Réduction des fuites dans les réseaux d’alimentation en eau potable - Rapport d'étape 2010

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Eddy Renaud, M. Clauzier, M. Sissoko, A. Nafi, C. Werey. Réduction des fuites dans les réseaux

d’alimentation en eau potable - Rapport d’étape 2010. [Rapport Technique] irstea. 2010, pp.92.

�hal-02596356�

Réduction des fuites dans

les réseaux d’alimentation

en eau potable

(2) UMR Geste ENGEES/CEMAGREF

Décembre 2010 CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref

Décembre 2010 – p. 2/92

Contexte de programmation et de réalisation

La lutte contre les pertes d’eau potable dans les réseaux de distribution est un enjeu considérable sur les territoires qui connaissent des problèmes de ressources. La loi du 29 juin 2010 portant engagement national pour l’environnement (Grenelle II) comporte des dispositions incitatives modulées en fonction des taux de pertes. L’amélioration de la connaissance des phénomènes physiques à l'origine des fuites et l'étude d’indicateurs sont nécessaires pour évaluer les réductions de pertes possibles et les enjeux financiers qui en découlent. L’étude est prévue sur 3 ans de 2009 à 2011.

Les auteurs Eddy RENAUD (1) Ingénieur eddy.renaud@cemagref.fr Marion CLAUZIER (1) Ingénieur marion.clauzier@cemagref.fr Mamadou SISSOKO (1) Ingénieur Mamadou.sissoko@cemagref.fr Amir NAFI (2) Ingénieur amir.nafi@engees.u-strasbg.fr Caty WEREY (2) Ingénieur caty.werey@engees.unistra.fr

(1) Cemagref – Groupement de Bordeaux

50 avenue de Verdun, Gazinet 33612 CESTAS Cedex (2) ENGEES – UMR Geste ENGEES/CEMAGREF 1, quai Koch BP 61039 67070 STRASBOURG

Les correspondants

Onema

Stéphane Garnaud, Direction de l’Action Scientifique et Technique, stephane.garnaud@onema.fr

Pascal Maugis, Direction de l’Action Scientifique et Technique, pascal.maugis@onema.fr

Sylvain Rotillon, Direction de la Connaissance et de l’Information sur l’Eau, sylvain.rotillon@onema.fr

Emilie Bulleryal, Direction de la Connaissance et de l’Information sur l’Eau, emilie.bulleryal@onema.fr

Cemagref

Eddy Renaud, Cemagref BORDEAUX, eddy.renaud@cemagref.fr

Amir Nafi UMR Geste STRASBOURG, amir.nafi@engees.u-strasbg.fr

Caty Werey, UMR Geste STRASBOURG, caty.werey@engees.unistra.fr

Droits d’usage : Accès libre

Couverture géographique : Niveau géographique : France National Niveau de lecture : Nature de la ressource : Professionnels, experts Rapport d’étape CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref

Réduction des fuites dans les réseaux d’alimentation en eau potable

Rapport d’étape 2010

Eddy RENAUD – Marion CLAUZIER – Mamadou SISSOKO – Amir NAFI – Caty WEREY

Sommaire

Répertoire des figures et tableaux... 6

I Figures ... 6

II Tableaux ... 8

Préambule ... 10

I Contexte et objectifs de l’étude ... 11

II Rappel des avancées 2009 ... 13

II.1 Cadrage de l’étude ... 13

II.2 Axe 1 Connaissance des fuites ... 13

II.3 Axe 2 Réduction des pertes ... 13

II.4 Axe 3 Enjeux financiers ... 13

Connaissance et réduction des fuites... 14

I Point sur l’acquisition des données (Axes 1 et 2)... 15

I.1 Données du SIAEP de Coulounieix-Razac ... 15

I.2 La zone prioritaire d’étude ... 15

I.2.1 Données structurelles ... 17

I.2.2 Données issues de la sectorisation ... 18

I.3 Données issues d’autres services ... 19

I.4 Les problèmes de fiabilité des données issues de la sectorisation (Identification – Résolution)... 20

II Méthodes d’évaluation de la pression d’un secteur (Axe 1) ... 21

II.1 Concepts et méthodes développée dans la sphère de l’IWA... 21

II.2 Méthodes mises en œuvre ... 22

II.2.1 Méthode « Topographique » ... 23

II.2.2 Méthode « Modèle hydraulique » ... 23

II.2.3 Méthode « Mesure »... 24

II.3 Résultats et conclusions ... 24

CemOA

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d'Irstea

Décembre 2010 – p. 4/92

II.3.1 Impact du système de pondération ... 24

II.3.2 Impact de la méthode ... 25

II.3.3 Représentativité de la journée moyenne ... 26

II.3.4 Conclusion ... 27

III Evaluation des pertes à partir du débit de nuit (Axe 1) ... 29

III.1 Composantes du débit de nuit... 29

III.2 Méthodes d’évaluation de la consommation nocturne et quantification des fuites ... 31

III.2.1 Débits à l’échelle du secteur... 31

III.2.2 Méthode « à consommation nocturne constante » ... 32

III.2.2.1 Définition des variables... 32

III.2.2.2 Evaluation de la consommation nocturne... 32

III.2.2.3 Pertes nocturnes du secteur... 33

III.2.2.4 Limitations... 33

III.2.3 Méthode « à consommation nocturne proportionnelle » ... 34

III.2.3.1 Hypothèse d’évaluation de la consommation nocturne... 34

III.2.3.2 Evaluation des débits... 34

III.2.3.3 Rendement journalier en fonction du coefficient de débit nocturne ... 34

III.2.3.4 Prise en compte de l’impact des variations journalières de la pression ... 35

III.2.3.5 Evaluation pratique de 0 et de 0... 36

III.2.4 Application à la RMMS de La Réole... 38

III.2.4.1 Méthode « à consommation nocturne constante » ... 38

III.2.4.2 Méthode « à consommation nocturne proportionnelle » ... 42

III.2.4.3 Comparaison de la consommation moyenne annuelle nocturne par abonné ... 44

III.3 Evaluation de la consommation nocturne à partir de données de consommation mesurées... 47

III.3.1 Présentation des données ... 47

III.3.1.1 Généralités... 47

III.3.1.2 Données « Distribution » ... 47

III.3.1.3 Données « Consommation » ... 51

III.3.2 Analyse des consommations... 55

III.3.2.1 Consommations domestiques ... 55

III.3.2.2 Liens entre la consommation moyenne et la consommation nocturne ... 58

III.3.3 Comparaison de deux méthodes d’évaluation de la consommation nocturne à partir du débit nocturne distribué ... 60 CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref

III.3.3.1 Evaluation de la consommation nocturne... 60

III.3.3.2 Comparaison des résultats ... 62

III.4 Choix des indicateurs et du pas de temps ... 64

IV Déterminants des pertes (Axe 1) ... 68

V Evolutions des pertes (Axe 2) ... 71

Enjeux financiers ... 74

I Politique de recherche de fuite ... 75

I.1 Introduction ... 75

I.2 Politique de réduction des fuites, description des étapes ... 76

I.2.1 Mise en place d’une sectorisation ... 76

I.2.2 Choix du matériel de mesure... 76

I.2.3 Choix du système de récupération de données et des enregistreurs ... 79

I.2.4 Mise en place de pré-localisateurs ... 80

I.2.5 Estimation du coût de mise en place de pré-localisateurs ... 81

I.3 Conclusion ... 82

II Anticipation des investissements en raison de dysfonctionnement. Cas des réseaux AEP : présence de fuites ... 83

