La maîtrise des pertes en eau sur les réseaux d'eau potable.

L’amélioration du niveau de pertes en eau sur les réseaux d’eau potable est devenue une des préoccupations majeures des opérateurs, dans un contexte général de diminution des prélèvements d’eau sur les ressources naturelles. Le taux de fuite sur un réseau d’eau potable peut être lié au vieillissement du réseau mais aussi à des conditions extérieures telles que l’environnement des canalisations.

D’une part, nécessite une connaissance précise des réseaux. Cette connaissance porte sur différents aspects :

• - Fonctionnement du réseau : identification des zones de haute pression, connaissance de l’état des vannes, des grands transferts d’eau, suivi des appareils de régulation,…
• - Patrimoine réseau : disponibilité d’une base de données cartographiques complète et à jour dans un SIG avec enregistrement des interventions sur le réseau, identification des causes de dégradations des réseaux, connaissance des canalisations à risque de défaillances élevées, …
• - Comptage : suivi régulier des volumes mis en distribution, contrôles métrologiques,…

Ces connaissances constituent un préalable à la mise en place d’une politique d’amélioration des pertes en eau sur les réseaux d’eau potable.

D’autre part, il s’avère indispensable de mettre en place et de suivre des indicateurs…

Tableau 1 : Balance en eau d’un réseau d’eau potable

de performance pertinents afin d'appréhender au plus juste la problématique des pertes en eau sur le réseau et de pouvoir quantifier les gains réalisés par les actions de recherche et de réparation des fuites.

Suivi de la performance du réseau - quantification des pertes en eau

Le tableau 1 représente la matrice des volumes sur un réseau (source IWA). Il est important d’identifier la répartition des volumes pour ensuite se concentrer sur les pertes en eau du réseau.

Les pertes en eau se répartissent en deux grandes catégories :

• Les pertes apparentes constituées de toutes les pertes commerciales liées entre autres au sous-comptage des compteurs, aux vols d’eau, aux erreurs de lecture des compteurs…
• Les pertes réelles constituées des pertes physiques ou fuites sur le réseau et les branchements. Ces fuites peuvent être de trois sortes : les fuites diffuses ou indétectables, les fuites détectables et les fuites signalées ou apparentes.

Le tableau 2 résume les différentes pertes et les moyens disponibles pour les estimer et les réduire.

La quantification et le suivi des pertes en eau sur les réseaux d’eau potable passent par l’élaboration d’indicateurs de performance. Aujourd’hui, deux indicateurs sont principalement utilisés : le rendement du réseau et l’indice linéaire de perte couplé à l’indice linéaire de consommation.

Le rendement de réseau

> On parle de rendement brut mais également de rendement net. Le rendement brut est un ratio entre le volume consommé (comptabilisé) sur le réseau et le volume produit.

En plus du volume comptabilisé, le rendement net intègre dans son calcul les volumes consommés non comptés autorisés tels que :

• Consommations sans comptage : tests des poteaux/bouches d’incendie, lavage de voirie, …
• Volumes de service : nettoyage des réservoirs, analyseurs de chlore, purge des antennes en réseau ou encore lavage des conduites/branchements après travaux.

Par exemple, un analyseur de chlore pourra utiliser entre 65 et 80 litres d'eau par heure, ce qui représente un volume de 570 à 700 m³/an/analyseur.

> Le rendement de réseau est très utilisé mais il présente certains inconvénients :

• Il dépend fortement de la consommation : à niveau de perte égal, si la consommation baisse, le rendement diminuera sans pour autant que le réseau ne se soit dégradé.
• Il ne prend pas en compte la pression sur le réseau, le nombre de branchements et l’état du réseau.

L’Indice Linéaire de Pertes (ILP) et l’Indice Linéaire de Consommation (ILC)

> L’ILP est le volume de pertes ramené au linéaire du réseau (hors branchement) et l’ILC est le volume de consommation ramené au linéaire du réseau (hors branchement).

> Une classification des agences de l'eau permet d’apprécier « la performance » du réseau vis-à-vis des fuites selon les valeurs des deux indicateurs. Cette classification est présentée dans le tableau 3.

> Cette classification prend en compte le type de réseau : urbain, semi-urbain ou rural. Cependant, elle présente des effets de seuil importants, ce qui sera pénalisant pour un réseau où la consommation chutera de façon importante.

À défaut d’être les plus appropriés, ce sont les indicateurs les plus connus. Mais d'autres indicateurs peuvent être employés car ils prennent en compte d'autres paramètres tels que la pression sur le réseau, le nombre de branchements ou encore la dimension économique et/ou environnementale des fuites.

Volume incompressible de pertes réelles : UARL (Unavoidable Annual Real Losses)

> Il s’agit du volume de pertes réelles en deçà duquel il est a priori impossible de descendre.

