La mise en ?uvre de nouvelles technologies est aujourd'hui indispensable pour mener à bien la recherche de fuites. Le corrélateur multi-capteurs synchronisés constitue une évolution incontestable dans un domaine en constante évolution.
De la simple barre à mine collée à l'oreille, en passant par les amplificateurs mécaniques puis les amplificateurs électroniques suivis des corrélateurs acoustiques et aujourd'hui le corrélateur multi-capteurs synchronisés SoundSens® : la détection de fuites a subi une évolution continue avec néanmoins deux constantes, la qualité auditive et la perspicacité du chercheur de fuites.
La détection de fuites sur réseaux d'eau potable s'inscrit dans une logique de réduction des pertes d'eau incluant la limitation des erreurs de comptage, l’identification des vols d'eau et des usages non quantifiés (nettoyage de conduites et de chaussées, bornes à incendies).
La part imputée aux fuites est non négligeable car elle constitue à la fois une perte financière (traitement et transport de l'eau), un gaspillage de la ressource naturelle et dans une moindre mesure un risque sanitaire.
La détection de fuites traditionnelle
Origine des fuites
Les réseaux d'eau potable sont des structures complexes soumises à des contraintes importantes de type hydrauliques, mécaniques et chimiques avec pour conséquence, l’apparition de fuites. Ces contraintes se matérialisent par exemple par des coups de bélier dans les canalisations.
bélier, une pression de service excessive, la contraction et la dilatation des sols, la corrosion, des matériaux défectueux, voire des installations non-conformes. Les fuites peuvent être localisées sur toutes les parties d'un réseau :
- Canalisations (alimentation, distribution)
- Vannes
- Branchements
- Jointures de canalisation
- Poteaux incendies, bouches de lavage
- Réservoirs
En général, la proportion de fuites n’est pas répartie de façon égale entre les différentes parties d'un réseau. Il existe des zones de faiblesse, telles que les branchements où l'apparition des fuites est plus fréquente.
Stratégies de recherche de fuites
Face à ces constatations, la mise en œuvre de stratégies de recherche de fuites par les exploitants de réseaux est aujourd’hui impérative. Adaptées à chaque situation, ces stratégies reposent sur un schéma type comparable, en terme de linéaire inspecté, à un système pyramidal (schéma 1).
Sectorisation : définition de secteurs hydrauliques homogènes. Mesure des débits entrants et sortants. Suivi des débits horaires et des débits minimums nocturnes (proportionnels au nombre de fuites). Analyse des indicateurs : rendement et indice linéaire de perte.
Pré-localisation : suite à la sectorisation, définition des zones devant faire l'objet d'une recherche de fuites. L’utilisation de pré-localisateurs ou « oreilles acoustiques » permet de cerner efficacement les zones de fuites en un minimum de temps. Du fait de leur fonctionnement nocturne, les erreurs d’interprétation sont réduites au maximum.
Localisation : localisation précise des fuites après leur pré-localisation. Sauf cas particulier, la corrélation acoustique puis l’écoute au sol permettent le positionnement précis des fuites. D’autres techniques non acoustiques (thermographie, gaz traceur, géoradar) sont proposées mais leur mise en œuvre reste marginale.
La corrélation acoustique
La corrélation utilise trois propriétés d'un bruit de fuite :
- Il est aléatoire, son évolution ne répond à aucune règle ;
- Il est permanent ;
- Il se propage de part et d’autre de la fuite à vitesse égale (matériaux homogènes, diamètres équivalents).
Le corrélateur détecte ce bruit de fuite (signal vibratoire) à l’aide de deux capteurs (accéléromètres) placés de part et d’autre du point de fuite, en contact avec la conduite. Les signaux sont transmis au corrélateur par ondes radio.
Le corrélateur compare les deux signaux et fait subir à l’un d’eux une série de décalages dans le temps afin d’identifier celui qui compense exactement la différence des temps de propagation. Le système fournit simultanément la confirmation de la présence d'une fuite (ressemblance des signaux) et sa localisation (repérage du décalage correspondant).
Lié d’une part à la qualité du bruit de fuite (pression de service, matériau, diamètre, sol) et d’autre part à la sensibilité du corrélateur.
Cette sensibilité repose sur la performance des capteurs, sur la puissance d’analyse du signal et sur la gestion du rapport signal de fuite/bruits parasites.
Deux sources de bruits parasites sont clairement identifiées :
• Electronique : capteurs analogiques, conversion/amplification du signal au niveau des radios de transmission et du corrélateur. Ces bruits, de l’ordre de quelques microvolts, provoquent entre autres de l'auto-corrélation. • Environnante : bruits extérieurs parasitant la transmission du signal sous forme d’Ultra Hautes Fréquences (UHF).
Sur des conduites métalliques, les corrélateurs de qualité permettent d’obtenir un rapport signal-bruit élevé donc de trouver la très grande majorité des fuites.
Sur des conduites plastiques, ce rapport est souvent très faible, c’est-à-dire que les bruits parasites sont prépondérants par rapport au signal de fuite.
En effet, les conduites plastiques ont des propriétés acoustiques différentes des conduites métalliques. Elles amortissent rapidement les bruits de fuites et elles génèrent des signaux vibratoires basses fréquences.
Ajoutées aux contraintes d'installations des capteurs, à un environnement de travail bruyant, les corrélations sur le PVC, le PE se soldent souvent par un échec.
