LA PLACE DE LA NUMÉRISATION SIG DANS LE DÉVELOPPEMENT DURABLE DE LA GESTION DU MESURAGE DES PERTES EN EAU POTABLE DANS LES RÉSEAUX

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mots-clés : Smartcities, SWDE, eau, Water, SIG, GIS, développement durable Sustainability, ONU, UN, Goals

Chers lecteurs,

Voici le 4^e et dernier article de mes étudiants et que je souhaite vous faire découvrir. Un article aujourd’hui rédigé par Joachim DEJARDIN et qui traite de la question des fuites d’eau sur les réseaux de distribution d’eau potable ainsi que l’aide apportée par les outils numériques pour palier à l’obsolescence de ces réseaux. Un enjeu de durabilité qui est essentiel aujourd’hui. Bonne lecture !

Introduction

Dans cet article de blog, nous allons parler de la numérisation SIG des réseaux d’eau pour mesurer les fuites dans ceux-ci. Nous allons voir quels sont les objectifs de la numérisation SIG, quels types d’informations peuvent y être fournies et par quels systèmes. Avant cela, le contexte va être posé. Les fuites dans les réseaux d’eau potable en Wallonie représentent 48 piscines olympiques par jour. C’est pourquoi nous allons voir que le numérique a son rôle à jouer dans un milieu qui parle également de « débit », non pas de débit internet, mais de débit d’eau potable qui ne passe pas dans des câbles, mais dans des conduits dont certains ont plus de 50 ans. Une optimalisation de ces réseaux pour une économie est à prévoir, passera-t-elle par la numérisation SIG ?

Définition du sujet

Qu’est-ce qu’une numérisation SIG

Un SIG (système d’information géographique) est un ensemble de données cartographiques. Toutes les informations sont assemblées via un référencement géographique déterminé par une paire de coordonnées spatiales. Il est possible de travailler en 3 dimensions, il faudra alors prendre 3 coordonnées. Ce système permet d’acquérir, d’organiser, mais également de traiter et restituer des données géographiques sous forme de plans et cartes. C’est un outil d’aide à la décision dans la gestion d’un milieu en l’occurrence, dans notre cas, un outil d’aide au mesurage de fuites, pertes dans le réseau d’eau potable en Wallonie. La première application SIG a été créée dans le milieu épidémiologique d’une étude menée par le docteur John Snow. Il voulait représenter un plan de localisation des malades atteints du choléra dans un quartier Londonien. Le système avait une deuxième fonctionnalité qui était de retrouver l’endroit où les habitants puisaient l’eau d’un puits contaminé. Cela s’est déroulé en 1854 pour nous montrer que le processus est ancien. La question de la gestion du territoire par des données cartographiques est venue bien plus tard, en 1960 pour le développement de l’informatisation, mais également pour la création de programmes aérospatiaux permettant la production d’images de la surface terrestre. Dans notre cas, nous aurons à faire une numérisation SIG. Les précurseurs de la numérisation SIG des réseaux d’eau sont Paris, Lyon, Bordeaux ou Nantes. Ce procédé est appelé la digitalisation.

L’eau potable

Avant de rentrer dans le vif du sujet, nous allons rappeler la définition-même de l’eau potable, ses origines ainsi que certains de ces critères de qualité.

L’eau potable est une eau douce consommable par un être humain. Nous pouvons la boire, la consommer pour la cuisine ou encore à des fins qui ne nuisent pas à la santé. Elle voyage sous différentes formes, en bouteille, sous pression dans des conduits, en citernes pour de plus gros usages. Elle peut être plate ou pétillante.

L’eau du robinet vient en grande partie des eaux souterraines qui sont les nappes superficielles et profondes, cela représente 62% de l’eau potable totale. Les 38% restant viennent de la surface qui est les torrents, lacs et rivières. Toutes ces eaux sont captées par forage ou via un puits pour ensuite être traitées bien que le sol ait déjà fait une grande partie du travail. Une fois prête à la consommation, elle est stockée, acheminée dans les canalisations pour alimenter les différents utilisateurs.

