Automatisation grâce aux nouvelles technologies informatiques dans le domaine de l’eau
Liver blanc de Achim Hugger, chef de R&D de GUTERMANN.
Tous les matins, les responsables de service contrôlent sur leur écran d’ordinateur l’état de leur réseau. Ils peuvent analyser rapidement les données de leur réseau obtenues durant la nuit et prendre les décisions nécessaires aux actions à mener. En cas de nouvelles fuites le responsable peut envoyer les fontainiers sur le site.
Auparavant les recherches de fuites devaient se faire manuellement
Sans surveillance de réseau informatique, détecter une fuite est comme recherche une aiguille dans une botte de foin. Souvent, la personne responsable sait la quantité d’eau perdue chaque année (souvent, elle représente plus de 25% de la consommation totale). Localiser des fuites peut être due au hasard ou à la vérification physique et minutieuse de la conduite. Parfois les usagers déclarent une fuite visible lorsqu’ils voient de l’eau suinter du sol ou lorsque le fontainier la détecte avec ses appareils (détecteur acoustique corrélateurs…). Plusieurs semaines ou mois peuvent s’écouler entre l’apparition de la fuite et sa localisation exacte. Dans le pire des cas, la fuite s’amplifie et peut entrainer une rupture de canalisation et avoir pour conséquence, selon la nature du sol, l’endommagement des routes ou l’inondation des caves.
L’introduction de l’hébergement et données dans le Cloud pour la gestion des réseaux d’eau
Le principe de la surveillance permanente des fuites est connu dans de nombreux autres domaines d’application : Un grand nombre d’appareils sont déployés pour couvrir et surveiller la zone, les données et les mesures sont centralisées et analysées grâce à des algorithmes intelligents qui affichent les résultats intéressants pour l’utilisateur. Il ne s’agit pas de collecter des données personnelles, que ce soit la densité pollinique ou les prévisions météorologiques, les systèmes intelligents de gestion des parkings et la Ville intelligente : “Big Data” et “le Cloud ” sont les moyens techniques les plus efficaces pour recueillir et traiter les informations. Les avantages sont évidents :
- Systèmes entièrement et automatiquement analysés
- Les résultats sont disponibles rapidement en ligne sous forme prédéfinie ou par email sans avoir à être sur place
- Les alarmes automatiques réduisent les risques d’accidents de personnes et des dommages causés aux infrastructures.
- Les fuites seront plus facilement détectées en effectuant des mesures en continu et les fausses mesures plus facilement identifiées
- Synthèse automatique des informations relatives à des situations complexes et rapports automatiquement créés pour les responsables de service et équipes de réparation
Prix attribué pour la technologie de détection de fuites Gutermann
Gutermann est reconnu comme leader mondial dans l’innovation technologique de la recherche de fuite d’eau grâce au système ZONESCAN et a reçu plus d’une douzaine de prix. Plus de 200 villes à travers le monde sont équipées du système Gutermann ZONESCAN ALPHA. Les premiers systèmes ont été installés en Allemagne depuis le début de cette décennie. Monsieur Karl-Heinz Beißwenger du service des eaux de la ville d’Eislingen a dit “Nous avons testé le ZONESCAN ALPHA pour la première fois 2010. La réduction de perte en eau durant le test a été si efficace que nous avons pu amortir en trois mois les coûts d’investissement du système ”. Depuis lors,la ville de Eislingen à déployé 1000 loggers. Frank Tantzky, le responsable du service des eaux d’Albstadtwerke r declare obtenir une diminution de 40% de perte en eau et de 50% du coût d’exploitationdans la zone de Stetten. La ville d’Aulendorf à acheter le système ZONESCAN ALPHA afin de réduire considérablement ses fortes pertes en eau. Les villes de Trier and Benningen ont également opté pour ce système. En Suisse où se trouve le siège deGutermann , des douzaines de villes sont entièrement équipées de notre système ZONESCAN. Beaucoup d’ingénieurs des services des eaux suisses considèrent avoir leurs propres réseaux d’eau sous contrôle en tant que « service public » et exigent donc les normes de qualité des services publics. La ville de Lyon a déployé depuis 2015 plus de 6 000 loggers, les données sont transmises par le réseau VEOLIA BIRDZ au serveur VEOLIA.
Transfert de données plus efficace par « Internet des Objets »
Tout le monde parle de « l’Internet des objets ». Mais qu’est-ce que cela signifie réellement pour la technologie des capteurs dans l’industrie de l’eau ? Les loggers corrélants posent des problèmes particuliers dans le transfert des données : Tout d’abord, il faut être en mesure d’envoyer les données depuis l’intérieur d’une bouche à clé à une certaine profondeur. Deuxièmement, les quantités de données nécessaires pour la corrélation sont beaucoup plus élevées que celles requises pour les enregistreurs de bruit normaux ou même les compteurs d’eau. Et troisièmement, une synchronisation précise des enregistrements de bruit (en dessous d’une milliseconde) est également nécessaire pour la corrélation (voir encadré). Pour répondre à ces trois conditions, des systèmes radio spécialement optimisés devaient jusqu’à présent être utilisés pour le transfert de données, en partie avec des répéteurs radio (comme par exemple dans les installations ZONESCAN ALPHA). En raison des progrès rapides dans le domaine des réseaux cellulaires LPWLAN (Internet des Objets), ces réseaux peuvent répondre au moins aux exigences de quantité de données et de qualité de transfert. Gutermann développe une nouvelle génération de loggers- IoT, qui répondra également aux exigences de synchronisation dans une seconde phase. L’annonce de déploiement des réseaux type LTE cat. NB1 (également connu sous le nom de NB-IoT) et LTE cat. M1 dans de nombreuses villes devrait être faite prochainement. Ceux-ci permettront de supprimer la solution radio, sans affecter la qualité des résultats. Les coûts d’installation et de maintenance seront également considérablement réduits. Cela facilitera la décision en faveur d’un système de contrôle permanent pour de nombreux services des eaux.
