Brevet FR2909764A1 — publié le 20080613

L'invention concerne un procédé de détection et/ou de quantification de fuites d'eau sur une canalisation d'eau ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. L'eau est devenue un produit très surveillé et de plus en plus précieux pour la plupart des pays du monde. La distribution d'eau potable fait donc l'objet de toutes les attentions. Selon diverses enquêtes effectuées aussi bien en France qu'à l'étranger, tout tend à prouver qu'une partie non négligeable de l'eau distribuée se perd en raison de fuites sur le réseau de distribution. Par exemple, selon une enquête réalisée en 1991 au Canada par l'Association Internationale des Distributions d'Eau (AIDE), la quantité d'eau perdue ou non comptabilisée se situerait entre 20 et 30% de la production totale. De même, l'Institut Français de l'Environnement (IFEN) estime que pour environ 6 milliards de mètres cubes d'eau distribués en France en 2001, seulement les trois quarts de ces volumes ont été facturés aux abonnés, le reste étant constitué pour une faible partie (3%) par des volumes non facturés et surtout par des fuites du réseau de l'ordre de 24%. Ces fuites sont principalement causées par la corrosion, des défauts de matériaux, des installations défectueuses, des mouvements de terrain, des vibrations ou charges trop importantes dues notamment à la circulation, l'absence ou la carence de maintenance... Outre la perte économique causée par le manque à gagner des distributeurs, d'autres problèmes viennent s'ajouter comme par exemple des risques pour la santé publique à la suite de la pénétration de contaminants dans les réseaux de distribution au niveau des fuites. Les pressions éconorniques, la menace pour la santé publique et la nécessité d'économiser l'eau poussent les exploitants des réseaux d'eau à mettre en place des programmes de détection et de quantification des fuites afin de les éliminer. La mise en évidence de fuites importantes sur un réseau est le plus souvent bien maîtrisée par un suivi automatique des débits qui permet de 2909764 2 déceler une augmentation inhabituelle de consommation d'eau sur un secteur bien déterminé. La localisation de la fuite peut ensuite se faire selon diverses méthodes dont les plus répandues sont l'utilisation des ultrasons ou des signaux acoustiques, mais aussi par des techniques non acoustiques à savoir 5 l'utilisation de gaz traceur, de géo radars ou encore d'imagerie infrarouge Si ces méthodes paraissent satisfaisantes pour les gestionnaires en ce qui concerne les fuites relativement importantes, une grande sensibilité de mesure est nécessaire pour appréhender et localiser des fuites de plus faible importance qui sont aussi plus silencieuses . 10 Selon une étude récente menée au Conseil National de Recherches du Canada, les problèmes qui entravent habituellement l'utilisation des instruments acoustiques pour localiser les fuites, par exemple l'interférence provoquée par les bruits de la circulation et l'affaiblissement des signaux le long de conduites, sont accentués dans le cas des conduites en plastique, ce qui 15 amène la plupart des opérateurs à douter de l'efficacité du matériel acoustique de détection. Cela est un problème épineux en raison de la progression de l'utilisation de canalisations en plastique dans les réseaux d'eau partout dans le monde. II y a donc une difficulté à appréhender et à localiser des fuites 20 d'eau sur un réseau d'eau potable en utilisant les différentes méthodes connues et sans pouvoir quantifier un débit de fuite, aussi faible soit-il. L'invention a pour but de pallier les inconvénients des méthodes de détection de l'art antérieur dues à l'utilisation, en particulier, de canalisations en plastique et surtout de permettre la quantification d'un débit de 25 fuite même très faible. A cet effet, l'invention propose un procédé de détection et/ou de quantification d'une fuite d'eau sur une canalisation d'eau du type consistant à mesurer le débit de l'eau dans la canalisation en au moins deux points de cette canalisation, l'un étant en aval, et l'autre en amont de la fuite supposée. 