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Procédures d’optimisation des consignes de gestion d’un réseau d’assainissement automatisé

Antoine Frérot

To cite this version:

Antoine Frérot. Procédures d’optimisation des consignes de gestion d’un réseau d’assainissement automatisé. Sciences de l’environnement. Ecole nationale des ponts et chaussées - ENPC PARIS / MARNE LA VALLEE, 1987. Français. �NNT : 1987ENPCxxxx�. �tel-01564021�

=

•

-· ·- -

l

N S 1 3 4 8 4 (1) 1 1

^•

•

Sujet

•

ｾｅｍｏｉｒｅ＠

PRESENTE POUR L'OBTENTION DU GRADE OE

DOCTEUR OE L'ECOLE NATIONALE ｏｅｾ＠ PONTS ET CHAUSSEES

• •

•

Specialite :

Seiences et Techniques de l'environnement

'

par Antoine FREROT

• •

·PRDCEDURES D'OPTIHISATION DES . CDNSIGNES DE GESTION

• _•

D'UN RESEAU D'ASSAINISSEHENT AUTDHATISE

.·

soutenue

le 6

fevrier

1987

devant

le

jury compose

de :

•

-

_- ^{. -}

-

I

M. J. JACQUET

M. G. COHEN

H. M. DESBORDES M. M. ALQUIER

M.

^J.

BERNlER M. G. DUPUY

-

.

• ERVIO

•

I

President Rapporte ur

•

Rapporteur Examinateur Examinateur Examinateur Examinateur ·

. .

•

•

•

•

•

•

•

•

'

•

,

• •:

. ^'

'

•

::: 1::·:

•

•

•

• •

•

-

_• ^I

...

•

•

•

N S 1 3 4 8 4 (1) 1 1

'

MEMOIRE

PRESENTE POUR L'OBTENTION DU GRADE DE

DOCTEUR OE L'ECOLE NATIONALE DES PONTS ET CHAUSSEES

Specialite :

Scienc:es et Techniques de l'environnement par Antoine FREROT

'

Sujc:?t :

PROCEDURES D'OPTIHISATIDN DES CDNSIGNES OE GESTION

D 'UN RESEAU D 'ASSAINISSEMENT AUTOMAT ISE

I

soutenue

le 6 _{ｦｾｶｲｩ･ｲ＠} 1987 devant le jury _{｣ｯｭｰｯｳｾ＠} de :

' '

M. J.

JACQUET President

M. G. COHEN Rapporte ur

M. M. DESBORDES

Rapporteur

^•

M. M. ALQUIER Examinateur

M. J.

BERNIER Examinateur

M. G. DUPUY

Exarnina

teur

M. P.

HERVIO Examinateur

E.N.P.C.

11111111 111111111111

DOC05198

•

'

•

'

..

REMERCIEMENTS

Je tiens

a

remercier M. Joseph Jacquet, · Professeur

a

l'Ecole Nationale des Ponts et ｃｨｾｵｳｳ･･ｳＬ＠ qui, au cours de son enseignement, m'a initie aux problemes et aux methodes de l'hydrologie et qui · m·a fait J.'honneur de presider ce jury.

M. Michel Desbordes . est un des pionniers de l'hydrologie urbaine en France, et c'est

a

son contact que, depuis cinq annees, je me suis progressivement ｦ｡ｲｮｩｬｩ｡ｲｩｳｾ＠

avec cette discipline encore _{ｭｾ｣ｯｮｮｵ･Ｎ＠} Qu'il soit ici vivement remercie pour m'avoir prodigue de nombreux conseil s et pour avoir accepte de juger ce travail.

Je remercie M. Guy Cohen d'avoir bien voulu critiquer les aspects mathematiques de cette etude, de m'avoir permis de l'ameliorer gräce

a

^{ses conseils} judicieux concernant les techniques d'optimisation, et d'en avoir assure l'evaluation .

•

• •

J exprime ma profonde gratitude

a

^M.

. . . ^,

pour avo1r d1r1ge ce trava1l et pour m avo1r ^{• I •} de sa competence et de son exper1ence ^{" .}

hydrologiques.

Messieurs Michel Alquier, Gabriel Hervia ont accepte de participer

a

^{ce jury.}

ici l'expression de ma sincere reconnaissance.

Jacques Bernier fait beneficier

.. ^'

des problernes

Dupuy et Pierre Qu'ils trouvent

conseils Nationale derouler ,

Je remercie vivement, pour leur soutien et leurs quotidiens, les membres du Cergrene et de l'Ecole

des Ponts et Chaussees, ou ce travail a pu se dans d'excellentes conditions.

