "epanet2.dll" dans le répertoire "C :\Program Files\EPANET2\" Exploitation En liaison avec un SIG, les indices de criticité permettent de déterminer les canalisations candidates prioritaires au renouvellement, en faisant le lien avec l’identifiant de la canalisation.

Figure 10 : Evaluation et multicritères de SIROCO 86

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4.3.5.4- Modèles divers : D’autres outils d’aides à la décision se fondent sur un suivi de la qualité de l’eau en réseau. Ils ont pour but de caractériser la dégradation de la qualité de l’eau suite à : - Un vieillissement des conduites (corrosion, relargage…) ; - Un problème de conception du réseau (surdimensionnement du diamètre, longueur des conduites pour un nombre limité de branchements…) entraînant un temps de séjour trop élevé synonyme d’encrassement important. a)- AQUADIAG La démarche AQUADIAG (Veolia Water) est basée sur le report au sein d’un Système d’Informations Géographiques des résultats d’analyses de différents paramètres (Tableau ci-dessous). Ces analyses sont effectuées en différents points d’un réseau avec des prélèvements à débit faible et des prélèvements à débit élevé. Tableau 3 : Paramètres analysés lors de la mise en œuvre de la démarche AQUADIAG Type de prélèvement

Paramètres physicochimiques et bactériologiques

Faible débit pH Conductivité Oxygène Turbidité Matières en suspension Dureté (TH) Fer Manganèse Chlore libre et total Coliformes & E.COLI

Fort débit Turbidité Matières en suspension Dureté (TH) Fer Manganèse Coliformes & E.COLI

Une analyse (et/ou) une comparaison des résultats obtenus à fort et à faible débit permet de localiser les zones où il y a problème d’encrassement ou de vieillissement des conduites (corrosion, relargage…). b)- CARE-W (Torterotot et al.,2003) L’un des grands enjeux actuels de l’aide à la décision pour la distribution d’eau potable est l’intégration des différents types d’outils tels que ceux décrits ci-dessus au sein d’un seul et même outil. Ainsi le projet européen CARE-W (Computer Aided REhabilitation of Water Networks) vise à élaborer un logiciel d’aide à la décision pour le renouvellement des réseaux à destination des gestionnaires et propriétaires de réseaux d’eau potable. La finalité du projet européen CARE-W est la création d’un système d’outils informatiques pour l’évaluation et la réhabilitation des réseaux d’eau potable intégrant les aspects :

- Suivi des performances d’un système ou d’une zone ; - Aide à la construction, l’évaluation et la sélection d’une stratégie de réhabilitation à -

long terme ; Aide multicritère à la programmation annuelle des projets de réhabilitation ;

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- Modèles de prédiction des défaillances des canalisations ; - Modèles d’analyse de la fiabilité hydraulique des réseaux. L’outil est construit autour d’une structure de bases de données et d’une interface utilisateur permettant de gérer des données en mettant en œuvre des outils de gestion et des modules spécifiques. Ces modules sont: CARE-W-PI : ‘’ Performance Indicators’’ Détermination d’indicateurs de performance pour le réseau (ou une partie). La mise en œuvre de ces indicateurs s’appuie sur les travaux menés par l’IWA4. CARE-W-LTP : ‘’Long Term Planning’’ mise en place d’une stratégie de réhabilitation à long terme à travers une génération de scénarios d’évaluation générale de contexte (population raccordée, consommation, prix de l’eau). Ce module utilise le modèle KANEW pour la programmation à long terme. CARE-ARP : ‘’ Annual Rehabiliation Program’’ programmation annuelle des projets de réhabilitation. Ce module s’appuie sur l’utilisation de l’analyse multicritères (Le Gauffre et al, 2002a) CARE-W-Fail : ‘’ Failure Forcast Models’’ Modèles statistiques de prédiction des défaillances de canalisations. Utilise les modèles NHPP, les chaînes de Markov et PHM pour la prévision de défaillance. CARE-W-REL : ‘’ Hydraulic Reliability Models’’ Modèles d’analyse de la fiabilité hydraulique des réseaux. c)- Le modèle PARMS (Pipeline Asset and Risk Management System) Le modèle PARMS développé au CSIRO (Australie) par (Burn et al., 2003) à pour but la planification à long terme des besoins en renouvellement et l’estimation des enveloppes budgétaires requises. Le modèle utilise une approche de prévision des défaillances basée sur le Processus de Poisson Non Homogène (NHPP) et une estimation des coûts sur le cycle de vie des conduites prenant en compte les coûts liés à la défaillance et les externalités liées à l’interruption de service et gêne occasionnée en cas de défaillance ou de travaux de renouvellement. Le modèle a été complété par PARMS-PRIORITY (Mogolia et al., 2006) qui permet de hiérarchiser les conduites à renouveler et d’assurer une programmation budgétaire dans le temps en tenant compte de scénarios permettant de prendre en compte des risques liés à la gestion du réseau et son évolution futur dans le temps. Le modèle PARMS utilise des modules de calcul qui prennent en compte et considèrent : o l’évaluation des risques ; o la prévision des défaillances ; o l’évaluation des coûts ; o la génération et évaluation de scénarios ; o la collecte et exploitation de données.

