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Réhabilitation des réseaux d’eau potable : un effort de longue haleine

13 juillet 2023 Paru dans le N°463 ( mots)

A la tête d’un réseau d’eau potable vieillissant mais incitées de manière de plus en plus pressante à réduire les pertes, les collectivités n’ont pas le choix : il leur faut gérer leur patrimoine dans la durée et en assurer progressivement le remplacement. Les techniques sont là, des aides sont disponibles mais la redevance devra en payer l’essentiel. Tour d’horizon d’un paysage très disparate…

Fin mars 2023, devant un lac de Serre-Ponçon partiellement asséché, Emmanuel Macron annonçait un Plan Eau . Une des mesures prévues consiste à améliorer le rendement des réseaux d’eau potable, avec à la clé un (modeste) effort financier supplémentaire pour que les Agences de l’eau puissent aider les collectivités responsables – sous réserve de respecter des « objectifs de performance de gestion de leur patrimoine ». Le Plan avance même un chiffre « choc » : dans 170 collectivités, le réseau a un rendement inférieur à 50%. Autrement dit, plus de la moitié de l’eau potabilisée y est perdue. 

Altereo a développé le logiciel HPO qui calcule le risque de défaillance pour chaque canalisation et embranchement à partir de données patrimoniales, opérationnelles et environnementales, ainsi que de l’historique des casses. Ici une carte pour le Sedif.

Un chiffre à relativiser, d’une part parce que ne sont recensées que les communes ayant communiqué leurs résultats à la base de données nationale du Sispea : il y a donc certainement des « trous dans la raquette ». Mais surtout, d’autre part, parce que quelques centaines de communes, essentiellement rurales ou de montagne, sur une dizaine de milliers ne représentent pas grand-chose en termes d’habitants concernés. La tâche est cependant immense. La France compte environ 900000 kilomètres de réseau d’eau potable, avec un rendement général d’environ 80%. «Cela représente une perte de l’ordre d’un milliard de m3 par an, soit la consommation de plusieurs millions de Français. Les fuites d’eau doivent être considérées comme une ressource à part entière» souligne Paul Petit, chargé d’affaires et des relations institutionnelles chez Altereo. Bien entendu, ce rendement moyen cache des disparités régionales - l’Ouest du pays est en général mieux loti que le Sud-Est, par exemple, et la situation est encore plus dégradée en Outre-Mer. De même, les métropoles et grands syndicats s’en tirent mieux que les communes isolées. La raison de cette performance globalement médiocre? A la nécessaire amélioration des performances des réseaux s’ajoute la difficulté du vieillissement des infrastructures. «Actuellement, 40% des canalisations en France ont plus de 50 ans et 86% plus de 40 ans» selon Paul Petit. 


Un constat que partage Yann Ezan, Assessment Services Business Leader chez Xylem: «la moitié du réseau a été posée dans les années 1960-70, pour une durée de vie théorique de 50 à 80 ans. On arrive donc en période sensible». Les collectivités doivent composer avec leur budget, forcément limité, donc planifier les investissements, établir des priorités, bref construire un programme de remplacement sur le moyen et long terme. Pour cela, bureaux d’études, grands opérateurs ou services techniques des régies importantes disposent de méthodes informatiques, etpeuvent même faire appel à des outils de diagnostic. Avant de passer aux travaux proprement dits où, là aussi, différentes méthodes existent. Suite au décret n° 2012-97 du 27 janvier 20123 «relatif à la définition d’un descriptif détaillé des réseaux des services publics de l’eau et de l’assainissement et d’un plan d’actions pour la réduction des pertes d’eau du réseau de distribution d’eau potable», l’Astee, avec l’Onema, a d’ailleurs édité une série de guides à destination des collectivités.

D’ABORD CONNAÎTRE SON RÉSEAU

Gérant en délégation des milliers de kilomètres de réseau, Veolia utilise toutes les ressources (logiciel «maison» Mosare, diagnostic physique, …) pour assurer cette mission.