Je remercie tres chaleureusement les membres du Service d'Exploitation du reseau d'assainissement departemental de Seine-Saint-Denis, pour m'avoir propese un

site d'application particulierement interessant et pour m'avoir accorde leur confiance pour la realisation d'un module du systeme de gestion automatise de leur reseau. Leurs efforts constants, afin de donner le jour

ä

un projet technique

. ^\ ..

innovant sans perdre de vue un seul 1nstant les problemes concrets d'exploitation, ont permis l'application operationnelle de ce travail de recherche. Cette ouverture d'esprit des gens de terrain vis

a

vis des chercheurs est

exemplaire.

Enfin,je tiens

a

^{remercier le Ministere de}

l'Equipement, du Logement, de l'Equipement du ｔｾｲｲｩｴｯｩｲ･＠ et des Transports pour m'avoir permis de debuter ma vie

professionnelle par une activite de recherche. Je suis convaincu que l'experience acquise au cours de ces quelques annees me sera eminemment profitable tout au long du

, . ..

deroulement de ma carr1ere.

' ^,

•

,

\

•

:

\

SOMMAIRE

Liste des figures

l i _ｾ＾＠ t e d e s t a b 1 e a u x

INTROOUCTION

CHAPITRE I -

I . 1

I . 2

• •

-

• ..

• •

\

• •

Utilite d'une gestion hvdraulique des reseaux d'assainissement . . . p 16

Les differentes gestions reseau d'assainissement . . Analyse

gestion tion _• • •

bibliographique

. ,

automat1see en

• • • • • • • • • • • • • • • • •

automatisees d'un

• • • • • . . . p 1 8

, .

des experlences ^de

, .

cours ^de real1sa- . . . p 1 8

Llaide _ｾ＠ l'exploitation classique _{• • •} . . . p 22

1 . 2 . 1 : Objectifs de llaide

a

llexploitation

I . 2 . 2

I.3

I . 3 . 1

I . 3 . ?

classique • •• • • • • • • • • • • • ^• • • • • • • ^• • • • • • • • . . . p 22

•

a ) La surveillance du reseau • • • • • • . . . p 22 b) La conduite immediate du reseau . . . p 24

. • Moyens de l ' a i d e

a

l'exploitation

classique • • • • • • • • • ^• • • • • • • • • • • • • • • . . . p 24

a) Materiel . . . p 24 b) Organisation du service d'exploitation .. p 26

• •

• •

• •

L e t

e

^J.

e

^{p i l o t a g e e n f o n c t i o n d e}

I , "

1 evenernent • • • • • • • • • • • • • • • • • • • . . . p

Objectifs du telepiletage en fonction de

I , '

1 evenen1ent . . . ^p Les differents types dlorganisation du

t _{Ｆｬｾｰｩｬｯｴ＠} a ge . . . p

27

27

29

a) Le niveau de decentralisation des

decisions . . . ·. · . . . p ²⁹

t>) Determination des consignes en temps reel ou

en temps differe . . . p 30 c) La possibilite de prevoir llevolution de

1 ^t evenement . . . · . . . · . . . ·. p ³¹

\

\

'

. I . 3 . 3 ^• _•

Les contraintes qui pesent sur un systeme de

I . 3 . 4

I . 3 . 5

I.3.6

• •

. •

• •

telepilotage . . . · . . . p

^{3 2}

L'enjeu de la prevision de la pluie dans le

ｴ･ｊＮｾｰｩｬｯｴ＠

age . . .

p 3 3

Les modeles de simulation utilises pour

l ' elaboration des consignes . . .

p 36

La prise en campte des incertitudes dans

la gestion . . .

^p 39

CHAPITRE II

^• _• Formalisation du problerne de telepilotage

'

I I . 1

II.2

• •

• •

I I . 2 . 1 : I I . 2 . 2 : I I . 2 . 3 :

Modelisation simplifiee d'un

r

es

^{, e a'U}

I • •

d assa1.n1ssement

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • . . . . p 42

Les differentes variables dlun problerne

^de

telepiletage . . .

p ^5o

Les donnees

• • • • • • • • • • • • • • • ^• • • • • • • • • • . . . p 50

Les variables

^de

contrÖle

• • • • • • • • • • • . . . p 51

Les variables dietat

_{• • • • • • • • • • • • • • • • •} .. p 51

II.2.4: La

font:tion objectif et les variable s

I I . 3 ^• _•

objectifs . . .

^{p 52}

Resolution du problerne d

^I

optimisation ..

p 54 II.3.1:

Theorie de la programmation non

lineaire

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • . . . p 54

\

I I . 3 . 2 :

Decomposition du problerne

dloptimisation . . . .

_{• • • • • • •} . . . p 59

a )

Definition du groupe fonctionnel

• • • . . . . p 59

b)

Definition de llunite fonctionnelle . . . p

60

c) Principes de decomposition du problerne

d ^I

optimisation . . .