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ANNEXE (1) : FICHES SYNTHETIQUES « CAPTAGES » DIAGNOSTIC DES RESEAUX DE DISTRIBUTION D’EAU POTABLE

« CAPTAGES »

Informations à rechercher Etudes préalables, Vulnérabilité des installations Visite des sites Entretien avec l’exploitant Carnets d’entretien Coupes techniques et lithologiques (forages et puits) Puits/forages Essais de pompage, Schémas de captage Sources et prises d’eau Historique des débits Caractéristiques des pompes, Stations de pompage Fonctionnement hiver/été, Renouvellement… CONTENU Nombre et type de captage Localisation géographique, coordonnées Lambert Date de réalisation Coupe ou plan technique Degré de vulnérabilité globale Alternatives en cas de dysfonctionnement, Débit pratiqué et débit d’exploitation, Puits/forages Durée journalière de fonctionnement, Historique des débits, Sources et prises Pérennité de la source d’eau Historique des débits du cours d’eau, étiage.. Nombre et caractéristiques de pompes compteurs Stations de pompage Liste des problèmes rencontrés, réponses apportées Illustrations Carte de localisation et plans cadastraux Coupe technique, photographie, Puits/forages Courbe caractéristique du puits, Schéma de captage, photographie, Sources et prises Courbe ou histogramme d’évolution des débits, d’eau Courbes comparatives débits/pluviométrie, Investigations complémentaires Inspection Vidéo, Puits/forages Essais de débit, Nivellement et repérage, Schéma de captage, Sources et prises Nivellement et repérage, d’eau Compagne de jaugeage N.B : L’origine et la fiabilité des données seront mentionnées, de même que leurs défauts. 89

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FICHE SYNTHETIQUE : « RESERVOIRS »

DIAGNOSTIC DES RESEAUX DE DISTRIBUTION D’EAU POTABLE

« RESERVOIRS »

Informations à rechercher Schémas altimétriques et de fonctionnement, Données de marnage Entretien avec l’exploitant et/ou le constructeur Visite des réservoirs CONTENU Nombre, Localisation géographique Position et lien dans le réseau Age et matériaux. . Plan coté schématique (sol, radier, trop-plein…) Nombre de cuves, volumes et capacités globales des réservoirs… Volume incendie Age et type de compteurs, surpresseurs… Etat actuel, Carnet d’entretien, Etat du marnage Liste des problèmes rencontrés, réponses apportées

Illustrations Plan de localisation géographique et liens avec le réseau Plan schématique coté, photographie, Investigations complémentaires Altimétrie et schéma coté Inspection des cuves, Prélèvements et analyses, Test de marnage du réservoir

N.B : L’origine et la fiabilité des données seront mentionnées, de même que leurs défauts.

