La gestion des réseaux s'attaque aux canalisations non visitables

La loi sur l’eau de janvier 1992 a recadré et redonné du poids aux missions d’entretien et de maintien des réseaux d’assainissement assurées par les collectivités et les gestionnaires publics et privés de réseaux. Notamment à travers les obligations de suivi (imposées par l’arrêté du 22 décembre 1994 qui précise dans son article 6 : « par tous les moyens »), d’autosurveillance (loi sur l’eau) et de mise en conformité faites à ces intervenants. Ceci les a conduits à multiplier les diagnostics d’état des collecteurs, en liaison avec la réhabilitation de ces réseaux déjà anciens. « Il ne faut pas oublier », ajoute Jean-Michel Bergue, chargé de mission à la direction de la recherche et des affaires scientifiques et techniques du ministère de l’Équipement,

des Transports et du Logement, « le poids des aides accordées par les Agences de l'eau à la réhabilitation des réseaux, dans le cadre de l'optimisation du fonctionnement de l'ensemble du système d'assainissement. Elles jouent aussi comme déclencheur du diagnostic structurel. Elles sont subordonnées à un diagnostic de fonctionnement qui débouche fréquemment vers l'examen de la structure. Une fissure, une obstruction, un mauvais branchement peuvent être la cause d'infiltrations, de mauvaise étanchéité. »

Or, d'après les chiffres du ministère, sur le kilométrage de linéaire, soit 160 000 km de canalisations principales, les trois quarts sont non visitables, c'est-à-dire d'un diamètre compris entre 120 mm et 1 200 mm. À Nantes, Luis Coelho, responsable secteur patrimoine de la Régie municipale d’assainissement (RAM) annonce 650 km de non visitable sur 800 km de réseau nantais. « À Strasbourg, sur 1 350 km de canalisations, un millier ont un diamètre inférieur à 1 200 mm et ne sont donc pas visitables. Le diamètre moyen oscille entre 300 et 500 mm », confie de son côté Materne Wolff, ingénieur au service assainissement de la communauté urbaine de Strasbourg.

Des chiffres qui n'incluent pas les branchements des immeubles et habitations au collecteur : « à Nantes, pour 550 km de linéaires, nous avons plus de 300 km de branchements », précise l'ingénieur nantais. L'estimation du ministère de l'Équipement est encore supérieure : « ils représentent au moins autant que le kilométrage de canalisation », affirme Jean-Michel Bergue.

Voilà qui rend complexe la tâche des gestionnaires de réseaux. Là où, dans les réseaux visitables, la fréquentation quotidienne des agents d'exploitation permet un constat immédiat, le diagnostic d'un réseau non visitable repose sur l'inspection indirecte. Cette investigation est assurée par une palette de technologies complémentaires, dont la reine est l'inspection télévisée. La caméra remplace alors la vision directe. Cela demande du temps et du doigté, et implique des frais liés au recours aux prestataires de ces services spécifiques.

Inspecter, d'abord, à distance mais avec une large palette d'outils

Néanmoins, l'amélioration des matériels facilite grandement cette opération. « Nous avons mis cinq ans pour explorer 187 kilomètres », confie Materne Wolff. « Notre plan de charge prévoit aujourd'hui d'accélérer à 100 km par an. L'évolution des outils y est pour quelque chose ». Robotisées, instrumentées, possédant des résolutions et des optiques supérieures, dotées de la couleur et associées au traitement d'image, les caméras remplacent de mieux en mieux l'œil humain et la mesure directe. (Voir encadré sur les matériels.)

Le principe de l'inspection télévisée est simple, même si sa réalisation est délicate. La caméra vidéo, placée sur un chariot et reliée à une régie de visualisation, de contrôle et d'acquisition de données, située dans un camion en surface, est introduite dans le tronçon à partir d'un regard. La canalisation a été préalablement nettoyée et mise hors service.