II.1 Modèle théorique ... 83

II.2 Discussion ... 85

II.3 Calcul de coût d’anticipation de l’investissement ... 85

II.3.1 Analyse de la problématique d’un point de vue comptable ... 86

II.3.2 Analyse de la problématique d’un point de vue économique ... 87

II.3.3 Le cas d’extension des installations existantes ... 88

II.4 Conclusion ... 89 Bibliographie ... 90 CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref

Décembre 2010 – p. 6/92

Réduction des fuites dans les réseaux d’alimentation en eau potable

Rapport d’étape 2010

Eddy RENAUD – Marion CLAUZIER – Mamadou SISSOKO – Amir NAFI – Caty WEREY

Répertoire des figures et tableaux

Figure 1 Catégories de fuites et types d'actions... 11

Figure 2 Zone prioritaire d'étude... 16

Figure 3 Synoptique partiel de la sectorisation du réseau AEP ... 16

Figure 4 Données linéaire... 17

Figure 5 Données matériau ... 17

Figure 6 Données diamètre ... 17

Figure 7 Données casses sur conduites ... 18

Figure 8 Données casses sur branchements ... 18

Figure 9 Débits horaires du secteur 33 ... 19

Figure 10 Données journalières ... 19

Figure 11 RMMS De la Réole – Méthode modèle hydraulique - Pression dynamique horaire du secteur S1 sur 24 heures ... 26

Figure 12 RMMS De la Réole – Méthode modèle hydraulique - Pressions moyennes du secteur S1 sur une semaine ... 26

Figure 13 Courbe de consommation ... 29

Figure 14 Composantes du débit de nuit... 29

Figure 15 RMMS de La Réole S1 – Méthode « à consommation nocturne constante » – Consommations et pertes nocturnes ... 41

Figure 16 RMMS de La Réole S4 – Méthode « à consommation nocturne constante » – Consommations et pertes nocturnes ... 41

Figure 17 RMMS de La Réole S1 – Méthode « à consommation nocturne proportionnelle » – Consommations et pertes nocturnes... 44

Figure 18 RMMS de La Réole S4 – Méthode « à consommation nocturne proportionnelle » – Consommations et pertes nocturnes... 44

Figure 19 Recoupement des consommations nocturnes par abonné des deux méthodes « à consommation nocturne constante » et « à consommation nocturne proportionnelle » ... 46

CemOA

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Figure 20 « Distribution » – Débits qjh sur la période du 10/03/2010 au 29/03/2010 ... 47

Figure 21 « Distribution » – Débits de la journée moyenne

q

Figure 22 « Distribution » – Débits

q

Figure 23 « Distribution » – Débits moyen, nocturne et minimum ... 50

Figure 24 « Consommation » – Débits qcjh sur la période du 10/03/2010 au 29/03/2010 ... 52

Figure 25 « Consommation » – Débits

qc

Figure 26 « Consommation » – Débits

qc

Figure 27 « Consommation » – Débits de consommation moyen, nocturne et minimum... 55

Figure 28 « Consommation » – Part domestique : Débits de consommation moyen, nocturne et minimum . 56 Figure 29 « Consommation » – Dispersion de la consommation sur une journée... 57

Figure 30 « Consommation » – Dispersion du débit nocturne ... 57

Figure 31 Valeurs de QCnuitj et QCmoyj pour le compteur C07EA447713 sur l’ensemble de la période d’observation ... 58

Figure 32 Valeurs de QCnuitj et QCmoyj pour le compteur C08FA028684 sur l’ensemble de la période d’observation ... 58

Figure 33 Valeurs de QCnuitj et QCmoyj pour l’ensemble des compteurs ... 59

Figure 34 Valeur moyenne par compteur de

QCnuit

[ ]

C

[ ]

Figure 35 Bas Cenon – Méthode « à consommation nocturne proportionnelle » – Consommation nocturne 62 Figure 36 Comparaison résultats des deux méthodes d’évaluation de QCnuit – Valeurs théoriques ... 63

Figure 37 Comparaison résultats des deux méthodes d’évaluation de QCnuit – Valeurs calées ... 64

Figure 38 Données journalières sans traitement... 65

Figure 39 Données journalières traitées... 65

Figure 40 Données hebdomadaires ... 66

Figure 41 Données hebdomadaire et débit de référence... 66

Figure 42 Interprétation des débits... 67

Figure 43 Lien entre pertes nocturnes et matériau ... 69

Figure 44 Lien entre pertes nocturnes et diamètre ... 69

Figure 45 Lien entre pertes nocturnes et casses ... 69

Figure 46 Lien entre pertes nocturnes et pression... 70

Figure 47 Interventions sur le secteur 118 ... 71

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Décembre 2010 – p. 8/92

Figure 48 Interventions sur le secteur 124 ... 72

Figure 49 Difficultés d’interprétation des interventions sur le secteur 122... 72

Figure 50 Difficultés d’interprétation des interventions sur le secteur 33... 73

Figure 51 Les étapes de mise en place d’une politique de réduction des fuites... 76

Figure 52 Détermination de la date optimale de réalisation d’un nouvel investissement, adapté de [Wyatt, 2010] ... 84

Figure 53 Relation entre la durée d’anticipation et le rendement du réseau... 85

Figure 54 Relation entre le surcoût du à l’anticipation et la valeur du rendement ... 86

Figure 55 Relation entre le coût actualisé de l’anticipation et la durée t... 87

Figure 56 Relation entre le coût actualisé de l’anticipation et la valeur du rendement du réseau ... 88

II Tableaux Tableau 1 Données piquages (hors branchements) ... 18

Tableau 2 RMMS de La Réole – PMS calculé par la méthode «Modèle hydraulique » - Impact de la pondération ... 25

Tableau 3 SIAEP de Coulounieix Razac – Calcul de PMS – Impact de la méthode ... 25

Tableau 4 Comparatif des trois méthodes d’évaluation de la pression... 27

Tableau 5 Composantes du débit de nuit (approche IWA) ... 30

Tableau 6 Composantes du débit de nuit... 30

Tableau 7 Définitions et formules de calcul des débits totaux ... 31

Tableau 8 Catégories de consommateurs nocturne non domestiques et consommations nocturne de référence associées... 33

Tableau 9 RMMS de La Réole – Nombre d’abonnés... 38

Tableau 10 RMMS de La Réole – Méthode « à consommation nocturne constante » – Consommations nocturnes domestiques et non domestiques (méthode simplifiée) ... 39

Tableau 11 RMMS de La Réole – Méthode « à consommation nocturne constante » – Consommations nocturnes totales (méthode simplifiée)... 39

Tableau 12 RMMS de La Réole – Méthode « à consommation nocturne constante » – Taux d’occupation . 39 Tableau 13 RMMS de La Réole – Méthode « à consommation nocturne constante » – Nombre d'abonnés non domestiques par catégorie ... 40

Tableau 14 RMMS de La Réole – Méthode « à consommation nocturne constante » – Consommations nocturnes domestiques, non domestiques et totales (méthodes détaillées)... 40

Tableau 15 RMMS de La Réole – Méthode « à consommation nocturne constante » – Consommations nocturnes totales (synthèse des méthodes)... 40

Tableau 16 RMMS de La Réole – Méthode « à consommation nocturne proportionnelle » – Calcul de 0... 42

Tableau 17 RMMS de La Réole – Méthode « à consommation nocturne proportionnelle » – Calcul de (an) ... 42 CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref

Tableau 18 RMMS de La Réole – Méthode « à consommation nocturne proportionnelle » – Calcul de RS(an)

... 42

Tableau 19 RMMS de La Réole – Méthode « à consommation nocturne proportionnelle » – calcul de 0.... 43

