Des outils pour la sécurité des réseaux de distribution d’eau potable

Avant de couler au robinet du consommateur, l’eau parcourt un réseau de conduites de plusieurs centaines, voire plusieurs milliers de kilomètres. Le long de ce trajet, l’eau est exposée à des contaminations. Si la chloration classiquement utilisée en France permet de maîtriser la plupart des causes usuelles de contaminations (proliférations bactériennes notamment), le risque demeure en cas d’évènements imprévus, accidentels, délibérés ou résultant de catastrophes naturelles (tremblements de terre, inondations…). Des évènements qui peuvent avoir des impacts tant sur les quantités approvisionnées que sur la qualité de l’eau.

^{Schéma : Surveillance des réseaux de distribution d'eau potable : différents types de capteurs sont placés à des endroits clés, pour détecter immédiatement les contaminations, puis localiser et isoler les conduites contaminées, par exemple en cas d'attaque terroriste (introduction d'un produit dangereux dans le réseau). Biocapteurs : détection des contaminants biologiques. Sondes multi-paramètres : mesure de la température, pH, chlore, conductivité etc. Débitmètre : mesure du débit.}

Tracer les contaminations en temps réel

Depuis plusieurs années déjà, des scientifiques du centre INRAE de Bordeaux ont fait de la sécurité des réseaux de distribution d’eau leur spécialité. Après avoir conçu un dispositif composé de capteurs physicochimiques pour détecter une anomalie dans le réseau d’un site particulier, en l’occurrence le stade de Wembley de Londres (projet SecurEau (1)), ils se sont penchés sur des réseaux de plus grande échelle. Dans le projet SMaRT-Online^WDN (2), ils ont cherché à optimiser la traçabilité des contaminations sur des réseaux de plusieurs milliers de kilomètres, en temps réel. Pour cela, des outils d’acquisition et de traitement de données en temps réel, des algorithmes de détection basés sur des analyses statistiques, et des outils de modélisation hydraulique ont été développés. « À INRAE, nous nous sommes attachés à modéliser et prédire les écoulements d’eau et le transport de polluants, aussi bien inertes qu’évolutif (3), en fonction de la géométrie du réseau et des quantités d’eau tirées le long du réseau. En effet, les consommations impactent la vitesse d’écoulement et donc le transport des molécules. Nous avons perfectionné et complété le logiciel de modélisation des écoulements, Porteau, développé par INRAE il y a une trentaine d’années », précise Olivier Piller, coordinateur du projet.

Ces travaux ont permis, d’une part, de définir le nombre de capteurs nécessaires et leur emplacement optimal le long de ces énormes réseaux et, d’autre part, d’élaborer les outils pour traiter et analyser rapidement les masses de données qui en sont issues. À la clé : une détection immédiate des contaminations et un suivi jusqu’à leur source, grâce à l’historique des données, permettant de mettre en œuvre les mesures adaptées : fermeture des vannes appropriées pour isoler les conduites contaminées par exemple. Transférables à n’importe quel réseau de distribution d’eau, les outils SMaRT-Online^WDN sont d’ores et déjà exploités par les partenaires du projet ; ainsi le service de Veolia Eau Ile-de-France bénéficie désormais d’un réseau de 200 capteurs qui surveillent en temps réel ses quelques 8 000 km de réseau.

Améliorer la résilience des réseaux pour mieux gérer les situations de crise

Forts de ces avancées, les spécialistes d’INRAE poursuivent aujourd’hui leurs travaux dans le cadre du projet ResiWater  (4). Objectif : mieux préparer les gestionnaires des réseaux de distribution à la gestion de crise, en améliorant la résilience de leur réseau. « La résilience se définit comme les moyens, face à une situation de crise comme une catastrophe naturelle ou une cyber-attaque, de réduire les impacts sur la distribution d’eau, d’améliorer la robustesse du fonctionnement du réseau, de solutionner la crise au plus vite et de manière la plus pertinente », commente Olivier Piller, également coordinateur de ResiWater.

En améliorant les outils issus de SMaRT-Online^WDN (optimisation des systèmes de détection, introduction de biocapteurs en complément des capteurs physicochimiques…), les scientifiques d’INRAE et les partenaires du projet ResiWater ont donc imaginé de nouvelles façons de gérer les réseaux pour minimiser les impacts d’une contamination ou d’une défaillance importante de la distribution en eau. À travers divers scénarios de crise et des mises en situation, ils ont testé des outils d’aide à la décision, comme un simulateur d’entrainement ou des indicateurs de performance (pression de l’eau, nombre de consommateurs impactés…), et ainsi identifié les plus pertinents pour permettre aux gestionnaires de réagir plus vite et plus efficacement. En complément, les économistes d’INRAE impliqués dans le projet ont développé des méthodes d’analyses de cycle de vie et d’analyses coûts-bénéfices afin de proposer les solutions efficaces mais aussi durables et économes. Expérimentés dans un premier temps par les services d’eau partenaires du projet, les outils seront à terme mis à disposition de tous les gestionnaires de réseaux.  

1. ^{Ce projet a reçu le prix des Etoiles de l’Europe du ministère de l’Enseignement supérieur et de la Recherche en 2014, lors du lancement du programme H2020.}
2. ^{Projet SMaRT-OnlineWDN (2012-2015), financé par l’ANR et le BMBF et mené en partenariat avec trois opérateurs industriels – les services des eaux de Strasbourg et de Berlin, et celui de Veolia Eau Ile-de-France qui dessert 150 villes d’Ile-de-France.}
3. ^{Le logiciel simule le transport de constituants inertes qui restent intacts lors du parcours dans le réseau, mais aussi de constituants qui évoluent (prolifération de bactéries, dégradation du chlore…).}
4. ^{Projet financé par l’ANR et le BMBF (2015-2018).}

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