^p 62 II.3.3:

Methades dloptimisation dlun problerne

decompose . . .

p 67

a) La decomposition - coordination par les

prJ.x . . .

• ^P

68

.

b) La

､ｾ｣ｯｭｰｯｳｩｴｩｯｮ＠

-- coordination par les

quantites . . . p

71

•

•

. c) La decomposition - coordination par

I I . 4

I I . 5

CHAPITRE I I I

I I I . 1 I I I . 2

I I I . 3

• •

• •

\

pred iction . . . p 7 5 Prise en campte des incertitudes sur la

prevision ^de la pluie . . . p 78

Application a ^.. un problerne concret ^.. _{• • •} . . p 80

: Le site d'acclication: le reseau d'assainis-

• •

• •

• •

,

sement du Departement _ｾ＠ Seine-Saint-penis

Le site et les ouvrages . . . p 82

La gestion locale actuelle du bassin de la

Moree . . . p 87 Les objectifs de la gestion automatisee du

reseau de la Moree . . . p 88 III.3.1: La lutte contre les inondations . . . ^p 90 III.3.2: Reduction de la pollution par temps de

pluie . . . p 91

III.3.3: Objectif de securite . . . p 92

I I I . 4 : Architecture du systeme ^de gestion auto-

matisee de Seine-Saint-Denis . . . p ⁹³ III.4.1: Le systeme de conduite immediate (SCI) .p 95

III.4.2: Le systeme d'aide

a

la conduite (SAC) .. p ⁹⁸

CHAPITRE

IV

I V. 1

IV.2

IV.2.1

a ) Les logiciels utilises • • • • • • • • • • • • • • . . p 98

b) Le role du pilote du SAC • • • • • • • • • • • • . . p 1 0 1

c) La cantrainte de temps calcul . . . p ¹⁰³ d) La prise en campte de la pluie dans le

SAC . . . ^p 104 : Les methodes d'optimisation deterministes

appliguees au reseau de Seine-Saint-Denis

: ·. La schematisation du reseau etudie . . . . p 107 : Les methodes de resolution envisagees .. p 118

• • La programmation dynamiqua • • • • • • • • • • •

a) La programmation dynamique globale _{• • •}

. p 1 1 8 .

.p 120

I

IV.2.2

'

CHAPITRE V -

V. 1

V . 1 . 1 V . 1 . 2 V . 1 . 3

V.2

V. 2 . 1

'

V.2.2

'

CHAPITRE VI

VI.1

b)

• •

a )

La decomposition-coordination avec

programmation dynamique . . . . • • ^• • .p 123

Les conditions de Kuhn et Tucker _{• • • •} • • .p ¹³³ Formulation du problerne _{• • • • • •} . . . p 1 3 3

b) Detail. de l'algorithme de resolution . . . p 138

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

a )

b)

• •

a )

Analvse des resultats et des etudes de sensibilite des methodes d'optimisation

, . .

determJ.nJ.stes

Resultats des simulations • • • • • • • • • • • • • . p 1 4 2

Les evenements pluvieux . . . p 142

Les donnees des rnethodes d ^I optirnisation. p ¹⁴³ Resultats des simulations

. . .

^{. -} .

. . . . . . .

.p ¹⁵⁴

•

. . . ^,

Etudes de ｳ･ｮｳｾ｢ｊＮｬｾｴ･＠ .

. .

^" .

.

^.

^{. .}

^.

^{. . . . .}

^.

^.

^{.p 177}

I ,

Le protocole d etude

.

^...

. . . . . . . .

^.

. . . .

^{. p 1 7 7}

Les parametres etudies • • • • • • • • • • ^• • • • • . . p 1 7 7

Les Simulations realisees • • • • • • ^• • • • • • • . p 1 7 9

Interpretation des resultats • • • • • • • • • • .p 105

Parametres propres aux methodes ..

• ^{• • •}

d opt1m1sat1on _{• • • • •} • • • • • • • • • • • • • • • • . . . . p ^{1 8 5} b) Parametres caracterisant la structure du

x .. eseau . . . ^{p 186} c) Parametres

a

la disposition du gestion-

n a i ^1.. e . . . . p 1 8 8

d) Parametres lies

a

l ' i n c e r t i t u d e des donnees

e)

• •

• •

hydrolog ique s . . . p 1 _ｾ＠

o

Conclusion _{• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •} • • • • • . . p 1 9 1

Prise en campte des incertitudes de prevision dans la methode d ^I optimisation • ^{o • o o o o o •} p ¹⁹³

Construction des seenarios de prevision.p ¹⁹⁴ VI.1.1: ｃ｡ｲ｡｣ｴｾｲｩｳ｡ｴｩｯｮ＠ des hydrogrammes par

quelques parametres .. ｾ＠ . . . p 198

'

VI.1.2:

Lais statistiques de l·incertitude des

parametres caracterisant un hydrograrnme. p

¹⁹⁹

VI.1.3:

Recomposition des hydrogrammes ä par ·tir des

VI.2 ^{ｾ＠ •} •

V I . 2 . 1 :

VI.2.2:

VI.3 ^• •

six parametres . . . p 2

⁰¹

Methode d·optimisation a l'aide des

seenarios de prevision . . . .

