L'écoulement des eaux pluviales et l'infiltration des eaux souterraines dans les égouts constituent un défi opérationnel constant, mais une compagnie des eaux norvégienne parvient à mieux comprendre son réseau grâce à une approche numérique innovante. Marco Westergrenresponsable de l'analyse en chef à l'adresse InfoTiles.
L'afflux et l'infiltration (I&I) des eaux pluviales et des eaux souterraines dans les réseaux d'égouts peuvent entraîner des coûts considérables pour les services de distribution d'eau en ce qui concerne le pompage, le traitement et le rejet de l'eau excédentaire. En Norvège, le système numérique de gestion de l'eau et des eaux usées InfoTiles' est utilisé par une municipalité pour la détection des infiltrations d'eau et la surveillance en temps réel de l'eau excédentaire dans les réseaux d'égouts, ce qui permet déjà de réduire les pannes de service.
En utilisant l'internet des objets (IoT) intégré au système et les technologies d'apprentissage automatique, ainsi que les données en temps réel préexistantes de leurs systèmes SCADA, les opérateurs ont découvert que les pompes poussaient 5 millions de m3 d'eaux usées à travers ses systèmes par an, dont au moins 1 million de m3 était de l'eau provenant de l'I&I. Le coût d'exploitation supplémentaire pour l'entreprise de traitement de ces eaux usées étrangères s'élevait à 2 millions d'euros, sans compter le coût énergétique du transport de l'eau vers les stations d'épuration.
Surcharge des systèmes dans les réseaux d'eau municipaux
Pour de nombreux services publics et municipalités, l'afflux et l'infiltration peuvent représenter en moyenne 20 à 50 % du débit annuel dans les égouts, mais en Norvège, lors de la fonte des neiges et des automnes pluvieux, ce chiffre atteint régulièrement 80 à 90 %.
L'infiltration est l'écoulement d'eaux pluviales dans les canalisations d'eaux usées par des défauts tels que des trous, des fissures, des défaillances de joints et des ruptures de raccordements. L'infiltration se produit lorsque les eaux souterraines pénètrent dans le réseau d'assainissement par des failles dans les canalisations, aggravant ainsi le flux.
Il est largement reconnu que la plupart des I&I sont dues à des infrastructures vieillissantes qui doivent être entretenues ou remplacées, mais certaines sont également causées par des raccordements erronés, tels que l'évacuation des eaux des bâtiments et des toits raccordés aux mauvaises canalisations. Lorsque ces eaux pénètrent dans le réseau d'assainissement, elles peuvent le surcharger, ce qui constitue un risque particulier pendant les périodes de fortes pluies ou d'orages.
Dans le pire des cas, elle peut entraîner le rejet d'eaux usées non traitées dans l'environnement et la pollution des rivières et des mers. Elle augmente également le risque de contamination croisée de l'eau potable, lorsque de l'eau polluée provenant de l'environnement pénètre par des failles dans les canalisations d'eau propre.
L'augmentation de la fréquence et de l'intensité des précipitations due au changement climatique exacerbe le problème, rendant le réseau d'assainissement encore plus vulnérable aux défaillances et exposant l'environnement à des risques accrus. En outre, en l'absence de traitement, l'intégrité des canalisations ne fera que se détériorer au fil du temps, ce qui augmentera le volume des eaux d'infiltration à traiter.
L'analyse des conditions météorologiques et leur influence
Le défi pour InfoTiles, dont le siège se trouve à Stavanger, en Norvège, et pour son partenaire était de déterminer quand et où se produisaient les problèmes d'I&I et de décider de la réponse appropriée. La plateforme InfoTiles utilise les données du système de contrôle SCADA et les données météorologiques pour analyser le comportement des réseaux d'assainissement par temps sec et par temps de pluie. En utilisant les informations des stations de pompage en temps réel, le modèle calcule le volume total et excessif transporté, ce qui permet aux opérateurs de voir non seulement les tendances liées aux conditions météorologiques, mais aussi les coûts qui en résultent en termes de traitement et de dépenses d'énergie.
Une fois les zones problématiques identifiées, la zone de recherche peut être réduite à l'aide d'appareils IoT compacts au sein d'une même plateforme. Certaines stations de pompage ont plusieurs entrées ou de longs réseaux de canalisations en amont. En mesurant sélectivement différentes branches, il est possible d'identifier exactement l'endroit où l'eau s'infiltre ou d'exclure les zones qui ne posent pas de problème.