Objectif d’une numérisation SIG des réseaux d’eau

Les objectifs d’une numérisation SIG des réseaux d’eau sont multiples. Deux aspects peuvent être gérés, l’eau potable et l’assainissement. Au niveau de l’eau potable, trois missions s’y offrent :

• La sectorisation des réseaux qui consiste à optimiser la recherche de fuite à l’échelle du réseau d’eau. Ses limites sont définies par des vannes.
• L’arrêt d’eau, le but est de localiser la fuite sur une canalisation. Le SIG va immédiatement repérer les vannes à fermer pour pouvoir isoler le tronçon concerné et donc éviter le gaspillage d’eau dans le sol.
• L’export de la structure et les caractéristiques du réseau sur un logiciel de modélisation.

Au niveau de l’assainissement maintenant, nous retrouvons quatre rôles :

• La recherche d’exutoire, cela permet de vérifier l’impact d’une pollution repérée dans le réseau.
• La zone de collecte permet d’affecter l’impact d’obstruction d’un regard et cible le bassin versant associé à ce regard.
• Le profil long, ce qui assimile les dénivelés entre deux regards. Ce qui permet d’identifier les défauts de conception, comme des contre-pentes.
• Le module d’intégration des ITV (« Les inspections télévisuelles : l’activité d’inspection a pour objectif de contrôler le fonctionnement des réseaux d’assainissement et identifier leurs défauts. L’inspection peut être réalisée sur des réseaux existants, on parle de diagnostic, afin de recenser les anomalies et conseiller sur les travaux à envisager. »)

Deux modes de fonctionnement possible :

• Les imports sont automatisés si les regards sont répertoriés dans la base de données patrimoniales, le module associe automatiquement l’ITV au tronçon concerné.
• Les imports sont manuels si la base de données est erronée, l’association de l’ITV au tronçon et au regard se fera manuellement.

Contexte mondial

Dans le monde, 11% de la population, soit 844 millions de personnes n’ont pas accès à l’eau potable. Ce chiffre est en augmentation par rapport au début des années 2000. Selon l’OMS, l’accès à l’eau potable se définit par le fait d’avoir de l’eau potable sur un déplacement de plus ou moins trente minutes aller-retour. Dans les 844 millions, 263 millions doivent se déplacer trente minutes pour avoir accès à cette eau potable se trouvant parfois dans des puits ou même d’une source directement. Des eaux qui ne sont pas contrôlées ni testées sur leur qualité. Un autre chiffre qui interpelle, c’est 423 millions, c’est le chiffre du nombre de personnes qui puisent de l’eau dans une rivière, un lac ou encore un canal d’irrigation. Des eaux qui une fois de plus ne sont pas contrôlées où un risque de contamination de maladie est très grand entre autres via les matières fécales. Dans ces régions, la numérisation des réseaux ne se pose pas dans un premier temps, car ils n’ont même pas idée du trajet de ces eaux vu qu’elles sont appelées « eaux de surface ».  C’est là que nous remarquons que les priorités ne sont pas les mêmes partout. Tous ces chiffres évoluent bien sûr et de manière significative. Par exemple en Asie, le pourcentage de personnes n’ayant pas accès à l’eau potable est passé de 20 à 6% en 15 ans, ce qui est plus de la moitié. Ces chiffres paraissent tout de même minimes par rapport à l’Afrique qui enregistrait dans les années 2000 un pourcentage de 59% pour aujourd’hui un pourcentage compris entre 38 et 47% selon les régions. Ces chiffres concernent donc un accès à l’eau potable, nous pouvons maintenant les confronter aux chiffres liés aux risques de maladies dues à des eaux qui n’ont pas de données sur sa qualité. Ce chiffre s’élève à 3 milliards, selon L’ONU.

L’ONU coordonne des réunions de haut niveau des Nations Unies sur les grands objectifs liés à l’eau. Ils ont développé un programme à l’horizon 2030 d’un plan de surveillance intégré. Ce plan se nomme l’ODD6, qui est un objectif du développement durable qui est de garantir l’accès à l’eau potable pour tous ainsi qu’une gestion des ressources durables en eau. Cet ODD6 vise évidemment les populations les plus vulnérables. Ils insistent bien sur le fait d’avoir d’abord un accès à l’eau potable de qualité et ensuite une gestion. Car comme nous pouvons le constater et de plus en plus, l’eau est utilisée en totales surconsommations dans certaines parties du globe alors qu’ils n’ont pas de réserves inépuisables. Les nappes phréatiques dans certaines régions sont surexploitées et pourraient être en pénurie dans quelques années. Il est donc important d’avoir des données en matière de stockage, de débit, etc. C’est ce que met en place IMI-SDG6, ils rassemblent l’Organisation des Nations unies qui compile des données précises sur les indicateurs mondiaux de l’ODD6 qui gèrent différents programmes en termes d’eau potable, de gestion, d’assainissement, de surveillance, mais également de développement durable. Ils ont mis au point quatre phases avec des changements progressifs tant au niveau mondial que national. Ils mettent en avant la question de la collecte de données, mais également de communication des données. Leurs approches mettent moins en avant un traitement proprement dit de celles-ci. Ces phases sont destinées aux pays, villes dans le besoin.

