Le Syndicat des Eaux d’Île-de-France (SEDIF) exploite, en région parisienne, un réseau de distribution d’eau potable desservant 144 communes et plus de 4 millions d’habitants.
Ce réseau maillé, long de 8 500 kilomètres, est alimenté par trois usines principales de production d’eau potable reliées entre elles par des conduites de grande capacité de transport : l’usine de Méry-sur-Oise d'une capacité de 270 000 m³/j, l’usine de Neuilly-sur-Marne (800 000 m³/j) et l'usine de Choisy-le-Roi (800 000 m³/j). Leur production moyenne journalière est d'un million de mètres cubes, avec une forte variation saisonnière.
Le maintien d’une eau bactériologiquement irréprochable et la conservation d’une bonne qualité organoleptique de cette eau dans le réseau de distribution, de l’usine de production jusqu’au robinet du consommateur le plus éloigné, sont deux des objectifs vers lesquels tendent l’ensemble des distributeurs d’eau.
Pour satisfaire ces deux objectifs a priori antagonistes (puisque le premier nécessite l’adjonction d’un désinfectant qui nuit au bon goût de l’eau), il convient de pouvoir maintenir un résiduel de chlore libre uniformément réparti en tout point du réseau, y compris aux endroits où la vitesse de circulation de l'eau est habituellement faible (notamment les extrémités de conduites et les limites d’élévation).
C'est dans ce but qu'un nombre important de stations de rechloration ont été installées aux points sensibles : les usines secondaires, les réservoirs, les quelques forages en exploitation et les feeders d’intercommunication qui relient les trois usines de production entre elles.
La principale difficulté rencontrée est d’homogénéiser le résiduel de chlore dans tout le réseau entre les points d’injection (usines principales et postes de rechloration en réseau) et les extrémités de canalisation, tout en tenant compte de la configuration, de la longueur des canalisations et de la consommation de certaines zones. En réalité, le chlore ne se déplace qu’avec le débit en suivant le sens de circulation de l’eau, évitant totalement les zones stagnantes, les antennes du réseau, les zones d’équilibre et les poches hydrauliques.
Cette difficulté se trouve accentuée en période estivale, notamment durant les congés scolaires, en raison, d’une part, de la disparition plus rapide du chlore résiduel due à l’augmentation de la température de l’eau distribuée et, d’autre part, à l'absence de consommation dans certains quartiers, liée aux départs des résidents (week-end, lieux de vacances...).
Cette situation implique de créer artificiellement des consommations, en mettant en écoulement dans les caniveaux, les exutoires du réseau.
charges, ventouses, bouches de lavage communales...) aux endroits de faible vitesse de circulation de l'eau.
- des pertes en eau potable rejetée à l'égout ;
- la non-maîtrise de la fréquence et du choix des horaires des opérations de vidange ;
- l'effet très négatif provoqué par ces écoulements d’eau en caniveau auprès de la population, qui est aujourd’hui très sensibilisée par les problèmes de gaspillage de l'eau, phénomène amplifié pendant les périodes de sécheresse ;
- la nécessité de mobiliser de nombreux techniciens pour manœuvrer les appareils précités durant des périodes pendant lesquelles un certain nombre d’entre eux sont en congé.
Le Purgeur Automatique Temporisé (P.A.T.) mis au point récemment par la Compagnie Générale des Eaux en étroite collaboration avec la Setha permet de s’affranchir de ces contraintes ; en effet :
- il est automatique et permet de présider aux opérations de purge sans intervention humaine ;
- il est programmable : la fréquence des purges et les plages horaires optimales sont choisies par l’exploitant qui recherche l’efficacité maximale pour une perte en eau limitée, sans tenir compte des contraintes liées aux horaires de travail des techniciens de réseau ;
- il est discret, étant raccordé soit au réseau pluvial par l'intermédiaire des avaloirs soit sur une décharge existante. Il permet de pratiquer des opérations de purge durant les périodes de faible consommation (par exemple à 6 h, juste avant la pointe du matin) en toute discrétion.
Le matériel
Le programmateur
Le purgeur automatique temporisé se compose principalement d’un programmateur étanche aux projections d’eau (figure 1). Les circuits électroniques sont protégés et l’horloge à cristaux liquides comporte un affichage permanent. Une pile au lithium maintient l’heure et la programmation pendant une durée de dix ans, avec une dérive maximale de l’horloge de cinq minutes par année.
[Photo : Le programmateur.]
Le programmateur permet la mise en service de l’équipement six fois par jour en ouverture et fermeture, pour un à sept jours d'utilisation par semaine. La durée minimale d’ouverture est d’une minute, et peut être portée à plusieurs heures. Il est possible à tout moment de visualiser les consignes enregistrées.
Deux interrupteurs de marche forcée, installés sur le boîtier, permettent le fonctionnement manuel du dispositif sans modification de la programmation. Cet aménagement inhibe le mode automatique durant la marche forcée du P.A.T.
Alimentation électrique de l’électrovanne
L’alimentation électrique de l’électrovanne est assurée par deux piles alcalines de 9 volts au format PP3. Le programmateur commande une bobine à impulsion sous courant continu de 12 volts par l’intermédiaire d’un câble étanche. Cette bobine est vissée sur une électrovanne à membrane. Les commandes d’ouverture et de fermeture de celle-ci ne nécessitent qu’une brève impulsion électrique, ce qui garantit une autonomie minimale d’un an pour cet appareillage.