Tableau 20 RMMS de La Réole – Méthode « à consommation nocturne proportionnelle » – Consommations moyennes et nocturnes ... 43

Tableau 21 RMMS de La Réole – Méthode « volumes réels » – Pertes et Consommations nocturnes ... 45

Tableau 22 RMMS de La Réole – Méthode « à consommation nocturne constante » – Consommations nocturnes par abonné... 45

Tableau 23 RMMS de La Réole – Méthode « à consommation nocturne proportionnelle » – Consommations moyennes et nocturnes par abonné ... 46

Tableau 24 RMMS de La Réole – Recoupement des consommations nocturnes par abonné des deux méthodes « à consommation nocturne constante » et « à consommation nocturne proportionnelle » ... 46

Tableau 25 « Distribution » – Débits minima, maxima, moyens et coefficients de pointe des jours de la semaine ... 49

Tableau 26 Définitions et formules de calcul des débits totaux ... 50

Tableau 27 « Distribution » – Variabilité de Qmoyj, Qnuitj et Qminj... 50

Tableau 28 Répartition des compteurs pas strates de consommation ... 51

Tableau 29 Réaffectation des compteurs par strates de consommation ... 51

Tableau 30 « Consommation » – Débits de consommation minima, maxima, moyens et coefficients de pointe des jours de la semaine ... 54

Tableau 31 « Distribution » – Variabilité de QCmoyj, QCnuitj et QCminj... 55

Tableau 32 « Consommation » – Part domestique : Variabilité de QCmoyj, QCnuitj et QCminj... 56

Tableau 33 Bas Cenon – Méthode « à consommation nocturne constante » – Consommations nocturnes domestiques et non domestiques... 61

Tableau 34 Bas Cenon – Méthode « à consommation nocturne constante » – Consommations nocturnes totales ... 61

Tableau 35 Indicateurs de pertes ... 68

Tableau 36 Indicateurs structurels ... 68

Tableau 37 Estimation durées et débits des fuites sur le secteur 118... 71

Tableau 38 Estimation durées et débits des fuites sur le secteur 124... 72

Tableau 39 Comparatif entre débitmètre et compteur [Martin, 2010] ... 77

Tableau 40 Avantages et inconvénients des appareils de mesure [Martin, 2010]... 78

Tableau 41 Liste non exhaustive des fournitures nécessaires pour chaque type d’appareil de mesure... 79

Tableau 42 Résultats d’estimation de coût d’installation d’appareil de mesure par point de mesure ... 79

Tableau 43 Principaux coûts d’installation des enregistreurs ... 80

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Décembre 2010 – p. 10/92

Réduction des fuites dans les réseaux d’alimentation en eau potable

Rapport d’étape 2010

Eddy RENAUD – Marion CLAUZIER – Mamadou SISSOKO – Amir NAFI – Caty WEREY

Préambule

I Contexte et objectifs de l’étude

La loi n°2010-788 du 12 juillet 2010 portant engagement national pour l’environnement (Grenelle II) prévoit dans son article 161 que « Lorsque le taux de perte en eau du réseau s’avère supérieur à un taux fixé par décret selon les caractéristiques du service et de la ressource, les services publics de distribution d’eau établissent, avant la fin du second exercice suivant l’exercice pour lequel le dépassement a été constaté, un plan d’actions comprenant, s’il y a lieu, un projet de programme pluriannuel de travaux d’amélioration du réseau.». Cette disposition soulève des interrogations concernant la valeur des seuils de pertes d’eau ainsi que le contenu et les objectifs du plan d’action visant à réduire les pertes.

Fuites diffuses Fuites visibles ou localisées Fuites détectables non-localisées Recherche active Contrôle de la pression Rapidité d'intervention Gestion patimoniale ciblée

Figure 1 Catégories de fuites et types d'actions

Les principales actions pour réduire le volume des fuites sont les suivantes (Figure 1) :

- la recherche de fuites permet de réduire les pertes dues aux fuites détectables non-visibles ;

- la rapidité d’intervention permet de réduire les pertes dues aux fuites visibles ou détectées en réduisant leur temps d’écoulement ;

- la réduction de la pression permet de réduire les pertes dues aux fuites de tous types en réduisant leur débit d’écoulement, elle permet par ailleurs de réduire le nombre de casses ;

- la gestion patrimoniale (renouvellement ou réhabilitation des canalisations, branchements et autres organes du réseau), réduit le nombre de fuites de tous types sur les organes concernés.

Le potentiel de réduction des fuites se heurte aux limitations suivantes :

− les fuites détectables non-visibles s’écoulent de leur apparition jusqu’à leur détection puis leur réparation, durée qui ne peut être nulle ;

− les fuites visibles s’écoulent pendant le temps nécessaire à leur réparation, temps qui n’est jamais nul ;

− les fuites diffuses s’écoulent en permanence, par nature elles ne peuvent pas être totalement éliminées ;

− et, la qualité du service fixe une limite aux réductions de pression permettant d’en réduire le débit. En dehors de son contexte, la valeur globale d’un indicateur de pertes sur un service ne permet pas d’appréhender la nature des pertes donc leur potentiel de réduction et les moyens pour y parvenir.

A partir de données issues d’un service où tous les volumes entrant et sortant sont mesurés en continu (SIAEP de Coulounieix Razac en Dordogne), il est possible de rechercher les liens entre les caractéristiques du service et la consistance des pertes, ce qui devrait permettre de mieux interpréter les indicateurs courants. CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref

Décembre 2010 – p. 12/92

Trois objectifs sont poursuivis dans cette action :

− progresser dans le domaine de l’évaluation des fuites des réseaux d’eau et leur potentiel de réduction ;

− étudier le bilan économique et financier de la lutte contre les fuites ;

− et, produire des indicateurs techniques et financiers à différentes échelles dans le but de conduire et d’évaluer des stratégies de lutte contre les fuites.

L’action a été conçue sur une durée de 3 ans (2009-2011) et bâtie selon 3 axes :

Axe 1 : Connaissance des fuites : composantes du débit de nuit d’un secteur. Définition d’indicateurs pertinents et méthodologies d’évaluation.

Axe 2 : Réduction des pertes : méthodologie de priorisation des actions de réduction des pertes. Valeurs cibles.

Axe 3 : Enjeux financiers : évaluation du bilan coût / bénéfice d’une stratégie de réduction des fuites.

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II Rappel des avancées 2009

A l’issue de l’année 2009, un rapport d’étape a été produit « Réduction des fuites dans les réseaux d’alimentation en eau potable » [Renaud et al., 2009]. Il comporte un point d’avancement des axes 1 et 2 et un rapport définitif intitulé « Stratégies financières glissées pour le renouvellement des réseaux d’eau » réalisé dans le cadre de l’axe 3.

II.1 Cadrage de l’étude

En premier lieu un cadrage de l’étude a été proposé. Il comporte une représentation théorique des fuites basée sur des états successifs (diffuse, détectable non-visible, visible) en lien avec le débit. Cette représentation permet de faire le lien avec les mécanismes en œuvre selon les familles d’actions (recherche active des fuites, rapidité d’intervention, gestion patrimoniale ciblée, régulation de la pression). Sur ces bases, une approche de hiérarchisation des actions couplant les considérations techniques et financières (notion de coût du m3 économisé) est envisagée pour bâtir des stratégies de lutte contre les fuites.