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FICHE SYNTHETIQUE : « CANALISATIONS »

DIAGNOSTIC DES RESEAUX DE DISTRIBUTION D’EAU POTABLE

« RESERVOIRS »

Informations Generales Diamètre (intérieur – extérieur), profondeur, linéaire, matériau, Date de pose, emplacement, localisation Type des différents accessoires Etat et type de protection interne/externe, type de joint Description de l’environnement de la conduite Lit de pose Nature du terrain et Etat du sol, Trafic routier, Autres conduites à proximité Description de l'intervention : En cas d’intervention sur une conduite, les constatations faites sur le terrain doivent permettre de repérer et relever globalement les désordres ainsi que les effets qui en découlent Origine de l'intervention : plainte et son motif, recherche de fuites… Localisation de la défaillance : conduite, robinetterie, fontainerie, branchement Type de défaillance : fissures, casse nette, déboîtement, joint… Cause prématurée de la défaillance : identifier les paramètres influents (corrosion, mouvement de terrain, surpression) ; Conséquences de la défaillance : évaluer les coûts indirects liés à la restriction d'eau ou aux dommages éventuels (durée de l'intervention, pertes en eau, nombre d'abonnés touchés, coût de l'intervention)

N.B :

- La synthèse de l’ensemble de ces données permet un traitement statistique plus fin des défaillances et informe sur l’urgence des travaux à engager, dans le but d’opter pour la technique de réhabilitation la plus adaptée ; - L’origine et la fiabilité des données seront mentionnées, de même que leurs défauts.

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ANNEXE (2) : Modèle de fiche de renseignements sur les défaillances (Source : EISENBEIS Patrick – 1995)

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ANNEXE 3 : Calcul des débits de pointe domestiques par la méthode de Tribut L’expression générale du débit de pointe horaire est : Qhp = Qmj * K1 * K2/24 Où K1 et K2 sont des coefficients majorateurs permettant de définir le débit horaire de pointe à partir du débit moyen journalier. N.B : - Conventionnellement, pour le calcul des sections des conduites de distribution, la consommation globale sera répartie sur une durée de 8 heures". Cette recommandation équivaut à arrêter la valeur du coefficient K2 à 3, valeur trop faible pour des installations alimentant moins de 100 habitants et par contre beaucoup trop forte lorsque la population dépasse 1000 habitants. - Dans les agglomérations urbaines, au lieu d’un coefficient de pointe horaire, on utilise la notion complémentaire d’étalement. Le coefficient d’étalement dépend de la catégorie des usagers. Les usagers domestiques peuvent être répartis sur 6 heures, tandis que les usagers industriels peuvent être répartis sur 8 heures. L’application stricte de cette recommandation revient à prendre forfaitairement pour le coefficient K2 la valeur de 4 pour les usagers domestiques et de 3 pour les usages industriels. Dans les deux cas de figures, l’expérience prouve que l’on peut observer des fluctuations très importantes autour de ces valeurs. Les coefficients de pointe définis dans le cadre des textes réglementaires en vigueur correspondent au coefficient K2. Le coefficient K1 pour la journée de pointe étant généralement arrêté à la valeur 2.2 équivalente à une consommation journalière de 0.86 m3 pour un abonné moyen représentant 140 m3/an. Les normes NFP 41, 201 à 204 ne se réfèrent pas à un nombre de consommateurs mais au nombre d’appareillage de puisage. Elles définissent un coefficient probable de tirage qui s’écrit : K = 1 / (X-1) 1/2 Avec : X : nombre d’appareils de puisage En retenant un débit moyen instantané de 0.2 l/s sur chaque appareil (la norme propose des valeurs pour les différents équipements sanitaires d’un logement), on obtient le débit de pointe recherché Qp (l/s) en appliquant la formule : Qp = Kp * 0.2 * (28 * 4) = 2.13 l/s On note d’une façon générale, que cette formule ne peut s’appliquer raisonnablement que pour les installations sanitaires d’un immeuble, où l’on connaît le nombre exact et la nature

