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Le BIM dans le traitement de l’eau : une révolution en marche

30 octobre 2020 Paru dans le N°435 à la page 107 ( mots)
Rédigé par : Christophe BOUCHET et Pascale MEESCHAERT de EDITIONS JOHANET

Collaborer tout au long du cycle de vie des installations, améliorer la prise de décisions et les performances des ouvrages, exploitants et maîtres d’œuvre en rêvaient. Si depuis une dizaine d’années l’acronyme BIM semble familier au secteur du BTP, qu’en est-il pour autant pour les acteurs de l’eau ? Quels sont les premiers retours d’expérience ? Les défis, les promesses attendus pour la filière ?

Porté par l’expansion du numérique, par les technologies de l’information et le développement de multiples écosystèmes logiciels auquel participent de nombreux éditeurs spécialisés, le BIM (Building Information Modelling) s’est imposé depuis 10 ans dans le secteur du BTP. Alors que les professionnels de la construction, architectes, génie-civilistes, industriels ont basculé dans un BIM assumé pour accroître l’efficacité des opérations réalisées au sein d’un bâtiment durant son cycle de vie, « le domaine de l’eau est sans doute celui qui est le moins en avance sur l’intégration du BIM en France au regard des autres métiers de la construction présents chez BG, observe Vincent Francheteau, responsable développement chez BG Ingénieurs Conseils. Pourtant la maquette numérique constitue un outil puissant pour les acteurs de la maîtrise d’ouvrage, pour créer de la valeur ».
Vues 3 D de la nouvelle station de dépollution des eaux usées de Bonneuil-en-France qui sera opérationnelle mi 2022. Veolia est le chef de file du groupement lauréat du contrat d’extension et de mise aux normes de la station de dépollution. La capacité de traitement de la station de 350.000 sera portée à 500.000 EH.

Pour mieux appréhender l’importance du BIM sur leurs activités, Xylem a interrogé des bureaux d’études du monde entier. Plus de 91 % des interrogés indiquent que le BIM est désormais incontournable dans le secteur de la construction. « Au Royaume-Uni, en Norvège, au Danemark et en Finlande, le BIM est déjà obligatoire dans la conception et la construction de bâtiments et d’infrastructures publics, souligne Jamie Mills chez Xylem. L’Allemagne, l’Italie, la France, l’Espagne et les Pays-Bas sont les prochains pays qui rendront le BIM obligatoire en Europe sur la base de directives européennes. Les avantages du BIM ne font aucun doute. Le développement accéléré du marché est prouvé par l’augmentation conséquente des téléchargements d’informations numériques sur les produits, au cours de ces dernières années ».

Cependant, le développement du BIM n’en est qu’à ses débuts. « En Europe, nous constatons une énorme différence d’un pays à l’autre et d’un segment de marché à l’autre, poursuit Jamie Mills. Certains pays et marchés sont déjà avancés, certains ne parlent même pas du BIM ou attendent que d’autres fassent des expériences. Compte tenu de la tendance de la numérisation, d’autant plus stimulée par le Covid-19, le BIM va se développer encore plus rapidement. L’un des principaux défis à relever pour réussir est d’établir des normes européennes et internationales pour l’échange de données. Nous participons chez Xylem activement et soutenons l’élaboration de ces normes du point de vue de l’eau ».

Un processus collaboratif

Le BIM se veut un outil à la fois stratégique et opérationnel. En agrégeant toutes les données issues des différents systèmes de surveillance et de contrôle (maquette BIM, GMAO, services Cloud, etc.) sur une interface unique, et en les transformant en données exploitables, il ouvre de nombreuses possibilités aux maîtres d’ouvrage et aux exploitants. « Dans son format le plus restrictif, le BIM est un format d’échange de fichiers, explique Bertrand Vanden Bossche, Product Manager de la gamme de solutions Smart Asset Management chez Suez-BIM. Dans son format le plus ouvert, c’est un processus d’échanges, en particulier autour du BIM de construction, entre les différents corps de métiers qui interviennent sur une maquette numérique de l’ouvrage que l’on va construire. Créé à l’origine pour des projets d’urbanisme, il commence à être utilisé dans le monde de l’eau en particulier parce que les normes anglo-saxonnes se sont imposées dans les cahiers des charges BIM de construction d’ouvrages de grande ampleur ».
Vue architecturale du projet STEP Villette en Suisse.

