De la détection des réseaux enterrés à la recherche de fuite

En France, 25 % de l'eau parcourant le réseau de distribution d'eau potable est perdu. Les fuites peuvent même atteindre 40 % et plus par endroits. Elles peuvent avoir des conséquences sur le rendement des réseaux et sur les prélèvements de la ressource en eau dans un milieu aquatique déjà fragilisé. Pourquoi ces fuites ? Elles proviennent essentiellement d'une dégradation du système de distribution de l'eau potable : canalisations et organes réglants (vannes, pompes...). Il faut dire que le taux de renouvellement des canalisations est très faible, de l'ordre de 0,7 %. Patrimoine caché et mal entretenu, certaines conduites enterrées ont plus de 100 ans d'existence. Précisons aussi qu'une autre partie des fuites provient des branchements sur les parties privées. Ces derniers sont souvent plus fragiles que les canalisations principales.

Face aux problèmes rencontrés dans certaines régions liés à l'approvisionnement en eau, un dispositif réglementaire a été

Mis en place afin de lutter contre les fuites, l'ensemble des services d'eau devront disposer d'ici fin 2013 d'un descriptif du réseau et mettre en place un plan d'actions au-delà d'un certain taux de perte. En l'absence de descriptif ou de plan d'actions, la redevance « prélèvement de l'agence de l'eau » sera doublée. Les agences de l'eau prévoient néanmoins des dispositions spécifiques pour aider les collectivités à réduire leurs pertes en eau : incitation et participation financière à la réalisation des inventaires des réseaux, aide à la réalisation des diagnostics, participation financière à la réalisation de plans d'action. Autant de nouvelles mesures mises en œuvre dans le cadre du Grenelle de l’environnement. Le ministère de l’Écologie entend ainsi faire baisser le taux de perte et le ramener à 15 %. Ainsi, le marché de la recherche de fuites connaît un développement majeur actuellement.

La détection de conduites enterrées : un nouveau métier

Étape incontournable et préalable à la recherche de fuite, la détection des réseaux de conduites enterrées se profile comme un marché qui a un bel avenir devant lui. La connaissance des positions des réseaux enterrés répond à un double besoin : celui de mieux localiser les fuites sur les réseaux, mais aussi celui d’éviter les risques d’accidents lorsque des chantiers de travaux publics sont entrepris. Plusieurs ruptures de réseaux enterrés sont survenues il y a quelques mois, liées à une mauvaise connaissance des tracés. Dernier en date : en août 2009, dans la réserve naturelle de Coussouls de Crau, dans les Bouches-du-Rhône, près de 4 000 m³ de pétrole se sont déversés, suite à une fuite sur un pipeline en sous-sol.

En théorie, tout concessionnaire ou collectivité assurant la gestion d’un réseau d'eau est censé entretenir la mise à jour des plans des canalisations. Dans la réalité, il n’en est rien. Il est clair que les plans sont souvent inexistants ou de mauvaise qualité (notamment en milieu rural) et, lorsqu'ils existent (en milieu urbain), quelquefois obsolètes. Or, dans le cadre d’une procédure de déclaration d'intention de commencement de travaux (DICT), la non-fiabilité d’un plan de position de réseau peut avoir des conséquences désastreuses. En effet, l’endommagement de câbles ou de conduites, lors de travaux de terrassement par exemple, peut non seulement mettre en danger la vie des intervenants mais aussi occasionner des frais importants de remise en état des ouvrages, voire des amendes pour préjudices.

C'est ainsi qu’au fil du temps, la détection des conduites enterrées est devenue un sujet véritablement « brûlant » pour les services de l'eau.

Plusieurs fournisseurs et fabricants d’équipements de détection, comme T.D. Williamson, Sewerin, Hydreka, Radiodétection, Gerris… proposent de longue date des outils de détection. Plus récemment, des prestataires spécialisés en détection de réseaux, conseils et formation, tels que Tecnisol, Détect Réseau, D.D.R. (détection dérivation réseaux), C.P.F. Détection ou A.TE.A.U. ont vu le jour. En particulier, Géowest, Tecnisol, Détect Réseau, D.D.R. (détection dérivation réseaux) se sont équipés de radars géophysiques pour cartographier en détail les réseaux et établir un diagnostic de leur état. Ainsi, un nouveau métier est né dans l’accompagnement de la détection des réseaux répondant aux demandes de nombreux clients.