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des points de puisage) et pour un petit nombre de logements (lotissements par exemple). Elle perd tout son sens pour X =1. Le débit obtenu par cette méthode correspond en fait au débit de pointe instantané contrairement aux autres méthodes qui définissent les débits de pointe horaires. Elle peut être retenue pour les petites antennes ou pour les réseaux surpressés de faible importance où l’on estime généralement un intervalle de 10 minutes entre chaque démarrage de pompes. La formule de Tribut La méthode de Tribut peut être appliquée sur l’ensemble des réseaux en milieu urbain avec les hypothèses de base suivantes :  Consommation de la journée de pointe par abonné domestique (Qjp = 864 litres (équivalent à un débit fictif continu de 0.01 l/s où à une consommation de 255 litres/jour/habitant)  débit de pointe instantané chez un abonné = 0.4 l/s (équivalent à l’ouverture simultanée de 2 robinets moyens)  1 abonné = 3.4 habitants  probabilité de satisfaction des besoins sur le résultat obtenu = 0.98% Les formules proposées par Tribut s’écrivent alors : Qhp = 0.018 N + 0.137 (N + 0.345) 1/2 Avec : N : nombre d’abonnés Il y a lieu dans la pratique de rajouter éventuellement au débit de pointe domestique calculé par la méthode choisie pour le projet, les valeurs correspondantes aux consommations industrielles, agricoles et celles de collectivités, équipements publics et le cas échéant de la défense d’incendie. Leur cumul éventuel doit être analysé puis pondéré afin de ne pas entraîner un surdimensionnement parfois dommageable des différentes installations. Pour les réseaux très importants, on peut rajouter aux résultats obtenus, notamment sur les tronçons situés en tête, le débit Qf correspondant aux fuites sur le réseau. Répartition journalière des débits Sauf cas particulier lié à la spécificité des comportements, des activités ou lorsque le nombre d’abonnés particuliers devient important par rapport à celui des abonnés domestiques, on peut retenir que si q représente le débit moyen horaire, la répartition journalière des débits se présente ainsi : tranche horaire débit

6h à 7h

7h à 11h

11h à 16h

16h à 18h

18h à 22h

22h à 6h

q

3.5q

0.4q

2q

0.5q

0.125q

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ANNEXE (4) : CARACTERISTIQUES DES MATERIAUX Matériaux métalliques : Conduites en métal ferreux nu (fontes ou aciers anciens), plomb, cuivre, acier galvanisé… Elles présentent des interactions complexes et difficiles à cerner pour le gestionnaire du réseau. Les réactions de corrosion conduisent toutes à l’émission d’ions métalliques dans l’eau et entraînent : - La formation d’hydroxycarbonates ou d’hydroxyphosphates peu solubles pour les matériaux comme le plomb, le cuivre et le zinc ; - La précipitation des ions ferriques pouvant provoquer le percement des parois des conduites en métal ferreux ; - La formation d’incrustations (diminution du diamètre). Matériaux métalliques

PARTICULARITES

ATOUTS

Fonte ductile

- revêtement intérieur en ciment

- résistance mécanique

Acier

- revêtement intérieur - revêtement extérieur thermoplastique, depuis 1990 : . polyéthylène tri-couches . polypropylène tri-couche

- bonne étanchéité, - diminution du nombre de joints

Fonte grise

Plomb

La fonte grise n’est aujourd’hui plus posée.

INTERDIT

LIMITES / PRECAUTIONS D’EMPLOI - coûts de manutention (poids) ; - nombre de joints important ; - nécessite une protection cathodique passive; - nécessite une protection cathodique Active;

- sensibilité à la corrosion car posée sans protection cathodique (cependant ce type de fonte est moins sensible à la corrosion que la fonte ductile) - sensibilité aux chocs et surpressions (risques de cassures) Risque de dissolution du plomb dans l’eau lorsque l’eau est agressive

Matériaux à base de ciment : Conduites en béton armé ou précontraint, revêtement en mortier de ciment. Du fait de la grande porosité de ces matériaux, l’eau retenue dans les pores dissout les bases et la chaux, contenues dans le matériau (avec en plus, le cas échéant, la migration de substances provenant d’additifs technologiques). Ainsi, au passage de l’eau, ces bases se dissolvent dans le courant d’eau dont elles augmentent le pH de quelques dixièmes d’unités. Ce phénomène est surtout observé dans les mois qui suivent la mise en service du réseau. 95