• • • .p 219

Principe general

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • .p 219

Criteres de decision

• • • • • • • • • • • • • • • • • • .p 223

Resultats des simulation s . ^{. .} . ^{. . . .}

^{. . .}

.

^{. .. .p 224}

VI.3.1:

Simulations realisees avec

_{､ｩｦｦ ｾ ｲ･ｮｴｳ＠}

nombres

, .

d e s cena r1o s . . . p 2 2 4

VI.3.2:

Simulations realisees avec differents

criteres de decision

• • • • • • • • • • • • • . . . p 2 2 6 VI.3.3:

Conclusion . . . . . . . . . . . . . . .

^..

. . . ^{. . .} . .

^.

. . .

^{.p 227}

CONCLUSION GENERALE

^• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • . . p 2 7 6

BIBLIOGRAPHIE

^• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

ANNEXE

. • ^•

'

, # • • • ,

Resultats des etudes de sens1b1l1te.

'

' I

p 282

•

•

'

·-

•

'

\

'

\

•

Figure 1-1

Figure 2 - 1

Figure 2 - 2

ｆｩｧｵｲｾ＠ 2 - 3

Figure 2-4 Figure 3-1

Figure 3-2 Figure 3-3

Figure 3-4

FiqurP. 3 - 5 Figure ^{3 -·· 6}

Figure 3-7 Figure 3·-8 Fiqure 4 - 1 Figure 4-2

Figure 4 - 3

figure 5-1 Figure 5-2

Figure 5 - 3 Figure 5-4

Figure 5 - 5

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• .

• •

• •

• •

• •

• •

• •

LISTE DES FIGURES

Schema de principe de la capacite disponible sur

un ｴｲｯｮｾｯｮ＠ de collecteur.

Exemple de schema de reseau simplifie.

Oecomposition-coordination par les prix.

Decomposition-coordination par les quantites.

Decomposition-coordination par prediction.

Reseau primaire d·assainissement pluvial du nord de la Seine-Saint-Denis.

Bassin versant de la Moree.

Representation schematique du bassin de Blanc- Mesnil.

Representation schematique du bassin Pont- Yblon.

Arct1itecture du _{ｳｹｳｴｾｭ･＠} de gestion automatisee.

Architecture fonctionnelle du systeme de conduite immediate.

Les logiciels du systeme d·aide

a

la conduite.

\

Prise en campte de la pluie.

Schema simplifie du reseau.

Oecomposition-coordination par les quantites app .liquee au reseau de la Moree.

ｄｾ｣ｯｭｰｯｳｩｴｩｯｮＭ｣ｯｯｲ､ｩｮ｡ｴｩｯｮ＠ mixte _{｡ｰｰｬｩｱｵｾ･＠} au

reseau

de la Moree.

Courbes isohyetes de la pluie du 14/09/1983.

Hydrogrammes entrant sur le reseau pour la pluie du 14/09/1983.

Courbes isohyetes de la pluie du 31/08/1983.

,

Hydrogrammes entrant sur le reseau pour la pluie

du 31/08/1983.

c

^{o u r b e s i s o h}

y e

^{t e s d e 1 a· p 1 u i e d u 2 6 I}

o

⁶ I 1 9 8 3 .

Figure

5 - 6

Figure

5 - 7

Figure

5-8

• •

• •

• •

•

Hydrogrammes entrant du

26/06/1983.

sur le reseau pour la plui e

^"

Fonction f

₁

determinant le debit maximal de

vidange du bassir1 de Blanc - Mesnil en fonctior1 de son volume.

F o n c t

i

o n V

1

0 d e t e r m i n a n t

¹

e v o

¹

um e m a x im a

^1.

d u bassin de Blanc-Mesnil en fonction du debit

d'apport ä ^l'amont.

Figure 5 - 9 :. Optimisation de la gestion de la pluie du Figure

5-10

Figure

5-11

Figure

5-12

• •

• •

• •

14/09/1983 :

lächures

ä

Blanc - Mesnil.

..

_"

.. ..

.. ..

• •

" ..

lachures a Pont-Yblon.

: volumes

ä

Blanc - Mesnil .

• •

volumes a Pont - Yblon . Figure

5-13 :

Optimisation de 'la gestion de la pluie

du

31/08/1983 : _{ｬｾ｣ｨｵｲ･ｳ＠}

ä Blanc - Mesnil.

figure

5-14

figure

5-15

figure

5-16

Figure

5-17

Figure

5-18

Figure

5-19

Figure

5-20

Figure

5-21

Figure

5-22

Figure

5-23

Figure

5 - 24

Figure

6-1

Figure

6-2

Figure

6 - 3

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

"

..