> Cet indicateur prend en compte la pression du réseau, le nombre de branchements et le linéaire de conduites et de branchements.

> Inconvénient : l'UARL est défini pour un réseau neuf, il ne prend pas en compte le vieillissement de ce dernier (et donc l’augmentation inévitable de fuites indétectables). D’autre part, la pression prise en compte dans le calcul est nécessairement…

Classification des pertes — Quantification / Indicateur — Moyens d'actions pour réduire les pertes

Pertes totales = Volume distribué – Volume consommé autorisé

Pertes réelles (sur canalisations et branchements)

• - Fuites incompressibles non repéréesIndicateur : suivi des débits nocturnesActions : renouvellement avec optimisation des délais d’interventions
• - Fuites détectables
• - Fuites apparentes ou cassesSignalement par le service ou les clients

une moyenne sur l'ensemble du réseau considéré.

Cet indicateur peut être comparé au volume de pertes réelles actuelles pour évaluer l'effort de recherche/réparation de fuite à fournir pour atteindre le niveau incompressible de perte : il s'agit alors de l'indicateur ILI (Infrastructure Leakage Index).

Le volume économique de pertes

> Cet indicateur est établi en comparant le coût de la recherche/réparation de fuites et le coût de l'eau perdue. À cette simple considération économique peuvent être ajoutées, si elles sont disponibles sous forme économique, des considérations environnementales telles que la rareté de la ressource, les coûts des dommages liés aux fuites, ...

> Le calcul de cet indicateur nécessite un suivi technico-économique de l’activité de recherche de fuite.

> L’évaluation du coût de la recherche et réparation de fuite pourra permettre de quantifier les coûts engendrés par un objectif donné de réduction des pertes.

Mise en place et utilisation d'une sectorisation

On distingue plusieurs niveaux de sectorisation :

• - 1er niveau : Suivi annuel des volumes mis en distribution et des incidents sur le réseau, indicateurs techniques et économiques calculés à ce niveau.
• - 2e niveau : Quantification des résultats d'une campagne de recherche de fuites, suivi permanent des volumes mis en distribution et des débits nocturnes à l'aide d’une télégestion, mise en évidence de l'apparition de nouvelles fuites.
• - 3e niveau : Aide à la prélocalisation des fuites par manœuvres de vannes et observation de la variation des débits mis en distribution.

Le 1er niveau de sectorisation est aujourd’hui réalisé sur l'ensemble des réseaux d'eau potable exploités par Veolia Eau. Le 2e niveau de sectorisation permet de suivre à une échelle plus fine l’évolution du débit nocturne. À cette fin, Veolia Eau a développé une application sous son système de télégestion (LERNE) permettant de suivre et d’analyser quotidiennement l'évolution des débits nocturnes. Cette application est entièrement paramétrable par les opérateurs en différentes fonctions “opérationnelles” afin qu'elle soit correctement prise en main et utilisée régulièrement.

L’application permet de réaliser des bilans hydrauliques sur chaque secteur afin de quantifier le niveau de pertes en eau. Des indicateurs de performance sont calculés à partir de ces valeurs. En cas de dépassement de seuils, des alarmes sont générées pour alerter l’opérateur de l'apparition probable de fuite(s).

L'opérateur est donc averti en quasi temps réel de la présence éventuelle d'une fuite, ce qui permet de diminuer les délais pour sa détection puis sa localisation.

En outre, une fois la fuite réparée, il est possible de quantifier son débit et de suivre l'efficacité des campagnes de recherche de fuite.

La mise en place d'une sectorisation nécessite une très bonne connaissance du fonctionnement du réseau. En effet, l’opérateur doit “démailler” son réseau pour créer des sous-secteurs sur lesquels il réalisera des bilans d’entrée et de sortie afin de mieux connaître les volumes distribués. L’opérateur doit prendre garde à :

• - ce que la défense incendie soit maintenue sur le réseau. Pour cela, des campagnes de mesure peuvent être faites pour s’assurer qu’aucune baisse de pression significative n'est engendrée par les fermetures de vannes, comme l'illustre la figure ci-dessous.
• - ne pas engendrer des problèmes de qualité d’eau (temps de séjour augmenté, par exemple).
• - isoler complètement les secteurs.

Les secteurs doivent avoir un linéaire suffisamment faible pour faciliter les opérations de recherche de fuite une fois qu’une anomalie est détectée.

Cependant, l’augmentation du débit nocturne n'est pas toujours synonyme de l'apparition d’une fuite : l'opérateur doit donc prendre en compte les impacts saisonniers, les éventuelles interventions, les comportements des gros consommateurs... avant de déclencher une action de recherche de fuite. La mise en place d'une sectorisation a permis d’améliorer le rendement de réseau ou l’indice linéaire de perte sur un nombre important de réseaux. En outre, la sectorisation permet de hiérarchiser les interventions de localisation et de réparation des fuites afin d’agir en priorité sur les fuites les plus importantes.