Profondeur, son environnement (rural, urbain), les caractéristiques géologiques du site... Utilisée depuis plus de 30 ans, deux méthodes principales de détection se distinguent toutefois : la radio et l’acoustique. Arrivée sur le marché français il y a seulement une dizaine d’années, la technique du radar géophysique à lecture en temps réel a bouleversé le paysage de la détection des conduites enterrées. Mais seuls des spécialistes sont capables d’en interpréter les résultats. Revue de détails.

Radio : la méthode de détection conventionnelle

La détection par ondes radios ou radiodétection permet de repérer des ouvrages porteurs de champ électromagnétique. Deux types de détection sont différenciés : celle où les réseaux sont déjà porteurs de champ électromagnétique (détection passive) et celle pour laquelle il faut induire un courant ou un champ (détection active). En mode passif, le champ électromagnétique généré par un réseau métallique (canalisation en fonte, acier) est capté à la surface par des équipements radio, qui peuvent également donner une indication de profondeur. C’est l’utilisation la plus simple. En mode actif, un courant est induit via un générateur à une fréquence sélectionnée. Le récepteur étant couplé sur cette même fréquence, ce procédé permet d’isoler la conduite parmi d’autres réseaux (gaz, électricité...). À noter que le système peut être adapté aux réseaux non métalliques, d’eaux pluviales ou usées par exemple (tuyau en PVC, béton, PEHD...). Une sonde en fibre de verre parcourue d’un fil métallique introduite dans la canalisation joue alors le rôle d’émetteur. C’est elle qui est repérée par le détecteur.

Les atouts : la radiodétection est bien adaptée aux grandes profondeurs (jusqu’à 4,5 m). Ses limites : l’utilisation en mode actif nécessite d’accéder physiquement au réseau.

Spécialisée dans la détection des fuites sur les réseaux d’eau, d’assainissement et de gaz, Sewerin propose l’UtiliTrac, premier détecteur de réseau enterré pliable. Lancé en 2010, l’appareil se range dans son générateur. Un progrès en termes d’ergonomie. « Nous avons conçu l’UtiliTrac pour qu’il trouve sa place dans le générateur, afin d’optimiser l’espace nécessaire à son stockage », souligne Maxime Kieffer, Res...

Tecnisol

Contrairement aux détecteurs à fréquence radio, le radar (également appelé géoradar ou GPR) fournit en temps réel des images du sous-sol permettant de localiser dans l’espace et en profondeur les réseaux, qu’ils soient métalliques (conduites de gaz, gaines électriques) ou non (assainissement, eau potable, fibre optique...). Le système permet également de localiser des cuves enfouies, les cavités, d’anciennes fondations et tout remaniement du sous-sol.

responsable commercial et marketing, chez Sewerin. « Autre avantage, son fonctionnement est très intuitif, ce qui est capital pour ce genre d'appareil généralement non utilisé quotidiennement. Comme si vous aviez un œil sous terre, dès que vous êtes à proximité de la canalisation à localiser une flèche indique la direction dans laquelle la canalisation se trouve. Elle s'affiche alors en 3D, une innovation technologique importante ».

Son autonomie se situe entre 10 et 20 heures, avec un grand choix de fréquences actives allant de 512 Hz à 200 kHz. « Les très hautes fréquences permettent au courant électrique de rayonner sur de grandes distances, et ainsi de dépasser les joints en caoutchouc présents tous les 6 mètres que l'on trouve fréquemment sur les nouvelles canalisations d'eau potable » précise Maxime Kieffer. « Une caractéristique que ne possèdent pas les appareils classiques de détection radio ». La puissance d’émission de l'émetteur va jusqu’à 10 W, avec une possibilité de différencier facilement deux conducteurs parallèles et de tracer deux conducteurs simultanément avec deux fréquences différentes.