.. ..

.. ..

" ..

: lachures a Pont - Yblon.

. •

• •

volumes volumes

a Blanc - Mesnil . a Pont - Yblon.

...

optimisation de la gestion de la pluie du

... ..

26/06/1983 :

lachures a Blanc - Mesnil.

.. ..

.. ..

.. ..

• •

• •

• •

... ^...

lachures a Pont - Yblon . volumes a

^{B 1 a n c -ｾＱ＠ e s n i l .}

volumes a Pont - Yblon.

^...

Optimisation de la gestion de la pluie du

26/06/1983.

Methades PRODYN et Decentrali - sation seule

.. ..

.. ..

.. ..

• •

• •

• •

• •

ｬｾ｣ｨｵｲ･ｳ＠ a Blanc - Mesnil.

lachures

ä

Pont - Yblon . volumes

ä

Blanc - Me snil.

volumes a Pont - Yblon.

^...

Hyetogramme disponible en temps reel.

Debut de l'hydrogramme disponible en temp s reel.

Decomposition d'un hydrogramme en 6

ｰ｡ｲ｡ｭｾｴｲ･ｳＮ＠

Figure 6-4

Fiqure 6-5

Figure 6 - 6 Figur e 6-7

Figure 6-8

Figure 6-9

Figure 6 - 10

Figure 6-11

Figur e 6 - 12

Figure 6-13

F i gure 6 - 14

Figt Jr e 6 - 15

• •

• •

• •

• •

• •

• •

-·

• •

• •

• •

• •

• •

• •

•

Recomposition d'un hydrogramme en montee de crue ( Ｑ｣ｾｲ＠ cas).

ｒ･｣ｯｭｰｯ ｾ ｩｴｩｯｮ＠ d'un hydrogramme en montee de

crue (2eme cas).

Recomposition d'un hydrogramme en decrue.

Reconstruction des hydrogrammes de la pluie du 14/09/1983 , des le debut de la crue.

Reconstruction des hydrogrammes de la pluie du 31/08/1983 . des le debut de la crue.

Reconstruction des hydrogrammes de la pluie du 26/06/1983 , des le debut de la crue.

Reconstruction des hydrogrammes de la pluie du 14/09/1983 . lors de la decrue.

Reconstruction des hydrogrammes de la pluie du 31/08/1983 . lors de la decrue.

Reconstruction des hydrogrammes de la pluie du 26/06/1983 , lors de la decrue.

Construction d'un scenario pluie du 14/09/1983.

De s

le

debut

de la pluie.

Con s truction d'un scenario pluie

du

31/08/1983.

Des le debut de la pluie.

• t , •

Cclnst ru c t 1o n d ur1 s c erlarlo la pluie du 26/6/1983.

De s l e debut de la plui e .

de prevision pour la

, . .

de prev1s1on pour la

, . .

de prev1 s 1on pour

Figur e ^{6 ··} 16 : Construction d'un scenario de prevision pour la pluie du 14/09/1983.

Fiqure 6 - 17

Figure 6 - 18

Figure 6-19

• •

• •

• •

A la fin de la pluie.

Construction d'un scenario pluie du 31/08/1983.

A la fin de la pluie.

Construction d'un scenario plui e du 26/6/1983.

A l a fin de la pluie.

de previ s ion pour la

, . ^.

de prev1s1on pour la

Cycle d'optimisation en temps reel.

Figure 6-20

Figure 6-21 Figure 6-22 Figure 6-23 Figure 6-24

Figure 6-25 Figure 6-26 Figure 6-27 Figure 6-28

Figure 6-29 Figure 6-30 F·i

g

ur

^e 6- 3 1

•

• •

• •

• •

.

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

Gestions optimales utilises. Pluie du Mesnil.

..

_"

..

_"

I I

..

Gestions optimales utilises. Pluie du Mesnil.

..

^{I I}

"

..

"

..

Gestions optimales utilises. Pluie du Mesnil.

..

^{I I}

.. ..

" ^"

\

, .

selon le nombre de scenar1os

ＱＴｉＰＹＱＱＹＸＳＮｌｾ ｣ ｨｵｲ･ｳ＠

ä Blanc -

Lachures a Pont-Yblon . Volumes a Blanc - Mesnil.

Volumes a Pont-Yblon.

^..

, .

selon le nombre de scenar1os 31I0811983.Lachures a ^Blanc-

ｾ＠ ..

Lachures

a

Pont-Yblon ..

Volumes a Blanc-Mesnil . Volumes

ä

Pont-Yblon .

