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L'arrivée des Smart Water Networks : mieux contrôler la distribution de l'eau et proposer de nouveaux services

30 avril 2012 Paru dans le N°351 à la page 35 ( mots)
Rédigé par : Antoine DERUEL

Traditionnellement rattachés à l'électricité, les smart grids sont des réseaux intelligents qui offrent aux gestionnaires comme aux abonnés de nombreux services et qui permettent d'adapter l'offre à la demande en optimisant la distribution. Dans le domaine de l'eau, la tendance à instrumenter les réseaux d'eau potable avec des équipements toujours plus autonomes et communicants, associée à la généralisation des smart meters contribue à rendre les réseaux d'eau potable de plus en plus intelligents. Une évolution profonde du métier d'exploitant en termes de compétences techniques et de modèle économique se dessine.

Réalisé par

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Traditionnellement rattachés à l’électricité, les “smart grids” sont des réseaux intelligents qui offrent aux gestionnaires comme aux abonnés de nombreux services et qui permettent d’adapter l’offre à la demande en optimisant la distribution. Dans le domaine de l’eau, la tendance à instrumenter les réseaux d’eau potable avec des équipements toujours plus autonomes et communicants, associée à la généralisation des “smart meters”, contribue à rendre les réseaux d’eau potable de plus en plus “intelligents”. Une évolution profonde du métier d’exploitant en termes de compétences techniques et de modèle économique se dessine.

Il est loin le temps où le réseau d’eau potable était le parent pauvre, le grand oublié, en tout cas le plus méconnu des ouvrages de gestion de l’eau. Ce linéaire de 850 000 km de canalisations partant généralement des réservoirs ou des usines de production d’eau potable pour arriver finalement chez l’abonné s’est

[Photo : Les résultats de l’étude de l’observatoire des services publics d’eau et d’assainissement montrent une certaine stabilité de la valeur des rendements moyens (entre 75 % et 76 %), sauf en ce qui concerne les services à caractère très urbain pour lesquels le niveau de performance est plus élevé (79,4 %).]

Constitué progressivement à partir de la seconde moitié du 19ᵉ siècle au rythme de l’urbanisation et de l’aménagement du territoire. Hétérogène, composé de conduites de différents diamètres et surtout de différents matériaux, nul ne se souciait jusqu’à une période récente, ni de son état, ni de son devenir. La ressource étant abondante et de qualité, nul ne s’inquiétait non plus de son rendement. En milieu rural, les rendements inférieurs à 50 % étaient monnaie courante il y a 20 ans à peine.

Mais les choses ont changé. Les syndicats professionnels, les exploitants de réseaux puis les collectivités ont d’abord pris conscience du rythme insuffisant de renouvellement de leurs réseaux d’eau potable, ces infrastructures enterrées, peu ou mal connues qui n’avaient pas été posées pour durer si longtemps.

Mais si, sur le terrain, les prises de conscience ont progressé au fil des années, les chiffres eux, sont sensiblement restés les mêmes. Le taux de renouvellement moyen des réseaux sur les cinq dernières années est ainsi estimé à 0,61 % pour les services d’eau potable selon la première étude publiée par l’observatoire des services publics d’eau et d’assainissement en mars 2012. Ce qui signifie qu’à effort constant, il faudrait 160 ans pour renouveler entièrement les canalisations d’eau potable...

Confrontés aux problèmes quantitatifs mais aussi qualitatifs qui pèsent sur la ressource, les autorités politiques se sont ensuite focalisées sur l’amélioration du rendement des réseaux d’eau potable. Chacun se souvient de l’objectif fixé par Jean-Louis Borloo, alors ministre de l’Écologie, en mars 2008 : « Un réseau bien entretenu peut atteindre un taux de fuite de 15 % » avait-il indiqué.

Quelques années plus tard, les résultats de l’étude de l’observatoire des services publics d’eau et d’assainissement montrent une certaine stabilité de la valeur des rendements moyens (entre 75 % et 76 %), sauf en ce qui concerne les services à caractère très urbain pour lesquels le niveau de performance est plus élevé (79,4 %). Des chiffres qui apparaissent élevés par rapport à ce qui est constaté sur le terrain. Ainsi, sur le bassin Rhône-Méditerranée, une majorité de collectivités affiche un rendement compris entre 50 et 70 % selon l’Agence de l’eau qui vient de lancer un appel à projets pour lutter contre les fuites.

L’indice linéaire de pertes moyen, qui permet de connaître les pertes en eau par km de canalisation, serait de 3,9 m³/km/j, toujours selon l’observatoire des services publics d’eau et d’assainissement.