Contexte en Belgique

Nous allons maintenant comprendre ensemble pourquoi la réponse commune aux nouveaux défis de la gestion des eaux est la numérisation. Comme expliqué juste au-dessus, cette numérisation répond à plusieurs besoins, elle ne s’attaque pas qu’aux fuites dans les réseaux d’eau potable, mais de manière beaucoup plus large. Le cycle de l’eau lui-même peut être amélioré grâce aux données accumulées et à cette digitalisation globale. Cette nouvelle méthode est donc sur tous les fronts, à la fois sur des enjeux naturels, sur des enjeux sur des constructions de l’homme directement. L’intégration du numérique dans le cycle de l’eau, par exemple, permet une économie de 30% sur les investissements et sur l’exploitation. Cet enjeu naturel s’ajoute aux objectifs, un objectif moins lié à des enjeux artificiels de l’homme. Il y a une réelle révolution numérique dans le milieu de la gestion des eaux qui était inexistante il y a quelques années. Les entreprises transforment ces problèmes observés en réelles opportunités. Ils y développent de nombreux outils pouvant collecter des données qui peuvent être par la suite cartographiées directement de manière numérique.

Le contexte en Belgique est très préoccupant au niveau de la gestion des réseaux d’eau potable. Les fuites d’eau commencent à être chiffrées grâce à cette numérisation SIG. Ces pertes ont un coût direct sur le consommateur, entre 1 et 3 euros par mètre cube. En Wallonie, la situation est tout aussi grave qu’en Flandre ou même dans ses pays frontaliers. La SWDE (société wallonne des eaux) est la principale société publique responsable de la production et distribution d’eau potable en Wallonie. Ses principales missions sont la production d’eau potable tout en assurant une protection durable de la manière dont cette eau est exploitée. C’est aussi assurer un approvisionnement en continu d’eau de qualité ou encore la conception et le maintien de ses réseaux de production et de distribution, mais également garantir une satisfaction des clients de tout genre. Les fuites d’eau potable ont déjà atteint le pic de 65 millions de m³, ce qui équivaut à 48 bassins olympiques chaque jour pendant un an. Ces pertes ont évolué jusqu’en 2014 pour finir par se stabiliser ces dernières années, entre 60 et 75 millions de m³ par an. Ce problème comme expliqué plus haut a un impact sur le prix facturé pour le consommateur, en effet, cela coûte entre 17 à 170 millions d’euros/an soit un surcoût de 0,1 à 1 euro/m³.

Ces différents chiffres démontrent qu’il y a un vieillissement des infrastructures. Les données vont pouvoir justement localiser les portions dégradées et pouvoir agir dessus. Cette prévention permet donc de se rendre compte, mais ce n’est pas suffisant, il faut enclencher une phase de travaux, de renouvellement de portions de réseaux le plus rapidement possible pour diminuer de manière significative ses fuites.

Systèmes utilisés en Wallonie et à Bruxelles

Plusieurs solutions existent quant à la collecte de données pouvant alimenter cet SIG. Sous plusieurs formes, mais toujours dans le but d’optimiser la qualité de l’eau ou dans notre cas le repérage des fuites dans les canalisations d’eau potable. Nous allons nous attarder sur les techniques utilisées en Wallonie par la société wallonne des eaux (SWDE). En effet, la SWDE alimente aujourd’hui près de 70% de la population wallonne. Pour donner quelques chiffres, c’est 36 000 km de canalisations, soit 2,5 millions de consommateurs répartis sur 200 communes. C’est dans ce souci d’être un leader en production et distribution qu’ils sont passés dans une phase de digitalisation. Dans le but d’être plus performant donc, diminuer leur coût d’exploitation du réseau. Plusieurs offres de plusieurs entreprises sont utilisées pour remédier à cette optimisation.