Conditionnement du dispositif
L’ensemble programmateur-électrovanne est installé dans un coffre placé sous trottoir équipé de deux compartiments. Le premier, situé dans la partie haute du coffre, reçoit le programmateur. Le deuxième, situé dans la partie basse, équipé d’une double isolation thermique, reçoit l’électrovanne et les pièces de raccordement au réseau d’eau potable.
Ce coffre conçu pour résister à des charges importantes est pourvu d’un couvercle de visite muni d’une serrure triangle.
Installation du P.A.T.
L’installation du coffre peut s'effectuer en amont d’exutoires existants (décharges, bouches de lavage...). Il suffit alors de le raccorder sur le branchement en maintenant la vanne d’origine de l’appareil en position ouverte. Dans cette configuration, l’électrovanne pilote l’installation.
Il peut également être installé sur un branchement neuf et raccordé directement au réseau d’assainissement par l’intermédiaire d’un avaloir. Dans ce cas, le P.A.T. est équipé d’un clapet antiretour qui sécurise son fonctionnement.
Les essais
Trois prototypes de l’appareil ont été installés sur le réseau public du SEDIF, ainsi qu’un quatrième sur un banc d’essai (figure 2). Les tests réalisés permettent aujourd’hui de valider ce dispositif.
[Photo : PAT en fonctionnement sur banc d'essai.]
Tests de fiabilité et de tenue dans le temps du matériel et des piles
Le prototype installé sur banc a été programmé pour fonctionner six fois par jour et sept jours par semaine durant six mois. Aucune dérive importante n’a pu être constatée ni sur l’horloge ni sur la programmation.
Les trois P.A.T. installés sur le réseau public ont également fonctionné durant plus de cinq mois, sans problèmes particuliers, ni remarques des riverains.
Essais à fort débit
Le prototype a été testé à débit variable sous des pressions variables (2 à 8 bars) avec ou sans coffre décharge, pour simuler le fonctionnement de l'appareil en tout point du réseau et
[Photo : Fig. 3 : Abaque de fonctionnement du P.A.T. pendant les essais.]
mesurer précisément le volume d’eau purgé en fonction de la pression du réseau et de l’ouverture du robinet de réglage de l’électrovanne.
L’abaque (figure 3) établi durant ces essais démontre que le débit de purge peut être facilement réglé entre 10 et 15 m³/h, et ce, en tout point d’un réseau public.
Le matériel est conçu pour supporter des pressions pouvant atteindre 16 bars.
Essais avec une eau chargée de particules solides
Pour simuler le fonctionnement du P.A.T. installé sur une antenne très encrassée (bloc de béton, sable...), du sable a été introduit dans le réseau du banc d’essai, en amont du prototype.
La présence de ce sable n’a pas perturbé le fonctionnement de la purge ; toutefois, en cas de blocage de la vanne par un bloc solide important, une simple opération de démontage et de nettoyage à l’eau de l’électrovanne, sur site, permet de rétablir la situation.
Essais de traçage sur le réseau public
Un P.A.T. a été installé sur une zone maillée située en limite de réseau où la vitesse de circulation est très faible. La modélisation hydraulique du réseau sur ordinateur a permis de localiser précisément le positionnement optimal du P.A.T. et de définir sa programmation.
Un essai de traçage par injection dans le réseau d’un pic de concentration en chlore a permis de vérifier in situ les données de la modélisation et de vérifier les temps de séjour en différents points de ce réseau avec et sans P.A.T.
Toutes les hypothèses ont été vérifiées par cet essai, et l’installation de l’appareil a permis de renouveler la totalité de l’eau contenue dans cette zone en moins de 75 minutes de fonctionnement.
Conclusion
La mise en service de ce dispositif sur un réseau public depuis le début de l'année 1994 a permis de vérifier qu'il apporte, en configuration d’exploitation, un triple avantage :
- • Automatisation des purges : l’automatisation des vidanges et décharges évite les interventions manuelles et l’emploi de personnel appelé à d'autres tâches surtout en période estivale.
- • Programmation des purges : elle permet d'utiliser des plages horaires plus adaptées pour effectuer les purges du réseau ; celles-ci pouvant être réalisées avant les pointes de consommation, à la fin des plages horaires à faible tirage. Cette programmation permet des vidanges de nuit, et le raccordement indirect du P.A.T. au réseau d’assainissement assure une discrétion vis-à-vis des riverains. De plus, l'appareil étant installé dans un coffre, lui-même enterré, le niveau sonore de l'écoulement est imperceptible.
- • Meilleure maîtrise des purges sur le réseau : la programmation et l’automatisme de l’opération de purge permettent de mieux maîtriser le volume d'eau rejeté et d’éviter les pertes inutiles. En effet, le volume d’eau purgé et la fréquence des purges sont calculés d’après la configuration du réseau et par sa modélisation sur programme informatique.
Ce système est d'une grande simplicité. Sa fiabilité est garantie par l'expérience que donnent les réseaux d’arrosages automatiques sur lesquels sont installés tous les équipements composant le Purgeur Automatique Temporisé.
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