Quelle que soit la façon dont on l’appréhende, « le BIM est en train de changer le secteur de la construction au niveau mondial sur les marchés des services d’eau, de l’industrie et des services de construction, explique Jamie Mills. Le BIM améliore également la manière dont les parties prenantes (les investisseurs, les propriétaires, les gestionnaires d’installations, les consultants, les bureaux d’études, les entrepreneurs, les distributeurs, les grossistes et les fabricants) travaillent ensemble dans un environnement de données numériques commun afin de créer un cycle de vie plus durable ».

Concrètement, toutes les informations liées à une infrastructure et à son fonctionnement sont collationnées puis modélisées et renseignées dans le BIM en fonction de différents paramètres à toutes les étapes et tout au long de la vie de l’ouvrage. Le modèle peut être utilisé pour explorer différentes phases de projets et permet de disposer d’une maquette numérique, qui en simulant divers scénarii de comportement de l’installation ou du procédé, garantit les différentes performances de l’ouvrage de sa conception à son exploitation.
« L’espace, l’empreinte carbone, la consommation d’énergie, l’efficacité opérationnelle et les coûts du cycle de vie peuvent déjà être évalués et optimisés lors de la phase de planification et de conception du projet, explique Jamie Mills. L’amélioration des plans de projet et un retour sur investissement optimisé permettent aux propriétaires et aux investisseurs de disposer d’un bâtiment ou d’une infrastructure adaptée à leurs besoins précis. Les entrepreneurs utilisent le BIM pour rassembler tous les éléments nécessaires à la simplification des calculs, de la gestion de projet, des achats et de la planification des activités, afin de garantir la livraison du projet en temps voulu et dans les limites du budget. Grâce aux actifs conçus par le BIM, il n’y a pas de mauvaises surprises pendant la phase de construction et de mise en service ». Toutes les informations pertinentes sur les systèmes et les composants individuels d’un bâtiment ou d’une usine sont fournies dans un ensemble de données numériques compact et clair.
Vue d’un collecteur visitable modélisé en 3D.

« Ce qui est important dans l’acronyme BIM, c’est la notion de Modelling, analyse de son côté Rémi Lannoy, ingénieur responsable du département construction numérique & BIM au CERIB. La modélisation 3D permet d’aller bien au-delà d’une modélisation standard. Chargée d’informations, elle devient un container 3D de diffusion d’informations liées aux propriétés intrinsèques de l’ouvrage, aux systèmes qui vont le composer, et de manière plus organique aux composants qui vont s’additionner pour réaliser l’ouvrage. L’ensemble du processus décrit et simulé donne naissance à un avatar, le jumeau numérique, ce qui permet d’appréhender l’ensemble des problématiques à chaque phase du projet et d’intégrer les dimensions budgétaire et environnemental de l’ouvrage pour en optimiser les coûts ».

« Le jumeau numérique d’une installation de traitement et de ses processus peut être interrogé pour fournir des informations critiques aux personnes qui en ont besoin, par exemple : l’emplacement et la performance des produits avec les détails du fabricant, la qualité de l’eau ou les procédures de maintenance, explique Jamie Mills. Ce concept de stockage d’informations fiables sur les performances et la construction d’un actif permet aux opérateurs de prendre des décisions plus rapides et plus précises, ce qui conduit à un fonctionnement plus efficace, plus rentable et plus sûr du processus de traitement. En outre, le suivi des mesures de performance du processus et de la santé des actifs, combiné à des programmes de maintenance proactive structurés, permet de réduire les temps d’arrêt ou les risques tels que la pollution. Collectivement, cette utilisation efficace des données libère des ressources et permet aux propriétaires exploitants de faire davantage d’investissements planifiés et d’optimiser leur gestion ».