Mais la réglementation évolue. Le décret du 27 janvier 2012 oblige désormais les collectivités à réaliser un descriptif détaillé des réseaux d’eau et d’assainissement et à élaborer un plan d’actions pour réduire les pertes d’eau avant la fin 2013. Avec un objectif chiffré : porter les rendements à 85 % en milieu urbain et à 70 % en milieu rural. Une obligation qui devrait favoriser la mise en place d’une gestion patrimoniale des réseaux, même si les délais accordés s’avèrent notablement insuffisants. Pour Alex Gaspar, ingénieur-maître de formation aux métiers de l’eau et auteur d’un tout nouveau livre sur la recherche de fuites (1), « Les délais fixés par le décret du 27 janvier 2012 relèvent tout bonnement de l’utopie. Pour parvenir à atteindre les objectifs fixés, les différents acteurs que sont la collectivité, l’exploitant des réseaux, le bureau d’études et les partenaires institutionnels, techniques et financiers, devront s’employer à mettre en place une démarche collective de partenariat visant à définir un cahier des charges et lancer une étude de diagnostic de réseau. Tout ceci demande de la méthode et donc du temps ». Pas question donc d’attendre une amélioration rapide sur le terrain. Pour autant, ce texte va inciter les collectivités les moins avancées à se pencher sur l’état de leur patrimoine en replaçant le réseau au centre de la gestion de l’eau.

[Encart : Titre : SADE développe une offre “réseaux intelligents” Les compteurs ne sont pas les seuls équipements qui contribuent à rendre les réseaux intelligents. SADE a ainsi développé une offre basée sur l’installation de la sonde multiparamètres KAPTA™ 3000, résultat de recherches menées par Veolia Eau. KAPTA™ 3000 permet de mesurer et de transmettre en temps réel les données essentielles relatives à la qualité de l’eau transportée et au fonctionnement du tronçon de réseau équipé. S’appuyant sur les dernières innovations en matière de mesures physico-chimiques, de matériaux, d’électronique et de communication, cette sonde multiparamètres (température, taux de chlore, pression, conductivité) d’un encombrement réduit, est adaptée à toutes les configurations de réseaux et offre une exploitation sécurisée par l’opérateur de maintenance. Elle permet de préserver la structure de la conduite (absence d’appui sur la conduite, prévention du risque de gel), une remise à niveau facilitée et une minoration significative de l’empreinte carbone, en comparaison avec la méthode classique de mesures au moyen d’appareils portatifs par un technicien in situ.
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Sectorisation : une solution complète, du débitmètre au software

Octave est un compteur gros calibre certifié MID et ACS de dernière génération fabriqué par Arad, représenté en France par Polier Water. Son système de comptage breveté (émission de 100 ondes à ultrason par seconde) lui permet d'atteindre de très bonnes performances métrologiques. Son débit de démarrage est de 15 l/h. Il est particulièrement adapté pour le comptage première prise, la sectorisation de réseau et le comptage de précision sur les canalisations de gros calibre.

[Photo : compteur Octave]

Ce compteur peut être équipé d'un boîtier nommé Dialog3G Cellular qui communique par GPRS avec le réseau de téléphonie mobile dans le cadre d’un projet de télérelève. Ce module est extérieur au corps du compteur. Il est protégé de son environnement et étudié pour faciliter la pose de l'Octave. La télérelève peut s'effectuer en mode walk by/drive by ou grâce à un réseau fixe. Dialog 3G permet de passer d’un mode à l'autre sans changer de compteur. La durée de vie de la batterie du module radio est supérieure à 10 ans sur la base d'une émission radio toutes les 15 secondes. Une plateforme de gestion des débitmètres et compteurs, CityMind, accessible via Internet, permet d’accéder en temps réel aux données de sectorisation du réseau.

« Nous faisons partie des rares fabricants à proposer une solution complète, du débitmètre au software », explique-t-on chez Polier Water. « L’avantage de notre solution clé en main (Octave, Dialog3G Cellular et CityMind) est la simplicité d’installation du système et son rapport qualité/prix : par rapport à un débitmètre électromagnétique, le débitmètre Octave est bien plus abordable. »

[Encart : Le FROG-PF enregistre la pression par capteur intégré et le débit sur compteur ou débitmètre. Il émet en GPRS, gère les alarmes sur casse ou fuites par analyse des débits de nuit, sur défaut pression. L’utilisateur exploite ses données par connexion sur Internet : courbes de débits et pressions, chaque jour.]

Replacer le réseau au centre de la gestion de l’eau

En dressant l’inventaire de leur patrimoine et en élaborant des plans d’action pour porter le rendement de leur réseau au niveau requis par le décret, les collectivités vont d’abord s’intéresser à ce qui fait la vocation première d'un réseau d'eau potable : assurer la desserte des abonnés la plus efficace possible en perdant le minimum d'eau. Pour ceci, elles vont devoir engager une série d’actions désormais bien connues visant à améliorer autant que faire se peut le rendement de leur réseau. D’abord en le sectorisant, puis en l'instrumentant de manière à optimiser sa gestion. Une politique active de détection et de réparation des fuites sera également mise en place.

Cette démarche de structuration du réseau en sous-ensembles pertinents sera prolongée par son instrumentation à l'aide d’équipements autonomes et intelligents : débitmètres, outils de sectorisation, loggers, compteurs… des équipements qui bénéficient largement de la généralisation du tout numérique, de l’essor des moyens de communication en général et du sans-fil en particulier, ainsi que des progrès enregistrés dans le domaine de l'autonomie en énergie. Les débitmètres proposés par ABB avec AquaMaster, Hydreka avec Hydrins2 ou Krohne avec le Waterflux, autonomes en énergie (10 ans), intègrent également la technologie GSM et GPRS, ce qui permet de disposer d'informations en temps réel. Les outils de sectorisation, étanches, autonomes et communicants, à l'image de la gamme LS de Lacroix Sofrel, du P16XT de Perax, du TwinY de WIT ou des produits Ijinus ou Distec, peuvent également être connectés aux têtes émettrices de compteurs ou de débitmètres et enregistrent régulièrement les index de comptage avant de les transmettre par GSM ou GPRS vers un poste central ou un superviseur.