II.2 Axe 1 Connaissance des fuites

A l’issue de l’année 2009 les principales avancées de l’axe 1 concernent :

− l’analyse des indicateurs de pertes usuels (en France et à l’étranger) et la mise en évidence de leurs intérêts et de leurs limites ;

− la caractérisation des données utiles à la lutte contre les fuites et la construction d’une typologie ; − le recueil, le traitement et l’analyse d’une importante partie des données disponibles sur le terrain

d’étude (SIAEP de Coulounieix Razac) ;

− la construction et le calcul par secteur d’indicateurs de pertes, de débits et de caractérisation structurelle ;

− et, l’étude bibliographique des méthodes d’évaluation de la pression d’un secteur. II.3 Axe 2 Réduction des pertes

Concernant l’axe 2, les travaux réalisés en 2009 ont porté sur la construction théorique des fonctions de coûts de différents types d’action de lutte contre les fuites. Une application pratique engagée sur un service du Bas-Rhin n’a pas pu aboutir en raison de disfonctionnements des dispositifs de mesure des débits mis en place.

II.4 Axe 3 Enjeux financiers

Les travaux concernant l’axe 3 réalisés en 2009 ont suivi deux directions.

La première qui concerne les « Stratégies financières glissées pour le renouvellement des réseaux d’eau » [Wittner, 2009] a été menée à son terme et donné lieu à un rapport définitif. Cette étude présente les modalités d’arbitrage entre l’autofinancement et l’emprunt puis propose de coupler les outils existants de gestion financière à court-moyen terme avec la stratégie de long terme selon un processus de gestion financière glissé dans le temps par itérations successives.

La seconde aborde la question de l’incidence de l’intercommunalité sur le financement du renouvellement et, sur la base d’une analyse du contexte, propose des pistes d’investigations.

CemOA

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Décembre 2010 – p. 14/92

Réduction des fuites dans les réseaux d’alimentation en eau potable

Rapport d’étape 2010 – Axes 1 et 2

Eddy RENAUD – Marion CLAUZIER – Mamadou SISSOKO

Connaissance et réduction des fuites

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I Point sur l’acquisition des données (Axes 1 et 2)

I.1 Données du SIAEP de Coulounieix-Razac Fin 2010, les informations obtenues sont les suivantes :

- Données structurelles issues du SIG : matériau, diamètre, nombre et type de piquages (hors branchements) et interventions relatives à 2009. Elles avaient été acquises au niveau du service en 2008 et elles ont été détaillées puis regroupées au niveau du secteur en 2009.

- Données issues de la sectorisation.

De plus, le modèle hydraulique datant de 2005 a été refait sur la zone d’étude (Cf. paragraphe I.2) et une campagne de mesure de pression a été menée cours de l’été 2009 pour contribuer à l’étude de la pression d’un secteur (présentée au chapitre II).

Cependant, les informations suivantes manquent par rapport à ce qui avait été prévu :

- Données structurelles : nombre d’abonnés et nombre de branchements par secteur, dates de pose par tronçon (ces données ne sont pas suffisamment renseignées pour pouvoir être exploitables). - Données de la télé-relève (compteurs domestiques) : le réseau de télé-relève a pu être posé non

sans difficulté, mais des problèmes d’acquisition de données retardent l’obtention de celles-ci. Du fait de ces données manquantes, les indicateurs suivants n’ont pu être calculés :

- Indicateurs structurels : densité d’abonnés, densité de branchements, âge moyen.

- Indicateurs de pertes : ils ont été estimés et non calculés à partir des consommations comme prévu initialement.

I.2 La zone prioritaire d’étude

La zone prioritaire d’étude est constituée des sept secteurs suivants (Figure 2) : 33, 118, 121, 122, 124, 125 et 126 (dénommés d’après leur compteur d’entrée), situés sur les communes de Coulounieix-Chamiers, Marsac-sur-l’Isle et Razac-sur-l’Isle. Le synoptique de la sectorisation de cette zone est présenté Figure 3. Cette zone a été choisie parce qu’elle est la première à être entièrement équipée du système de télé-relève des consommations d’eau, seuls les secteurs dont les débits sont mesurés sans équivoque sont étudiés.

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Décembre 2010 – p. 16/92 Figure 2 Zone prioritaire d'étude

S121

S124

S126

S125

S118

S122

S33

Figure 3 Synoptique partiel de la sectorisation du réseau AEP

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I.2.1 Données structurelles

Les informations structurelles présentées au niveau du service dans [Renaud et al., 2009] ont ici pu être détaillées au niveau du secteur pour la zone d’étude. Les Figures 4 à 8 récapitulent les données obtenues par secteur concernant le linéaire (Figure 4), le type de matériau (Figure 5), le diamètre (Figure 6), les piquages (hors branchements) (Tableau 1) et les interventions sur conduites (Figure 7) et branchements (Figure 8). Les données relatives à la pression seront décrites dans le chapitre II Méthodes d’évaluation de la pression d’un secteur (Axe 1).

21,1 12,8 26,5 11,3 8,7 11,5 9,0 0 5 10 15 20 25 30 S33 S118 S121 S122 S124 S125 S126 L in é a ir e ( k m )

Figure 4 Données linéaire

0 5 10 15 20 25 S33 S118 S121 S122 S124 S125 S126 L o n g u e u r (k m )

PVC Fonte PE Acier Plomb Inc.

Figure 5 Données matériau

0 2 4 6 8 10 12 14 16 S33 S118 S121 S122 S124 S125 S126 L o n g u e u r (k m ) <= 63 > 63 et <= 110 > 110 Inc.

Figure 6 Données diamètre

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Décembre 2010 – p. 18/92 Tableau 1 Données piquages (hors branchements)

Famille Classe S118 S121 S122 S124 S125 S126 S33

Mesure et comptage Compteur de sectorisation 1 3 1 5 5 Stabilisateur d'écoulement 1

Protection du réseau Plaque d'extrémite 5 2 2 12 4

Purge 23 6 13 14 23 14 23

Ventouse 9 5 5 7 5

Vidange 5 25 11 3 17 7 10

Protection incendie Bouche d'incendie en bout 1

Bouche d'incendie en té 1 1

Poteau d'incendie en bout 1 1 3 6

Poteau d'incendie en té 7 11 2 2 3 10 30

Puisard 1 1

Vanne de poteau d'incendie 2 10 1 1 3 3 Régulation du réseau Reducteur de pression 1

Régulateur de pression amont/aval 2 1 Régulateur de pression aval 1

Robinet 1/4 tour 14 3 1 3

Vanne de sectionnement / bouche à clé 96 93 31 32 112 77 85

Vanne de sectionnement / regard 2 1

Vanne normalement fermée 2 1 2

Total 164 166 70 54 182 133 158 1 11 1 2 2 1 2 1 1 1 2 11 1 1 1 11 1 33 118 121 122 124 125 126 Secteurs Casse circulaire Casse longitudinale Détérioration par un tiers Fissuration

Fuite au joint Autre Indefinie

Figure 7 Données casses sur conduites

2 1 3 1 2 4 1 1 2 1 1 1 2 1 1 2 1 2 2 33 118 121 122 124 125 126 Secteurs Casse circulaire Casse longitudinale Déboitement Emboitement collé Fissure Percement Autre

Figure 8 Données casses sur branchements

I.2.2 Données issues de la sectorisation

Les données ont été obtenues pour les six secteurs sur la période du 1er janvier 2009 au 4 novembre 2010 sous la forme de données brutes (index volumétriques horaires par compteur). A partir de celles-ci, les débits horaires ont pu être calculés, comme pour le secteur 33 représentés Figure 9.