Hydreka propose plusieurs versions d’appareils adaptées au besoin de l’utilisateur, qu'il s’agisse de détecter simplement un réseau en mode passif ou actif sans nécessité de différencier ces réseaux via le RD7000 ou bien avec le RD8000 qui présente une large gamme de fréquences en mode actif, de quelques centaines de Hertz à plusieurs dizaines de kHz permettant de distinguer différents réseaux présents à proximité les uns des autres (dans une même tranchée par exemple). Mais avant toute détection, une bonne observation du terrain est primordiale : des points remarquables permettent d’effectuer une détection avec une grande efficacité. La méthodologie à adopter est dispensée lors des formations effectuées par Hydreka et appuyée par des documents très simples d’approche.

Certes, la recherche de fuites demande un certain savoir-faire. Aussi parce que la performance d'un appareil ne saurait être suffisante, Sewerin organise régulièrement des sessions de formation (50 % de pratique et 50 % de théorie) pour ceux qui souhaitent approfondir leurs connaissances.

De son côté, Gerris propose le traceur de conduite Dynatel 2250. Prévu pour la détection de conduites métalliques, ce système peut aujourd’hui être combiné à des sondes spécifiques permettant le tracé de réseaux plastiques. T.D. Williamson est également présent sur ce marché avec son nouveau récepteur multifréquences C-Scope MXL qui peut être utilisé seul ou avec le nouvel émetteur multifréquence MXT agréé par GDF. T.D. Williamson dispose aussi d'un système (Midi Cobra) permettant le traçage des réseaux non métalliques, la localisation de branchement de gaz et d’eau sous pression et des raccordements abonnés d’eaux pluviales ou usées. Primayer propose également le C-Scope aux gestionnaires de réseaux, entreprises de travaux publics, pour la détection radio des conduites enterrées.

L’acoustique, une solution pour les réseaux non métalliques

La méthode acoustique consiste, quant à elle, à faire vibrer les canalisations par la génération d’ondes sonores et à les suivre en surface à l'aide d’un micro. Le tracé des canalisations est dans ce cas repéré en écoutant le sol. L'impulsion peut être produite de deux manières : par un générateur de vibrations modulables (percussions par piston), installé sur la canalisation, ou par un générateur de vibrations modulables à coupure (spécifique aux réseaux d’eau).

(micro coup de bélier provoqué sous pression). Ce dernier transmet ses vibrations directement à la colonne d’eau par l’intermédiaire d’un dispositif spécial qui permet de moduler le débit d’eau. Il est bien adapté pour les conduites principales de réseaux non métalliques.

Quel que soit le mode d’impulsion utilisé, l’intérêt de la méthode acoustique est qu’elle peut détecter des fuites sans qu’il y ait par ailleurs un accès physique aux canalisations. Pour repérer les éléments qui normalement doivent être émergents mais sont souvent enterrés, comme les regards ou bouches à clé, il existe néanmoins des équipements adaptés. Pour cela, Sewerin propose par exemple son détecteur de masses métalliques M 130.

Radar : un nouvel outil pour radiographier le sous-sol

Plusieurs fabricants dans le monde proposent des systèmes de détection par radar géophysique, comme l’américain GSSI, l’italien IDS ou le suédois Mala. La technologie consiste à envoyer des impulsions électromagnétiques (ondes radio de très courte durée) émises au sol à partir d’un appareil en surface qui, grâce à la différence de propriétés diélectriques des matériaux rencontrés, renvoie un signal. Ce signal est enregistré en fonction du temps nécessaire au retour de l’onde réfléchie (ce qui permet de calculer la distance de ce matériau ou matériel par rapport à la surface). Ainsi, la précision d’un système radar bien étalonné est de 5 à 10 cm en altimétrie.

En pratique, contrairement aux détecteurs à fréquence radio, le radar (également appelé géoradar ou GPR) fournit en temps réel des images du sous-sol permettant de localiser dans l’espace et en profondeur les réseaux, qu’ils soient métalliques (conduites de gaz, gaines électriques) ou non (assainissement, eau potable, fibre optique…). Le système permet également de localiser des cuves enfouies, les cavités, d’anciennes fondations et tout remaniement du sous-sol.

L’acquisition des données peut être réalisée directement en 3D et intégrer la position GPS pour une meilleure implantation.

des résultats. Reste que les canalisations recherchées apparaissent à l'écran sous des formes peu explicites que seuls des spécialistes sont capables de distinguer d'un autre type d'objet, en disposant néanmoins d'un fond de plan.