[Encart : Niveau, pression, débit, niveau de bruit… Aucun événement n’échappe aux dataloggers étanches, robustes, autonomes en énergie et communicants, à l’image du SPem O1 GSM (logger de bruit) de Sewerin. Instrument de sécurité en temps réel, le réseau, encore considéré il y a peu comme un élément dormant du patrimoine des collectivités, devient l’une des composantes les plus dynamiques du service de l’eau.]

Niveau, pression, débit, acoustique. Aucune fuite.

[Photo : Le nouvel enregistreur de données Sebalog D peut fonctionner plus de 5 ans avec une batterie interne et un modem GSM intégré. Il est disponible en différentes variantes dotées de capteurs de pression intégrés et de différents canaux d’entrée afin de satisfaire une large palette de besoins.]
[Photo : Les débitmètres proposés par ABB avec AquaMaster, Hydreka avec Hydrins2 (ci-dessus) ou Krohne avec le Waterflux, autonomes en énergie, intègrent également la technologie GSM/GPRS ce qui permet de disposer d’informations en temps réel.]
[Photo : Selon l’étude publiée conjointement par le BIPE et la FP2E à l’occasion du 6ᵉ Forum mondial de l’eau, sur les 15 millions de compteurs relevés par les entreprises de l’eau, 9 % étaient équipés en 2010 d’un service de télérelève contre 4 % en 2008.]

n’échappe plus non plus aux dataloggers à la fois étanches, robustes, autonomes en énergie et communicants. Les Xilog+ de Primayer, SebalogD de SebaKMT, SePem 01 de Sewerin ou encore Octopus LX d'Hydreka, installés transitoirement ou en poste fixe enregistrent, analysent et transmettent chaque événement. Le FROG-PF de Ponsel enregistre ainsi la pression par capteur intégré, et le débit sur compteur ou débitmètre. Il émet en GPRS, gère les alarmes sur casse et fuites par analyse des débits de nuit, sur défaut pression. L'utilisateur exploite ses données par connexion sur Internet : courbes de débits et pressions, cubage quotidien.

[Photo : Poursuivant sa stratégie d’éco-responsabilité, Sensus vient de lancer IPERL, compteur statique avec systèmes de radio embarqués permettant d’accéder pleinement au concept de Smart Water Network.]

Ainsi instrumenté, ausculté en temps réel et optimisé dans son fonctionnement, le réseau va peu à peu acquérir un nouveau rôle. Alors qu'il était encore considéré il y a quelques années seulement comme un élément dormant du patrimoine des collectivités, il va peu à peu devenir l'une des composantes les plus dynamiques du service de l'eau et le vecteur potentiel de nouveaux services pour l'abonné comme pour l'exploitant.

Un équipement joue un rôle tout particulier dans ce processus : le compteur et ses nombreuses évolutions qui ont ouvert la voie ces dernières années au “smart metering”, première brique menant aux “smart water networks”.

Le “smart metering”, première brique menant aux “smart water networks”

Le “smart metering” (voir dossier EIN n° 349) est une chaîne technologique de comptage (mesure, acquisition, rapatriement et traitement des données) s’appuyant sur des technologies commu-

[Encart : Smart Water Services : une solution pour déployer et gérer les compteurs intelligents Fort de dix années d’expérience dans le domaine des compteurs intelligents, Capgemini va permettre à ses clients exerçant leurs activités dans le domaine des “utilities” de déployer et gérer leurs installations à l'aide d’une solution de bout en bout accessible à la demande. La solution “Smart Water Services” permet de gérer le cycle de vie des compteurs intelligents de leur mise en place à la gestion des opérations, jusqu’à leur maintenance. Accessible en mode SaaS (software as a service), cette solution présente l'avantage d'offrir une mise en place rapide et une bonne maîtrise des coûts.]
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Chez Sappel, le développement d'Hydrus, premier compteur d'eau à ultrasons équipé d'une radio intégrée constitue également la base d'une nouvelle approche « smart metering ».

Il vise à rapatrier de manière automatisée les mesures de consommation en provenance des compteurs vers les gestionnaires de réseaux, ce qui leur confère une meilleure maîtrise de leur processus de distribution et de facturation et un contrôle plus rigoureux de leur réseau. En France, le mouvement est récent mais il s'accélère. Selon l'étude publiée conjointement par le BIPE et la FP2E à l'occasion du 6ᵉ Forum mondial de l'eau, sur les 15 millions de compteurs relevés par les entreprises de l'eau, 9 % étaient équipés en 2010 d'un service de télérelève contre 4 % en 2008.