30 Dans le procédé de l'invention, la mesure du débit de l'eau est effectuée par mesure de la conductivité de l'eau. 2909764 3 Pour cela, dans le procédé de l'invention, on injecte en amont et en aval du point supposé de fuite d'eau, et de manière instantanée, un traceur modifiant la conductivité de l'eau. La conductivité de l'eau, du temps t1 de l'injection du traceur 5 jusqu'au temps t2 où la conductivité de l'eau revient à sa valeur initiale, est alors mesurée. Le traceur retenu pour les mesures de conductivité doit tout d'abord être un bon traceur de l'eau, c'est-à-dire refléter fidèlement les déplacements de l'eau. Dans le cas particulier de l'eau potable, le traceur doit 10 présenter une toxicité nulle ou acceptable par les distributeurs d'eau. C'est pourquoi, dans l'invention, le traceur préféré est l'hypochlorite de sodium, NaOCI (eau de javel) déjà utilisé en abondance dans les eaux potables pour maintenir un traitement correct de celles-ci et qui sera détecté par une mesure de conductimètre. D'autres traceurs sont envisageables tels que le Cl2 (déjà 15 utilisé dans des objectifs d'assainissement d'eau potable) et donc non toxique dans le cadre de cette application. La mesure de la conductivité est effectuée en utilisant un dispositif comprenant deux électrodes, le dispositif étant placé dans la canalisation dans laquelle l'eau s'écoule, et en imposant un courant alternatif 20 entre les deux électrodes, ce qui a pour effet de faire migrer les ions chacun vers une électrode en fonction de sa charge électrique, et de provoquer un courant. On peut accéder, à partir de la mesure de l'intensité du courant, à la résistivité R et à la conductivité C de la solution selon la relation C = 1/R. 25 La conductivité caractérise donc la capacité de la solution à conduire le courant et est directement proportionnelle à Va concentration en ions présents dans le volume délimité par la cellule de mesure. Ainsi, dans le procédé de l'invention, le traceur est injecté de façon instantanée en un point I1 en amont de la fuite d'eau et en un point I2 en 30 aval de la fuite d'eau, et une mesure de conductivité est effectuée en continu en chacun des ces deux points d'observation afin de suivre la fonction de passage du traceur. 2909764 4 Après traitement numérique et calcul selon la méthode d'Allen décrite dans Théorie de la méthode d'Allen et ses conséquences pratiques pour la mesure des débits en conduite , par J. Guizerix et R. Margrita publiée dans la Houille Blanche n 3/4-1976, p291-296, la différence des moments 5 d'ordre 1 des courbes d'évolution de conductivité obtenues permet le calcul de la vitesse moyenne de l'eau et, connaissant la section de la conduite, on accède directement au débit de circulation dans la conduite au niveau des cellules de mesure de conductivité. Ce type de mesures peut être renouvelé en plusieurs points du 10 réseau, et ainsi, par différences successives, permet de mettre en évidence une éventuelle différence de débit qui signale une fuite sur la canalisation d'eau entre les deux points considérés. Cette technique présente l'avantage de pouvoir quantifier le débit de fuite et de localiser la fuite entre les deux points de mesure. Pour 15 localiser très précisément la fuite, on pourra alors employer une méthode acoustique. Plus précisément, la mesure de la conductivité de l'eau circulant en amont et en aval de la fuite supposée, est effectuée en positionnant dans la canalisation, en amont et en aval du point de fuite 20 supposée, une cellule de mesure de la conductivité, chaque cellule étant constituée de deux dispositifs de mesure de la conductivité et d'un point d'injection du traceur. On notera que la distance entre 2 cellules n'a pas d'incidence particulière tant sur la détection que sur la quantification de la fuite. Chaque dispositif de mesure est constitué de deux électrodes 25 dont l'une forme le corps du dispositif, ce corps permettant le passage de l'eau, et l'autre électrode étant