Le premier système se nomme « SOFREL LS42  », c’est un data logger qui vise à améliorer le rendement et la performance du réseau d’eau potable. Il détecte les portions à fuite via des calculs du débit de nuit. Mais aussi de suivre les différences de pressions et d’informer en cas de casse en aval ou en amont d’un conduit.

• 4 entrées logiques (DI) pour comptage standard ou signalisation
• 2 entrées analogiques (AI) pour capteurs de pression SOFREL ou télé alimentation de capteurs tiers
• Calcul des débits moyens
• Calcul du débit de nuit
• Archivage et bilans journaliers : volumes, débit mini, débit maxi…
• Envoi d’un SMS d’alerte vers un mobile en cas de changement d’état d’une DI ou dépassement d’un seuil
• Communication périodique programmée ou sur événement vers un 1 ou 2 pc

Le deuxième système intelligent développé ici par HydroScan  est le « LeakRedux ». Il reçoit en permanences des données des débitmètres de sectorisation et calcule la consommation réelle par portion. Il la compare à son empreinte représentant la consommation optimisée et ajustée au rendement objectif.

• Détecte les fuites invisibles sur le réseau de distribution
• Prédis le moment optimal d’un point de vue économique pour les réparer
• Réduis la zone de recherche de la fuite

Le système fonctionne via une connexion iCloud avec un échange de données en temps réel. Il génère des alertes lors de fuite, estime d’un point de vue économique pour réparer les fuites. Les avantages sont multiples pour ce système, il est notamment utilisé à Bruxelles et arrive de plus en plus en Wallonie pour compléter les installations déjà présentes. Son but premier comme cité plus haut est de réduire les pertes en eau pour augmenter les économies possibles, il vise donc un retour sur investissement rapidement, sur maximum 3 ans. Un deuxième avantage qui n’est pas négligeable, c’est une réduction des coûts due à la recherche de ses fuites actuelles. Le LeakRedux ne demande pas de compteur intelligent au niveau des habitations. Il est tout de même possible d’apporter des informations encore plus précises via justement des compteurs intelligents chez les habitants, selon leurs stratégies propres.

Le troisième système est un débitmètre en tant que tel. Dans ce cas-ci, un débitmètre à cône. Le but de ce système étant de mesurer le débit-volume de fluides propres, mais également sales. Il est d’application dans de grands conduits de type industriel. Les points forts sont également nombreux, car ce sont des solutions qui peuvent être sur mesure en fonction des besoins du particulier. Leur durée de vie est grande pour un entretien faible. L’avantage également de ce produit, c’est qu’il permet d’envoyer en temps réel des données sur l’état de leurs eaux, sur leurs débits, etc. via des applications mobiles.

Conclusion

Pour conclure, si le cycle de l’eau naturel subit par le réchauffement climatique, le cycle de l’eau « artificiel » subit tout autant par l’utilisation de canalisations pendant 50 ans ou encore la pollution des eaux (eaux usées). Après les différents contextes, constats à ce sujet, le numérique joue et jouera un rôle essentiel dans l’optimisation et l’économie de cette eau si précieuse. Nous avons vu que les chiffres en Belgique sont alarmants et méritent réflexion, mais ils le sont tout autant en France , que dans le reste du monde où l’eau est canalisée. Le tout est que le phénomène est connu, mais est-ce que le processus de résilience est assez rapide ? On, nous ne le pensons pas. La gouvernance reste un sujet sensible, les accords sont parfois lents, très lent et laissent pendant ce temps-là des litres et des litres d’eau s’écouler dans la nature. Nous avons vu que les priorités sont mises en fonction du contexte du pays, de la ville. La numérisation SIG pour les réseaux est certes une solution inévitable pour les fuites dans les conduits enterrés.

Ce qui est tout autant interpellant suite à cette analyse des réseaux d’eau potable, c’est de voir que l’accès à une eau potable dans le monde n’est pas encore généralisé, et encore moins à une eau de qualité. Pendant ce temps-là, des habitants consomment entre 50l/jour à 500l/jour. Nous en profitons pour faire remarquer que nous devons changer notre comportement face à cette consommation exorbitante dans certaines situations. Via par exemple des compteurs connectés et surtout de la pédagogie. L’importance de comprendre le processus de l’eau, son cycle.