Pour ausculter les branchements (points de raccordement des usagers au collecteur, de 5 à 10 m de long) il a fallu, en revanche, attendre l'invention du « satellite », il y a trois ou quatre ans, minicaméra associée à la première, qui peut se déporter dans le branchement à partir de la canalisation principale. Encore ne commence-t-elle à être réellement performante que depuis peu, selon certains utilisateurs. « Les branchements sont délicats à explorer. Ce sont des structures tortueuses, non continues, placées en biais ou à la perpendiculaire de la canalisation, parfois difficilement accessibles s'il n'existe pas de regard en bordure de propriété. »

prisé», indique Pierre Arnaud, chef du service Équipement-assainissement des Hauts de Seine à la Sevesc. «Les caméras satellites nous permettent aujourd'hui de nous attaquer à ces portions du réseau qui sont des sources avérées de fuites. En moyenne 90 % d'entre elles sont en mauvais état.»

Mais la difficulté technique demeure. «C’est un travail de fourmi. Sur un chantier à Clichy, où nous venons de diagnostiquer 93 branchements, il a fallu s’y reprendre à plusieurs fois pour introduire la caméra satellite, et revenir curer 48 des branchements avant d'obtenir un résultat. Il suffit d’un débris pour faire obstacle. Et les tracés sont difficiles à retrouver.»

Recueillir des images brutes ne suffit pas. En plus de les acquérir, il faut localiser, situer le défaut, le dimensionner, donner l’échelle. Une instrumentation est donc embarquée avec la caméra. «Nous pouvons mesurer la pente pour savoir s’il existe des zones sans écoulement, les variations de diamètre du tronçon, qui peuvent être liées au bouchage, éventuellement l’ovalisation pour apprécier l’écrasement du tuyau. Il est précieux de localiser les zones à problème sur le plan horizontal pour positionner l’anomalie par rapport au regard ou pour savoir où creuser éventuellement. La taille du défaut peut également être obtenue. Enfin, nous pouvons définir le tracé de la canalisation, détecter l’entrée du branchement», détaille Fabrice Erval, responsable commercial chez CIG.

L’inspection vidéo aboutit à un rapport qui contient les extraits significatifs du film, assortis de commentaires sur le type de défaut repéré et son positionnement, et renseignés par les mesures pratiquées. «Nous éditons trois types de rapports, note-t-il. Pour les recherches d’anomalies ponctuelles, pour le suivi de réseau, pour les diagnostics lourds menés par les gestionnaires ou les bureaux d'études. Le cahier des charges dans ce dernier cas est draconien. Nos clients épluchent un rapport ligne par ligne. Un rapport de suivi sera beaucoup plus souple.»

Comprendre les causes pour diagnostiquer

À partir du rapport d’inspection télévisée on peut qualifier l'état de santé du collecteur. La Sevesc utilise ce rapport pour classer les tronçons étudiés selon trois priorités d’intervention : fortement dégradés (qui impliquent une réhabilitation), moins dégradés, défauts ponctuels (qui n’appellent que la surveillance). «Dans le premier cas de figure, nous ne nous contentons pas du rapport. Nous visionnons la cassette et nous retournons voir, par une inspection vidéo à petite vitesse, canalisation et branchements», indique Pierre Arnaud. Une nouvelle pratique se développe également : «il est important d’évaluer comment ces défauts révélés par la caméra affectent les fonctions de la canalisation : fonctions structurelles, hydraulique, d’étanchéité», souligne Luis Coelho. Autrement dit d’en apprécier l’impact et la gravité. Reste à comprendre ces phénomènes.

«On a trouvé le ou les défauts, il faut maintenant en définir la cause, cerner l’origine des désordres pour trouver le remède adéquat, et c'est le plus difficile», estime Jean-Pierre Bécue, directeur du département Génie civil et électricité à la Safege, bureau d'études spécialisé dans le diagnostic.

Selon les critères retenus par l’Association générale des hygiénistes et techniciens municipaux (AGHTM), ils peuvent être dus à la mauvaise exécution de la tranchée et de la pose, à l’environnement (par exemple surcharges dynamiques et statiques générées par une route, mouvements différentiels des terrains adjacents, la nature du sol, la position de la nappe phréatique, etc.), aux matériaux utilisés (grès, PVC, ...). (Voir encadré «Ouvrages de référence».)

