Du bâton de sourcier du fontainier il y a 40 ans à l'alarme de fuite télétransmise d'aujourd'hui, la détection de fuite repose toujours sur la réactivité des chercheurs de fuites mais aussi sur l'intelligence des réseaux.
Les fuites résultent du vieillissement du réseau (taux de renouvellement moyen en France de 0,4 %/an) ou de causes mécaniques et chimiques. « Les phénomènes de gel/dégel du sol en hiver et de craquellement de la terre sous l'effet de la sécheresse, entraînent des mouvements de terrain qui provoquent de la casse sur le réseau, notamment au niveau des points névralgiques que sont les raccords », témoigne Michel Bobin, Directeur opérationnel de Gerris (groupe Sappel), prestataire de services en recherche de fuites.
L’alarme débitmétrique
Le suivi débitmétrique d'un réseau d'eau potable sectorisé permet de connaître le débit global des pertes d'eau, par différence de comptage entre le volume mis en distribution et le volume consommé avec autorisation.
Ces pertes sont constituées d'une part des pertes apparentes (volumes consommés de façon illégale et volumes correspondant à un défaut de comptage du fait de l'usure des compteurs) et d'autre part des pertes réelles (volume gaspillé par suite par exemple de débordement de réservoir et volume de fuites). « Parmi ces fuites, on distingue les fuites indétectables, c'est-à-dire celles qu’on ne pourra pas trouver avec les méthodes et techniques actuelles, les fuites signalées, c'est-à-dire toutes les fuites apparentes qui sont réparées chaque année et enfin les fuites non apparentes sur lesquelles on mène une politique active de recherche de fuites », explique Jean-Louis Gagnon, Directeur de projets à la direction des métiers de Saur. D'après les travaux d'Alan Lambert de 1992 (repris par le WRe et l'IWA), les fuites indétectables sont en moyenne de 20 litres par heure et par kilomètre pour les conduites, et de 1,25 litres par heure et par branchement pour les branchements (pour des infrastructures normalement entretenues et des conduites métalliques).
Il existe plusieurs indicateurs pour caractériser
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Phocus.sms de Primayer échantillonne le niveau de bruit sur un intervalle d'une seconde et sur trois périodes différentes durant la nuit lorsque les bruits parasites sont les plus faibles. Il effectue ensuite une analyse statistique sur chacun des trois échantillons pour déterminer le facteur de confiance de fuite.
rendement (rapport des volumes consommés sur les volumes mis en distribution) correspond à une idée de gas- pillage de la ressource en eau mais traduit mal l'état phy- sique réel du réseau car il dépend de la consommation
mis en distribution et les volumes consom- més, rapportée au nombre de kilomètres du réseau. « Cet indice permet de qualifier l’état d’étanchéité global d’un réseau et aussi chaque zone de distribution ou étage de pression», souligne Jean-Louis Gagnon, qui rappelle la grille d’évaluation et les seuils d'indices établis par les agences de l'eau :
| Rural | Intermédiaire | Urbain | |
|---|---|---|---|
| ILC<10 m³/j.km | 10<ILC<30 | ILC>30 m³/j.km | |
| Bon | ILP < 1,5 | ILP <7 | |
| Acceptable | 1,5< ILP<2,5 | 3<ILP<5 | 7<ILP<10 |
| Médiocre | 2,5< ILP<4 | 5<ILP<8 | 10<ILP<15 |
| Mauvais | ILP>4 | ILP>8 | ILP >15 |
et de la façon dont on affecte les volumes exportés (vers d'autres services via les inter- connexions). À cet égard, la recommandation conjointe actuelle de l’ASTEE et de l’IWA de comptabiliser les volumes exportés avec les volumes consom- més par les abonnés du service peut conduire dans certains cas à une augmenta- tion artificielle du ren- dement par rapport à la position antérieure (AGHTM 1990) où ces volumes exportés étaient déduits des volu- mes mis en distribution. Aussi préfère-t-on au rendement l’indice linéaire de pertes cor- respondant à la diffé- rence entre les volumes
ser l'état d'un réseau du point de vue de ses pertes réelles en eau (c'est-à-dire les fuites s'il n'y a pas d'eau gaspillée). L'indicateur de
Fournisseurs référencés dans le Guide de l'eau
Activité : Détecteurs de fuites
Le type de réseau dépend de l’indice linéaire de consommation (rapport du volume consommé sur la longueur du réseau) : il est rural si cet indice est inférieur à 10 m³/j/km, intermédiaire de 10 à 30 m³/j/km et urbain si supérieur à 30 m³/j/km.