C’est une évidence : avant de songer à réhabiliter ou remplacer son patrimoine, encore faut-il le connaître. L’établissement d’un SIG reste donc une étape obligée. «Aux Assises de l’eau 2018, 42% des élus locaux disaient mal connaître leur réseau. Le niveau de connaissance des infrastructures reste trop faible» déplore Paul Petit (Altereo). Depuis une dizaine d’années, les Agences de l’eau soutiennent donc financièrement des programmes d’inventaire du patrimoine - et d’instrumentation du réseau pour détecter les fuites. Des prestataires comme Altereo, Ax’eau, Geomod ou 1Spatial avec la solution 1Water par exemple proposent ce genre de service, avec des outils logiciels propres ou du commerce. Le logiciel de modélisation hydraulique en charge InfoworksWSPro, commercialisé par Geomod, automatise, par exemple, la connexion à des applications tierces telles que les systèmes SIG et la télémétrie, ce qui permet ainsi d’effectuer des analyses rapides utiles à la décision, même sur des modèles de très grande taille utilisant tous types de conduites, et prenant en compte une très large gamme de pompes et vannes. Malgré ces efforts, il reste encore beaucoup à faire, surtout pour les petites collectivités. 

Pierre Rampa, président des Canalisateurs et fondateur de Rampa Travaux Publics, constate cette disparité. «Les Métropoles, avec leurs services structurés, connaissent bien leur réseau. Les syndicats avancent sur cette connaissance. En revanche, les communes isolées, sans service technique, le connaissent mal en général» explique-t-il. «Dans L’Ouest de notre bassin, les collectivités connaissent bien leur patrimoine, ont lancé des études et entamé un programme de renouvellement. Cela pour deux raisons. Certains secteurs, comme les Deux Sèvres ou la Vendée manquaient d’eau depuis des années. En Bretagne, c’est la qualité des eaux brutes, et donc le coût du traitement, qui a motivé les collectivités. Dans l’Est, en revanche, tout reste à faire…» explique pour sa part Denis Rousset, chef du service collectivités et industries à l’Agence de l’eau Loire-Bretagne (AELB). L’AELB a par exemple soutenu Loches Développement (devenue en 2017 Loches Sud Touraine, rassemblant 68 communes) pour l’établissement d’un SIG. «La collectivité comptait alors 22 communes, avec autant de plans papier de qualité variable… Après une campagne de relevés GPS, les 700 kilomètres de réseau sont maintenant intégrés dans un SIG» se souvient Denis Rousset.

ETABLIR UN PLAN D’ACTION

«Pour les communes ayant déjà une bonne connaissance de leur patrimoine, l’enjeu est de maintenir leur niveau de performance et diriger les travaux de remplacement ou de réhabilitation vers les portions les plus à risque» affirme Denis Rousset (AELB). 

Le robot Pipe Diver de Xylem analyse par une technique ultrasons ou électromagnétique (selon les besoins) l’état de canalisations métalliques, ou des parties métalliques de canalisations, à partir de 600 mm de diamètre.

Il semblerait logique de commencer par remplacer les plus vieux équipements, tout simplement. «L’âge seul ne suffit pas à expliquer la dégradation d’un réseau. De nombreux autres critères interviennent. Tout l’enjeu est d’identifier les plus pertinents, sur chaque réseau, pour sélectionner les tronçons à renouveler en priorité» explique toutefois Stéphane Ravanat, directeur d’offre Réseau, comptage et télérelevé chez Veolia Eau. Et de fait, la liste (non exhaustive) des critères à prendre en compte comprend des aspects liés au tronçon lui-même (date de pose, matériau, diamètre, profondeur), à ses conditions opérationnelles (pression de service, débit…) mais aussi des contraintes environnementales (nature du sol, climat, passage de voiries lourdes) ou socio-économiques (criticité). Tout peut intervenir. 


«Des procédés industriels ont changé et il faudrait aussi prendre en compte les conditions de pose souvent méconnues. Par exemple, la tendance actuelle est d’amincir les tuyaux en fonte et de les protéger par un revêtement pour arrêter la corrosion. Il devient alors essentiel de ne pas dégrader ce revêtement lors de la pose, car étant moins épaisse, la défaillance peut arriver alors plus rapidement. » explique par exemple Stéphane Ravanat (Veolia). 