, .

selon le nombre de scenar1o s

.... ..

2 6 I 6 I 1 9 8 3 . L ^{a c} h u r e s a B l ^{a n c ·-}

.... ..

Lachures

a

Pont-Yblon . Volumes a Blanc - Me s nil . Volumes

^{a .. ｐｯｮｴ ｾ＠}

.. Yblon.

Figure 6-32 : Distribution des coüts de la methode d'opti- misation stochastique - Pluie

du

1419/1983.

Figure 6-33 Figure 6-34 _E.igure 6-35 Figure 6-36 Figure 6-37 Figure 6-38 Figure 6-39 Figure 6-40 Figure 6-41

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

Figure 6-42 . :

•

..

..

Gestions optimales Pluie du 1419/1983.

..

..

,.

'

" 31/8/1983.

.. _2616/1983

selon le critere

de

decision Lachures ä Blanc - Mesnil.

.... ..

Lachures

a ｐｯｮｴｾｙ｢ｬｯｮ＠

. Volumes a Blanc -· Mesnil · . Volumes a Pont - Yblon.

^..

..

31/8/1983 . ^ｾ＠ ..

Lachures a Blanc - Mesnil .

I I

Lachures ä Pont - Yblon.

.. _Volumes

_ä

Blanc-Mesnil .

Volumes a Pont - Yblon .

..

'

Figure 6-43

Figure 6-44 Figure 6-45 Figure 6 - 46

• •

• •

• •

• •

Gestions optimales selon ' le cr.i tere de dc?.cision Pluie du 26/6/1983.

_{ｌｾ｣ｨｵｲ･ｳ＠} a

Blanc - Mesrlil.

..

^{... ...}

Lachures a Pont-Yblon .

..

Volumes

a

Blanc-Mesnil .

..

Volume s a Pont - Yblon. ^...

Figure 6-47 : Resultats suivant les differentes methode s de gestion. Pluie du 14/9/1983 -- _{ｌｾ｣ｨｵｲ･ｳ＠}

a

Blanc-Mesnil.

Figure 6-48 Figure 6-49 Figure 6-50 Figure 6-51 Figure 6-52 Figure 6-53 Figure 6-54 Figure 6-55 Figure 6-56 Figure 6 - 57 Figure 6-58

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

..

..

..

..

..

..

..

..

..

..

..

..

_Lachures ^{... ..}

a Pont-Yblon .

..

_Volumes

_a

_{B l} a n c - M e s n i J . .

..

_Volumes ^{. ...}

a P ont - Yblon.

31/8/1983 _• Lachures

a

Blanc - Mesnil.

..

^{A "}

Lachures a Pont - Yblon.

..

_Volumes

_ä

Blanc-Mesnil .

l t

Volumes

a

Pont - Yblon.

26/6/1983 _• Lachures

ä

Blanc-Mesnil.

..

_Lachures ^{... ..}

a Pont - Yblon .

" Volumes ä Blanc -Mes nil.

..

_Volumes

a

Pont - Yblon .

'

•

•

Tableau

1. 1

Tabl P.a u

4. 1

T2tbleau

5.1

Tableau 5.2

T a lJ 1 e a u 5 . 3

Tableau 5.4

Tableau 5.5 T ab leau

6.1

Tableau 6.2

Tableau 6.3

Tableau

6.4

Tableau 6.5

Tableau 6.6

• •

• •

• •

• •

. •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

• •

'

LISTE DES TABLEAUX

Objectifs de la gestion automatisee suivant les collectivites territoriales.

Decomposition du reseau de la Moree.

•

Optimisation de la gestion de la pluie du

14/9/1983 :

valeurs de la fonction objectif e t temps de calcul.

Optimisation de la gestion de la pluie du

31/08/1983 :

valeurs de la fonction objectif et temps de calcul.

Optimisation de la gestion de la pluie du

26/06/1983 :

valeurs de la fonction objectif et temps de calcul.

•

Optimisation de

_Ｑｾ＠

gestion de la pluie du

26 /06/1983 -

Methades PRODYN et Decomposition seule : valeur s de la fonction objectif

et temps de calcul.

Erreurs sur les QDEBMAX et l·efficacite des gestions.

consequences sur

,

Valeurs de la fonction objectif et temps de

, . ^{. . ,}

calcul selon le nombre de scenar1os ut1l1ses Pluie du

14/9/1983.

Valeurs de la fonction objectif et temps de

calcul selon le nombre de seenarios utilises.

Pluie du

31/8/1983.

Valeurs de la fonction objectif et temps de

ca lcul selon le nombre de seenarios utilises.

Pluie du

26/6/1983.

Valeurs de la fonction objeetif et temps de ealeul selon le critere de deeision.

Pluie du

14/9/1983.