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De plus, au contact d’eaux très agressives, les matériaux à base de ciment se dégradent et le sable de surface se détache des parois. Ce sable est ensuite entraîné dans l’eau distribuée. Matériaux métalliques Béton

Amiante Ciment

PARTICULARITES

ATOUTS

utilisé pour des diamètres de 400 à 4000 mm

bonne résistance mécanique

INTERDIT

LIMITES / PRECAUTIONS D’EMPLOI - possibilité d’affecter les caractéristiques organoleptiques de l'eau par relargage de produits - sensibilité au choc - dissolution du liant hydraulique en cas d’eau agressive - exposition des travailleurs à l'amiante, lors de travaux d’entretien sur ces canalisations ;

Matériaux organiques : Conduites en matériaux plastiques et revêtements organiques. Les interactions entre ces matériaux et l’eau se limitent le plus généralement à la migration de substances présentes dans le matériau (relargage de métaux lourds, d’hydrocarbures, de solvants, …) ou provenant de l’environnement et ayant pu le traverser. Les caractéristiques de l’eau n’ont pas ou très peu d’incidence sur les mécanismes d’interaction. Matériaux métalliques

PVC (polychlorure de vinyle) Joints collés et joints élastomères

PE polyéthylène

PARTICULARITES

diamètres variés, surtout inférieurs à 300 mm

existe en deux qualités : - haute densité (PEhd) - basse densité (PEbd)

ATOUTS

- résiste à la corrosion - flexible, - légèreté facilitant la pose - raccords faciles.

- résiste aux UV, - résiste à la corrosion, - flexible, - légèreté facilitant la pose

LIMITES / PRECAUTIONS D’EMPLOI - matériaux relativement sensibles aux variations de température, - relargage de certaines substances - perméation (hydrocarbures) - remblai a exécuter avec le plus grand soin Pour les vieux PVC : - fuites fréquentes aux niveau des joints collés - nécessite un savoir-faire spécifique pour la réalisation des raccords ; - dans les sous-sols pollués, risques, à terme, de perméation (hydrocarbures)

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Nota :

- Les tuyaux en PVR, c’est-à-dire en résine polyester renforcée de fibres de verre, sont reconnus pour leur excellente résistance corrosion ;

- Les conduites en MO PVC (molecularly orientated PVC) présentent les mêmes atouts que celles en PVC « classique » mais présentent, en plus, une durée de vie plus élevée et une meilleure résistance aux fortes pressions.

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ANNEXE (5) : Fonction objectif La fonction objective à minimiser est donnée par la fonction coût présentée par l’équation (1) et qui dépend d’un terme de coût de remplacement et d’un terme de coût de réparation des interventions :

f1 = Ʃ [CTot ( j,T (j) |k (j))] (j=1,N)

(1)

avec :

CTot ( j,T (j) |k (j)) = CRemplacement (Cr(j), L(j ), R,T f(j)) + CIntervention (Cb(j),T i(j),T f(j) ,R,M(t−1, t l k( j), t’))

(2)

où :

N = nombre total de conduites dans le réseau ; j = indice de la conduite ; Tf (j)=temps de remplacement de la conduite j ; K (j) = nombre total de bris enregistrés par la conduite j au temps t′; CTot (j ; Tf (j)|k(j))= fonction coût total pour la conduite j ; T = temps en années ; M (t−1, t|k(j) ; t) = nombre moyen de bris pour la conduite j durant l’année (t -1) ; Cr (j) = coût unitaire du remplacement de la conduite j (DA/m) ; L (j) = longueur de la conduite j (m) ; R = taux d’actualisation (1/an) ; Ti (j) = temps d’occurrence du i e bris subi par la conduite j ; Cb (j) = coût de réparation d’une défaillance de la conduite j (DA/Interv).

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BIBLIOGRAPHIE :

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