Des enjeux liés à l’exploitation et à la maintenance

Méthode de conception collaborative, plus « intelligente » donc, qui permet non seulement de favoriser une meilleure appropriation du projet, mais aussi de capturer les données créées pour contribuer à une meilleure maîtrise des risques et amener de meilleurs services aux exploitants en gestion et en maintenance. « Jusqu’à aujourd’hui les enjeux du BIM se sont principalement concentrés sur la phase de conception. Or, l’enjeu du BIM est un enjeu d’exploitation et de maintenance des ouvrages. Dans le secteur du bâtiment, on attribue la plus-value de la maquette BIM à 30 % en phase de conception-réalisation, et à 70 % pour le reste du cycle de vie de l’ouvrage, détaille Yoann Le Goaziou, directeur de l’unité Eau et Environnement Suisse de BG Ingénieurs Conseils. La méthode de planification numérisée et de modélisation de l’information de l’ouvrage, au travers de vues 3D ou de visites virtuelles immersives, assure une totale cohérence et transparence des données et permet d’exploiter de manière intelligente le modèle et d’aller plus loin dans les usages de l’exploitation-maintenance, qui génèrent le plus de valeur en soi ».
Le projet de la STEP de Villette en Suisse (voir encadré), dont BG est le planificateur général depuis 2017, illustre l’enjeu de l’intégration du BIM pour la connaissance et l’optimisation de la gestion du patrimoine. « La STEP de Villette est la première STEP en conception globale BIM chez BG et parmi les premières de Suisse. La conception en BIM intégrant la phase d’exécution que nous avons-nous même décidé de modéliser permet de mieux appréhender la complexité de l’ouvrage et d’être utilisée en phase de gestion, d’exploitation et de maintenance. La réalisation sous BIM de cette STEP est amenée à se poursuivre pour en faire un standard dans les années à venir ».
Du côté de Veolia Water Technologies, le concept du BIM a réellement pris son essor en 2014, lors d’une réponse à appel d’offres pour une opération au Moyen-Orient. « C’était une belle entrée en matière pour nous car le cahier des charges BIM du maître d’œuvre était très exigeant, et nous avons dû nous organiser pour cadrer ce marché de grande ampleur. A partir de 2016, nous avons investigué sur le choix des outils CAO appropriés répondant aux fonctionnalités nécessaires du processus BIM. Notre choix s’est porté sur Revit et Navisworks et la mise en application a coïncidé avec le démarrage d’une opération importante en BIM dans l’ouest parisien pour laquelle nous avons déployé et formé à Revit une équipe de dessinateurs-projeteurs, et à Navisworks les chefs de groupe et ingénieurs d’études en bénéficiant du support et de l’accompagnement d’Autodesk », précise Tony Bodelot, coordinateur département BIM Tools chez Veolia Water Technologies. « Aujourd’hui, sur les grands projets des marchés publics municipaux, nous avons systématiquement un groupement d’entreprises constitué d’un architecte, un génie-civiliste et un traiteur d’eau. 80 % d’entre eux exigent une modélisation 3D et 50 % une maquette BIM ».
Mise en œuvre, à partir d’éléments préfabriqués par maquette BIM.

Pour couvrir les trois stades de vie d’une infrastructure, Suez Smart Solutions a développé des solutions innovantes. En exploitation, la numérisation 3D avec des drones par exemple, permet d’avoir accès à toutes les informations concernant l’état de l’ouvrage, de faciliter les opérations délicates grâce à des tutoriels ou de simuler une opération avant son exécution. L’outil permet aussi de planifier les interventions et d’éviter les conflits d’éléments (croisement de tuyauteries, gestion des interfaces, etc.), mais également des visites virtuelles dans des installations visitables comme les réseaux d’assainissement d’eau. « Ce sur quoi je travaille, confie Bertrand Vanden Bossche, c’est sur l’évolution du jumeau numérique, c’est-à-dire la capacité d’amener des échanges d’informations provenant de différents systèmes d’exploitation dans le modèle numérique 3D. Le BIM d’exploitation profite de la notion de jumeau numérique, c’est-à-dire de la capacité à intégrer des données du SI qui sont silotées sur la maquette pour optimiser l’utilisation des éléments par les différents acteurs, quel qu’en soit l’usage ». Il permet ainsi d’obtenir des informations sur la vétusté/qualité des matériaux, d’évaluer les performances énergétiques de l’installation, de faire un suivi des maintenances etc. « En exploitation, les usages qui créent de la valeur immédiatement grâce aux maquettes et visites virtuelles mettant en situation les opérateurs sont notamment, les usages de formation : comment manipuler certains équipements, se déplacer dans les zones à risque de l’usine, vérifier le suivi des consignes de sécurité… Ce sont aussi les interventions sur le terrain : la connexion aux données techniques en temps réel permettant de raccourcir les délais, de réduire les erreurs, et de prévenir les risques. Au final, c’est une réduction des coûts d’entretien et d’exploitation ».

Stereau, la filiale ingénierie du groupe Saur, s’est mise à l’heure du BIM depuis plus de trois ans. La totalité de ses dessinateurs projeteurs ont été formés à cette méthode de travail depuis septembre 2018, et 100 % des opérations prises en charge par ses équipes sont alors « BIM compatibles ».
Stereau réalise le projet de la station d’épuration de Seine-Aval (Yvelines) qui intègre
la création d’homogénéiseurs de boues sous forme BIM.

Ainsi, le travail effectué autour de la maquette numérique apporte un même niveau d’information et de mises à jour permanentes qui permet de réduire les risques d’erreur au niveau de la conception, et la possibilité de détecter immédiatement les éventuels conflits en découlant.

