A. ALLÉRA et P. DEBORDE, Ingénieurs CGEE ALSTHOM.
I. — ORIGINE DU PROJET
Caractéristiques du réseau de distribution d’eau potable.
D’année en année la consommation d’eau potable croît très rapidement dans les régions urbaines, et il n’est plus possible de concevoir un réseau de distribution d’eau équipé de réservoirs pouvant assurer une réserve de consommation de un ou plusieurs jours.
Aussi, dans un réseau moderne, le réservoir est prévu pour servir seulement de régulateur absorbant les pointes de consommation, sa capacité correspond à une réserve de consommation de quelques heures seulement.
C’est la ligne de conduite choisie par le Syndicat Intercommunal d’Assainissement et d’Urbanisme de la région de Chambéry regroupant 14 communes pour l’extension et la rénovation du réseau d’adduction d’eau potable de Chambéry et des communes voisines.
Une telle conception conduit à prévoir une surveillance permanente de l’installation pour adapter la marche des pompes aux variations de la consommation et pour être en mesure d’intervenir rapidement lorsqu’un incident se produit.
Le Bureau d’Études et Projet a fait une étude globale et confié à CGEE ALSTHOM l’étude et la réalisation de l’ensemble du système.
II. — DESCRIPTION DU RÉSEAU
Le réseau constitué à l’origine pour 90 000 habitants fut étudié pour en desservir 200 000 dans les années à venir.
Dans son ensemble, le projet se résumait en 5 puits de captage et 9 réservoirs de 500 à 12 000 m³, dont 6 réservoirs seront équipés de pompage permettant le refoulement dans les distributions supérieures.
Toutes les ressources en eau sont obtenues par pompage d’exhaure dans les nappes. Chaque station est en conséquence équipée d’un poste de transformation (de 160 à 300 kVA selon le cas) pour alimenter les moteurs des pompes. Un abonnement « type tarif vert » a donc été pris auprès d’Électricité de France. Ce tarif définit :
a) un prix du kWh consommé qui varie beaucoup (de 1 à 3,6 fois) en fonction de l’heure à laquelle s’effectue la consommation d’électricité, soit : — coef. 3,6 : heures de pointe de 7 à 9 et de 17 à 19 h, — coef. 2 : heures pleines de 6 à 7, 9 à 17, 19 à 22 h, — coef. 1 : heures creuses de 22 à 6 h ;
b) une prime fixe qui est en fonction de la puissance souscrite à l’abonnement tenant compte d’un cumul des kWh consommés pendant 10 mn consécutives, avec pénalisations importantes en cas de dépassement.
D’autre part, les réservoirs n’assurent pas le rôle de réserve importante, mais plutôt un rôle de régulateur absorbant les pointes de consommation d’eau.
Il faudra donc automatiser pour tenir compte des consommations d’eau et être certain qu’elle ne risque de manquer nulle part, mais aussi pour optimiser les heures de pompage afin d’utiliser au mieux les conditions du tarif E.D.F.
1. — Centralisation des informations.
La nécessité d’une surveillance permanente de l’installation amène naturellement à prévoir un poste central où seront ramenées toutes les informations nécessaires à la connaissance de l’état du réseau d’adduction d’eau.
Le réseau de Chambéry comprendra dans l’extension actuellement prévue 15 ouvrages (puits, réservoirs, stations de reprise) ; le poste central recevra 480 signalisations tout ou rien et 42 mesures environ.
Actuellement 9 ouvrages sont équipés ; le poste central reçoit 330 signalisations et 28 mesures.
2. — Télécommande à partir du poste central.
Au poste central, un opérateur est renseigné en permanence sur l’état du réseau d’adduction d’eau, et il est averti de tous les changements qui se produisent. Il peut donc déterminer les manœuvres à effectuer pour l’exploitation normale du réseau de distribution d’eau et pour parer aux incidents ou aux événements fortuits.
Afin de réduire le personnel et d’obtenir une grande rapidité d’intervention, la centralisation des informations est complétée par une télécommande à partir du poste central des principaux organes du réseau.