[Photo : Hydrus s'intègre dans le réseau radio Izar de Sappel/Diehl Metering et permet d'optimiser la gestion du point de comptage grâce à ses nombreuses fonctions intégrées. Le réseau Izar est adapté à une relève multi-énergies. Il est par ailleurs de technologie « étoile » (star), les compteurs étant en relation directe avec la centrale GPRS.]

Plusieurs opérateurs se sont donc positionnés dans le domaine du comptage intelligent avec une offre structurée. Itron, leader sur le marché du comptage en France, propose une solution par réseau fixe multi-énergies de télérelève maillée multipoints adaptée aux milieux urbains, suburbains ou semi-ruraux. Everblu, c'est son nom, regroupe une gamme complète d'équipements, du compteur à l'application (logiciels, portail Web) d'exploitation des données télérelevées en passant par les équipements de communications. Sensus, leader des solutions AMI-AMR aux États-Unis, vient de son côté de lancer i-PERL, « un nouveau compteur conçu et développé pour donner vie au concept de Smart water networks » selon Michel Jacquet, directeur commercial de Sensus France. Bien que toutes les fonctionnalités d'iPERL n'aient pas encore été dévoilées, ce compteur intelligent devrait constituer l'élément clé d'un système glo-

[Photo : Itron propose une solution par réseau fixe multi-énergies de télérelève maillée multipoints adaptée aux milieux urbains, suburbains ou semi-ruraux. Everblu regroupe une gamme complète d'équipements, du compteur à l'application (logiciels, portail Web) d'exploitation des données télérelevées en passant par les équipements de communications.]
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[Photo : L'association des technologies de l'information et de la communication à la gestion des systèmes d'eau a motivé la première incursion d'IBM dans le secteur de l'eau. La plateforme de solutions "Strategic Water Information Management" repose sur une combinaison de capteurs intelligents avec un système de modélisation et des outils d'analyse et de visualisation et permet de contrôler de façon permanente les infrastructures hydrauliques et les environnements aquatiques.]

bal dont le but est d’offrir aux gestionnaires de réseaux de nouvelles perspectives. Chez Sappel, le développement d’Hydrus, premier compteur d’eau à ultrasons équipé d'une radio intégrée, constitue également la base d’une nouvelle approche “smart metering”. Ce compteur s'intègre dans le réseau radio Izar de Sappel/Diehl Metering et permet d’optimiser la gestion du point de comptage grâce à ses nombreuses fonctions intégrées. Le réseau Izar est adapté à une relève multi-énergies. Il est par ailleurs de technologie « étoile » (star), les compteurs étant en relation directe avec la centrale GPRS.

Elster, comme Arad avec Polier Water, proposent également une gamme complète de solutions AMI-AMR dans le domaine de l’eau et de l’énergie.

Les distributeurs ne sont pas en reste. Homerider Systems, filiale de Veolia Eau et Ondeo Systems, filiale de Suez Environnement et Lyonnaise des Eaux déploient chacun de leur côté leur solution propre.

Ces offres reposent d'abord sur le déploiement de compteurs intelligents qui permettent de dématérialiser la relève et de passer d'une relève annuelle à une relève quotidienne, voire à la demande. Elles recouvrent donc la notion de “smart metering” mais la dépassent en ouvrant la possibilité de communiquer avec d'autres équipements que le compteur comme par exemple les data-loggers... L'intérêt ? Évoluer vers la notion de “smart pipe” qui désigne la nature “intelligente” du réseau d'eau potable pour aboutir au concept de “smart water” permettant une gestion plus rationnelle de l'ensemble des infrastructures de gestion de l'eau.

De la notion de “smart water networks” au concept de “smart water”

Même si le secteur de l'eau reste en retrait par rapport à ce qui se fait pour les autres énergies comme l’électricité ou, dans une moindre mesure, le gaz, le développement du “smart water” dans le domaine de l'eau à l'image des “smart grids” apparaît inéluctable. Le marché serait d’ailleurs énorme : le cabinet d'études américain Pike Research prévoit que 800 millions

[Encart : SWAN : quand les industriels s’associent pour rendre les réseaux d’eau plus intelligents Une alliance mondiale pour le développement de réseaux d'eau intelligents baptisée SWAN (Smart Water Networks), vient d'être créée, autour du français Schneider Electric, en partenariat avec six autres entreprises (Derceto, Echologics division de Mueller Water, JD7, i20 Water, TakaDu et Telvent). Objectif : développer le “smart water” en favorisant une gestion plus rationnelle des procédés avec, à la clé, des économies pouvant aller jusqu'à 30 % du montant de la facture énergétique. Un chiffre non négligeable quand on sait que dans le domaine de l'eau, en moyenne, le montant de la facture énergétique ne représente que 3 % des investissements mais 30 % des coûts d’exploitation... Pour offrir aux exploitants une gestion optimisée de leurs infrastructures, les membres du SWAN vont s’attacher à promouvoir un traitement optimal des données recueillies dans le but de rationaliser et d’accroître l'efficacité des réseaux de distribution d’eau grâce au comptage, à l'instrumentation, à la télégestion et à la supervision. Un an après la création de cette alliance, plus d'une soixantaine de membres – des distributeurs d'eau, opérateurs, intégrateurs, bureaux d'études ou universités – nous ont rejoint pour développer des outils permettant d’améliorer l’efficacité, la durée de vie et la fiabilité de la couche physique des réseaux et des organes qui le composent grâce à une meilleure collecte, analyse et un traitement plus précis des données pour des actions anticipées et pertinentes » précise Dominique Gayraud, Vice-Président Solutions Eau chez Schneider Electric. Parmi les membres de cette alliance, on note la présence parmi bien d'autres de Veolia Water, Thames Water, ABB, Itron, Sensus, Grundfos, Ryb, Danfoss, Siemens Water Technologies etc... Plus d’informations : http://www.swanforum.com/]
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Une gestion « intelligente » des ouvrages enterrés