« Maîtriser un rendement de réseau s’ins- crit dans la maîtrise globale du réseau avec pour objectif de véhiculer une eau potable en quantité et en qualité satisfaisante », souligne Pascal Landon, Directeur du Centre opérationnel Lorraine Sud de Veolia Eau. Ici, la maîtrise du rendement de réseau s'ins- crit parmi les objectifs du plan de qualité défini par l'entreprise. À Saint-Dizier, le plan d'amélioration de la pression de distribution en centre-ville a entraîné dans un premier temps une augmentation des pertes, et en sept ans l’exploitant Veolia Water a réussi les diviser par deux. L’indice kilométrique de perte passant de 22 à 9 m³/jour/km et le rendement de 73% à 83%. « Aujourd’hui, les
Depuis une dizaine d’années, la technique de prélocalisation acoustique des fuites s’installe sur les réseaux, par itinérance ou en poste fixe. Vue du système Ortomat et Ortomat GSM/SMS de la société Gerris.
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Les compteurs d'eau ne sont relevés qu'une fois par an, ce qui ne donne accès qu'à la connaissance de la consommation moyenne mensuelle, avec un an de décalage par rapport aux consommations effectives des usagers, souligne Pascal Landon. Or, l'appréciation des quantités d'eau potable distribuées sur le réseau peuvent être connues quotidiennement.
Pour connaître la répartition spatiale des pertes d'eau, on sectorise le réseau, on le décompose en plusieurs zones distinctes sur lesquelles les volumes mis en distribution sont mesurés. Ceci nécessite la mise en œuvre de compteurs de plus en plus sensibles. Ce message, les constructeurs l'ont bien compris et bon nombre d'entre eux, comme Compteurs Farnier, Sensus Metering Systems, Sappel, Actaris ou Elster Comptage ont fait évoluer leurs équipements et proposent des compteurs de classe C pour la surveillance des réseaux. À celle de premier niveau (avec des étages de pression sur influence de certains ouvrages), peut se coupler une sectorisation de second niveau, à l'échelle de secteurs identifiés comme le lieu probable de fuites.
Aujourd'hui, l’alarme peut venir directement de la Direction technique de la Lyonnaise des Eaux. Ce système de comptage, associé au suivi des volumes produits, permettent de calculer en temps réel l'indice linéaire de perte sur le réseau. L’ensemble des données étant centralisé au niveau des systèmes de Gestion technique informatique centralisée (GTC). Pour surveiller en permanence les réseaux, les fabricants de matériels de télégestion proposent de leur côté des équipe-
ments autonomes en énergie, étanches et capable de communiquer par GSM en mode SMS. Cellbox-SMS de Lacroix Sofrel, Twin’y de Wit, Brio de Napac–Schneider Electric, Pi6X de Perax, Multilog Lite d’Hydreka associée à sa sonde débitmétrique à insertion HydraNTS ou encore Cello de Technolog sont dédiés à ce type d’application. Conçus pour des applications de télérélève de compteurs, ils permettent de sectoriser les réseaux et d’en assurer le suivi journalier. Situées dans les chambres de comptage, ils acquièrent les impulsions de têtes émettrices et mémorisent les index selon des pas de temps prédéfinis. En rapprochant ces données avec celles des jours précédents, un diagnostic du réseau peut être établi.