Les 9 ouvrages équipés reçoivent 168 télécommandes ; pour l’équipement complet du réseau, il est prévu 250 télécommandes environ.
En retour, le système de centralisation des informations vers le P.C. permet de contrôler la bonne exécution de ces ordres.
3. — Automatisation.
Le prix de l’énergie électrique fournie par l’E.D.F. varie considérablement suivant la tranche horaire pendant laquelle cette énergie est consommée. Il était intéressant d’utiliser au maximum les possibilités des réservoirs pour répartir les heures de pompage dans les tranches horaires, heure creuse de tarification et éventuellement heure pleine, et éviter sauf nécessité absolue de faire fonctionner les pompes aux heures de pointe.
Pour l’exploitation du réseau de la région de Chambéry, on s’est donc fixé la règle suivante :
- — les réservoirs fournissent toute la consommation d’eau aux heures de pointe de distribution d’énergie électrique (soit de 7 à 9 h et de 17 à 19 h) ;
- — pendant les heures pleines (6 à 7 h, 9 à 17 h, 19 à 22 h), le pompage est utilisé au minimum pour assurer une réserve de consommation de 6 heures (niveau d’iso-autonomie) ;
- — pendant les heures creuses (22 h à 6 h) la capacité de pompage est utilisée au maximum pour remplir les réservoirs.
Mais, compte tenu de la faible capacité des réservoirs, des variations très importantes de la consommation d’eau au cours de la journée (la consommation pouvant dépasser pendant plusieurs heures la capacité maximale de pompage), il est nécessaire d’automatiser le fonctionnement des pompes et vannes de distribution suivant trois paramètres : heure, niveau dans les réservoirs et courbes prévisionnelles de consommation par réservoir.
4. — Nécessité d’un calculateur.
Le réseau d’adduction d’eau de la région de Chambéry comprendra dans son extension future 45 ensembles « puits, réservoirs avec station de reprise, réservoirs haut service », dont les caractéristiques d’exploitation sont différentes.
De plus, ce réseau se réalisant par tranches successives, les caractéristiques d’exploitation de chaque ensemble évoluent au fur et à mesure de l’avancement des travaux.
Donc, pour des raisons de souplesse d’exploitation et d’extension, de fiabilité et de prix, l’utilisation d’un calculateur au poste central s’est imposée.
Le calculateur apporte en plus les avantages suivants : — traitement de mesures plus performant (mise à l’échelle, seuils, cumuls, données statistiques, moyennes, etc.), — enregistrement sur imprimante des principaux événements qui surviennent en cours d’exploitation dans un langage clair, enregistrement de mesures, cumuls, moyennes, présentation en tableaux clairs des données statistiques, — possibilité de modifier facilement et rapidement les conditions de fonctionnement pour perfectionner l’automatisation de l’installation suivant l’expérience acquise par l’exploitant, — traitement selon des algorithmes plus ou moins complexes, — optimisation permettant une rentabilisation de l’installation.
III. — DESCRIPTION DE L’INSTALLATION
1. — Système de transmission entre stations et P.C. (Fig. 2).
— Dans chaque station un équipement statique, appelé Poste Secondaire (PS), émet sur la ligne PTT ses mesures, ses signalisations et reçoit par la même voie ses télécommandes (total 480 signalisations, 45 mesures, 200 commandes) ;
— Au P.C., récepteurs et émetteurs font la réciproque et assurent la compatibilité avec le calculateur.
La liaison entre PS et PC se fait sur les lignes standards du téléphone, la qualité des communications est assurée par une porteuse modulée en fréquence.
La mise à jour du calculateur se fait par interrogation successive des PS, selon un cycle de 30 secondes.
Les télécommandes peuvent être soit manuelles (par bouton-poussoir activant directement la télétransmission), soit automatiques (par le calculateur). Elles sont prioritaires et ne demandent que quelques millisecondes pour être exécutées. Une procédure particulière de double émission et réémission avec concordance des messages de télécommande garantit la bonne exécution de l’ordre donné par le bon organe.
2. — Calculateur.