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-250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 0 1 /0 1 /2 0 0 9 1 5 /0 1 /2 0 0 9 2 9 /0 1 /2 0 0 9 1 2 /0 2 /2 0 0 9 2 6 /0 2 /2 0 0 9 1 2 /0 3 /2 0 0 9 2 6 /0 3 /2 0 0 9 0 9 /0 4 /2 0 0 9 2 3 /0 4 /2 0 0 9 0 7 /0 5 /2 0 0 9 2 1 /0 5 /2 0 0 9 0 4 /0 6 /2 0 0 9 1 8 /0 6 /2 0 0 9 0 2 /0 7 /2 0 0 9 1 6 /0 7 /2 0 0 9 3 0 /0 7 /2 0 0 9 1 3 /0 8 /2 0 0 9 2 7 /0 8 /2 0 0 9 1 0 /0 9 /2 0 0 9 2 4 /0 9 /2 0 0 9 0 8 /1 0 /2 0 0 9 2 2 /1 0 /2 0 0 9 0 5 /1 1 /2 0 0 9 1 9 /1 1 /2 0 0 9 0 3 /1 2 /2 0 0 9 1 7 /1 2 /2 0 0 9 3 1 /1 2 /2 0 0 9 m 3/h

Figure 9 Débits horaires du secteur 33

Ces débits horaires ont permis de calculer les indicateurs journaliers de débit Qmoy, Qnuit et Qmin (exemple

Figure 10 pour le secteur 33) définis dans le précédent rapport [Renaud et al., 2009] et rappelés également dans celui-ci au paragraphe III.2.1.

-40 -30 -20 -10 0 10 20 0 1 /0 1 /2 0 0 9 0 1 /0 2 /2 0 0 9 0 1 /0 3 /2 0 0 9 0 1 /0 4 /2 0 0 9 0 1 /0 5 /2 0 0 9 0 1 /0 6 /2 0 0 9 0 1 /0 7 /2 0 0 9 0 1 /0 8 /2 0 0 9 0 1 /0 9 /2 0 0 9 0 1 /1 0 /2 0 0 9 0 1 /1 1 /2 0 0 9 0 1 /1 2 /2 0 0 9 m 3/h

Qmoy[33] Qnuit[33] Qmin[33]

Figure 10 Données journalières I.3 Données issues d’autres services

Afin de compléter les données du SIAEP de Coulounieix-Razac et de remplacer certaines données manquantes, les données suivantes ont été utilisées :

o Données structurelles et données issues de la sectorisation pour la partie évaluation de la consommation nocturne et quantification des pertes de la Régie Municipale Multiservices (RMMS) de La Réole (4 secteurs). Ces données ont été obtenues dans le cadre d’une étude menée pour le compte du Conseil Général de la Gironde qui concerne la valorisation des données issues de la sectorisation en vue de réaliser des économies d’eau sur les réseaux.

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Décembre 2010 – p. 20/92

o Données de consommations mesurées par la Lyonnaise des Eaux (LDE) dans le périmètre de la Communauté Urbaine de Bordeaux (CUB) sur le secteur du « Bas Cenon » dans le cadre d’une étude sur le suivi des pertes réalisée conjointement par la LDE et le Cemagref.

I.4 Les problèmes de fiabilité des données issues de la sectorisation (Identification – Résolution) Différents problèmes de données peuvent être rencontrés. Ils peuvent être identifiés par :

o Un débit de secteur négatif ou nul.

o Un débit de compteur négatif ou nul alors que compte tenu de sa position dans le réseau ou de la configuration de celui-ci (ex. : clapet anti-retour), celui-ci doit être positif.

o Un comportement de compteur non cohérent avec d’autres éléments du réseau, par exemple : • Entre un compteur en limite de secteur et un pompage ;

• Entre un forage et le réservoir.

o Une dérive du bilan entrée/sortie des réservoirs : production/consommation d’eau.

Afin de prévenir ou de résoudre les problèmes énoncés ci-dessus, il est nécessaire de procéder à la vérification des points suivants :

o Bilan des secteurs : les débits du secteur doivent être positifs.

o Ordre de grandeur attendu de Q_moy et Q_nuit : il est souvent utile de vérifier les ordres de grandeur des débits mesurés. Pour cela, une évaluation grossière peut être réalisée avec les ratios suivants :

• 120 m3 consommés par abonné par an (volume de référence du Rapport sur la Prix et la Qualité du Service)et un rendement de 80 % donnent 150 m3/ab/j soit 17,1 l/ab/h ;

• 0,15 m3/ab/j de fuites [Renaud, 2009] soit 6,25 l/ab/h.

En multipliant ensuite ces valeurs par le nombre d’abonnés du secteur, une estimation de Qmoy et Qnuit de ce secteur peut alors être obtenue et confrontée aux données issues de la sectorisation pour validation.

o Synchronisation des horloges des différents postes de comptage (il convient par ailleurs de s’assurer que la gestion heure d’hiver / heure d’été soit homogène).

o Type de données : il doit s’agir de débits horaires et non de débits instantanés. Par exemple, une pompe qui débite 120 m3/h pendant 15 min occasionnera un débit instantané de 0 ou 120 m3/h alors que le volume horaire effectif est de 30 m3.

o Fonctionnement des réservoirs : à partir du bilan des réservoirs d’une part, et des marnages des réservoirs d’autre part.

o Sens des débitmètres : à l’aide des autres éléments du réseau et du bilan des secteurs.

o Cohérence des comptages avec les épisodes de pompage.

o Fonctionnement des débitmètres : mesure supplémentaire avec un débitmètre à ultrason.

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II Méthodes d’évaluation de la pression d’un secteur (Axe 1)

Une fuite peut être considérée comme un écoulement de l’eau par un orifice. Les règles de l’hydraulique établissent que la vitesse d’écoulement d’un fluide au travers d’un orifice dépend de la charge (

v

=

2

gh

Une formulation couramment admise du lien entre les fuites et la pression est la suivante :

1

)

(

=

L1 le débit de fuite à la pression P1, L0 le débit de fuite à la pression P0 et N1 exposant dont la valeur, qui

dépend des caractéristiques des canalisations concernées, est le plus souvent comprise entre 0,5 (matériaux rigides) et 2,5 (matériaux déformables pour lesquels l’augmentation de la pression s’accompagne d’une augmentation de la section de l’orifice).

En lien avec cette formulation, en supposant que généralement, à l’échelle d’un réseau, N1 est voisin de 1, la formulation des pertes incompressibles (UARL pour Unavoidable Annual Real Losses) proposée par [Lambert et al., 1999] et adoptée par l’IWA suppose une proportionnalité directe à la pression :

P

Lp

Nc

Lm

jour

litre

UARL

(

/

)

=

(

18

×

+

0

,

8

×

+

25

×

)

×

Lm, Longueur du réseau hors branchements en kilomètres ; Nc, Nombre de branchements ;

Lp, Longueur des branchements de la voirie au compteur en kilomètres ; P, Pression moyenne de service en mètres de colonne d’eau.

D’une façon générale, l’évaluation des pertes étant effectuée à l’échelle d’un réseau (indicateur annuels) ou à l’échelle d’une zone (dans le cas des réseaux sectorisés), si l’on souhaite établir un lien entre la pression et les pertes il faut disposer d’une estimation de la pression à ces mêmes échelles. Hors, la pression est un paramètre qui est variable à la fois dans l’espace (notamment en fonction de l’altitude) et dans le temps (notamment en raisons des variations des pertes de charges qui sont liées aux débits). En conséquence, il est nécessaire d’une part de définir ce que recouvre la notion de « pression d’une zone » et d’autre part de préciser les manières dont elle peut être évaluée.