ELIOT (Équipement de Localisation et d’Identification des Ouvrages en Terre) est une technologie RFID qui révolutionne la sécurité, le suivi et l’entretien des ouvrages enterrés et permet de réduire considérablement les risques liés aux travaux à proximité des réseaux, tout en apportant une plus-value essentielle pour le recensement et la cartographie du patrimoine.

La technologie ELIOT affiche une finesse de détection en trois dimensions (X, Y, Z) au centimètre près, jusqu’à une profondeur de 4,50 m.

Dédiée à la détection des réseaux, cette technologie constitue une rupture en matière de suivi et d’entretien des réseaux, de réduction des risques industriels et des coûts liés au percement des canalisations lors de travaux. Elle assure également une traçabilité avancée des ouvrages enterrés, tant en matière de gestion patrimoniale de l’infrastructure que de sa maintenance.

La nouvelle génération de technologie RFID mise au point par RYB et le CEA-Leti est protégée par des brevets internationaux et offre les caractéristiques suivantes :

  • - une détection jusqu’à plus de 4,50 m de profondeur d’enfouissement, avec une précision de l’ordre de quelques centimètres ;
  • - une insensibilité des opérations de détection, de localisation et de lecture des informations stockées à l’intérieur de la puce, à l’environnement de la canalisation : enterrée dans tous types de sols (goudron, sable, terre, cailloux, secs, humides, etc.) et même immergée dans l’eau (en nappe phréatique, par exemple) ;
  • - un temps de réponse instantané ;
  • - une capacité de stockage d’informations : type de réseau détecté (application), date de fabrication, date de pose, numéro de série, diamètre, pression nominale, etc. ;
  • - un dispositif intégré directement à la pièce ou à la canalisation, ou disponible sous la forme d’un marqueur autonome ne requérant aucune alimentation électrique ;
  • - un système de lecture simple pourvu d’une antenne adaptée et compatible avec les produits du marché ;
  • - un signal mesuré en surface caractérisant précisément la canalisation détectée et évitant ainsi la confusion en cas de proximité de plusieurs réseaux.

De compteurs intelligents seront installés dans le monde d’ici à 2018 tandis qu’IBM évalue le marché de l’eau intelligente à 20 milliards de dollars d’ici à 2015. De quoi aiguiser les appétits.

En créant le Smart Water Network (SWAN), une alliance industrielle mondiale destinée à assurer le développement des réseaux d’eau intelligents, Schneider Electric a largement contribué à faire émerger le concept. Car le groupe français, spécialiste mondial de la gestion de l’énergie et des automatismes, a très tôt tiré parti de ses nombreux domaines d’expertise pour proposer des solutions permettant de gérer les réseaux plus intelligemment en dépassant le seul cadre de l’efficience énergétique. Cette expertise, enrichie par de nombreux partenariats, s’est encore étoffée grâce à de récents achats : celui de 7-Technologies, éditeur de solutions pour l’automatisation et l’efficacité énergétique dans les applications industrielles, en particulier les réseaux d’eaux et de chauffage urbain, et plus récemment encore, celui de la société espagnole Telvent, spécialisée dans les solutions informatiques à forte valeur ajoutée dédiées à la gestion en temps réel d’infrastructures dans les secteurs de l’électricité, du pétrole, du gaz et de l’eau. Ces acquisitions lui permettent d’élargir encore le panel de solutions proposées en intégrant des solutions de gestion de l’information à son offre intégrée d’automatisation, de gestion de l’approvisionnement électrique et de sécurité. « Schneider Electric a vocation de mettre à la disposition des opérateurs publics ou privés les informations dont ils ont besoin pour optimiser leur réseau d’eau potable et le rendre moins énergivore », explique Dominique Gayraud, Vice-Pré…

Gérer la pression pour réduire les fuites tout en réalisant des économies d’énergie

Réduire le volume des fuites d’environ 15 % tout en réalisant d’importantes économies d’énergie ? C’est possible grâce à l’innovation du groupe Grundfos appelée « Distribution Basée sur la Demande », qui repose sur une réduction de la pression pendant une grande partie de la journée et de la nuit, lors des périodes de basse consommation. Si la pression est réduite, les fuites le sont aussi. Par ailleurs, il est ainsi possible d’économiser environ 25 % de la consommation énergétique.

Le potentiel d’économies est si élevé que le temps moyen de retour sur investissement ne dépasse pas un an, ce qui explique l’engouement des distributeurs pour ces solutions.