Valeurs de la fonction objectif et temps de c a

1

c u

1

s e l

⁰

n

J.

e c rite r e d e d e c i s i

⁰

n .

Pluie du

31/8/1983.

Valeurs de la fonction objectif et temps de cal cul selon le

_{｣ｲｩｴｾｲ･＠}

de

_{､ｾ｣ｩｳｩｯｮＮ＠}

Pluie du

26/6/1983.

\

Tableau 6.7 : Valeurs de la fonction objectif pour le s differents types de gestion.

Tableau 6.8 ^• •

Pluie du 14/9/1983.

Valeurs de la fonction objectif pour l e s differents types de gestion.

Pluie du 31/8/1983.

Tableau 6.9 : Valeurs de la fonction objectif pour les differents types de gestion.

Pluie du 26/6/1983.

' ^\

'

•

-·

'

•

INTRODUCTION

UTILITE D'UNE GESTION HYDRAULIQUE DES RESEAUX D'ASSAINISSEMENT

Les desordres et les d'assainissement des villes,

pluie. sont desormais frequents

dysfonctionnements des reseaux particulierement par temps de dans certaines agglomerations.

Les inondations,consequences des debordements, sont les plus mal supportees par les populations. L'accroissement de la taille des metropoles, mal pris en campte dans le dimensionnement des ouvrages, ainsi que la ｭ･｣ｯｮｮ｡ｩｳｳ｡ｮｾ･＠ du

fonctionnement du reseau. semblent en etre les causes profondes.

Les deversements intempestifs de pollution dans les milieux recepteurs par les deversoirs d'orage des systemes

, A • #

unitaires ou des egouts pluv1aux, sont preoccupants et limitent la portee de l ' e f f o r t consenti pour la construction des unites d'epuration a l'exutoire des reseaux.

Afin de resoudre ces problemes, l'accroissement substantiel de la taille des collecteurs est une solution difficile a retenir. tant ä cause de son cout eleve que des difficultes techniques qu'elle souleverait dans un environnement urbain deja . tres encombre. La mauvaise connaissance du fonctionnement des reseaux, essentiellement en regime transitoire, permet de penser que les Systemes d'assainissement defectueux sont mal utilises au cours d'un

evenement pluvieux. On peut donc envisager l'adaptation du mode de fonctionnement des ouvrages, non seulement

a

^leurs

defaillances chroniques ponctuelles, mais egalement aux phenomenes pluvieux qui les engendrent. Cette adaptation implique principalement le contr6le des ecoulements. Il s'agit alors de la gestiondes ouvrages, definie comme le contrÖle de l ' e t a t d'un systeme d'assainissement en vue d'assurer au mieux la satisfaction d'objectifs fixes et lies au fonctionnement de ce dernier, campte tenu de contraintes propres

a

sa nature et

' ｾ＠

a celle de son mode de controle.

+

^{A c8te} des modes classiques de gestion des reseaux, pour lesquels les regles de controle sont sensiblement independantes d'un evenement pluvieux isole. on peut imaginer un "pilotage optimal" des ouvrages au cours d'un tel evenement, qui suppose la mise en place de taut un systeme .

I

Introduction • Page ¹⁷

d'acquisition en temps reel d'informations concernant les phenomenes saus controle (pluies, niveaux, debits, parametres de pollution . . . ) et les organe·s de contrÖle. Il s · agi t alors d'une gestion en avenir aleatoire en temps reel, ou les regles

､ｾ＠

contrÖle optimal peuvent etre determinees de

_{ｦ｡ｾｯｮ＠}

automatique par un centre de calcul qui peut egalement proceder

ä

leur application par le biais de telecommandes et d · automates programmables ( Desbordes. 1978). ·.

\

C'est ä la reflexion· sur les methodes mathematiques qui peuvent _{ｾｴｲ･＠} employees dans les algorithmes d'elaboration de ces consignes optimales par temps de pluie, qu'est consacre ce travail. Ces differentes methodes ont ete testees sur un cas reel, dans le departement . de Seine-Saint-Denis, presente ci-apres, et ont abouti

ä

la mise - en place d'un premier logiciel de gestion partiellement automatique, de ce reseau.

Il est

ä

noter, que, dans la suite, i l ne sera question que de gestion d'un systeme donne, et en aucun cas de choix de sites ou de realisation de collecteurs supplementaires, d'ouvrages de stockage, de communications entre reseaux, de Stations de relevement . . . Ces realisations peuvent neanmoins se reve1er necessaires pour une meilleure gestion du reseau. On supposera que les etudes preliminaires sur la structure et le renforcement du systeme, absolument indispensables avant d'aborder les possibilites de sa gestion automatique, auront ete faites prealablement.

Chapitre I

•

Page

^{1 8}

CHAPITRE 1.