II.1 Concepts et méthodes développée dans la sphère de l’IWA

La prise en compte de la pression pour l’évaluation de réduction des pertes d’un secteur a donné lieu à de nombreux travaux. Trois ouvrages à visées méthodologiques peuvent être cités : « District Metered Areas Guidance Notes (Draft) » [Morrison et al., 2007], « Leakage management and control. A best practice training manual » [Farley, 2001] et « Guidelines Average Pressure » [Lambert, 2009].

Les principaux concepts qui ont été développés concernant l’évaluation la pression d’un secteur (en anglais DMA pour District Metered Area) ou d’un réseau sont les suivants :

Current Average System Pressure (CASP) : il s’agit de la pression moyenne annuelle du réseau. C’est

cette valeur qui est prise en compte dans l’évaluation des pertes incompressibles (UARL). Cette grandeur est également dénommée Average operating pressure dans l’ouvrage de référence « Performance Indicators for Water Supply Services » [Alegre et al., 2006].

Average Zone Night Pressure (AZNP) : pression moyenne nocturne d’un secteur. Cet indicateur est

utilisé pour la gestion des pertes au niveau du secteur avec suivi des débits de nuit.

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Average Zone Point (AZP) : désigne un point d’un secteur dont les variations de pression sont

supposées représentatives de la moyenne du secteur.

La Water Services Association of Australia (WSAA) a élaboré un guide pour l’estimation de la pression moyenne des zones de desserte et des réseaux [Lambert, 2009].

Cette méthode passe par la définition systématique d’un point représentatif de chaque secteur (AZP) et propose une approche systématique qui comporte 4 étapes :

Etape 1 : calcul de l’altitude moyenne pondérée de chaque zone.

A partir des données topographiques, on considère la bande délimitée par deux courbes de niveau et on lui affecte l’altitude moyenne des deux courbes. On affecte ensuite à chaque bande un poids représentatif du réseau puis on calcul l’altitude moyenne pondérée.

Les facteurs de pondération proposés sont les suivants :

o la longueur de conduites ou le nombre de bouches d’incendie si la densité de branchement de la zone est inférieure à 20 branchements/km ;

o le nombre de branchements particuliers si la densité de branchement de la zone est supérieure à 20 branchement/km.

Etape 2 : identification d’un hydrant représentatif de l’AZP de chaque zone.

Pour chaque zone, il s’agit de trouver un hydrant idéalement situé vers le centre de la zone et à une cote égale à l’altitude moyenne pondérée de la zone.

Si un tel point n’existe pas, il faut choisir un hydrant dont la cote est proche et corriger ensuite les valeurs de pression de la différence de cotes.

Etape 3 : obtenir pour chaque zone une évaluation des pressions à l’AZP.

Par mesure directe à l’AZP.

Par évaluation à partir de mesures situées à d’autres points en estimant les pertes de charges. Par calcul de la pression avec un modèle hydraulique.

Etape 4 : calculer la pression moyenne du réseau à partir de celles des zones

La pression moyenne du réseau sera considérée égale à la moyenne pondérée des pressions moyennes des AZP des différentes zones.

Les facteurs de pondération proposés sont les mêmes qu’à l’étape 1 et selon les mêmes critères.

II.2 Méthodes mises en œuvre

La méthodologie proposée par la WSAA est conçue pour les services sectorisés et recours systématiquement à la définition d’un AZP. Elle n’est donc pas toujours applicable, notamment en France, c’est pourquoi des variantes applicables en l’absence de sectorisation ou sans recours à la notion d’AZP méritent d’être expérimentées.

Dans le cadre d’un stage de fin d’étude de mastère spécialisé Eau potable et Assainissement de l’ENGEES, différentes méthodes d’évaluation de la pression caractérisant une zone de desserte ont été expérimentées [Sissoko, 2010]. Elles s’inspirent pour partie de la méthode WSAA et ont été adaptées aux données disponibles sur les services en général et sur nos terrains d’étude en particulier.

Deux cas réels ont été étudiés, la Régie Municipale Multiservices de La Réole (33) et une partie du Syndicat Intercommunal d’Alimentation en Eau Potable de Coulounieix Razac. Ces deux services disposent d’une sectorisation avec télé-releve des débits horaires, respectivement 4 et 7 secteurs ont été analysés. Pour

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chacun des services, une modélisation hydraulique et un SIG (Système d’Information Géographique) existent mais les informations concernant les branchements particuliers ne sont pas disponibles.

Compte tenu des données disponibles, les nœuds des modélisations hydrauliques ont été choisis comme entité de base des pondérations et trois systèmes de pondération ont été envisagés, si l’on note w le poids affecté à un nœud :

o w_i = u_i =1: poids uniforme ;

o w_i = c_i : consommation moyenne journalière au nœud i ;

o w_i = l_i : longueur de tronçon du nœud i (longueur = somme de la ½ longueur des tronçons attachés au nœud).

En l’absence d’information sur le nombre de branchements, il est supposé que la consommation moyenne journalière est représentative du nombre de branchements.

Concernant la topographie, en l’absence d’informations plus précises, les cotes sol des nœuds mentionnées dans les modèles hydrauliques ont été utilisées.

Quatre méthodes ont été expérimentées pour évaluer PMS la pression moyenne de service (CASP dans la

terminologie anglophone) et PMN la pression moyenne nocturne (AZNP dans la terminologie anglophone).

II.2.1 Méthode « Topographique »

Cette méthode est basée sur une approche topographique et néglige les variations de pression dues aux pertes de charges.

La pression statique moyenne d’une zone z avec la pondération w, PSwz est obtenue en faisant la différence entre la cote trop plein CTPz du réservoir alimentant la zone z ou le cas échéant, la HMT (Hauteur Manométrique Totale) maximum du dispositif alimentant la zone (pompe, stabilisateur de pression, etc.) et la cote sol moyenne pondérée de la zone CSMwz.

Dans cette méthode, on considère que PSwz constitue à la fois une évaluation de PMS et de PMN. wz z wz

CTP

CSM

PS

=

−

CSi : Cote Sol du nœud i

{

u

c

l

}

w

∈

,

,

II.2.2 Méthode « Modèle hydraulique »

Cette méthode s’appuie sur le modèle hydraulique et considère les variations horaires de la pression sur une journée représentative, les pertes de charges étant évaluées par le modèle.

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La pression dynamique PDhi est calculée pour chaque nœud i à chaque heure h ce qui permet le calcul de la pression dynamique moyenne horaire pondérée de la zone z selon la formule suivante :

= =

×

=

w

w

PD

PD

L’estimation de PMS est alors la pression dynamique moyenne journalière pondérée de la zone z ainsi définie :

24

=

PD

PD

L’estimation PMN est définie comme la pression dynamique moyenne horaire maximum de la zone entre 2 heures et 5 heures.

(

)

Max

PD

PDN

=

II.2.3 Méthode « Mesure »

Cette méthode se base sur des mesures de pression effectuées en un point moyen représentatif de la zone,

PMZ (AZP dans la terminologie anglophone).

Une mesure de la pression est effectuée en un point k situé dans une partie a priori représentative de la zone z et dont la cote au sol CSk est proche de la cote sol moyenne pondérée de la zone CSMwz.

PMhk étant la pression mesurée au point k à l’heure h, la pression moyenne horaire pondérée de la zone z est calculée comme il suit :

wz k h k h pmzk

PM

CS

CSM

PMwz

=

+

−

Les évaluations de PMS et PMN qui en découlent sont alors respectivement :

24 23 0 = =h h pmzk j pmzk PMwz PMwz et

(

)

Max

PMwz

PMNwz

=

II.3 Résultats et conclusions

Les trois méthodes définies précédemment ont été appliquées aux deux services étudiés à l’échelle du secteur et à l’échelle du réseau (le réseau dans son intégralité pour la RMMS de La Réole, la partie de réseau constituée par les 7 secteurs étudiés pour le SIAEP de Coulounieix Razac). Les résultats obtenus ont permis plusieurs constats.

