Détection des fuites dans les réseaux d'eau

Par rapport aux déversements très médiatisés d’oléoducs et de gazoducs, les fuites dans les conduites principales reçoivent relativement peu d’attention. Mais ces pertes relativement inoffensives doivent-elles être considérées comme insignifiantes ? La réponse est non. Diverses autorités régionales d’Amérique du Nord ont donné des estimations des pertes d’eau dues aux fuites lentes qui varient de 10 % à 45 % de la production totale. Cela se traduit par des millions d’euros en pertes de revenus pour les services publics et peut entraîner ou exacerber les problèmes de pénurie d’eau, en particulier dans les régions touchées par la sécheresse comme la Californie et le Texas. Dans certains cas, des fuites lentes qui passent inaperçues pendant de longues périodes peuvent causer des dommages importants aux infrastructures. Cela n’a jamais été aussi évident qu’à Guatemala City, où l’érosion souterraine due aux fuites de conduites d’égout a été le principal facteur contribuant à la formation de dolines jusqu’à 100 mètres de profondeur.

Cet article a pour but de fournir aux lecteurs un aperçu général des mesures qui peuvent être prises pour améliorer les capacités de détection des fuites d’un service d’eau en combinant les progrès technologiques avec les techniques et infrastructures préexistantes. Bien que la mise en œuvre des solutions suivantes nécessitera certaines dépenses en capital, le coût des pertes d’eau dues aux fuites au cours du cycle de vie d’un pipeline donné l’emporte largement sur le coût des mesures de précaution supplémentaires, en particulier si ces fuites entraînent des dommages importants aux infrastructures publiques et/ou à l’environnement.

Continuer à utiliser l’infrastructure et les capteurs existants

Traditionnellement, les fuites dans les conduites principales n’étaient pas détectées avant que le problème ne se manifeste sous la forme d’un sous-sol inondé ou d’un jaillissement d’eau à partir de fissures dans la rue. La majorité des fuites, cependant, ne sont pas si évidentes. À l’heure actuelle, la plupart des municipalités sont divisées en sections distinctes aux fins de la distribution de l’eau, et des capteurs de débit sont installés pour mesurer la quantité d’eau entrant dans chaque section.

Les données historiques et en temps réel de ces capteurs sont mises à la disposition des opérateurs via un système, ce qui permet de suivre les changements au jour le jour. Un changement soudain de la demande en eau d’une section particulière au cours d’une période donnée est normalement un bon indicateur qu’une fuite s’est formée, bien que les petites pertes passent souvent complètement inaperçues. Même si la surveillance de l’utilisation de l’eau, section par section, rétrécit considérablement les recherches, les employés de la ville doivent alors tracer minutieusement des kilomètres de pipelines enfouis sous les rues tout en utilisant un équipement spécial pour écouter de la surface les signes acoustiques révélateurs d’une rupture. Bien qu’ancienne et longue, cette méthode est à la fois fiable et précise – les fuites peuvent être tracées à environ un mètre près par un opérateur qualifié.

Maximiser l’utilité des nœuds de capteurs existants avec des améliorations technologiques

Au cours de la dernière décennie, on a assisté à un virage important vers des solutions proactives plutôt que réactives pour la détection des fuites dans les conduites d’eau. L’utilisation régulière d’une technique de traçage des fuites en ligne est un moyen efficace de limiter la durée maximale pendant laquelle les fuites peuvent ne pas être détectées. La plupart des services publics, cependant, sont soumis à des budgets restrictifs, ce qui limite l’applicabilité des technologies de pointe. Même s’il pourrait être rentable de sonder à l’interne chaque section d’un pipeline à l’intérieur d’une grande ville sur une base fréquente, des fuites peuvent quand même se produire pendant l’intervalle de temps entre les levés de conduites.

Comment trouver une fuite d'eau

Pour ces raisons, les opérateurs ont tendance à privilégier les techniques de surveillance continue en ligne qui tirent parti de l’équipement existant. Les réseaux sont une caractéristique pratiquement omniprésente des services d’eau modernes, et les données en temps réel sur le débit et la pression obtenues à partir de divers nœuds du réseau de distribution permettent de détecter et d’approximer approximativement l’emplacement d’une fuite à l’aide d’algorithmes de traitement des données statistiques. Cela présente l’avantage de réduire considérablement la recherche manuelle de l’emplacement de la fuite, par opposition au fait que les opérateurs doivent parcourir une grande partie de l’infrastructure de tuyauterie à la recherche d’anomalies acoustiques. Ces méthodes logicielles ne sont toutefois pas suffisamment sensibles pour détecter les petites fuites, à moins que l’infrastructure existante ne soit équipée de capteurs plus sophistiqués.