liée, mais isolée électriquement, de la première électrode (le corps du dispositif) et plongeant directement dans le flux d'eau en écoulement. De préférence, les électrodes sont en inox. 30 Chaque dispositif est muni de brides pour liaison à chaque extrémité de la canalisation d'eau. 2909764 5 L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description explicative et des exemples qui suivent, et qui sont donnés en référence aux figures dans lesquelles : 5 - la figure 1 représente schématiquement le principe de détection d'une fuite sur une canalisation selon l'invention, - la figure 2 représente une photographie d'un dispositif de mesure de conductivité selon l'invention, relié à une canalisation de distribution d'eau, 10 - la figure 3 représente schématiquement le dispositif de mesure de conductivité selon l'invention représenté en figure 2, et - la figure 4 représente les courbes de conductivité obtenues au niveau d'une cellule de mesure de conductivité, dans un mode de réalisation particulier de l'invention. 15 Le principe de la détection d'une fuite d'eau sur une canalisation d'eau selon l'invention est schématiquement illustré en figure 1. Le procédé de l'invention consiste donc à injecter de manière instantanée en un point noté I1 en figure 1, situé en amont du point de fuite supposée, noté F en figure 1, ainsi qu'en un point noté I2 en figure 1, situé en 20 aval du point de fuite supposée F, un traceur modifiant la conductivité de l'eau. La conductivité de l'eau circulant dans la canalisation, notée 1 en figure 1, est alors mesurée en continu, du moment t1 de l'injection jusqu'au moment t2 de retour à la valeur initiale de la conductivité, entre les points notés Al et A2 en figure 1 d'une part, et, d'autre part, entre les points notés BI et B2 25 en figure 1. La conductivité est mesurée en plaçant, en chacun des points Al, A2 et B1, B2 des dispositifs de mesure de la conductivité notés respectivement 2, 3 et 4, 5 en figure 1. Comme on le voit en figure 1, le dispositif de mesure de 30 conductivité 2, est situé en aval du point d'injection I1 mais en amont du dispositif de mesure de conductivité 3, les dispositifs 2 et 3 étant situés en amont du point de fuite supposée F, et le dispositif de mesure de conductivité 4 2909764 6 est situé en aval du point d'injection I2 et en amont du point B2 auquel est positionné le dispositif de mesure de conductivité 5. A partir des courbes de conductivité obtenues aux points Al, A2 et B1, B2, le débit d'eau Q1 circulant dans la canalisation 1 en amont du 5 point de fuite supposée F ainsi que le débit d'eau Q2 circulant dans la canalisation 1 en aval du point de fuite supposée F, sont calculés par la méthode d'Allen. Si une différence entre les débits Q1 et Q2 est constatée, cela révèle une fuite d'eau entre les points I1 et I2. De plus, le débit de cette fuite est quantifié. 10 Une photographie d'un dispositif de mesure de la conductivité en place dans la canalisation 1 est montrée en figure 2. Comme on le voit en figure 2, où le dispositif de mesure de la conductivité de l'invention est noté 2, le dispositif de l'invention est constitué d'un corps creux 6 positionné dans la canalisation 1 et permettant la circulation 15 de l'eau dans la canalisation 1 et le corps du dispositif 6. Le dispositif de mesure de conductivité 2 est relié à chaque extrémité de la canalisation 1 par des brides notées 8 et 9 en figure 2. Dans le corps creux 6 du dispositif 2, plonge une électrode notée 7 en figure 2. 20 La structure du dispositif de mesure de conductivité selon l'invention est plus précisément montrée schématiquement en figure 3. Comme on le voit en figure 3, le dispositif 2 de mesure de conductivité selon l'invention est constitué d'un corps creux 6 formant une première électrode et dans lequel circule l'eau en provenance de la canalisation 25 1 (non montrée) auquel ce corps creux 6 est relié par les brides 8 et 9. Une seconde électrode 7 isolée électriquement du corps creux 6, mais reliée à celui-ci, est positionnée pour plonger dans le flux d'eau s'écoulant dans le corps creux 6. De préférence, le corps creux, c'est-à-dire l'électrode 6, ainsi 30 que l'électrode 7 sont en inox. On va maintenant décrire à titre purement illustratif et non limitatif plusieurs exemples de mise en oeuvre du procédé de l'invention. 