La commande à pression proportionnelle optimise la consommation énergétique et réduit les pertes d’eau. Grâce au système Control MPC, la commande à pression proportionnelle compense l’excédent de pression en adaptant automatiquement le point de consigne au débit réel. Par exemple, une ville de 35 000 habitants consomme 5 millions de m³ d’eau par an, soit 13 000 m³ par jour (environ 540 m³ par heure, voire jusqu’à 900 m³ par heure pendant les périodes de forte demande). Maintenir une HMT nette de 40 mètres exige une pression de 4 bar. Pour cet exemple, considérons l’eau ne générant aucun revenu et les fuites dans le réseau de tuyauterie à 20 %. Une solution traditionnelle à pression constante est équipée d’une pompe de service et d’une pompe de secours, avec une seule pompe fonctionnant à vitesse maximale et une commande à fréquence variable à une pression constante de 40 m. Cette solution consomme 840 000 kWh par an.

Un système de distribution commandé à la demande comprendra deux pompes en service, fonctionnant chacune à 50 %, et une pompe de secours complémentaire à 50 %. Les deux pompes fonctionnent en cascade avec un système Control MPC équipé d’une commande à fréquence variable. Cette installation fournit la pression nécessaire en fonction de la demande de débit et compense les pertes de charge. Cette solution à pression proportionnelle consomme 620 000 kWh par an, soit une économie d’énergie annuelle de 26 %. Par ailleurs, les coûts d’installation sont aussi généralement bien inférieurs à la moyenne.

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Modéliser pour optimiser les coûts d’exploitation

Les “Utilities” et bureaux d’études ont de plus en plus souvent recours aux systèmes de modélisation des réseaux d’eau pour optimiser les coûts liés à l’exploitation. Plusieurs exemples dans le monde prouvent le bien-fondé de cette démarche.

Il y a quelques années, SABESP, l’exploitant des réseaux d’eau de São Paulo au Brésil, a intégré les données collectées par leur SCADA avec leur système de modélisation WaterCAD. Le modèle ainsi calibré et les résultats obtenus leur ont permis de réduire les coûts énergétiques et ont aussi facilité la gestion des opérations de maintenance du réseau et des équipements hydrauliques associés. L’intégration entre systèmes SCADA et modèles hydrauliques est automatisée grâce au module SCADA-Connect de WaterCAD/WaterGEMS de Bentley.

Cette intégration est également exploitée dans le cadre d’une nouvelle méthode développée par United Utilities Water (UK) en partenariat avec Bentley (USA) pour détecter et estimer les fuites d’eau. Ce développement, commercialisé dans le module Darwin Calibrator de WaterCAD/WaterGEMS, permet aux exploitants de tirer parti des mesures de débit et de pression afin de prédire les endroits susceptibles de faire l’objet de fuites avant d’envoyer une équipe pour trouver la fuite grâce aux nombreux outils de détection de fuite disponibles sur le marché.

Ce type de démarche permet également d’appliquer le concept de « Smart Grid » aux réseaux d’assainissement pour gérer, par exemple, les inondations et débordements. SimTejo, société de gestion des réseaux de la région de Lisbonne, a développé une solution informatique appelée Aquasafe, dans laquelle sont intégrés en temps réel les informations météorologiques, modèles estuariens et modèles d’analyse des réseaux d’assainissement afin de prévoir les débordements et planifier des réponses opérationnelles adaptées. Cette solution améliore également le rendement des stations de pompage, contribuant à réduire les besoins en énergie et donc les coûts liés à l’exploitation du réseau, et fait partie intégrante du programme d’Asset management de SimTejo.

Président Solutions Eau chez Schneider Electric, Dominique Gayraud souligne qu’en intégrant de l’intelligence à chaque point névralgique du réseau et en l’associant à un système pertinent de traitement des données, il est possible d’aller bien au-delà. « Le réseau d’eau classique, c’est-à-dire simple et linéaire, avec une production d’eau centralisée et une consommation passive, peut se transformer en un système plus sophistiqué, interconnecté et interactif », explique-t-il. En optimisant le temps de séjour de l’eau dans les réseaux, il devient par exemple possible d’ajuster plus précisément la chloration. En gérant la pression de façon optimale, il est possible de réduire les pertes d’eau et les accidents. En ajustant la production à la demande grâce aux systèmes prédictifs, il devient possible de rendre le réseau plus flexible et ainsi d’optimiser le fonctionnement des ouvrages associés. « Toutes ces fonctionnalités qui pouvaient exister auparavant de façon indépendante sont aujourd’hui intégrées dans nos solutions globales grâce notamment à un traitement pertinent des données tout au long de la chaîne de production et de consommation », indique Dominique Gayraud. Qualité, sécurité, flexibilité et sobriété, autant de concepts qui relient les Smart Water Networks à un autre concept cher à Schneider Electric : les Smart Cities.

Les opérateurs, de leur côté, disposent chacun d’une filiale spécialisée.