II.3.1 Impact du système de pondération

Le système de pondération utilisé a un impact fort sur les résultats comme le montre le Tableau 2 (résultats du calcul de PMS par la méthode « Modèle hydraulique » pour la RMMS de La Réole).

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Tableau 2 RMMS de La Réole – PMS calculé par la méthode «Modèle hydraulique » – Impact de la pondération

Secteur PDju PDjc PDjl Moyenne Ecart-type CV

m m m m m % S1 41.7 42.9 48.8 44.5 3.8 8.6% S2 66.4 64.6 64.1 65.0 1.2 1.9% S3 98.0 107.0 95.3 100.1 6.1 6.1% S4 93.6 99.9 90.8 94.8 4.7 5.0% Réseau 64.6 69.9 74.4 69.6 4.9 7.0%

Le coefficient de variation CV (rapport de l’écart-type à la moyenne) en fonction du système de pondération atteint des valeurs non négligeables (8,6 % pour le secteur 1 et 7 % pour le réseau dans son ensemble). Il est par ailleurs notable que la hiérarchie des valeurs en fonction des systèmes de pondération dépend de la zone concernée. Par exemple, la pondération selon la longueur aboutit à une valeur plus élevée que celle selon la consommation pour le secteur S1 et pour le réseau dans son ensemble tandis que c’est l’inverse pour les autres secteurs.

Le système de pondération n’étant pas neutre, il est souhaitable d’émettre des préconisations si l’on souhaite obtenir des résultats comparables d’un service à l’autre.

Dans la mesure où l’évaluation de la pression est réalisée dans l’objectif de la lutte contre les fuites, il paraît logique de privilégier par priorité une pondération qui soit le plus possible liée aux causes des fuites. Dans l’état actuel de nos connaissances on peut donc proposer la hiérarchisation suivante des systèmes de pondération en fonction de l’information disponible :

o Nombre de branchements ;

o Consommation journalière ;

o Linéaire de réseau ;

o Uniforme.

II.3.2 Impact de la méthode

Le Tableau 3 présente les résultats obtenus pour les secteurs étudiés du SIAEP de Coulounieix Razac. Les résultats de la méthode « Mesure » ont été obtenus suite à une campagne de mesures dont les modalités sont détaillées dans le mémoire établi par [Sissoko, 2010].

Tableau 3 SIAEP de Coulounieix Razac – Calcul de PMS – Impact de la méthode

Secteur

Topogra-phique

Modèle

hydraulique Mesure Moyenne Ecart Type CV

m m m m m % S033 47.9 46.6 45.6 46.7 1.2 2.5% S118 37.9 36.2 41.1 38.4 2.5 6.6% S121 73.9 56.8 53.7 61.5 10.9 17.7% S122 60.3 58.9 46.3 55.1 7.7 14.0% S124 46.0 45.7 46.8 46.2 0.6 1.2% S125 56.5 55.0 67.8 59.8 7.0 11.7% S126 44.6 44.5 45.9 45.0 0.8 1.7%

Il apparait que le coefficient de variation en fonction de la méthode est très différent en fonction du secteur concerné. Il est faible (moins de 3 %) pour les secteurs S033, S124 et S126 tandis qu’il est plus important pour les autres secteurs voir très élevé, notamment dans le cas du secteur S121 (17,7 %).

L’examen technique des modes de fonctionnement des différents secteurs permet de comprendre ces écarts :

o Lorsque le secteur est intégralement desservi en distribution pure par un réservoir et ne comporte pas d’organe de régulation les trois méthodes aboutissent à des résultats très voisins. La même

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situation est observée lorsque le secteur est alimenté par un stabilisateur de pression aval de consigne constante ;

o Lorsque que le secteur est alimenté en refoulement distribution, la méthode topographique, appliquée sans corrections aboutit à des résultats très différents des autres méthodes ;

o Lorsque le secteur comporte plusieurs zones de pression, ce qui est le cas lorsqu’une sous-partie du secteur est alimentée via des stabilisateurs de pression aval. Les trois méthodes conduisent à des résultats qui peuvent être très différents, pour la méthode mesure cela tient à l’impossibilité de déterminer un PMZ (point moyen de la zone).

Il en résulte que chacune des méthodes a un domaine d’application en dehors duquel elle ne peut être utilisée sans précautions et corrections éventuelles.

II.3.3 Représentativité de la journée moyenne

Les méthodes « Modèle hydraulique » et « Mesure » calculent une pression moyenne sur les 24 heures d’une journée supposée représentative (Figure 11). Il apparait que parfois la pression d’un secteur ne suit pas un cycle de 24 h, ce cas a été constaté sur le secteur S1 de la RMMS de La Réole. Ce phénomène est expliqué par l’automatisme de pompage qui est commandé par des seuils de consigne du niveau d’eau dans le réservoir et conduit à un cycle de vidange remplissage sur environ 29 heures.

40 41 42 43 44 45 0 3 6 9 12 15 18 21 24 Heure P re s s ion (m )

Figure 11 RMMS De la Réole – Méthode modèle hydraulique – Pression dynamique horaire du secteur S1 sur 24 heures

Dans de tels cas, il convient de calculer la pression sur un pas de temps plus long. La Figure 12 représente le calcul sur une semaine de la pression moyenne de chaque jour et de la pression moyenne cumulée des jours précédents. 42.85 42.90 42.95 43.00 43.05 43.10 1 2 3 4 5 6 7 Jour P re s s io n ( m )

Pression moyenne sur 24 heures

Pression moyenne cumulée

Figure 12 RMMS De la Réole – Méthode modèle hydraulique – Pressions moyennes du secteur S1 sur une semaine

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Dans ce cas particulier, la pression varie finalement assez peu et se stabilise en fin de semaine, il faut toutefois retenir que des précautions doivent être prises dans les cas des secteurs pour lesquels la pression en fin d’un cycle de 24 heures diffère sensiblement de celle constatée en début de cycle.

II.3.4 Conclusion

A l’issue des investigations qui ont été conduites, il apparaît que les trois méthodes d’évaluation de la pression qui ont été envisagées sont en général applicables et qu’elles présentent chacune des avantages et des inconvénients de telle sorte qu’aucune ne semble devoir être écartée. Cette situation est synthétisée dans le Tableau 4.

Tableau 4 Comparatif des trois méthodes d’évaluation de la pression

Méthode « Topographique » Méthode « Modèle hydraulique » Méthode « Mesure » Principes de base

La pression moyenne est supposée peu différente de la pression statique qui peu être estimée à partir de l’altimétrie des éléments du réseau

La pression moyenne est calculée à partir d’un

modèle hydraulique

supposé fiable pour une

journée moyenne de

consommation

La pression moyenne du secteur est déduite de mesures effectuées en un point dont la pression est supposée représentative de celle de l’ensemble du secteur

Informations nécessaires

Plan du réseau sur fond topographique (courbes de niveau)

Existence d’un modèle hydraulique calé avec une information fiable et récente concernant la demande

Informations

topographiques et point de mesure dont on connaît avec précision la cote au sol

Domaine d’application

Bien adapté aux secteurs en distribution pure. A manipuler avec précaution dans tous les autres cas

Applicable à tout type de secteur dès lors que les

conditions de

fonctionnement et la

demande sont biens

connus

Applicable aux seuls secteurs dont tous les usagers sont soumis au même régime de pression

Avantages Facile à mettre en œuvre y compris pour des réseaux dont la connaissance est lacunaire

Applicable à tout type de secteur. Possibilité de simuler aisément des configurations différentes

Assez simple à mettre en œuvre et permet une adaptation aux variations de consommation et de fonctionnement

Inconvénients Inapplicable pour les réseaux complexes

Ne permet pas une

adaptation simple et réaliste aux éventuelles évolutions de la demande

Inapplicable lorsqu’il y a plusieurs régimes de pression, nécessite la mise en place de matériels de mesure

Précautions En dehors des réseaux en distribution simple, des précautions doivent être prises et des corrections mises en œuvre

La qualité du modèle est primordiale, il est utile de

faire des tests de

cohérence voire de

recouper avec les autres méthodes

La cote au sol du point de mesure doit être connue avec une bonne précision, la représentativité du point de mesure doit être vérifiée

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Il a par ailleurs été montré que le système de pondération utilisé pour le calcul de la pression moyenne a un impact fort sur les résultats ce qui nous conduit à préconiser d’utiliser la pondération par le nombre de branchements chaque fois que cette information est mobilisable.