L’alarme acoustique
« Une fuite se détecte à partir d’une alarme débitmétrique sur le réseau puis d’une alarme acoustique venant des prélocalisateurs », explique Jean-Paul Guillaume, spécialiste des fuites à la direction technique de Veolia Water. S’ensuit la recherche phonique par les chercheurs de fuite. L’alarme acoustique repose sur le fait que toute fuite dans le réseau émet un bruit. Ce bruit est parfois « étouffé », lorsque la fuite est « noyée » dans une poche argileuse. Il n’y a aucune relation entre la perte de débit au niveau de la fuite et le bruit émis. Dans une canalisation en fonte conduisant de l’eau à 78 bar de pression par exemple, une rupture de corrosion fera beaucoup de bruit tandis qu’une casse due au froid en fera peu. Le bruit émis par une fuite relève de plusieurs inconnus, qui se situent tant au niveau de sa création que de sa diffusion et de l’endroit où il est détecté. La nature de la canalisation, la pression de l’eau y circulant, l’origine mécanique de la fuite (casse ou point de corrosion), la vitesse de l’eau dans la fuite, la turbulence de l’eau en sortie de fuite… sont autant de facteurs modificateurs de la création du bruit de fuite. La nature du sol (sableux ou meuble absorbant, rocheux propagateur…), les micro-vibrations mécaniques générées par la fuite dans les parois de la canalisation (plastique absorbant, fonte propagatrice…)… sont autant de facteurs modificateurs du bruit de fuite lors de sa diffusion. Enfin, les propri-
Les propriétés mécaniques du point d’écoute du bruit de fuite influent aussi sur la nature du son détecté.
Depuis une dizaine d’années, la technique de prélocalisation acoustique des fuites s’installe sur les réseaux, par itinérance ou en poste fixe. Des solutions éprouvées sont proposées par Sewerin et le SePem 02, qui propose trois modes d'utilisation dont un mode GSM, par Neotek et Gerris avec le système Ortomat et Ortomat GSM/SMS, tous deux facilement exploitables à partir d'un logiciel couplé à un SIG, par Fast avec l’AZ 100, avec le Permalog 3 d’Hydreka, le Phocus.sms de Primayer, une variante des prélocalisateurs de fuites Phocus 2 équipée d'une fonction d’alarme à distance, ou encore le Zonescan 800 commercialisé par TD Williamson. Les loggers Zonescan 800 fonctionnent par transmission radio et peuvent être couplés à une antenne GSM afin de piloter plusieurs loggers sur la même antenne. Point important, ils ont une fonction de corrélateur intégrée, qui permet de tout faire en temps réel.
Depuis 2003, Hydreka propose dans son offre HMS (Hydreka Monitoring System) une évolution des Permalog 3, le Permanet, qui transmet le résultat de son analyse en temps réel via une radio VHF longue portée s'affranchissant ainsi des trous de réseaux GSM. De plus, cette nouvelle technologie est deux fois moins chère sur cinq ans d'exploitation et le réseau radio fixe ainsi créé permet d'intégrer d'autres mesures en temps réel (relevé de compteurs, débitmètre sonde à insertion hydrINS, mesure de niveau...).
Autoalimenté, sa transmission radio bidirectionnelle permet à l'utilisateur de relever les mesures à intervalle régulier sans aucune manipulation terrain.
Chez Sewerin, la deuxième gamme de prélocalisateurs SePem vient d'arriver avec les SePem 01, des prélocalisateurs de fuite avec capteur piézo-électrique. La communication avec ces loggers se fait par liaison radio bidirectionnelle, une innovation qui permet de lire et de reprogrammer les appareils dans les bouches à clé sans avoir à les toucher. SePem se compose donc désormais d'une gamme complète de pré-localisateurs adaptés aux nouveaux besoins des gestionnaires de réseaux : SePem 01 Radio pour une utilisation facile à poste fixe ou en déplaçant les appareils tous les jours, SePem 02 pour une utilisation par des spécialistes en déplaçant les appareils tous les jours, SePem 02 avec hydrophone pour des performances élevées sur les canalisations de gros diamètres ou en plastique (cas difficiles) et SePem 02 GSM pour une surveillance permanente à poste fixe des réseaux sensibles. Le SePem 02 GSM permet au gestionnaire de réseau de gagner des points de rendement difficiles à aller chercher (rendements supérieurs à 80 %) : les fuites sont détectées dès leur genèse pour une réparation dans des temps record.
Basée sur la relative constance de la pression d’eau dans les réseaux en France, la prélocalisation détecte les bruits constants, qui reviennent tout le temps, et les enregistre en continu pendant les deux heures les plus calmes de la nuit durant lesquelles le bruit de fuite émerge. S'il enregistre un son continu à 30 décibels (dB) et pendant cinq minutes, détecte un bruit à 40 dB puis revient à 30 dB, il oubliera ce son fugitif qui correspondait sans doute à tout autre chose (faux bruit positif de détente de gaz ou de consommation d'eau). Notons que la valeur de la pression acoustique (en dB) enregistrée par l'appareil de détection acoustique dépend de la pression de référence à laquelle il est paramétré. Et qu’en termes de recherche de fuites, au contraire de la détection dans l’air, il n’existe pas de valeur de référence normalisée. « Nous ne pouvons comparer des valeurs de bruits sur une échelle de décibels avec des matériels de fabricants différents », souligne Jean-Paul Guillaume.