2909764 7 En particulier, les distances entre points de mesure, entre point d'injection et cellule de mesure sont aisément adaptables par l'homme du métier. Ainsi, la distance entre le point d'injection et le premier point de mesure doit-elle être suffisante pour avoir une bonne homogénéité du traceur dans la 5 section lorsque ce dernier atteint le point de mesure. Cette distance dite de bon mélange suite globalement la règle suivante : il faut en général une distance de 50x le diamètre de la conduite. Exemple 1 Cet exemple sera décrit en référence aux figures 1 et 4. 10 Des essais ont été effectués sur une canalisation 1 d'un diamètre de 53 mm et dans laquelle le débit d'eau est de 1000 I/h. Quatre dispositifs de mesure 2, 3, 4, 5 de conductivité ont été placés dans cette canalisation 1. Dans cet exemple, les dispositifs 2 et 3 sont espacés l'un de 15 l'autre d'une distance de 3,8 m, et les dispositifs 4 et 5 sont espacés l'un de l'autre d'une distance de 3,8 m. Les dispositifs 3 et 4 sont espacés l'un de l'autre de 10 m du point de fuite supposée F. Le corps creux 6 avait un diamètre de 53mm et un volume de 220 cm3. 20 Le corps creux formant l'électrode 6 et l'électrode 7 sont en inox. 1 mL d'hypochlorite de sodium (eau de javel à 10% de chlore actif), est injecté de manière instantanée au temps t1 aux points d'injection Il et I2. Le point d'injection Il est situé à 2 mètres en amont du dispositif 2, et le 25 point d'injection I2 est espacé de 2 mètres du dispositif 4. Du temps t1 d'injection au temps t2 auquel la conductivité de l'eau revient à son niveau initial, l'évolution de la conductivité est enregistrée sous forme de courbes aux points Al, A2 et B1, B2. Les courbes de conductivité obtenues au niveau des points Al 30 et A2 de mesure sont représentées en figure 4 dans laquelle la courbe enregistrée au point Al est notée 10 et la courbe enregistrée au point A2 est 2909764 8 notée 11. A partir de ces courbes et de celles obtenues aux points B1 et B2, les débits Q1 et Q2 en amont et en aval de la fuite F sont calculés. Chaque débit Q1 et Q2 est obtenu par la formule Q=V/At où V représente le volume de la section entre les deux cellules et où At représente la 5 différence entre le temps moyen de la première courbe et le temps moyen de la seconde courbe. Le temps moyen de chacune des courbes est obtenu par le centre de gravité de la courbe. Cette donnée est aisément accessible par le traitement mathématique d'une' courbe. On pourrait également envisager de prendre le temps moyen correspondant au sommet de la courbe, valeur qui 10 peut se confondre avec la gravité de la courbe en cas de gaussienne parfaite. D'autres traitements mathématiques de courbe sont envisageables comme le traitement par déconvolution. Toutes ces méthodes sont connues de l'homme du métier. Les valeurs des fuites calculées sont reportées dans le 15 tableau 1 ci-dessous. Débit de fuite (L/h) Débit nominal (L/h) Essai 1 Essai 2 Essai 3 % du débit nominal 947,46 93,0 L/h Débit mesuré (L/h) 851,09 850,23 854,84 9,8% Fuite calculée (L/h) 96,37 97,23 62,62 Ecart % 3,62 4,55 -0,41 72,6 L/h Débit mesuré (L/h) 870,12 870,89 862,65 7,7% Fuite calculée (L/h) 77,34 76,57 84,81 Ecart % 6,53 5,47 16,82 52,2 L/h Débit mesuré (L/h) 887,39 885,80 890,45 5,5% Fuite calculée (L/h) 60,07 61,66 57,01 Ecart % 15,08 18,12 9,21 Tableau 1 2909764 9 Exemple 2 Les mêmes essais qu'à l'exemple 1 ont été réalisés sauf que le débit de l'eau s'écoulant dans la canalisation 1 est de 2500 I/h. Les valeurs des fuites calculées sont reportées dans le 5 tableau 2 ci-dessous. Débit de fuite (L/h) Débit nominal (L/h) Essai 1 Essai 2 Essai 3 0/0 du débit nominal 2443,50 133 L/h Débit mesuré (L/h) 2305,41 2304,62 2307,47 5,4% Fuite calculée (L/h) 138,09 138,88 136,03 Ecart % 3,21 