Le calculateur est connecté d’une part à l’ensemble « sélecteur de poste logique de réception », dont il reçoit les messages en permanence des différents postes satellites, d’autre part, à l’émetteur de commande pour l’envoi de commandes automatiques.
Il comprend également en périphérie :
— une console de visualisation permettant l’introduction dans le calculateur des consignes (seuils de niveaux, courbes de consommation, nombre de pompes disponibles, etc.) et éventuellement de la date et l’heure après un arrêt de fonctionnement. Cette console servira également à afficher les tableaux de marche ;
— une imprimante pour inscrire sur papier les principaux événements (mise en marche ou arrêt des pompes, ouverture-fermeture des vannes) ;
— des entrées et sorties tout ou rien lui permettant :
+ de commander des tubes à projection pour l’affichage des mesures après traitement,
+ d’éclairer des tranches lumineuses sur le synoptique matérialisant les niveaux dans les réservoirs,
+ d’actionner des relais pour commande en fil à fil de l’ouvrage « PUITS DES ILES » situé à proximité du poste central.
L’unité centrale est équipée d’une mémoire de 12 kmots de 19 bits.
3. — Pupitre de commande.
Il comprend une platine par ouvrage secondaire, sur laquelle se trouvent les commandes manuelles (pompes, etc.), les mesures (niveau, débit), lampes (alarmes, marche, etc.), les compteurs (temps de marche, cumuls de débits, etc.).
4. — Synoptique.
Le synoptique en plexiglass gravé est du type vivant avec report lumineux commandé par le calculateur des états de pompes, vannes, conduites de liaisons utilisées, etc., niveaux dans les réservoirs.
IV. — LE RÔLE DU CALCULATEUR
Il totalise des débits sortant des réservoirs et garde en mémoire, pour chaque ouvrage, la consommation journalière des huit jours précédents. Chaque jour à 6 h, le calculateur, par extrapolation des consommations enregistrées le même jour de la semaine précédente, affectées d'un coefficient de tendance suivant l’évolution de la consommation globale, établit pour chaque ouvrage le volume à pomper pendant les vingt-quatre heures suivantes.
À partir de ces prévisions de pompage, compte tenu des possibilités de chaque station, de la réserve d'eau et des différents postes horaires, le calculateur établit pour chaque pompe le programme de fonctionnement pour 24 h. Toutes les heures, il fait le bilan du fonctionnement, il compare le niveau réel avec le niveau théorique prévu ; éventuellement il corrige le programme de pompage. Ceci est enregistré par l’imprimante et donne à l’exploitant la possibilité de surveiller le fonctionnement de l'ensemble du complexe.
Dans le cas où il est impossible de repousser le pompage en « heures creuses » ou « pleines », le calculateur donne l’alarme de pompage en heures de « pointes », indique sur l'imprimante le volume nécessaire mais laisse à l'exploitant la décision.
V. — FORMATION DU PERSONNEL ET MAINTENANCE
Le service des eaux de Chambéry, qui exploite toute l'installation, a détaché un technicien pour lui faire suivre un stage d’environ quatre semaines chez le constructeur du calculateur et de la télétransmission, puis ce technicien a suivi les études et la réalisation pour compléter ses connaissances. Il est actuellement à même d’exploiter l'installation dans son ensemble et d’intervenir sur le calculateur pour modifier à son gré certains paramètres (seuils d’alarmes, courbes de consommation, nombre de pompes disponibles, etc.).
La maintenance de premier échelon est assurée par le SIAURC (échange de cartes défectueuses, relance après arrêt, etc.), le deuxième échelon est assuré par un contrat de maintenance et d'interventions.
Le système fonctionne 24 h sur 24 h et est en perpétuelle évolution par adjonctions, modifications, extensions.
VI. — RENTABILITÉ
Le système se justifie, en plus de l’amélioration et de la régularité du fonctionnement, par des économies importantes réalisées :
- a) sur le prix moyen du kWh payé à l'EDF,
- b) sur la suppression du personnel dans les stations.
Selon la structure du réseau considéré, l’amortissement de l'installation peut aller de deux ans à dix ans.