Un prélocalisateur peut ou non détecter un bruit de fuite selon la position à laquelle il se trouve du lieu de création de fuite, des caractéristiques du bruit diffusé, etc. L’écartement optimal entre deux prélocalisateurs est de 150 mètres sur des canalisations en fonte. Mais dans tous les cas, la répartition spatiale des prélocalisateurs répond à un savant calcul d'efficacité, d’objectifs et de moyens (notamment liés aux coûts de production de l'eau). L’agglomération de Rennes, où le rendement de réseau atteint 90 %, une centaine de prélocalisateurs à poste fixe ont été positionnés sur un septième des 740 km du réseau, là où il est fortement maillé. Dotés d'une antenne GSM, ils envoient des messages d’alertes par SMS directement sur le portable d'astreinte. Même chose chez Gerris qui a commercialisé et installé 300 prélocalisateurs GSM chez Veolia. Là encore, les services d’astreinte sont immédiatement prévenus de l'apparition d'une fuite par l’envoi d'un SMS sur un téléphone portable ou sur un fax.
À Dijon, la Lyonnaise des Eaux a installé 200 prélocalisateurs à poste fixe sur le réseau de 500 km, pour compléter les enregistrements des débits produits à partir des 445 points d’alimentation. Les bruits enregistrés sont analysés chaque matin. En un an, les pertes ont été réduites de 20 à 30 %. Pour l'instant, les prélocalisateurs sont relevés par GSM. Demain, ils pourront communiquer par onde radio sur la fréquence (1500 Hz) qu’exploite la Lyonnaise des Eaux sous licence d'autorisation attribuée par l’Autorité de régulation des télécommunications. « De plus en plus, les réseaux nous informent en temps réel des événements, c'est pourquoi nous parlons de réseaux intelligents », note Gilles Boulanger.
Les chercheurs de fuites
« La localisation d'une fuite repose à 50 % sur le corrélateur et à 50 % sur la qualité d’écoute et l'expérience du chercheur de fuite », souligne Jean-Paul Guillaume. Un point de vue partagé par Thierry Hoffmann, directeur de Sewerin France, précurseur sur le marché depuis presque 25 ans. « Vendre un matériel, si performant soit-il, ne suffit pas, explique Thierry Hoffmann. Il faut également être en mesure d’accompagner avec professionnalisme et métier les utilisateurs en assurant notamment une formation adéquate, la mise en route ainsi qu'une mise à jour régulière des matériels ».
Le chercheur de fuite ne connaît ni l'intensité ni la fréquence du bruit de fuite. Seules certitudes, plus il s’éloigne d'une fuite, plus il perd les fréquences de faible énergie et plus il ne garde que les basses fréquences. Plus le diamètre de la canalisation est grand, plus la fréquence du bruit de fuite sera basse. Et ce qui reste constant, c'est la fuite elle-même : elle coule toujours de la même façon (à débit fixe, d'une origine fixe...), elle émet un bruit propre au point de détection, un bruit qui dure et reste en bruit de fond après le passage d’une voiture... Pour trouver les fuites, le chercheur de fuite s’appuie sur la connaissance du maillage du réseau et de l'environnement sonore alentour (bruits parasites communiqués par le sol et venant des canalisations d'assainissement, des fontaines, de la chaussée...). Et seule son expérience peut faire la différence.