Pour le compte du Syndicat Rhône-Aygues-Ouvèze, Rampa TP a renouvelé une conduite de transport en fonte (diamètres 450), dont une portion en encorbellement sous le pont de Cairanne.

Sans oublier qu’un réseau ne se limite pas à des canalisations : il y a aussi des joints (très sujets à l’usure), des embranchements, des équipements divers. A tout cela s’ajoute enfin l’historique et la localisation des défaillances (fuites, casses, détériorations…). Seuls des outils informatiques peuvent prendre en compte une telle quantité de données et de contraintes pour réaliser des études statistiques, établir des probabilités de casse et proposer des priorités de remplacement. La plupart des collectivités font appel à des bureaux d’études pour établir ce programme. Altereo (avec son logiciel HPO), IRH (groupe Antea, avec l’outil Phare AEP) interviennent sur ce marché. Les grands opérateurs utilisent leurs propres outils : Mosare et Vision pour Veolia, Aquacircle et NetScan pour Suez, par exemple. Les régies importantes, disposant des compétences techniques nécessaires, peuvent se tourner vers des logiciels publics comme Casses et Criticité, développés par le centre Inrae de Cestas (Gironde), avec le soutien des Agences de l’eau Loire Bretagne et Adour-Garonne. 

Le chantier de l’Aquaduc de Vilaine Atlantique comporte 59 km de tuyaux de diamètre 600 pour un tonnage de 10000 tonnes de fonte ductile.
La réhabilitation par éclatement permet de réduire jusqu’à 80% l’empreinte carbone d’un chantier selon Aquarex. Ici, réhabilitation par éclatement d’une canalisation de distribution d’eau potable avec reprise des branchements.

«Nous avons développé l’outil de calcul HPO, basé sur l’intelligence artificielle (IA), qui produit une carte des risques de défaillance pour chaque canalisation. Cela permet d’une part d’optimiser les investissements pour le renouvellement et d’autre part de cibler les opérations de maintenance. Nous proposons de changer de paradigme : remplacer avant que les fuites n’arrivent. Les solutions existent, la nôtre ou celles de concurrents, mais certaines collectivités hésitent encore à recourir à l’IA. Ce n’est pourtant que de l’analyse de données » souligne Paul Petit (Altereo).

 Sa société a par exemple réalisé une étude pour le renouvellement du réseau du Grand Annecy. «Nous avons comparé avec un plan classique basé uniquement sur l’âge des canalisations : le programme élaboré avec HPO évite deux fois plus de fuites » affirme-t‑il. Altereo a également établi le programme de renouvellement de Limoges Métropole, qui souhaitait accorder une priorité aux usagers sensibles (écoles, hôpitaux, zones économiques) dans un contexte de changement climatique. «L’intérêt de l’IA est de pouvoir élaborer des programmes sur mesure, en tenant compte des contraintes ou priorités propres à chaque maître d’ouvrage » plaide Paul Petit. Autre grande référence pour Altereo: le Sedif. « Ils ont un très bon rendement. Leur problématique est plutôt la gestion d’un patrimoine de 8000 kilomètres de canalisations. 

Préparation avant chemisage : envoi d’une gaine dans la canalisation existante pour ensuite la chauffer afin qu’elle épouse les parois sans réduction de diamètre.

Avec HPO, nous allons réaliser automatiquement, chaque année, leur programme de renouvellement - à raison de 44 kilomètres par an. Au-delà du risque de casse, leur priorité est le remplacement de canalisations en fonte installées entre les deux guerres » détaille Paul Petit. Veolia utilise son logiciel maison Mosare, en constant développement. «Nous allons maintenant vers les canalisations vers les canalisations de gros diamètre pour lesquelles les défaillances sont rares. 