C’est pourquoi l’inspection télévisée doit être souvent complétée par d'autres types d’auscultation (radar, mesure de résistivité, etc.) qui fourniront non seulement une explication, mais une information supplémentaire sur le degré de gravité du défaut. L’auscultation du sol entourant la canalisation, l’encaissant, sur lequel l’inspection télévisée ne peut pas fournir d'information, est même impérative. «Le sol bouge, des cavités peuvent se creuser. Un mauvais remblaiement pas assez compacté lors d’une ouverture de

tranchée peut en être la cause. Ces mouvements du terrain entraînent des risques de ruptures, dont l'effet le plus grave est l'effondrement de ce qui est bâti au-dessus. Il faut absolument y aller voir, d'autant que l'on ne dispose pas ou rarement de données sur les conditions de pose, nos réseaux ayant plus de 20 ans», commente Pierre Arnaud. C'est aussi une nécessité pour s’éviter des déconvenues lors de la réhabilitation : «la grande hantise», renchérit Claude Joannis, chef de la section systématique d’assainissement de la division eau du Laboratoire des Ponts et Chaussées, «c'est le trou derrière la paroi. On est très déçu lorsque l'on a étanché une canalisation en injectant de la résine et que l'on n’en voit pas le bout, ou bien s'il y a autant d’eau avant qu’après». Cette auscultation se fait par différents moyens, dont le radar (voir encadré).

Parallèlement une multitude d’informations permettront à la fois d’élargir la palette d’explications sur les causes des détériorations, et d'apprécier l’évolutivité du défaut en fonction de facteurs de risques extérieurs. Ainsi il faut intégrer au dossier des informations historiques (date de construction, travaux) – qui, souvent, reposent uniquement dans la mémoire des égoutiers – topographiques, des informations sur la « sensibilité » du milieu (nappe phréatique à proximité, chaussée au-dessus, etc.). «Le but final de tout ceci est de transformer le diagnostic en véritable outil de décision stratégique pour hiérarchiser nos interventions en fonction de la criticité du risque», résume Luis Coelho. «Quand, où et comment doit-on intervenir en priorité ?»

Gérer les réseaux avec une vision à long terme

On n’y est pas encore. Pour l’instant la somme d'informations utiles est rarement disponible, à commencer par celles que peut fournir l'inspection télévisée : trop peu de linéaire a été exploré jusqu’ici. La méthode, par ailleurs, est encore très empirique, fondée sur l’expérience, sur la mémoire des égoutiers. Enfin, un diagnostic systématique coûte cher. Strasbourg va ainsi investir 1 million de francs par an sur 10 ans dans ses inspections télévisées. La Sevesc, qui inspecte ses réseaux non visitables depuis 1994, à raison de 25 km/an, estime à 6 mois le temps nécessaire pour inspecter un tronçon, ses branchements, son environnement et trouver les causes. «L’inspection d’un branchement», signale Pierre Arnaud, «multiplie par deux le coût d'un chantier».

C’est pourquoi, pour l'instant, la plupart des collectivités ne s'y lancent que ponctuellement et dans l’urgence, et on limite le diagnostic au tronçon malade. «Mais il faut sortir de cette logique purement curative, au coup par coup», affirme Materne Wolff. «Il vaut mieux gérer préventivement et anticiper sur les coûts de l’imprévu et les dysfonctionnements en prévoyant une budgétisation pluri-annuelle». C'est ainsi que Strasbourg peut assumer son ambitieux plan de charge. À l'origine de ce choix, un règlement de voirie et des impératifs de sécurité : «Strasbourg possède un règlement de voirie qui interdit de réouvrir une chaussée dans un délai de 5 ans après réfection. Si l’état d'un tronçon obligeait à creuser une tranchée, ce serait au frais de nos services. Par ailleurs, les risques présentés par le sous-sol, truffé de cavités souterraines qui servaient de glacières aux activités brassicoles, nous ont conduits à inspecter préventivement ces…»

Zones »

Nantes se lance elle aussi dans l'aventure avec énergie, branchements inclus. Elle y est fortement poussée par le contrat de district Neptune qui encadre la gestion des eaux usées et leurs rejets dans le milieu naturel. Il prévoit notamment la mise en conformité du réseau et des branchements. « C'est un vaste programme qui implique un état des lieux depuis la parcelle privée (le raccordement des riverains) jusqu'à la STEP », explique Luis Coelho. Si l'inspection systématique n'est pas encore programmée, elle est sérieusement envisagée.

En route vers la modélisation

Dans cette optique, les gestionnaires ont besoin d'outils méthodologiques appropriés. L'enjeu consiste à améliorer les critères d’interprétation des inspections télévisées mais aussi à trouver ceux qui permettront, en amont, de caractériser la structure, l'état, les facteurs extérieurs pour conduire un pré-diagnostic hors examen. L’enjeu : définir de façon pertinente les plans de charge.