L’expérience lui permet de savoir distinguer un bruit de fuite d’un bruit de livraison de gaz avec un poste de détente dans le domaine privé…
Le chercheur de fuite utilise divers outils. En premier lieu l’écoute au sol par corrélation acoustique. L’appareil est posé sur un point de contact de la canalisation enterrée (sous une hauteur de recouvrement d’environ un mètre), sur un carré de manœuvre de vanne ou sur pièce de branchement. Ce point d'écoute doit être en métal et propre, pour permettre une détection optimale du bruit de fuite (à quelque dix centimètres près). « Si les carrés de manœuvre sont encrassés, pleins de boue, ça ne sert à rien de descendre le corrélateur ! », constate J.-P. Guillaume. « Il faut d’abord les nettoyer si on ne veut pas perdre 10 dB d’écoute ! »
« Le corrélateur acoustique est un outil bien adapté pour la recherche de fuites sur les canalisations en fonte ou en béton, moins pour celles en plastique dans lesquelles le son se propage peu », souligne Jacques Cavard, directeur des services techniques du SEDIF. Pour ce type de matériau est préférée la technique du gaz traceur proposée par exemple par Sewerin avec Variotec 8, SebaRESEAUX avec le H2LUX ou Radiodétection avec son détecteur MGD : un gaz (mélange d’azote et d’hydrogène) injecté dans la canalisation est détecté en lieu et place des endroits d'où il s’échappe, correspondant à des lieux de fuites potentiels.
Depuis une dizaine d’années, le SEDIF a mis en place un programme systématique de recherches de fuites sur ses 8 745 km de canalisations et ses 4 700 km de branchements. Cette action préventive concerne 3 400 km de canalisations et branchements, et se focalise sur l’auscultation à l'endroit des travaux de voirie (de 100 à 150 km par an) et sur les zones à risque (où enregistrement d'une alarme débitmétrique nocturne, où existe un risque de corrosion, de courants vagabonds...).
Pour ce faire, le SEDIF s'est doté d’une unité d'une dizaine de chercheurs de fuites équipés en prélocalisateurs itinérants (avec dispositif GSM pour les plus récents) et de corrélateurs acoustiques pour l’écoute phonique.
De 2003 à 2005, l'indice linéaire de réparation (ILR) des canalisations est passé de 0,29 à 0,25 et l'indice linéaire de perte de nuit (dans les canalisations et les branchements) de 8,3 à 5,2 m³ jour/km de réseau.
Les technologies de détection acoustique de fuite ne cessent de se développer. Avec SeCorr 08, Sewerin propose un corrélateur...
Numérique compact, adapté aux débutants comme aux spécialistes, le Log 3000, commercialisé par Gerris et Neotek, effectue quant à lui des corrélations en continu. Plus besoin donc de relancer des corrélations. En effet, cette technologie en temps réel permet de réaliser des manœuvres de vannes, de poteaux d'incendie et de constater immédiatement les effets sans avoir à relancer des mesures.
Eureka2 et 2R chez Primayer, Lokal 300 chez Fast ou MicroCorr 7 et DigiCALL d'Hydreka ont gagné en miniaturisation et en simplicité d'utilisation et disposent d'outils de dépouillement performants. Le corrélateur Correlux P1 de SebaRESEAUX permet les mesures sur des réseaux de canalisation comportant jusqu'à 6 matériaux différents. De conception robuste, il s'intègre bien dans l'équipement de base du fontainier.
Primayer propose de son côté un corrélateur multipoints, Enigma™, un système d'acquisition de données numériques qui combine en une seule opération la prélocalisation et la localisation des fuites, tout comme Hydreka avec le Soundsens. Positionnés en plusieurs endroits du réseau, programmés pour une utilisation nocturne ou diurne, ces enregistreurs captent la bande sonore de la fuite et la transfèrent à un logiciel d'analyse et de positionnement des fuites.
Ce système hybride a été mis en œuvre à la demande de Thames Water à Londres, où contrairement à Paris les conduites ne sont pas visitables. D'autres méthodes non acoustiques sont encore à l'état d'expérimentation. Le radar géologique, dont le principe repose sur la propagation d'ondes électromagnétiques dans le sous-sol, peut servir à localiser la poche d'eau due à une fuite ancienne de petit débit qui serait indétectable par le corrélateur. D'usage coûteux, cette méthode est le plus souvent exécutée par un prestataire expérimenté en partenariat avec l'exploitant du réseau.
La remontée d'eau par capillarité en provenance d'une fuite s'écoulant dans le sous-sol provoque un gradient de température détectable en infrarouge. Basée sur ce principe, « La thermographie infrarouge est une technique qui n'est pas utilisable en milieu urbain du fait des trop grandes perturbations, mais qui peut l'être en milieu rural notamment sur les conduites d'adduction qui passent à travers champ », témoigne J.-L. Gagnon qui a conduit des essais là-dessus.