Les problématiques liées aux matériaux plastiques sont similaires à celles rencontrées sur les réseaux de chauffage ou les réseaux d'eau potable en domaine industriel. Prenant ces différents éléments comme base de travail (bruits parasites, basses fréquences, environnements bruyants), la société Hydreka SAS propose une véritable avancée technologique (schéma 2) : le corrélateur multi-capteurs synchronisés SoundSens™.
Le corrélateur multi-capteurs synchronisés
Description technique
Ce nouvel outil, simple d'emploi, est composé de :
• capteurs enregistreurs (3 à 6 par boîtes) IP 68, autonomes 5 ans sur piles ion-lithium ; • une boîte de transport servant d'interface de programmation et de relève du bruit enregistré ; • un logiciel associé SoundSens™ pour la programmation, la relève et le traitement du signal.
Ce corrélateur constitue une avancée technologique pour les raisons suivantes (schéma 2) :
• suppression de la transmission radio (élimine une grande partie du bruit parasite) ; • numérisation du signal vibratoire directement au niveau des enregistreurs ; • réduction au maximum de la chaîne électronique.
Il apparaît clairement que la première évolution, de nature technique, réside dans la nette amélioration du rapport signal/bruit. La minimisation des bruits parasites induit automatiquement une valorisation du signal vibratoire et par conséquent des résultats significatifs sur les matériaux plastiques, sur les réseaux industriels....
Cette évolution technique est accentuée par la méthodologie d'emploi du corrélateur multi-capteurs synchronisés.
Méthodologie : synchronisation, échantillonnage du bruit, corrélation croisée
La première étape d'utilisation du corrélateur SoundSens™ passe par la synchronisation des capteurs qui vont être utilisés. Le temps de décalage calculé par le corrélateur étant de l'ordre de quelques dizaines de microsecondes, les capteurs doivent impérativement débuter leurs enregistrements en même temps. Ensuite, une stratégie d'échantillonnage du bruit est définie en fonction du matériau de la conduite et des conditions de corrélation. La pertinence du choix des paramètres suivants est déterminante sur les conduites plastiques :
- démarrage différé des enregistreurs ou après un délai de quelques minutes ;
- nombre d'enregistrements (1 à 30) ;
- durée des enregistrements (de 10 secondes à 1 minute) à 5500 Hz ;
- intervalle de temps entre les enregistrements (1 minute à 3 heures).
Comme le souligne M. Malano de la société Drivetec Divisione Aulos (Italie), prestataire de services pour la recherche de fuites et utilisateur du corrélateur SoundSens® depuis plus d’un an « un avantage significatif du corrélateur SoundSens® est de pouvoir programmer les capteurs la journée pour un démarrage nocturne. Cela supprime la mobilisation de personnel la nuit et permet de se placer dans les meilleures conditions (pollution acoustique faible, pression élevée) ».
Une fois les enregistrements réalisés, les données sont transférées sur un ordinateur dont la puissance de calcul est mise au service du logiciel d'analyse du signal de fuites.
Les paramètres des canalisations définis (nature, diamètre, distance), le logiciel va corréler automatiquement toutes les combinaisons de capteurs sur chaque enregistrement.
La fiabilité de cette méthodologie de corrélation croisée ne laisse plus de doute sur la présence d'une fuite.
Par ailleurs, cette méthodologie couplée à la précision des capteurs permet la détection de plusieurs fuites avec une grande résolution.
M. J. Chablais, Responsable de la recherche de fuites pour la Lyonnaise des Eaux France (Centre régional Côte d’Azur) et utilisateur du corrélateur SoundSens® depuis un an, indique que « la corrélation croisée nous permet de confirmer les positions de fuites mais également d’étudier la présomption de fuites en cas de faible amplitude du signal ou d’un bruit de fond élevé. À partir de l'analyse de cohérence des spectres de fréquences, nous identifions la gamme spectrale du bruit de fuite et nous le filtrons ».
Fonctions avancées
L’analyse automatique de cohérence proposée par le logiciel SoundSens™ conforte l’avancée technique de ce corrélateur multi-capteurs synchronisés. En effet, les conduites plastiques génèrent des bruits de fuites situés en majorité dans les basses fréquences (0 – 100 Hz). La finesse du réglage des filtres passe-haut et passe-bas est déterminante pour isoler ces basses fréquences et trouver des fuites indétectables à l’oreille humaine.
Dans un souci de traçabilité et pour répondre aux impératifs des procédures qualité, les données enregistrées sont stockées sur le disque dur de l’ordinateur. Les corrélations peuvent ainsi être réalisées a posteriori.
Des rapports complets peuvent être édités en utilisant des fonds de plan de réseaux comme support. M. J. Chablais souligne que « nous pouvons facilement établir un rapport justificatif pour un tiers (assurance, particulier, commune ou syndicat) ».
Conclusion
La détection de fuites sur les réseaux d'eau potable combine différentes techniques acoustiques concourant au positionnement précis des fuites. La pré-localisation par oreilles acoustiques, la corrélation et l'écoute au sol ont fait preuve de leur efficacité dans le cadre de la réduction des pertes d’eau donc de l'économie de la ressource naturelle. L’innovation technique et méthodologique apportée par le corrélateur SoundSens® s’inscrit dans la tendance actuelle en termes de gestion de réseaux : une surveillance accrue des zones sensibles, une réduction des interventions nocturnes, une grande souplesse d'emploi.