Ondeo Systems, filiale de Suez Environnement et Lyonnaise des eaux, s’est spécialisée dans la conception et la mise en œuvre de systèmes d’informations déployés dans les usines comme sur les réseaux. Ces systèmes s’appuient sur l’instrumentation, les automatismes, les réseaux de communication, la gestion de la sécurité et les technologies de traitement de l’information les plus récentes. À ces compétences très techniques s’ajoutent des savoir-faire métier comme la gestion et la validation de données environnementales à des fins d’exploitation (aide à la décision) ou d’autosurveillance.

m2ocity, filiale commune d’Orange et de Veolia Eau, combine l’expertise acquise par Orange dans la conception et l’exploitation de réseaux de télécommunications, notamment Machine-to-Machine (M2M), avec l’expérience d’exploitant de Veolia Eau. Objectif : contribuer à faire émerger des réseaux intelligents permettant d’optimiser la production, la distribution et l’adéquation entre la demande des consommateurs et l’offre des producteurs tout en apportant une meilleure connaissance des comportements permettant d’adapter les services publics aux besoins.

Pour le moment, l’heure est à la généralisation de compteurs d’eau intelligents, qui constituent autant de points de comptage potentiels formant la base des dispositifs de télérelève. 550 000 compteurs sont en cours d’équipement en Île-de-France pour le compte du Sedif. Mais des solutions bien plus élaborées s’affinent, qui iront bien au-delà de l’alerte en cas de fuite ou même de la maîtrise des consommations.

Suez Environnement, GE Energy, Power & Water et GE Intelligent Platforms ont ainsi signé un accord de coopération visant à développer de nouvelles offres auprès des collectivités autour de l’optimisation de systèmes de gestion de l’eau. Il s’agit d’associer les nouvelles technologies de l’information et de la communication à la gestion de l’eau : exploiter cette nouvelle génération de capteurs permettant d’optimiser la gestion des flux à distance et en temps réel, élaborer des modèles probabilistes prédictifs permettant de réduire la consommation énergétique dans les usines d’eau potable et de traitement des eaux usées, ou encore optimiser les plateformes de gestion des actifs et de maintenance.

Cette association des technologies de l’information et de la communication à la gestion des systèmes d’eau a également motivé la première incursion d’IBM dans le secteur de l’eau. La plateforme de solutions présentée par IBM, baptisée « Strategic ».

[Encart : Lutte contre les fuites : l’Agence Rhône-Méditerranée et Corse lance un appel à projets L’appel à projets est ouvert aux collectivités, d’avril à août 2012. Doté de 10 M€, il cible les projets de réduction de fuites sur les réseaux d’eau potable et d’économies d’eau dans les bâtiments publics. Les lauréats verront leurs projets financés à 50 %. Ils remettront leur déclaration d’intention avant le 15 juin prochain et leur dossier définitif en août. Les informations et les dossiers sont téléchargeables sur www.eaurmc.fr/economiesdeau. Une relance des investissements pour lutter contre les fuites d’eau des réseaux est devenue nécessaire. Sur le bassin Rhône-Méditerranée, une majorité de collectivités affiche un rendement du réseau d’eau potable compris entre 50 % et 70 %. L’ONEMA évalue le temps de renouvellement des réseaux d’eau potable à 140 ans actuellement en France, bien plus que leur durée de vie nominale. L’appel à projets lancé par l’Agence de l’eau donne le coup d’envoi de cette relance. Pour la première fois, les aides de l’Agence pour économiser l’eau vont concerner toutes les villes, même hors zones déficitaires en eau, avec cet appel à projets. Jusqu’ici, l’Agence de l’eau avait financé des économies d’eau uniquement dans les territoires en déficit hydrique, représentant 40 % de son territoire.]
[Encart : texte : Un modem radio adapté à la télérelève et à la détection des fuites Les modems radio ARM-IO-LP (Low Power) proposés par ATIM sont des émetteurs/récepteurs faible consommation et autonomes en énergie qui opèrent dans la bande ISM 868/870 MHz. Le modem radio concentrateur/Ethernet ARM-SE dispose d'une fonction Datalogging. Sa fonction principale : interroger des capteurs déportés ARM-IO-LP via un ARM-SE connecté au réseau. L'information devient alors accessible, quel que soit le lieu de consultation, à l'aide d'une supervision ou d'un simple navigateur internet. Les données de chaque modem (TOR, 4-20 mA, 0-10 V, PT400, etc.) sont récoltées et horodatées par l'ARM-SE réalisant la liaison entre l'utilisateur et les modules radio ARM-IO-LP. L'utilisateur accède aux données horodatées en mémoire interne de l'ARM-SE par un accès réseau Ethernet via le protocole Modbus/TCP ou de simples requêtes « http ». Ce système présente une grande souplesse avec la possibilité d’ajout de modules radio personnalisés et facilite l'adaptation à un besoin client spécifique. Cette solution répond aussi bien aux besoins de télé-relève de compteurs qu’aux applications de détection de fuite d'eau. Dans ce cas, le capteur (détecteur résistif) est intégré au module radio qui existe en version IP68 (résiné). Une technologie alternative au GSM/GPRS, plus fiable et plus économique sera disponible prochainement…]

En temps réel, de définir une tarification variable et de récompenser les clients qui réduisent leur consommation.