Actions de recherche de fuite sur les réseaux d’eau potable

Lorsque la présence d’une fuite (ou de fuites) est décelée, une campagne de recherche de fuite est mise en place pour la prélocaliser puis la localiser avec précision. Afin d’optimiser le temps nécessaire pour sa localisation, on peut utiliser les informations issues de modèles statistiques de prédiction des défaillances des différents tronçons du

Les fuites peuvent être recherchées en priorité sur les canalisations présentant le plus haut risque de défaillance. Par exemple, cette approche éprouvée sur chacun des secteurs de la ville de Lyon a permis d’optimiser les temps de localisation des fuites.

Les techniques actuelles de recherche de fuite existantes sont variées et font appel à des technologies différentes : on distinguera ainsi les méthodes acoustiques des autres méthodes de recherche de fuite.

Les méthodes acoustiques consistent à capter les vibrations générées par les fuites (cf. encadré « Caractérisation des fuites »).

La localisation d'une fuite se fait en deux grandes étapes.

La prélocalisation de la fuite

Cette phase consiste à définir un périmètre (idéalement un tronçon sur lequel pourrait se situer la fuite).

Cette prélocalisation est réalisée à l’aide de différents équipements :

• - les prélocalisateurs acoustiques ou « oreilles » : au contact de la canalisation, des accéléromètres enregistrent les vibrations de la fuite transmises par la canalisation. La capacité d’écoute de ces appareils est de l’ordre de 200 m sur des réseaux métalliques. L’utilisation de ce type de matériel sur les réseaux plastiques est fortement déconseillée car leur rayon d’écoute est réduit à 40 m voire même moins selon les matériaux présents. Les prélocalisateurs sont placés sur les carrés de manœuvre (dans les bouches à clef) ou sur tout point d'accès direct à la canalisation. Les appareils peuvent être programmés pour enregistrer les bruits du réseau pendant une période donnée (généralement la nuit entre 2 h et 4 h, mais cette plage horaire peut être paramétrée selon les caractéristiques des réseaux). En termes d’usage de cette technique, on distingue le mode « itinérant », mis en œuvre ponctuellement sur un secteur identifié comme « fuyard », et la prélocalisation à poste fixe qui peut éventuellement compléter une sectorisation. Ces appareils permettent de détecter une variation du niveau sonore du réseau par rapport à un niveau de référence. Toute variation de ce niveau sonore sera synonyme de l'apparition probable d’une fuite. Ainsi, après de gros efforts de réduction des pertes sur le réseau de la ville de Toulouse, Veolia Eau a investi dans 50 prélocalisateurs à poste fixe positionnés dans l'hyper-centre-ville pour maintenir le rendement de réseau au-dessus de 90 % en diminuant simultanément le temps séparant l'apparition d'une fuite de sa détection puis de sa réparation et les risques potentiels de sinistres pouvant être associés à ces incidents. Il est indispensable de croiser ces informations avec les données de la sectorisation de façon à valider la présence et l'importance d'une fuite et à quantifier le débit de cette dernière. En effet, il n’existe aucune relation entre le bruit d'une fuite et son débit. Le déploiement de la prélocalisation à poste fixe est très onéreux : aussi, il est important de connaître les performances des capteurs afin de parvenir à un écartement optimum sur le réseau pour garantir que toutes les fuites seront effectivement entendues. En effet, la valeur ajoutée de la prélocalisation à poste fixe réside dans l'écoute de l'ensemble du réseau : sans maîtrise de la performance (écoute) des capteurs, des écartements trop larges entre équipements ne pourront garantir la détection et/ou la prélocalisation de toutes les fuites.
• - les hydrophones : en contact avec l'eau, ils enregistrent les vibrations de la fuite transmises par l'eau. La mise en place d’hydrophones nécessite des prises en charge permettant un accès à l'eau dans les canalisations.

La localisation de la fuite

Cette phase peut être menée par différentes approches :

• - Utilisation de corrélateurs acoustiques captant les vibrations des canalisations. La localisation des fuites se fait grâce à la mise en place de 2 capteurs ou plus.
• - L'écoute directe sur les points d'accès ou à la surface du sol en suivant le tracé de la canalisation. Ce type de détection nécessite une grande habitude (une « bonne oreille ») chez le chercheur de fuite et est parfois plus rapide pour localiser une fuite notamment en milieu très urbain.

Si certains chercheurs de fuite procèdent de la sorte, d'autres s'affranchiront parfois de la phase de prélocalisation. En effet, le choix des techniques de recherche de fuite dépend de la configuration et des caractéristiques du réseau.