Il peut advenir qu’une zone connaisse plusieurs types de fonctionnement en fonction des périodes de l’année, c’est le cas notamment de zones touristiques où certaines installations ne fonctionnent que pendant la haute saison. Dans de tels cas, il convient d’évaluer la pression pour chacun des régimes de fonctionnement puis d’en déduire la pression moyenne annuelle en effectuant une pondération selon la durée des périodes correspondantes.

D’un point de vue général, il nous semble que, pour la très grande majorité des services, y compris les petits services ruraux avec peu de moyens, l’une ou l’autre des méthodes envisagées est applicable sans difficulté majeure. Ainsi, moyennant les préconisations appropriées, la pression moyenne de service (PMS) est un indicateur qui pourrait être généralisé et, le cas échéant être prévu dans le cadre du rapport annuel sur le prix et la qualité du service.

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III Evaluation des pertes à partir du débit de nuit (Axe 1)

III.1 Composantes du débit de nuit

La sectorisation des réseaux permet d’avoir une mesure en continu des débits entrant et sortant des secteurs et de connaître alors le débit du secteur. La représentation journalière de celui-ci correspond à la courbe de consommation du secteur (Figure 13).

0 5 10 15 20 25 30 35 40 m 3/h

Figure 13 Courbe de consommation

Le débit du secteur est composé des consommations et des fuites. La nuit, les consommations sont généralement faibles et le débit observé est largement constitué des fuites (Figure 14). Bien souvent, le débit de consommation est négligé et les pertes sont alors directement considérées comme étant de l’ordre du débit de nuit. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 m 3/h Fuites Consommations

Figure 14 Composantes du débit de nuit

Cette approximation, utile par défaut, n’est cependant plus suffisante dans le contexte actuel de lutte contre les pertes d’eau dans les réseaux AEP. Une analyse des différentes composantes du débit de nuit est alors nécessaire pour pouvoir évaluer précisément les pertes.

L’IWA en propose une approche détaillée [Fantozzi et Lambert, 2010], présentée Tableau 5.

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Décembre 2010 – p. 30/92 Tableau 5 Composantes du débit de nuit (approche IWA)

Service des Eaux Non-domestique Usage nocturne exceptionnel

Domestique Non-domestique Usage nocturne

Usage nocturne courant

Domestique

A l’intérieur des bâtiments Toilettes, robinets et tuyauterie Consommation

nocturne

Fuites nocturne (chez l’abonné)

A l’extérieur des bâtiments Canalisations et réservoirs Fuites non détectées Fuites détectables

Fuites détectées non réparées Sur canalisations

Débit de nuit

Fuites nocturne (partie Service des Eaux)

Fuites diffuses

Sur branchements

__ _ __

: Point de livraison

Toutefois, l’information usuellement disponible (chronique du débit global du secteur au pas de temps horaire) ne permettant pas de mesurer les différentes composantes du débit de nuit, il est nécessaire d’adopter une vision plus schématique. La représentation proposée est alors la suivante (Tableau 6).

Tableau 6 Composantes du débit de nuit

Exceptionnelles Consommations nocturnes exceptionnelles

Consommations nocturnes (usages et fuites)

Courantes Consommations nocturnes courantes

Exceptionnelles Fuites exceptionnelles non réparées

Fuites détectables non détectées Débit de nuit

Fuites

Courantes

Fuites difficilement détectables

__ _ __

: Point de livraison

Cette représentation prend en compte deux critères principaux :

1) La séparation entre les consommations (en aval du point de livraison) sur lesquelles le Service ne peut intervenir directement et les fuites (en amont du point de livraison) sur lesquelles peut agir le Service.

2) La distinction entre les parts courantes et exceptionnelles des débits constatés. Au sein des fuites courantes sont distinguées les fuites détectables des fuites difficilement détectables.

Les composantes exceptionnelles des fuites et des consommations occasionnent une part importante des variations du débit de nuit d’un jour à l’autre.

Les minimas observés sur des périodes courtes (de l’ordre de la semaine) permettent d’évaluer le niveau cumulé des fuites et consommations courantes.

Le débit minimum observé après une campagne de recherche active suivie de réparations permet d’évaluer le niveau cumulé des fuites difficilement détectables et des consommations courantes.

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D’où la nécessité d’évaluer les consommations courantes pour estimer le débit des fuites difficilement détectables.

III.2 Méthodes d’évaluation de la consommation nocturne et quantification des fuites

Afin d’évaluer la consommation nocturne et de quantifier les fuites, deux méthodes sont exposées dans ce paragraphe.

La première méthode mise en avant par l’IWA fait intervenir une estimation unitaire par type d’abonné du débit consommé la nuit, c’est une approche que l’on peut appeler « à consommation nocturne constante ». La deuxième méthode, proposée par le Cemagref, est basée sur l’hypothèse que la consommation nocturne est proportionnelle à la consommation moyenne journalière, il s’agit d’une approche « à consommation nocturne proportionnelle ».

III.2.1 Débits à l’échelle du secteur

Les débits mesurés au pas de temps horaire par les compteurs de sectorisation permettent de définir pour chaque secteur (ou groupe de secteurs) les indicateurs suivants (Tableau 7).

Tableau 7 Définitions et formules de calcul des débits totaux

qhj

Débit horaire de l’heure h le jour j, en m3/h

Volume écoulé durant la période d’une heure précédant l’heure h, le jour j

[ ]

=

q

C

q

Où n, nombre de compteurs Ci

délimitant le secteur

Qmoyj Débit moyen du jour j, en m3/h

Volume horaire moyen sur la période de 0 h à 24 h, le jour j

24

=

q

Qmoy

Débit nocturne du jour j, en m3/h (1)

Volume horaire moyen sur la période de 1 h à 5 h, le jour j (2)

4

=

q

Qnuit

Volume horaire minimum sur la

période de 1 h à 5 h, le jour j

Qmin

=

Min

(

q

)

(1) _{Aussi nommé débit de nuit.} (2)

La période nocturne intègre les quatre débits horaires mesurés à 2h, 3h, 4h et 5h.

On définit également les indicateurs de consommation et les indicateurs de pertes suivants :

QCmoyj Débit de Consommation moyen le jour j, en m3/h

QCnuitj Débit de Consommation nocturne le jour j, en m

3 /h

QPmoyj Débit de Pertes moyen le jour j, en m

3 /h

QPnuitj Débit de Pertes nocturnes le jour j, en m

3 /h Par définition : j j j

QCnuit

QPnuit

Qnuit

=

+

QCmoy

QPmoy

Qmoy

=

+