« Le BIM procure une connaissance bien plus approfondie du projet dès sa phase de conception. Cela va de pair avec une amélioration significative de la qualité de nos études et donc une optimisation de la conduite du chantier en phase d’exécution. Il nous permet d’utiliser nos maquettes directement sur chantier via l’utilisation de tablettes numériques. Cela représente une vraie plus-value pour nos superviseurs travaux et chefs de projets exécution. De plus, chaque objet BIM paramétrique présent dans la maquette numérique dispose désormais d’une “fiche d’identité” qui lui est propre, regroupant ses principales caractéristiques techniques. Cette fiche d’identité est proposée puis adaptée avec l’exploitant. L’exploitation et la maintenance des ouvrages construits s’en trouvent ainsi facilitées, car le niveau d’information livré et contenu dans la maquette numérique est conforme aux attentes du client », analyse Vincent Vallée, référent BIM chez Stereau. Le travail en mode BIM possède donc des répercussions positives appréciables sur l’ensemble du cycle de vie d’un ouvrage. Avec, au final, la possibilité pour les exploitants d’optimiser et de fluidifier la gestion de leur patrimoine.

Fédérer des acteurs venus d’horizons très divers

Indispensable au bon fonctionnement du BIM, l’information doit vivre et être correctement renseignée par tous les acteurs. « Le BIM relie les personnes, la technologie et les défis, souligne Jamie Mills. Le processus global de construction, depuis la fabrication d’un seul produit jusqu’à l’exploitation d’une usine entière, est simplifié et transparent grâce à l’échange de données numériques ».
Grundfos exploite les possibilités du Building Information Modelling (BIM), qui enrichit les modèles de produit à l’aide des données d’exploitation et de maintenance au fil du temps.

« Ce qui distingue le domaine de l’eau d'autres domaines, observe Sylvain Riss, directeur du Numérique chez BG, c’est que nous sommes dans une imbrication de systèmes d'univers différents (génie civil, industrie, eau), et où l’ensemble des systèmes interagissent entre eux contrairement au bâtiment qui se constitue d'un système plus simple. C’est cette complexité de l’ouvrage qu’il faut savoir traiter dans la décomposition des maquettes de l'ouvrage à construire. La question que cela pose, est la chaîne de valeur à élaborer en termes d’outils et son optimisation. Toutes les données doivent-elles être intégrées dans la maquette numérique, ou une partie seulement ? Il y a des choix de méthodes à faire, liées aux disciplines et au traitement de ces éléments ».

Le BIM change la vision que l’on a d’un ouvrage, confirme Rémi Lannoy, car il devient la somme de systèmes gérés spécifiquement par des processus relatifs à l'ingénierie du même nom. « Dans tous les projets BIM, les aspects exploitation et maintenance doivent être envisagés dès le départ. Mais, le besoin d’avoir une maquette numérique complète de l’ouvrage pour tirer vers le haut le BIM dans des usages plus complexes n’est pas encore complètement avéré ».
Avancer sur les usages, sur la définition des référentiels métiers, sur l’ergonomie pour une plus grande efficacité dans la mise à jour des données, suppose un investissement important et sur le long terme. Les pompistes tels que KSB, Grundfos ou Xylem, les fabricants d’instruments de mesure et d’analyse tels que Krohne, Endress+Hauser ou Hach, les traiteurs d’eau très présents dans le bâtiment à l'instar de BWT ou encore les acteurs de la télégestion et de la supervision tels que Lacroix Sofrel, Areal ou Codra y consentent. L’enjeu ? Permettre à leurs clients de s’insérer plus facilement dans une démarche de type BIM.
Panorama, plateforme de BIM Exploitation temps-réel de Codra.

« Nous avons intégré à notre plateforme Panorama Suite un module dédié au BIM Exploitation temps réel. L’objectif pour nos clients est qu’ils puissent utiliser les fichiers BIM comme référentiel de données pour les outils de supervision. Ainsi la maquette 3D peut venir l’intégrer aux vues de supervision Panorama pour offrir une contextualisation 3D des informations d’exploitation. Par exemple la géolocalisation des équipements, tels que des vannes ou des pompes peu accessibles sur le terrain, peut aider l’identification des équipements en défaut pour optimiser les actions de maintenance. Le second objectif de l’exploitation du BIM dans une supervision temps réel, est de pouvoir faire converger les métadonnées issues des fichiers IFC, avec les “objets” de la supervision (instances numériques des objets physiques). Ces données de référence, comme les MTBF des équipements (temps moyen entre les pannes) couplées aux données exploitation permettent de piloter de manière plus efficiente les installations et le moment venu de réaliser les maintenances de manière préventive, voir prédictive. Télégestion, lot industriel, BIM exploitation, la plateforme Panorama agrège l’ensemble de ces données dans des applications de supervision sur-mesure. Vous pouvez alors exploiter vos installations sereinement et apporter un niveau de service optimal aux usagers », explique Loïc Drugeault, responsable marketing chez Codra.