Ils ont donc commencé par le commencement : constituer un historique dont ils ne disposent pas aujourd’hui en construisant peu à peu leurs banques de données. Ils engrangent les ressources de base : « Chaque inspection télévisée notamment nous permet d'accumuler les informations sur la vétusté du réseau, le nombre de branchements, les paramètres physiques comme la dimension ou les matériaux, à partir desquels nous pourrons travailler sérieusement », confie Materne Wolff. Les archives administratives, les plaintes des riverains, les relevés topographiques, les informations cadastrales sont également systématiquement collationnées. Ces données alimentent des systèmes d'information géographique (SIG). « Le b-a-ba de toute gestion de réseau... », ajoute l'ingénieur strasbourgeois.

Les collecteurs, les branchements, les regards y sont repérés (coordonnées en XY et Z), localisés (adresses) et assortis de commentaires (état, date de construction, etc.) au fur et à mesure de l'acquisition des données. « Grâce au SIG, nous pouvons croiser des requêtes. Par exemple rechercher tous les tronçons situés sous la nappe phréatique et construits entre 1950 et 1960 », poursuit-il.

Mais il manque encore un outil méthodologique pour développer et exploiter cette base à bon escient, autrement dit sortir de l'empirisme. Le travail mené dans le cadre de l'action 2 de l’opération 5-6 du programme national de réhabilitation des réseaux d’assainissement urbains, Rerau, lancé par le ministère de l'Équipement, devrait répondre à cette attente. Y participent notamment des collectivités, comme Nantes, le Grand Lyon, Lille, Strasbourg, des bureaux d'études, des laboratoires comme le Cemagref, le LCPC, des universités, des gestionnaires privés. Il aboutira à la création d'un outil d’aide à la décision pour le diagnostic des réseaux non visitables. (Un précédent outil a déjà été mis au point pour les réseaux visitables. Voir L'Eau, l'industrie, les nuisances, numéro 209, février 1998). À partir des données fournies par les gestionnaires de réseaux membres de l’équipe, il s’agira de tirer, par le truchement des statistiques, suffisamment d’éléments pour élaborer un système de notation et développer des grilles d’interprétation des phénomènes observés. « Il s‘agit tout simplement d'appliquer des méthodes scientifiques au traitement des données et des diverses sources d’information pour aboutir à une appréciation plus objective, donc pérenne et répétable », souligne Pascal Le Gauffre, animateur du projet à l'INSA de Lyon.

L’une des missions de l’outil sera de qualifier et quantifier les risques.

« Nous allons qualifier l'état du réseau en «

Le système satellite SAT 60 de Hytec permet l'inspection de branchements à partir du diamètre 60 mm sur une longueur de 15 mètres. Le module orienteur permet de s'affranchir des biais à la position du tronc. Un seul câble ombilical relie le véhicule porteur à la régie de contrôle. L'opération est surveillée par la caméra principale, pivotante sur 220°, rotative sur 360° illimités, équipée d'un positionneur et d'un système laser pour la mesure.

Traduisant « par des notes, à partir du nombre de désordres repérés, sa perte d'aptitude à remplir ses fonctions. Jusqu'ici les méthodes disponibles reposaient sur la présomption et sur l'expérience de chacun. Nous allons ensuite croiser cet état de santé avec des facteurs de risque, comme la sensibilité au milieu urbain et la probabilité de défaillance, pour quantifier les facteurs d'aggravation ou d'atténuation du risque. Par exemple, un défaut d'étanchéité, s'il n'y a pas d'infiltration ou d'exfiltration, ou si ces fuites aboutissent dans un milieu peu sensible peuvent ne pas être considérés comme graves, tant que la fonction hydraulique est assurée, et si la structure paraît pérenne.