C'est là qu'interviennent l'expertise et l'expérience de Tecnisol, Détect Réseau, et DDR, prestataires proposant en France la technologie radar depuis 5 à 7 ans. « Les progrès de l’informatique embarquée et de l’électronique ont permis la mise au point de systèmes qui nous permettent d’acquérir en instantané des images sur le terrain, ce qui n’était pas possible avant les années 2000 », précise Icheme Djebbar. « Jusqu'alors nous étions obligés de réaliser des enregistrements, puis d’interpréter ensuite ce qui avait été scanné au bureau sur un PC ».

DDR réalise des repérages de réseaux en 3D sur de grandes distances. Cette technique permet de scanner de grands linéaires de chaussée, de parkings ou de terrains afin de repérer les réseaux, les structures de chaussée, les structures enfouies... Cette technique moderne est possible grâce à l'assemblage d’un grand nombre d'antennes radar couplées à un GPS haute précision. Les données sont ensuite post-traitées sur une puissante station de travail puis exportées sous Autocad. Elle a récemment permis l’acquisition de 8 km de réseaux sur la commune de Saint-Tropez, en collaboration avec ERDF Toulon qui cherchait le passage optimum pour un faisceau de câbles électriques haute tension.

En dépit de ces importantes évolutions technologiques, quelques zones d’ombres subsistent toutefois, comme la détection des réseaux non conducteurs, sans moyens d'accès. Des sondages mécaniques ciblés pour recueillir des données non détectables peuvent alors être envisagés. Une caméra peut notamment être utilisée pour détecter les branchements borgnes ainsi que les différentes anomalies non accessibles des divers réseaux souples ou rigides. Tecnisol emploie des caméras selon le diamètre et la longueur de la conduite à inspecter. « Cette solution peut être utilisée pour vérifier l’intégrité d’un réseau », indique Icheme Djebbar, « et constater si par exemple un réseau d’eaux usées est connecté à un réseau d’eaux pluviales. Aucune piste ne doit être négligée. Aujourd’hui, grâce à l’ensemble des procédés de détection dont nous disposons, il est possible de déterminer avec une efficacité de près de 95 % la position des réseaux ». Ainsi localisé, la recherche de fuites peut alors commencer.

Recherche de fuites : un large éventail d’appareils acoustiques de plus en plus performants

Appareils d’écoute au sol, corrélateurs, prélocalisateurs fixes ou mobiles, détection par gaz traceur... L'offre est abondante avec des équipements et méthodes proposés par divers fabricants, comme Sewerin, TD Williamson, Primayer, Hydreka, Seba KMT, Ponsel, Gerris (Département de VonRoll Hydro) etc., ainsi que des prestataires comme A.T.E.A.U. ou Héliotrace,... Certains sont spécialisés dans la recherche de fuite comme Gerris qui vient de rejoindre la société VonRoll, Géowest, A.T.E.A.U., Heliotrace ou S.E.T.EC.

Première étape pour identifier une fuite,

Il s'agit d'abord de repérer les secteurs jugés douteux par sectorisation du réseau (voir E.L.N. 335). Les pertes en eau sont à ce stade quantifiées à l'aide de compteurs autonomes. Vient ensuite l'étape de la prélocalisation. Pour cela des systèmes écoutant les niveaux de bruits des réseaux peuvent être utilisés, constitués d'un récepteur associé à un micro permettant une écoute directe sur l'ensemble des points accessibles de la conduite (vannes, branchements, poteaux d'incendie, ou toute pièce de fontainerie du réseau).

Comme par exemple l'Ortomat MT commercialisé par Gerris. « Équipé d'un microprocesseur et d'un accéléromètre, l'Ortomat MT effectue de nuit des enregistrements du bruit minimal capté sur les canalisations », précise Christophe Ullmann, Directeur de l'activité Services chez Gerris. « Les données peuvent être transmises par radio ou GSM et analysées sur site ou au bureau à l'aide d'un logiciel dédié ». D'où sa souplesse d'utilisation.

Hydreka propose le prélocalisateur acoustique Permalog Plus vendu à plus de 80 000 exemplaires dans le monde, en version radio mode patrouille ou en relevé fixe par système radio longue portée 169 MHz HMS (Hydreka Monitoring System). Cette technologie permet d'avoir quotidiennement le relevé des prélocalisateurs pour une réactivité maximale pour la recherche de fuites.