Mais ce n'est pas tout : des milliers de capteurs intelligents implantés sur les lignes de transmission, sur les postes électriques et sur d'autres infrastructures optimiseront la gestion de la distribution de l’énergie et faciliteront la prévention des incidents en permettant au bout du compte une meilleure gestion des réserves d’eau sensibles. Cette réalisation illustre également l’émergence d’une offre « multi-utilities » de gestion de la consommation d’énergie s’étendant à la consommation d’eau des collectivités et du particulier.

Water Information Management (SWIM) repose sur une combinaison de capteurs intelligents avec un système de modélisation et des outils d’analyse et de visualisation et permet de contrôler de façon permanente les infrastructures hydrauliques et les environnements aquatiques. Avec des applications qui dépassent largement les seuls réseaux. Aux Pays-Bas par exemple, IBM travaille avec des partenaires à la construction de digues plus intelligentes, capables de contrôler l’évolution des crues et d’y apporter une réponse adaptée.

Dans le domaine des réseaux d’eau, les premières réalisations apparaissent. Itron a ainsi commencé à livrer 120 000 compteurs d'eau intelligents à Water Services Corporation à Malte.

Connectés à la solution de comptage d’Ondeo Systems dans le cadre d’un programme de distribution en eau intelligent à grande échelle géré par IBM, ce système sera capable d’identifier les fuites d’eau et les pertes d’énergie (l'eau et l’électricité sont étroitement imbriquées à Malte où près de 75 % du coût de l’eau produite est directement lié à la production d’énergie), et permettra aux compagnies de mieux planifier leurs investissements dans le réseau et de réduire les inefficiences. À terme, 250 000 compteurs interactifs permettront de suivre la consommation d’électricité et la consommation d’eau des collectivités et du particulier.

En Grande-Bretagne, 50 000 compteurs volumétriques Gladiator d’Arad ont été installés par Southern Water en 2011. Le débit de démarrage très faible du compteur d’Arad (1 litre par heure) permet de détecter très précisément les fuites, même les plus petites. Southern Water estime qu’avec ce débit de démarrage très faible, il va pouvoir améliorer considérablement le rendement de son réseau et économiser jusqu’à 5 millions de litres d’eau chaque jour. L'amélioration de la gestion du réseau est déjà une réalité pour Southern Water. Le service aux abonnés l'est également. Arad a fourni, en plus des compteurs et systèmes de radiorelevé, un site Internet pour que chaque consommateur ait accès à sa consommation. Ceux-ci peuvent ainsi mieux comprendre leur facture et consulter l’historique de leur consommation. De plus, chaque abonné s’est vu remettre un porte-clé permettant de lire en temps réel sa consommation.

Schneider Electric compte également plusieurs réalisations au Brésil, aux États-Unis ou en Grande-Bretagne. « En France, bien que les solutions proposées soient matures, le “juste suffisant” prévaut encore trop souvent, explique Dominique Gayraud, mais nous discutons avec un certain nombre d’opérateurs soucieux d'abaisser leurs coûts de production en optimisant le fonctionnement de leurs installations, infrastructures et équipements ». Des préoccupations qui répondent bien aux attentes des gros opérateurs, de plus en plus fréquemment sollicités pour leur capacité à préconiser des solutions en vue d’améliorer les performances des services de l’eau et de l'assainissement à l'image du contrat récemment remporté par Veolia Eau qui doit permettre au Département de la protection de l'environnement de la Ville de New York de réaliser chaque année de 100 à 200 millions de dollars d’économies sur les coûts de gestion annuels de ces services qui représentent un budget de 1,2 milliard de dollars.

[Encart : texte : Coordonner relation client, gestion administrative et gestion technique du service public Progiciel de gestion clientèle, Wat.erp est un « ERP métier » pour les distributeurs, privés ou publics, d'eau, d’assainissement et d’électricité. Il gère aujourd'hui plus de 3 millions de clients et plus de 400 communes en France et à l'étranger. Son périmètre fonctionnel particulièrement riche et étendu permet de couvrir la totalité de la chaîne de la gestion clientèle moderne : gestion de la relation clients, gestion commerciale et administrative, gestion technique, reporting et pilotage des activités de l'entreprise. Cette couverture est assurée par plusieurs modules intégrés tels que la gestion des interventions terrains, la mobilité, les SIG réseaux, le site internet métier, le smartphone, le centre d’appels, ainsi que le relevé des consommations sous plusieurs formes dont la radiorelève (walk by/drive by) et la télérelève (réseaux fixe). C'est ainsi que Wat.erp gère aujourd'hui plus de 150 000 compteurs équipés de module radio et intègre un processus de collecte d'informations permettant de recueillir au sein du même entrepôt d'index des données provenant de différentes technologies telles que Homerider, Coronis, Ondeo ou Itron. Ces données sont ensuite consolidées et traitées de sorte à pouvoir restituer l'information aux clients (consommations horaires et journalières, alertes fuites...) au travers du site internet notamment. Wat.erp possède également un module permettant de gérer le patrimoine d’un réseau radio fixe et les interventions de pose ou de maintenance associées.]
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