Les capteurs placés aux points critiques du réseau peuvent collecter des données météorologiques supplémentaires telles que les précipitations, les seuils problématiques de volume de pluie ou les variations saisonnières de sensibilité. Ces données alimentent un tableau de bord central et ces mesures détaillées peuvent ensuite être analysées par les gestionnaires de l'eau et les opérateurs.
Remise en question des décisions d'investissement
Pour le partenaire norvégien InfoTiles, le logiciel a permis de découvrir qu'environ 50 % de l'I&I était traité par seulement quatre de ses 27 stations de pompage, ce qui a permis aux équipes de maintenance de cibler la collecte de données supplémentaires et de donner la priorité à l'entretien et aux réparations.
L'analyse a révélé qu'un certain nombre de pompes étaient constamment surchargées d'I&I, même par temps sec. Il a été constaté que les conduites en amont situées à proximité des berges d'une rivière étaient posées dans un sol saturé d'eau. Le réseau d'assainissement absorbait inutilement les eaux souterraines excédentaires, qui étaient ensuite transportées, traitées et rejetées dans la rivière.
Les quatre stations de pompage identifiées avaient déjà été choisies pour être modernisées en raison des contraintes existantes, mais grâce aux informations obtenues à l'aide du logiciel InfoTiles', cette décision a pu être remise en question. Il a été décidé qu'un meilleur investissement consisterait à améliorer l'intégrité du réseau d'assainissement en amont.
En l'absence de preuves détaillées sur le lieu et le moment où se produisent les I&I, de nombreux services publics choisissent d'augmenter les investissements dans la capacité de transport et de traitement des eaux usées afin d'éviter que les systèmes ne soient dépassés. Bien que cela puisse atténuer le risque d'incidents de pollution, cela augmente également les coûts pour les clients et ne résout pas le problème sous-jacent.
Réduire les coûts de l'énergie et du carbone
L'énergie représente une part importante des coûts supplémentaires de traitement et de transport liés au traitement des effluents d'eaux usées. Par conséquent, la réduction de la consommation d'énergie représente également une économie potentielle sur les dépenses opérationnelles.
Le coût de l'énergie de la compagnie norvégienne a atteint le niveau record de 0,7 €/kWh en 2022, ce qui représente une augmentation considérable par rapport à l'année précédente en raison de la crise de l'énergie qui sévit dans toute l'Europe, et s'ajoute à d'autres augmentations de prix, notamment pour les produits chimiques utilisés pour le traitement des eaux usées. Si l'on prend comme base de référence un volume d'eau moyen de 1 million de m3, cela signifie que la compagnie était confrontée à un coût d'exploitation supplémentaire total d'au moins 2 millions d'euros, à une consommation excessive d'électricité de 165 000 kWh et à des émissions de carbone excessives de 4,1 tonnes.
Une consommation d'énergie supplémentaire représente également une empreinte carbone plus élevée, de sorte que l'identification précise et la résolution des problèmes d'I&I peuvent aider les services publics à respecter leurs engagements en matière d'émissions de carbone, y compris les objectifs "net zéro".
Investissements ciblés
Grâce à l'utilisation du logiciel de gestionnumérique de l'eau InfoTiles , la localisation précise, le coût, les économies et les solutions en matière d'I&I sont devenus plus clairs pour le service public. Des décisions d'investissement et d'exploitation mieux informées peuvent être prises pour améliorer les parties les plus vulnérables de l'infrastructure et des processus de traitement des eaux usées.
Sans un contrôle précis des I&I, les services publics peuvent faire des investissements mal placés, y compris des mises à niveau de pompes, des remplacements de tuyaux et des mises à niveau d'équipements de traitement. Cela peut entraîner des dépenses d'exploitation toujours plus importantes en termes d'énergie et d'entretien, car l'eau excédentaire continue de pénétrer dans le réseau et de subir un traitement.
"En travaillant en étroite collaboration avec le service public norvégien pour comprendre et relever ses défis en matière d'I&I, InfoTiles a démontré les meilleures pratiques dans ce domaine difficile. Nous cherchons à partager ces développements à grande échelle afin que d'autres organisations puissent mieux comprendre les avantages que la transformation numérique peut apporter aux opérations critiques clés.
Grâce à la technologie logicielle numérique telle que InfoTiles, les services publics de l'eau peuvent obtenir des données en temps quasi réel sur l'I&I et les utiliser pour effectuer des calculs et prendre des décisions éclairées. Pour les services publics qui poussent la transformation numérique, le contrôle et la compréhension des I&I représentent une opportunité significative de réduire les dépenses totales, de protéger l'environnement et de fournir un service amélioré aux clients et aux communautés."
Magne Eide, directeur des opérations, InfoTiles.