Réparation des fuites et un coût d’exploitation minime : en effet, une seule carte SIM GPRS permet de relever de 25 à 35 appareils selon le réseau équipé.

HMS permet de plus le relevé automatique des compteurs d'eau ou tout type de débitmètre à sortie impulsionnelle : ceci permet de mutualiser l’équipement radio pour des gains encore supérieurs.

Sewerin propose le prélocalisateur SePem 01 radio ou GSM qui enregistre des données acoustiques pour les restituer à un serveur central par SMS.

Sa sensibilité acoustique améliorée permet une pose tous les 400 à 500 m, alors normalement ce type d’outil est espacé de 150 à 200 m sur les réseaux.

Le Zonescan 820, commercialisé par TD Williamson, est équipé également d’une fonction d’alarme à distance via le réseau GSM.

Il fonctionne sur le mode radio et peut être couplé à un répéteur et à une antenne GSM afin de piloter plusieurs loggers sur la même antenne.

« D’où un gain important de temps et d'argent », estime Luc Bade chez TD Williamson.

De son côté, Primayer propose sa gamme Phocus. « Nous avons conçu le Phocus HR, dernièrement mis en place dans le réseau de télérelève installé par Veolia à Beaune », indique-t-on chez Primayer.

D’autres sont en cours de livraison.

Hydreka propose enfin son Permalog, prélocalisateur traditionnel en relevé local à pied, en “drive by” ou en poste fixe par GSM ou relevé radio.

Lorsqu’une fuite est identifiée sur une zone restreinte de quelques km, plutôt que d’utiliser des pré-localisateurs, la technique de l’écoute au sol peut être employée.

Elle ne nécessite pas d’accès direct au réseau.

Gerris propose le LOG 1 composé d'une unité centrale d’amplification sonore très performante et d'un capteur piézoélectrique très performant.

Simple d'utilisation, léger et confortable, le LOG 1 permet des écoutes d’excellente qualité sur tout type de matériaux (fonte, plastique...).

Le câble du capteur est branché sur l'amplificateur par une fiche verrouillée par une virole.

« Ce qui permet d’éviter les bruits parasites », affirme Christophe Ullmann.

En écoute au sol, Sewerin propose l’Aquaphon, référence du marché avec plus de

1500 pièces vendues en France.

Primayer, quant à lui, dispose depuis début 2009 de l’appareil d’écoute au sol Hykron, d’une très grande sensibilité acoustique, tandis que TD Williamson commercialise l’Aquascan 550 dédié à la recherche de fuite sur canalisations PE et autres matériaux. L’instrument se distingue par sa capacité à transformer les basses fréquences en hautes fréquences, ce qui permet à l’oreille humaine d’entendre le bruit des fuites d’eau.

Ce travail de prélocalisation permet ensuite de préparer l’étape suivante de corrélation acoustique. Cette méthode permet de détecter une fuite d’eau avec une précision de l’ordre d’une dizaine de centimètres. Deux capteurs sont installés en contact avec la conduite par l’intermédiaire de bouches à clé, poteaux d’incendie ou autre accessoire du réseau. Chaque capteur analyse le bruit (vibration) que fait la fuite sur le réseau. Par calcul, le corrélateur détermine la position exacte de la fuite. L’évolution de la sensibilité des capteurs combinée à la puissance des ordinateurs permet aujourd’hui d’utiliser cette technologie sur l’ensemble des conduites, quel que soit leur matériau. Ainsi, le LOG 3000 de Gerris est composé d’un calculateur qui n’est autre qu’un ordinateur portable sur lequel est installé un logiciel de corrélation. Les nouveaux appareils fonctionnent en temps réel et permettent de suivre l’évolution d’une fuite en manœuvrant une vanne de branchement, par exemple. Les corrélateurs de dernière génération, comme le LOG 3000, filtrent les bruits parasites émis par les pompes ou réducteurs de pression.

Autre solution : avec Enigma, Primayer propose un système numérique de corrélation multipoints permettant de combiner la prélocalisation et la localisation des fuites. Plus sensible, il permet notamment de déterminer l’emplacement des fuites sur des conduites de gros diamètres ou noyées dans une poche d’eau. Primayer propose aussi Enigma HyQ, une variante d’Enigma qui utilise un capteur hydrophone et travaille en basse fréquence de 10 à 100 Hz. Le Correlux-P250 de Seba KMT gagne, quant à lui, en encombrement et en poids grâce à la miniaturisation de ses capteurs piézos haute sensibilité.