3,80 1,67 98,4 L/h Débit mesuré (L/h) 2351,94 2350,08 2357, 02 4,0% Fuite calculée (L/h) 91,56 93,42 86,48 Ecart % -6,95 -5,06 -12,11 59,4 L/h Débit mesuré (L/h) 2379,25 2379,95 2379,50 2,4% Fuite calculée (L/h) 64,25 63,55 64,00 Ecart % 8,16 6,99 7,74 Tableau 2 Ainsi, on voit à partir de la différence Q1 - Q2 que, par la 10 méthode de l'invention, de faibles débits de fuite peuvent être détectés et quantifiés, ces faibles débits de fuite correspondant à des fuites de 5 à 10% du débit nominal. De plus, on a constaté que l'écart entre les valeurs mesurées par la méthode d'Allen et les valeurs réelles de fuite est globalement inférieur à 5% et de l'ordre de 15% pour des débits d'écoulement très faible. On notera de plus 15 que plus le débit est important, meilleure est la sensibilité. Les mêmes essais ont été réalisés pour une conduite de diamètre de 100 mm. Les résultats obtenus sont identiques. Le procédé de l'invention peut s'appliquer à tous les réseaux d'eau potable mais aussi à d'autres types d'écoulement en conduite pour lesquels il n'existe 20 pas de moyen fiable de mesure de fuite aussi minime soit-elle. REVENDICATIONS 1. Procédé de détection et/ou de quantification d'une fuite d'eau (F) sur une canalisation d'eau (1) du type consistant à mesurer le débit de l'eau s'écoulant dans la canalisation (1) en au moins deux points distincts, l'un en aval du point de fuite F supposée, et l'autre en amont du point de fuite F supposée, caractérisé en ce que : la mesure du débit de l'eau est effectuée en injectant de manière instantanée en un point I1 en amont du point de fuite F supposée et un point I2 en aval du point de fuite F supposée, un traceur modifiant la conductivité de l'eau, et en mesurant la conductivité de l'eau en continu en aval des chacun des points I1 et I2 pendant une période commençant au temps t1 de l'injection jusqu'au temps t2 auquel la conductivité de l'eau revient à sa valeur avant injection du traceur, et en calculant à partir de ces valeurs les débits Q1 et Q2 d'eau s'écoulant en amont, et en aval du point de fuite F supposée dans la canalisation (1). 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le traceur est de l'eau de javel (NaOCI). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la mesure du débit Q1 et du débit Q2 est effectuée : a) en plaçant au moins quatre dispositifs (2, 3, 4, 5) de mesure de la conductivité de l'eau, chaque dispositif comprenant deux électrodes (6,7) isolées électriquement, dont l'une (6) constitue le corps de la cellule et l'autre (7) est en position centrale directement dans le flux d'eau en écoulement dans la canalisation 1, le corps du dispositif constitué par l'électrode 6 permettant le passage de l'eau, et b) en imposant un courant alternatif entre les deux électrodes (6) et (7), le premier dispositif (2) étant situé dans la canalisation en un point Al en aval du point d'injection Il et en amont du point de fuite F supposée, le deuxième dispositif de mesure (3) étant situé en un point A2 en aval du point Al et en amont du point de fuite F supposée, le troisième dispositif (4) étant situé en un point B1 situé en aval du point d'injection I2, et le quatrième dispositif (5) étant situé en un point B2 en aval du point B1. 2909764 11 4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que les électrodes (6, 7) de chaque dispositif (2, 3, 4, 5) sont en inox. 5. Dispositif de mesure (2) de la conductivité de l'eau pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 5 précédentes caractérisé en ce qu'il comprend : un corps creux (6), constituant une première électrode, dont le diamètre est de préférence égal au diamètre de la canalisation (1), - une seconde électrode (7) reliée au corps creux (6) mais isolé électriquement de celui-ci, et centrée dans le corps creux (6), et 10 - deux brides (8, 9) de fixation pour fixer chaque extrémité du corps creux (6) respectivement à une extrémité de la canalisation (1). 6. Dispositif de mesure (2) selon la revendication 5 caractérisé en ce que les électrodes (6, 7) sont en inox.