Les applications Netilion Smart System d’Endress+Hauser montrent bien les mutations d’un marché qui attend désormais d’un fabricant d’instruments le développement
de services associés.

Pour intégrer les équipements existants à la maquette BIM, il faut faire des campagnes de relevés. Mais plus important encore, il faut inciter les équipes à considérer les actifs non pas comme des équipements cloisonnés, mais comme des projets en cours, appelés à évoluer. Endress+Hauser, venu au BIM par la GMAO, prépare cette mutation depuis longtemps. « Nous avons appréhendé ce concept avec la gestion de la maintenance par rapport au parc installé, explique Matthieu Bauer, responsable de marché environnement énergie. Nous attachons une grande importance à la connaissance des produits que l’on vend, des numéros de référence, à tout l’historique de maintenance effectuée chez nous ou sur site par nos techniciens. Toutes ces données-là ont très tôt été disponibles et mises à disposition de l’exploitant via les outils de GMAO. S’y est ajoutée toute l’intelligence que l’on a embarquée dans le capteur qui est capable de nous donner des informations très précises sur son état de santé. Cette fonctionnalité, baptisée Heartbeat, permet de consulter, via le transmetteur de l’appareil ou en déporté via une supervision, l’état de santé du capteur et toute la gestion de la maintenance de l’appareil. La majorité des actifs des usines de transformation d’aujourd’hui fournissent déjà bien plus de renseignements qu’une simple valeur de processus, souligne Matthieu Bauer. Ces renseignements supplémentaires peuvent aller de valeurs de processus additionnelles à un auto-diagnostic de l’état de santé de l’actif ou à la prédiction de problèmes éventuels pouvant survenir dans un futur proche. La gestion de ces données, intégrée dans des plans 3D permet de réaliser des design d’installation pour fournir au client un ensemble packagé ».

Les aider à gagner en maturité

Depuis deux ans, Endress+Hauser a développé des services cloud qui intègrent l’ensemble et reprennent ces données dans différents chapitres qui s’appellent : Netilion Health pour suivre la santé de n’importe quel actif, Netilion Library pour tout ce qui concerne la GMAO, ou encore Netilion Predict pour synthétiser ces données et déterminer les opérations de maintenance nécessaires au regard des contraintes subies par les équipements. « Toute cette ingénierie déployée à l’échelle d’un ou plusieurs process s’inscrit dans un contexte encore plus global qui est celui du BIM », souligne Matthieu Bauer. Ces besoins suscitent le développement d’écosystèmes logiciels et de prestations intégrées pour tirer le meilleur parti des données collectées et assurer la continuité d’évolutions des modèles pour tous les utilisateurs. Les applications Netilion Smart System d’Endress+Hauser en sont l’une des traductions concrètes. Elles montrent bien également les mutations d’un marché qui attend désormais d’un fabricant d’instruments le développement de services associés ».
Tous les acteurs du domaine de l’eau s’y mettent donc, en procédant bien souvent par étapes.
« Le déploiement du BIM est l’un des objectifs pour lequel Veolia Water Technologies assure une veille technologique et un maintien en performance primordiale pour être compétitif. A court terme, nous offrons la modélisation 3D informée, collaboration en plateforme et workflow. A moyen terme, nous développerons la transition du BIM informé vers le BIM connecté pour assurer la continuité vers l’exploitation-maintenance. Mais attention : l’approche collaborative du BIM nécessite que les différents acteurs, fabricants, sous-traitants sachent travailler sur le BIM. Dans tous les appels d’offres d’ampleur, nous demandons ce type de maturité car la réussite des projets en dépend » prévient Tony Bodelot.
A l’heure actuelle, outre les constructeurs et les bureaux d’étude, les fournisseurs de pompes tels que Grundfos, KSB, Xylem ou encore Wilo, les fabricants d’instruments de mesure et d’analyse, présents sur tous les segments du traitement de l’eau, ont d’ores et déjà fait de gros efforts pour se hisser aux standards des méthodes et des outils.
Mais l’application massive du processus numérique par l’ensemble des équipementiers reste encore assez fragmentaire en France, même si chacun le considère désormais comme inéluctable. La coordination dans le domaine du BIM suppose donc une maîtrise d’œuvre forte et très unificatrice dans les méthodes et les outils pour que les projets gagnent en maturité. 
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