Hydreka propose également un corrélateur multicapteurs pouvant être utilisé avec 20 capteurs simultanément (existe en valises de 4 ou 8 capteurs connectables entre elles) : le SoundSens i. Ce corrélateur permet un travail de nuit sans présence de l’opérateur pour détecter des fuites dans les conditions les plus difficiles : les capteurs sont synchronisés lors de leur programmation, installés, puis ils enregistrent les bruits du réseau à l’heure programmée. Le travail de corrélation peut être effectué immédiatement en journée ou différé le lendemain matin. Cette technologie permet une efficacité exceptionnelle notamment pour les cas les plus difficiles (voies à grande circulation ou bruyantes).

Enfin, Sewerin dispose du SeCorr 300, un corrélateur de dernière génération doté de micros de performance accrue, notamment dans les basses fréquences. Les informations enregistrées sont totalement numérisées. Elles sont transférées à un PC par un signal radio bidirectionnel. Le SeCorr 300 permet ainsi l’historisation des bruits de fuite. Archivés, les enregistrements peuvent être consultés et analysés à tout moment. Le SeCorr est aujourd’hui l’un des appareils les plus puissants en matière de corrélation acoustique sur PC.

TD Williamson propose de son côté l’Aquascan 610 TM, un nouveau corrélateur comprenant de nouveaux accéléromètres développés pour travailler à des fréquences plus basses, ce qui permet de répondre à la problématique des canalisations en plastique de grandes longueurs et de grands diamètres.

Pour autant, en cas de micro-fuites sur canalisation en plastique, la technologie acoustique atteint certaines limites. La technique au gaz traceur s’impose alors.

La percée du gaz traceur

Sewerin, dont le premier métier est la détection des fuites de gaz, propose le Variotec 8, dispositif qui consiste à injecter un gaz traceur, mélange d’azote et d’hydrogène (moins de 5 %) dans la canalisation au niveau d’un point d’accès et à le détecter à l’endroit de la fuite. TD Williamson, via sa filiale Gazomat, premier fournisseur de GDF, propose le Catex 3 pour la détection par gaz traceur. Seba KMT propose de son côté un détecteur de gaz traceur optionnel à l’appareil d’écoute au sol Hydrolux 5000. Grâce à son analyse de fréquence instantanée qui évite les bruits parasitaires,

Le HL5000 H2 doté du gaz traceur permet maintenant la recherche de fuites dans les situations les plus délicates, y compris les fuites minimes sur les conduites PE. Gerris exploite également depuis 10 ans la technique du gaz traceur et vient de sortir un nouvel appareil Gazena fonctionnant également avec un mélange d’azote et d’hydrogène.

De son côté, EasyLeak SAS a récemment développé le Trace 50, un appareil de détection par gaz traceur hydrogéné, particulièrement léger (quelques centaines de grammes) et ergonomique, à un prix très compétitif (moins de 3000 € avec sa canne de détection au sol versus 6 à 7.000 € pour un système de sensibilité équivalente). « Le produit est tout indiqué pour la recherche de fuite sur conduites d’eau enterrées et notamment celles des piscines », indique Jean Ernoux, dirigeant de EasyLeak. « Doté d’un capteur sélectif à l’hydrogène, tout risque de mauvaise interprétation des résultats, liée à la présence d’autres gaz à la surface du sol (échappements, fermentations et autres) est écarté. De plus, Trace 50 est capable d’opérer sur des gammes de concentrations larges. Ce qui permet d'éviter les phénomènes de saturation sur les grosses fuites. »

Enfin, Héliotrace développe depuis 2005 la technique du traçage à l’hélium avec mesure par spectrométrie de masse. En conjuguant la polyvalence et la sensibilité de l’hélium à la maîtrise d’une inspection rapide, cette approche est adaptée aussi bien aux réseaux de distribution classiques en fonte, qu’à la recherche de micro-fuites sur les canalisations en PVC ou PE. La fiabilité de cette technique permet de proposer à Héliotrace une garantie de résultat.