•

LES DIFFERENTES GESTIONS AUTOMAllSEES 'D'UN RESEAU D'ASSAINISSEMENT

;C ^{Le vecable} "gestion automatisee des reseaux d'assainissement" recouvre en fait de nombreux et differents types de gestion, que l'on peut distinguer taut d'abord par leurs objectifs. Ces objectifs peuvent etre separes en deux grandas categeries : l'aide a l'exploitation classique et le telepiletage en fonction de

1 ¹

evenement ( Jacquet

^{1 1,983}

a)

( Ja cq

u

e

^{t I} Fr

er

⁰

t

^I 1 9 8 3 ) .

L'aide a l·exploitation classique consiste ä utiliser les tec:hniques

_{ｭｯ､･ｲｮ･ｾ＠}

de l·automatique et de l·informatique afin de faciliter et de rendre plus efficaces les täches d'exploitation et d·entretien

､ｾ＠

reseau, gerees actuellement

....

.

^...

manuellement. Ces taches sont vastes et couvrent la m1se a jour des plans et documents graphiques concernant les ouvrages, la tenue des chroniques de travaux d·entretien et de rehabilitatien et du carnet de bord des dysfonctionnements, l'archivage des mesures, mais aussi la surveillance

ä

distance des equipements electromecaniques, voire la telecommande . de

p

o m·p e s . . . C · e s t d e

1

a c o n s

t

i tut i o n d e ver

i

t a b

1

es b a s es d e dennees du reseau qu'il s'agit, permettant sa connaissance

precise et des interventions plus rapides et plus efficaces aux points sensibles.

En revanche, le telepiletage en fonction de l ' evenement suppose une action sur le reseau, pendant l ' evenement (flots d'eaux usees, evenements pluvieux . . . ) et

fonction

^de

celui-ci. Cette action se fait par l'intermediaire d ' organes de controle (vannes, siphons, deversoirs reglables, pompes, etc . . . ) ,dont les positions sont ajustees en fonction de l'evenementl afin de satisfaire des objectifs de lutte

contre les debordements, de qualite du milieu recepteur ou de regularisation des flUX aUX Stations d'epuration.

Ce premier chapitre resume l'experience acquise et les enseignements tires lors de la mise en place du projet de gestion automatisee en Seine-Saint-Denis.Ce projet a fait l ' objet d ' une collaboration etroite depuis cinq annees entre les c:hercheurs du CERGRENE et le Service d'Exploitation du Reseau Departemental,et a donne lieu a plusieurs contrats de recherche conclus entre le Departement de Seine-Saint-Denis et le CERGRENE.

\

I

Chapitre I

_•

Page

¹⁹

Les resultats et les commentaires qui sont exposes dans ce chapitre ne sont pas les fruits du seul travail de l'auteur, mais ceux du travail d'une equipe dont i l fait partie, et qui regroupe des chercheurs et des membres du Service d'Exploitation.

\

1.1.

Ana1vse bib1iographigue des experiences de gestion automatisee en cours de rea1isation

Des systemes de gestion automatisee de reseaux d'assainissement sont en cours de mise en place dans un certain nombre de villes europeennes ou americaines. Leur conception et certaines realisations ont donne lieu a ^{un assez}

grand nombre de publications dont la bibliographie analysee ci-apres ne represente qu'une partie limitee. Cette analyse realisee en

^1983,

au debut de ce travail, a ete completee en

1986

(Schilling,

¹⁹⁸⁴⁾

(Bachoc,

¹⁹⁸⁴⁾

(NATO,

^1985),

et permet d e b r o s s er u n p a n o r a m a des e x p er i e n c es e n c o·u r s .

Parmi les communautes urbain

¹

es qui ont eherehe une · SOlution a certains problemes d'assainissement par la gestion automatisee, on peut citer : ·

- en France : les departements des Hauts de Seine, de Seine-Saint-Denis, et du Val de Marne, le district de !'Agglomeration Nanceienne, la Communaute

Urbaine de Bordeaux ;

- en Allemagne : les villes de Breme et de Hambourg

^{• ,}

- aux Etats-Unis : les villes de Minneapolis-St.Paul.

Detroit, Seattle, Philadelphia, Cleveland, San Francisco. Grand Rapids. Lima, Chicago.

- au Canada : la ville de Montreal.

Le tableau n·

^1.1

ci-apres indique les . objectifs des differents projets. tels qu'ils sont exposes

^,

dans les

references bibliographiques indiquees.

1 ^{Il faut noter que} l'objectif de chaque exploitant adoptant la gestion automatisee est rarement unique. Oe plus cet objectif depend souvent des possibilites existantes de derivation des eaux. Ainsi, seule la presence concommitante de hassins de retenue et de collecteurs de forte capacit.e

^ä

leur aval immediat ou, a defaut, la presence d'un reseau maille,

permet d'envisager la lutte contre les inondations.

\