Une méthode de plus en plus courante est la méthode des ondes de pression négative, ou raréfaction, qui tire parti des ondes de pression négative produites lors de la formation d’une fuite dans un pipeline. Ces ondes se propagent à la vitesse du son sur de longues distances – des capteurs situés à des nœuds en amont et en aval de la pression de l’échantillon de fuite à un débit beaucoup plus rapide que les systèmes classiques, ce qui permet de détecter les ondes de pression et de déterminer l’emplacement de la fuite à quelques dizaines de mètres (voir Figure 1). Cependant, comme les ondes de pression négative ne se produisent que lors de la rupture initiale de la conduite, la fuite passe inaperçue si l’interférence de l’environnement empêche sa détection immédiate.

Utiliser des méthodes en ligne pour localiser avec précision les fuites connues

Les techniques de surveillance automatisée et continue telles que celles décrites offrent un niveau de protection supplémentaire qui ne devrait pas être négligé par les gestionnaires des services d’eau à une époque où l’attention du public ne cesse de croître. Mais la précision de ces méthodes dépend de l’espacement entre les nœuds de capteurs, et les fuites doivent être localisées précisément pour éviter de déterrer la mauvaise section du pipeline. Le traçage manuel à l’aide d’opérateurs qualifiés et d’appareils portatifs est un moyen fiable de se renseigner sur le problème, mais il prend beaucoup de temps et risque d’éviter les petites fuites.

Heureusement, les innovations technologiques ont rendu le processus de recherche des fuites plus efficace. Plusieurs compagnies offrent maintenant des services en ligne capables de détecter et de localiser l’emplacement de fuites, même mineures, à partir de l’intérieur même de la conduite. Ces techniques bénéficient d’une meilleure précision, d’une réduction des interférences dues aux bruits extérieurs et d’un fonctionnement à moindre intensité de main d’œuvre. Deux produits sont actuellement sur le marché. Smartball se compose d’un dispositif de détection acoustique logé dans une sphère de mousse qui est transportée avec l’eau lorsqu’elle s’écoule dans un pipeline. L’appareil recueille des données sur l’état de la canalisation en vue d’un traitement ultérieur, tandis que des récepteurs placés à divers points d’accès permettent de suivre son emplacement précis. Sahara fonctionne de la même manière, sauf que le capteur acoustique est relié à la surface par un long câble de transmission de données, ce qui permet la détection et la localisation des fuites en temps réel. Malgré leurs avantages, ces technologies en ligne sont limitées aux pipelines de plus grande taille (6 cm ou plus) et peuvent potentiellement se coincer dans des sections de tuyaux qui sont fortement encrassées en raison d’un entretien inadéquat.

Incorporer des capteurs à la fine pointe de la technologie pendant la phase de pré-mise en service

La méthode la plus efficace pour détecter les fuites dans les pipelines est l’installation d’équipement de détection tel que des fibres optiques sur toute la longueur de la conduite à surveiller. L’indice de réfraction interne des gaines de fibres optiques est très sensible aux perturbations causées par les vibrations et les changements de température associés aux fuites ; par conséquent, un décalage dans le temps d’arrivée d’un signal laser peut être utilisé pour localiser leur emplacement. Le coût associé à l’installation de tels dispositifs sur la ligne existante est prohibitif pour la plupart des services publics, de sorte qu’une telle option ne devient réaliste que pour les nouvelles installations de tuyauterie.

Pour la majorité des exploitants municipaux de services d’eau qui s’occupent d’infrastructures plus anciennes, la meilleure option est la surveillance en ligne continue au moyen d’une vérification conventionnelle de la pression et du débit combinée à des améliorations éconergétiques pour permettre une technique plus sensible, comme la méthode des ondes de pression négative. Toutefois, la possibilité susmentionnée de détection de fuites non détectées par ces méthodes nécessite encore des inspections périodiques des pipelines, qui sont mieux réalisées avec des sondes de détection en ligne. Nous sommes certains de voir de nouvelles solutions dans les années à venir, car la détection des fuites est toujours un domaine de recherche actif.