De plus, comme précédemment mentionné, les méthodes acoustiques montrent leurs limites sur les réseaux en matière plastique. La technique du gaz traceur peut alors être utilisée. Elle consiste à injecter du gaz (mélange hydrogène et azote ou hélium) dans la canalisation en charge. En cas de fuite sur la canalisation, le gaz va s'échapper de la conduite et remonter à la surface du sol où il pourra être détecté.

Enfin, Veolia Eau assure une veille technologique sur les appareils et méthodes de recherche de fuite. Ainsi, les nouveaux appareils de recherche de fuite sont systématiquement testés. Cette veille technologique est ensuite relayée au niveau des opérateurs pour les assister dans l'acquisition du meilleur matériel en fonction de leurs besoins.

Démarches d'optimisation de l'activité de recherche de fuite

Retour d'expériences opérationnelles

La recherche et la localisation des fuites dépendent de deux facteurs qui sont : le facteur humain et la fiabilité technologique. La recherche de fuite étant au cœur de la démarche de maîtrise des pertes en eau, il est indispensable de l'optimiser. Ainsi, différentes études ont été réalisées par Veolia Eau comme celle réalisée sur le réseau de Three Valleys Water en Angleterre.

Les objectifs de celle-ci étaient de mesurer l'efficacité de trois techniques différentes de recherche de fuite (écoute des vannes et/ou accessoires, prélocalisation/corrélation et corrélation acoustique systématique) et de définir si certaines techniques étaient plus particulièrement adaptées à certains types de réseau.

Les principaux résultats mis en évidence sont les suivants :

• - L'écoute des vannes est la technique permettant de détecter le plus grand nombre de fuites par jour, notamment sur les branchements ou sur les robinets de prise en charge.
• - La prélocalisation puis la corrélation permettent de trouver les fuites de plus fort débit, situées sur les conduites, les branchements, les robinets de prise en charge ou les poteaux incendie.
• - L'utilisation directe de la corrélation acoustique est plus efficace en zone rurale où le nombre de branchements est plus faible qu'en zone urbaine.

Cette étude a également mis en évidence l'importance du facteur humain sur l'efficacité de la recherche de fuite. En effet, il est important de noter que le métier de chercheur nécessite une réelle expertise afin de maîtriser les pièges de la recherche acoustique et de développer une bonne « oreille » pour identifier les bruits de fuites. Il est également essentiel que le chercheur de fuite connaisse parfaitement les réseaux sur lesquels il travaille.

Plateforme de tests des prélocalisateurs

Veolia Eau a développé une plateforme de test des prélocalisateurs afin d'évaluer les performances métrologiques des appareils proposés sur le marché.

Ainsi, les points suivants ont été testés et le seront désormais sur tous les nouveaux appareils proposés :

• - L'homogénéité des réponses d'un lot de 6 capteurs du même modèle sollicités de la même façon au même moment ainsi que la répétabilité de la réponse.
• - La linéarité de la réponse en étudiant l'évolution des réponses des prélocalisateurs lorsque l'amplitude du bruit de la fuite est modifiée.
• - La sensibilité d'écoute des appareils et l'analyse de la réponse Fuite/Non Fuite transmise par les appareils en fonction de la sollicitation reçue.

Ces essais n'ont pas permis de qualifier le capteur idéal mais les points forts et points faibles de chaque prélocalisateur ont été identifiés. Certains sont très sensibles ; ils peuvent détecter de faibles amplitudes de vibration et seront préconisés pour faire de la prélocalisation à poste fixe. Certains sont très homogènes ; leur réponse à une même sollicitation sera toujours la même et leur réponse est proportionnelle à l'énergie reçue : ils seront donc préférentiellement utilisés pour faire de la prélocalisation itinérante.

Par contre, d'autres appareils donnent des réponses totalement erronées pouvant induire en erreur le chercheur de fuite.

Cette plateforme de test permet de maîtriser dans le détail le fonctionnement des équipements utilisés dans les différentes exploitations Veolia Eau.

Les résultats de la plateforme (confrontés à l'expérience terrain des chercheurs de fuite) ont permis d'affiner les protocoles d'utilisation et de mettre en évidence un certain nombre de pièges liés à la technologie de ces appareils.

Des essais similaires seront prochainement réalisés sur les corrélateurs acoustiques.

Conclusion

La maîtrise des pertes en eau sur le réseau passe donc par un certain nombre d’étapes successives et/ou de pré-requis : une bonne connaissance de son réseau, le choix des indicateurs de performance adaptés et leur suivi régulier dans le temps, l’engagement d’un certain nombre de démarches techniques telles que la sectorisation, la prélocalisation puis la localisation des fuites et, enfin, les dispositions organisationnelles adaptées permettant de limiter les délais d’intervention lorsqu’une fuite est détectée puis localisée.

L’ensemble de ces actions doit être réalisé dans un souci constant d’efficacité de l’activité de détection/localisation des fuites ainsi que de recherche permanente de nouvelles voies de progrès.