En bref, il s'agit de hiérarchiser les informations dans une grille de lecture qui aide à définir des priorités d'action : en amont, avant une inspection, pour juger de l'opportunité d'aller voir, en aval, pour analyser et diagnostiquer les résultats d'une investigation. « Cela nous permettra, confirme Luis Coelho, d'être plus précis, et d'anticiper mieux. Ce projet vient s'inscrire dans nos propres efforts pour quantifier et qualifier l'état de nos réseaux ». (Voir encadré.) « Il devrait nous permettre aussi de hiérarchiser nos interventions, car un bon constat amont mène à des solutions aval plus économiques. De toutes façons, nous allons progresser grâce à la synergie ouverte par ce projet national, et cela en réalisant des économies d'échelles. »

Pour Materne Wolff, cet outil va également rentabiliser la tâche fastidieuse de l'acquisition de données : « nous allons identifier les paramètres qu'il est intéressant de renseigner à partir d'aujourd'hui, ou de rechercher. Par exemple les tonnages de débris de curage extraits d'un tronçon, associés aux fréquences d'intervention. L'objectif est de réussir à qualifier sans faire un trop gros travail de récupération de dossiers, ou de collation d'informations auprès des agents. Et de ne pas engranger n'importe quoi. »

Enfin, des modèles de vieillissement seront développés dans le cadre de l'action 2. « Leur fonction sera d’assurer la continuité dans le temps entre les observations faites sur les différentes portions du réseau. Une exploration exhaustive s'étale au mieux sur dix ans, à raison de 10 % chaque année. Il faudra bien pouvoir recaler les résultats d'hier et tenir compte de l'évolution probable des premiers tronçons inspectés », reprend Pascal Le Gauffre. Le modèle aura également un rôle prédictif. « Il pourra servir à présumer l'état d'un réseau. Mais de là à assurer que le risque est nul en se basant seulement sur ce modèle, il y a un pas qu'on ne peut franchir. Aller voir est indispensable ». Et résultats dans 4 ans.

Caméras : des robots à tout faire

Les caméras destinées à l'inspection des canalisations ont en quelques années beaucoup progressé. Résolution de l'optique, zoom, focus électronique, horizontalité permanente de l'image, couleur, système d'éclairage, pilotage automatique et logiciels de traitement d'image s'associent pour un rendu de plus en plus précis et fidèle. Rotatives, elles augmentent leur angle de balayage. Chez certains constructeurs, comme l'Allemand Rausch, distribué par CMR-SMR, il atteint 360°. La caméra numérique d'Exavision, elle, restitue une vision en 3D.

Pour assurer le bon positionnement de l'objectif au centre de la canalisation et l'horizontalité de l'image, les perfectionnements se multiplient : les chariots porteurs robotisés sont dimensionnés de 200 à 1500 mm et adaptés à chaque configuration. Ils acquièrent une meilleure stabilité, grâce à la baisse du centre de gravité, comme chez Rausch, et/ou le changement automatique de la configuration des roues en fonction du terrain comme chez Exavision. Le focus électronique assure l'horizontalité de l'image.

Parallèlement l'instrumentation embarquée sur ces caméras fournit désormais des mesures, certaines pouvant également être faites par calcul au niveau du PC : visée laser pour dimensionner les défauts, mesure de pente, d'ovalisation, systèmes de localisation. Aujourd'hui en option, cette instrumentation tend vers l'intégration dans la caméra elle-même, associée à de l'intelligence embarquée et de la numérisation. La SatStar de Rausch mesure les dimensions de fissures grâce à des diodes laser incorporées, tout comme les caméras proposées par TED-TID. Exavision, spécialiste des applications nucléaires, propose dans son système Radiax Vector Orphée une caméra intelligente, entièrement numérique, avec une visée de 800 m, un système de vision tridimensionnel, qui permet l'acquisition rapide des mesures, l'exploitation informatique en temps réel, et l'intégration des images dans un système SIG. La caméra est par ailleurs capable de donner automatiquement sa position dans la canalisation et de monter des pentes supérieures à 90 %.

L'autre avancée concerne l'amélioration des « satellites », objectif secondaire placé au bout d'un jonc, qui se détache pour aller visiter les branchements. CMR-SMR compte parmi les pionniers de la distribution en France de ce type d'outils, avec la SatStar. Dimension minimale du diamètre inspectable : 100 mm. La tête de 60 mm de diamètre est rotative à 360° et pivotante à 340° et possède son propre système de localisation, un petit émetteur RF. D'autres fabricants comme TED-TID proposent également un satellite. Hydrovideo devrait finaliser le sien dans le courant de cette année. Des micro-caméras, assimilables à des sondes vidéo, constituent une alternative à ce dispositif mais n’ont pas la même précision.