Choix entre un système permanent ou mobile
Une couverture complète avec une surveillance permanente des fuites peut ne pas toujours avoir d’intérêt sur le plan financier ou opérationnel, une surveillance permanente des fuites et une surveillance des réseaux mobiles peuvent être habilement combinées. Avec Gutermann, de plus en plus de données provenant de périphériques individuels comme les corrélateurs et les enregistreurs peuvent être téléchargées dans le même cloud. Ainsi, toutes les mesures et leurs résultats peuvent être stockés de manière permanente et clairement affichés sur l’interface Google Maps. La recherche de fuite est devenue plus transparente et reproductible. De plus en plus de ces appareils sont simplement contrôlés par des tablettes, en utilisant des applications attrayantes et l’affichage automatique de la position sur du matériel de cartographie téléchargeable gratuitement. L’installation de systèmes permanents sera bientôt également possible en utilisant simplement une application et une tablette ou un smartphone. Les alarmes concernant les fuites potentielles ou les avertissements concernant les défauts de fonctionnement pourront être rapidement et facilement analysées.
Hydrophones à poste fixe pour la surveillance de conduites de gros diamètres
Le dernier développement dans le domaine de la surveillance des approvisionnements en eau potable est l’extension du système existant à des canalisations de transport plus importantes, appelées conduites principales. La demande pour cela est particulièrement importante, mais les défis techniques le sont également. La conduite principale relie le château d’eau au réseau de distribution et leurs diamètres sont généralement de 300 à 1200 mm. Alors que les dommages causés par une fuite sur le réseau de distribution ou sur le branchement d’une maison resteront généralement faibles, les conséquences d’une rupture sur une conduite principale pourraient affecter des quartiers entiers ou des zones industrielles. Pour cette raison, les alertes rapides et les alarmes sont particulièrement nécessaires.
Afin de pouvoir détecter les plus petites fuites sur des grosses conduites et sur de longues distances, des hydrophones très sensibles sont installés pour que leurs membranes mesurent le signal acoustique directement dans l’eau à la différence des accéléromètres posés sur les vannes qui enregistrent les bruits à l’extérieur de la conduite. Les hydrophones sont installés à une distance de 600 à 800 mètres. Gutermann lance actuellement le produit HISCAN, dont le développement a pris cinq ans et a été partiellement financé par une subvention du ministère fédéral de l’éducation et de la recherche (BMBF). HISCAN permet une surveillance permanente des tuyaux de transmission principaux (ou des tuyaux d’alimentation en plastique) grâce à la corrélation quotidienne des données de bruit. Les premiers hydrophones à poste fixe pour gros diamètres ont déjà été installés en France, en Australie et en Arabie Saoudite.
Un Avenir plein de Promesses
Il est facile d’imaginer qu’à l’avenir, les données du système de détection de fuites seront utilisées à d’autres fins et combinées avec d’autres sources de données : des statistiques sur la fréquence des fuites sur des tronçons de caonduites pourraient être utilisées pour décider des futurs investissements nécessaires. En combinaison avec la débimétrie (mesures d’utilisation et de débit), il est possible de quantifier plus précisément le volume d’eau perdu des fuites et de les hiérarchiser. Les alarmes peuvent être utilisées pour réduire directement la pression du réseau afin de limiter les dommages consécutifs. Plus il y aura de données disponibles, plus il sera possible de développer des systèmes experts pour l’analyse des fuites futures et pour connaître le vieillissement des réseaux. Gutermann a déjà fait des recherches sur tous ces sujets et intégrera des solutions appropriées dans le cloud existant. Monsieur Frank Tantzky, responsable du service des eaux d’Albstadt, précise que “Gutermann est connu depuis des années comme une entreprise de technologie innovante ” « Nous sommes intéressés par les futures innovations de produits et nous intégrerons les nouveautés technologiques dans notre système informatique afin de répondre rapidement et efficacement aux pertes d’eau.”
Comment fonctionne la détection de fuites en continu ?
Lors d’une fuite sur une conduite, les vibrations se propagent dans l’eau et sur la paroi de la canalisation et se déplacent des deux côtés de la fuite. Les loggers de bruit (accéléromètre piézoélectrique) sont connectés à la conduite par un. Chaque jour les loggers transmettent les données au serveur qui les analyse automatiquement et affiche les résultats sur le superviseur du client. Dans le système ZONESCAN ALPHA de la société suisse Gutermann, les données des mesures sont collectées et synchronisées avec une haute précision par l’équipe de recherche et de développement basée dans le Baden-Württemberg. En utilisant les principes de la propagation du son, les données des loggers peuvent être corrélées entre elles. Cette méthode permet de positionner les fuites avec précision et de supprimer les fausses alarmes. La corrélation est trente fois plus sensible que l’enregistrement du bruit par un logger traditionnel et peut être utilisée sur des réseaux en plastique. Elle permet fréquemment la détection de petites fuites avant qu’elles ne causent plus de dégâts. L’enregistrement journalier du bruit de corrélation permet d’analyser les filtres et la distribution du bruit. Ces informations sont stockées et analyser par un système intelligent du serveur pour le calcul de la probabilité de fuite. L’emplacement de la fuite est localisé avec une grande précision de +/- 1 mètre et affiché automatiquement dans Google.