C’est l’intérêt de l’IA: elle peut prendre en compte une combinaison de nombreux facteurs, même s’il y a peu de données pour chacun. L’informatique de nouvelle génération nous aide à faire évoluer l’outil» explique Frédéric Blanchet, chargé de Réglementation et expertises transverses à la Direction des Affaires Publiques de Veolia Eau. Dans l’idéal, un programme de renouvellement du réseau d’eau potable ne prend en compte «que» les dimensions propres aux installations, à leurs conditions d’exploitation, leur environnement et leur historique de casse. Mais des considérations autres interviennent également. «Même si nous n’y sommes pas très favorables, les collectivités prennent souvent en compte l’interaction avec des chantiers prévus sur la voirie. Un programme résulte donc de compromis, qui peuvent se faire au détriment de l’eau potable» déplore Denis Rousset (AELB). Ce que confirme Pierre Rampa (Canalisateurs). «Une part non négligeable des chantiers se décide sur des critères autres que âge-matériau et historique des casses. L’opportunité vis-à­vis de travaux prévus pour la voirie ou les transports est souvent déterminante» constate-t-il.

DIAGNOSTIC PHYSIQUE : UN APPORT NÉCESSAIRE ?

 Outre les caractéristiques propres du réseau, l’historique des casses est déterminant pour établir un programme de renouvellement. Or il n’est pas toujours bien renseigné et, surtout, inexistant pour les canalisations de transport de gros diamètre, qui cassent rarement. C’est essentiellement pour ce marché que des sociétés comme Acwa Robotics, Axeo TP, Dron’Eau, Bathy Drones Solutions, CT2MC ou Xylem proposent des outils de diagnostic physique.

vonRoll hydro a développé des prestations de diagnostics des réseaux d’eaux et de leurs milieux pour estimer le "reste à vivre" des conduites. Ces prestations permettent de centraliser sur une carte l’ensemble des données terrain collectées. Celles-ci sont compatibles avec la plupart des systèmes d’informations du marché.


Techniques électromagnétiques, acoustiques, par ultrasons, radio, thermographie, laser, vidéo…: il existe des outils pour tous les types de canalisation ou de problématique. Sans oublier le diagnostic destructif par prélèvement d’un échantillon et analyse au laboratoire. «Sans données, en particulier sans historique de casse, il est impossible de prédire la rupture d’une canalisation. C’est pourquoi nous proposons de «scanner» les grosses conduites par l’intérieur sans interrompre le service puis d’exploiter les données recueillies» explique Yann Ezan. Xylem a pour cela monté une division spéciale: Xylem Vue. Le robot Pipe Diver (développé par Pure Technologies, aujourd’hui intégré à Xylem), analyse par une technique électromagnétique l’état de canalisations métalliques, ou des parties métalliques de canalisations Bonna ou béton précontraint. 


Le robot Pathfinder est un transporteur de capteurs, adaptable aux besoins du client, qui a la capacité à prendre appui sur la paroi de la canalisation pour se fixer, ce qui permet d’obtenir des données de qualité et d’une grande précision.

«Nous pouvons quantifier en% la perte d’épaisseur due à la corrosion. En parallèle, nous mesurons l’ovalisation de la conduite. Cela donne enfin des données utilisables, que nous croisons ensuite avec les données du constructeur et les caractéristiques connues de résistance des matériaux. Une IA établit alors une courbe de risque de rupture. Nous pouvons identifier les endroits où il reste de la marge et ceux où la limite de résistance est atteinte ou dépassée» détaille Yann Ezan. Avec son robot Pathfinder, qui en un seul passage dresse une vision exhaustive de la canalisation, Acwa Robotics gagne du terrain. La start-up déploie actuellement plusieurs projets pilotes, sur toute la France et envisage une commercialisation de sa solution mi-2024. Selon la plupart des observateurs, l’utilisation de ces techniques reste toutefois minoritaire. «Il faut d’abord savoir ce que l’on recherche et cibler le plus pertinent avant de se lancer dans un diagnostic physique. Les tuyaux en Bonna sont très résistants, ce sont les joints qui posent problème. Pour la fonte, c’est plutôt la corrosion. 