Si les réseaux d’eau sont encore très peu connectés, ce n’est pas le cas des stations de production. Elles le sont depuis près d’un quart de siècle. Il y a une globalisation de la numérisation des réseaux d’eau prévue, des investissements sont prévus à cet effet. Nous avons vu plusieurs solutions ci-dessus qui montrent des capacités de prédiction de plus en plus nombreuses et précises. Nous pensons que l’avenir de la numérisation SIG des réseaux d’eau est très prometteur. Les sommes injectées dans ces systèmes permettent de faire des économies à long terme par la suite. Les fuites ou tout autre problème sont directement pris à temps et ne laissent pas couler des sommes extravagantes dans la nature. Tous ces systèmes peuvent être combinés à des systèmes de gestion intelligente de traitement des eaux usées permettant par exemple de faire gagner de l’énergie.

Cette digitalisions est très prometteuse et doit par la même occasion non pas seulement nous impressionnerais nous faire régir sur tous les fronts, sur toutes les parties que constitue le cycle de l’eau.

Analyse critique

Joachim DEJARDIN met en exergue la problématique de la gestion de l’eau en Belgique qui est un des pays en Europe qui a le plus de pertes de réseau. Aujourd’hui, alors que l’eau devient une richesse et luxe rare, il est légitime de se demander pourquoi notre système de distribution est devenu aussi obsolète. Il en va de même pour l’électricité. Le 30 juillet 2004, le drame de Ghislenghien a obligé les pouvoirs publics de se remettre en question sur la gestion des réseaux en Wallonie. Les opérateurs des réseaux (RESA ; ORES, etc.) ont lobbyé et gagné la bataille pour attendre encore la mise en œuvre de la cartographie des réseaux. Aujourd’hui, 17 ans plus tard, les opérateurs ont leur cartographie opérationnelle, mais ne la mettent pas à disposition de la population pour que celle-ci puisse l’analyser en toute transparence, le fameux open data avec, pour causalité, un manque d’information du coût de l’obsolescence de nos systèmes de distribution. Notre étudiant a tenté de lever le voile sur ces questions au travers de faits. C’est pour cette raison qu’il me semblait intéressant de vous le faire partager.
Mais au-delà de ce constat, il nous montre également l’intérêt du numérique dans un système comme celui-ci. En effet, le « smart » tant décrié est ici essentiel pour réduire les fuites d’eau du réseau de distribution et seul les outils digitaux mis aujourd’hui à notre disposition peuvent régler cette équation : il est impossible de renouveler le réseau dans sa globalité, il est fondamental de consommer moins d’eau, donc il faut pouvoir mesurer le réseau pour optimiser le système. La Smart city comme je l’aime !

Pascal SIMOENS Architecte et urbaniste, data Scientist. Expert Smart Cities. J’ai commencé ma vie en construisant des villes en Lego, j’en ai fait mon métier. Geek invétéré, aujourd’hui je joins mes passions du numérique et de la ville au travers d’une expertise smart Cities et smart buildings en travaillant en bureau d’étude (Poly-Tech Engineering) et j’enseigne cette même expertise à l’UMONS et l’ULB.

Merci de cette lecture.

Bibliographie :

http://environnement.wallonie.be/projet_nazinga/pages/sig.htm
https://www.lecho.be/innover/tech/numeriser-les-reseaux-d-eau-nouveau-defi-a-l-heure-du-rechauffement-climatique/10358651.html
https://www.lecho.be/economie-politique/belgique/wallonie/la-wallonie-perd-48-piscines-olympiques-d-eau-potable-chaque-jour/9948339.html?loginSuccess=true  (chiffres importants en Wallonie)
https://www.unep.org/fr/actualites-et-recits/recit/lechelle-mondiale-3-milliards-de-personnes-sont-exposees-un-risque-pour
https://www.latribune.fr/partenaires/latribunebusiness/latribunebusiness-tv/le-digital-essentiel-a-une-meilleure-gestion-de-l-eau-897871.html
https://www.oecd-ilibrary.org/sites/0232d11b-fr/index.html?itemId=/content/component/0232d11b-fr
https://www.lemonde.fr/ressources-naturelles/article/2015/03/20/la-crise-de-l-eau-illustree-en-5-graphiques_4597592_1652731.html
https://www.latribune.fr/partenaires/latribunebusiness/latribunebusiness-tv/le-digital-essentiel-a-une-meilleure-gestion-de-l-eau-897871.html
https://veillecarto2-0.fr/2022/02/14/une-solution-sig-pour-une-meilleure-gestion-des-reseaux-deau-potable%E2%80%AF/