Pour comprendre son réseau et la criticité de chacune des conduites, le logiciel InfoworksWSPro commercialisé par Geomod intègre un module de notation des conduites afin de pouvoir les classer selon l’impact qu’une casse peut y avoir. L’utilisateur rentre les paramètres de notation et à partir de ces données, le logiciel va effectuer autant de simulations qu’il y a d’objet à analyser et récupérer la note d’impact de la casse de la conduite. Autre point fort du logiciel: faire collaborer différentes équipes (études, exploitation…) et organisations en tirant parti d’une base de données de référence multi-utilisateurs.


La destructuration des sols agit sur tous… Nous utilisons donc ces outils de façon ciblée, sur les secteurs où nous pensons, après une analyse des données patrimoniales, qu’ils vont ajouter quelque chose à ce que nous savons déjà, mais pas en première intention» insiste par exemple Stéphane Ravanat (Veolia). Le diagnostic physique peut cependant révéler de bonnes surprises. «On peut trouver des tuyaux en bien meilleur état que leur âge le laissait prévoir. Là est l’enjeu: mieux discriminer pour gagner en efficacité, se laisser des marges de manœuvres. L’inspection peut d’ailleurs se programmer sur le long terme : diagnostiquer chaque année une petite portion du réseau. Cela permet de ne pas remplacer inutilement des canalisations encore saines» souligne Stéphane Ravanat (Veolia). 

Une donnée intéressante lorsqu’il faut monter un dossier de demande de financement et justifier les dépenses… «Après inspection, nous n’identifions en général que de 1 à 3% du linéaire de conduites ayant subi des dommages importants nécessitent un renouvellement partiel ou une réparation» confirme Yann Ezan (Xylem). Sa société a par exemple examiné un réseau en Bonna pour le compte du Sedif, au centreville d’Ivry. «Ils se posaient la question du renouvellement de cette conduite étant donné son historique de fuite. Le Pipe Diver n’a identifié que trois tronçons avec quelques brins cassés, donc sans urgence. Nous avons amené une bonne nouvelle : seuls 0,44% du linéaire nécessitent une surveillance accrue» se souvient Yann Ezan. Autre opération, pour le compte de Sénéo (avec Suez): l’inspection de trois conduites historiques amenant l’eau de la Seine à l’usine d’eau potable du Mont Valérien, qui alimente Nanterre, Suresnes et la GarenneColombes. «Il s’agit de tuyaux en Bonna mais aussi en fonte grise des années 1920. C’est un tronçon stratégique, évidemment, mais situé en plein centre de Suresnes, sans aucun accès. Sénéo veut donc avoir une vision globale de la conduite : si des travaux de voirie sont programmés à un endroit où nous avons détecté un problème, ils en profiteront pour accéder à la conduite. Le rapport n’est pas finalisé mais, là encore, il n’y a pas d’urgence» révèle Yann Ezan. Tout récemment, dans le cadre de la planification des investissements à réaliser sur des canalisations en fonte ductile, la technologie acoustique ePulseTM développée par la société Echologics pour le compte de Saint-Gobain PAM Canalisation a aidé fortement la communauté d’agglo du Grand Belfort Communauté à anticiper et répartir un budget de renouvellement estimé à plusieurs millions d’euros.


CONCRÉTISER

La réhabilitation par éclatement permet de réduire jusqu’à 80% l’empreinte carbone d’un chantier selon Aquarex. Ici, réhabilitation par éclatement d’une canalisation de distribution d’eau potable avec reprise des branchements.


Les choix étant arrêtés, il faut lancer les chantiers (voir par exemple EIN 453). Interviennent alors des sociétés de travaux publics comme comme Axeo TP, Altero TP, Rampa, Orea, Sade, entre autres. Les collectivités ont le choix entre des travaux classiques avec tranchée (on creuse, on enlève l’ancien réseau et on le remplace par des tronçons neufs), encore majoritaire, ou des techniques sans tranchée (tubage, chemisage, gainage, projection…). La question ne se pose guère pour le réseau de distribution: ses nombreux branchements exigent de toute façon de réaliser des fouilles, aussi les travaux avec tranchée sont-ils privilégiés. C’est pourquoi les collectivités préfèrent coordonner ces opérations avec des chantiers de voirie, de transport ou d’intervention sur d’autres réseaux… Les fournisseurs de matériel (canalisations, raccords, vannes, accessoires) se nomment alors AVK, Amiblu, Bayard, Dyka, Gebo, Huot, Hydro Pipe Solutions (HPS, nouvel entrant sur le marché français), Electrosteel, Molecor, Plasson, Saint-Gobain PAM Canalisation, Sainte-Lizaigne, Soval, Tubao, vonRoll hydro, Walther ou encore Wavin. Pour le réseau de transport, avec ses grandes longueurs sans embranchement, ou les franchissements difficiles qui interdisent les fouilles (passage sous une autoroute par exemple), les collectivités peuvent opter pour des techniques de réhabilitation sans tranchée, proposées par exemple par Aquarex, Hermes Technologie, Primus Line, Reline Europe et toujours Wavin. 

Le SIG 1Water de 1Spatial permet de réaliser un inventaire complet du réseau et de simuler un plan de renouvellement des tronçons en exploitant toutes les données disponibles dans le SIG, en leur appliquant des coefficients de pondération. Une simulation peut ainsi être réalisée sur des critères tels que des caractéristiques du patrimoine (année de pose, matériaux, …), les données d’exploitation (fuites, observations, pression, …), et également des données environnementales.

«Les Techniques Sans Tranchée sont une approche moderne et citoyenne pour la réalisation des travaux souterrains. Elles offrent des solutions qui réduisent considérablement les nuisances occasionnées par les chantiers. La réhabilitation par éclatement notamment, en plus de l’avantage qu’elle présente de poser une nouvelle canalisation neuve et structurante en lieu et place, est la seule technique capable d’augmenter la taille du réseau existant. Vue l’évolution de la population, cela n’est pas négligeable, surtout que les gens se regroupent au même endroit, ce qui demande potentiellement l’augmentation du volume de distribution» argumente Florian Raynaud, d’Aquarex. La technique classique avec tranchée reste toutefois dominante, même pour les réseaux de transport. Rampa TP a ainsi renouvelé en 2022 (avec EHTP et Colas) six kilomètres de conduite maîtresse pour le syndicat des Eaux RhôneVentoux. «La vieille conduite, qui datait des années 1960, avait subi des ruptures qui auraient pu mettre en danger l’approvisionnement de l’ensemble du syndicat» justifie Pierre Rampa. La société a également remplacé une conduite de fonte en encorbellement sous le pont de Cairanne, pour le Syndicat Rhône Aygues Ouvèze. A Vienne (Isère), un groupement comportant Rampa TP, Guillaud TP et Albertazzi a remplacé six kilomètres de vieille conduite en béton par une canalisation en fonte. «Avec un investissement total de 7 millions d’euros, les économies d’eau se montent à 1.3 millions de m3 par an» précise Pierre Rampa.

QUELLES COLLECTIVITÉS ?

Selon l’observatoire Sispea, la France comptait en 2020 quelque 11000 services d’eau potable pour environ 8200 collectivités ayant cette compétence. La loi NOTRe va induire une nette diminution du nombre de services puisque, d’ici le premier janvier 2026, les communes assumant encore seules cette compétence devront l’avoir transférée à des EPCI, communautés de communes, communautés urbaines ou syndicats. Là encore, des disparités régionales apparaissent. «Dans notre bassin, nous observons un gradient ouest-est. A l’Ouest, ce sont plutôt des communautés de communes ou d’agglomérations, voire des syndicats départementaux (Vendée, Haute-Vienne, Morbihan), qui gèrent l’eau. A l’Est, vers le Massif central, il reste plus de communes isolées» explique par exemple Denis Rousset, de l’Agence de l’eau Loire-Bretagne (AELB) La sécheresse de 2022 - et celle inévitable de 2023 - va peut-être accélérer le mouvement de concentration. «Des élus restent réticents à céder cette compétence mais la situation de 2022, où il a fallu assurer le ravitaillement de communes isolées par des camions-­citernes, sera sans doute un déclic» espère Denis Rousset. Une évolution indispensable car ces milliers de communes seules, souvent rurales, n’auront pas les moyens financiers et techniques suffisants pour assurer la pérennité de leur réseau.

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