Brevet FR2915755A1 — publié le 20081107

PROCEDE ET INSTALLATION DE CONTROLE EN TEMPS REEL DE LA QUALITE DE L'EAU D'UN RESEAU DE DISTRIBUTION. L'invention est relative à un procédé de contrôle, en temps réel, de la qualité de l'eau d'un réseau de distribution d'eau potable comportant, d'une part, sur des branchements pour consommateurs, des compteurs de consommation équipés de dispositifs de télérelevé et, d'autre part, des analyseurs en ligne répartis en des points de contrôle sur le réseau pour la ro mesure d'au moins un paramètre de qualité de l'eau. L'installation de compteurs de consommation à télérelevé permet de transmettre par voie hertzienne à un récepteur fixe les consommations relevées par chaque compteur. Le récepteur fixe recueille toutes les données provenant de son environnement. Ces données sont ensuite envoyées à un système 15 centralisé qui peut offrir aux consommateurs des services tels que détection de fuite, détection de compteur bloqué, relevés de consommation plus fréquents. Des modèles hydrauliques sont utilisés généralement pour donner une évaluation de l'état du réseau de distribution en ce qui concerne débits et pressions.Par ailleurs un système de télégestion donne l'état d'ouverture ou de 20 fermeture de vannes sur le réseau. Comme illustré sur la figure 1 des dessins annexés, une distribution d'eau potable fait appel à une ressource 1 qui, par exemple, peut être un cours d'eau ou une source captée. La ressource 1 alimente en eau une usine de traitement 2 dont la sortie est reliée à une installation de pompage 3 qui envoie 25 l'eau à un ou plusieurs réservoirs de stockage 4. L'eau de la ressource est traitée dans l'usine 2 où les éléments indésirables à la qualité de l'eau potable sont éliminés. La sortie d'un réservoir de stockage 4 est reliée soit à des moyens de pompage 5 qui délivrent l'eau potable, soit directement en gravitaire à un réseau maillé de distribution 6 comportant des points 7 de branchement de 3o conduites telles que 8a, 8b... pour alimenter des consommateurs. Chaque conduite 8a, 8b... est équipée d'un compteur de consommation respectif 9a, 9b,... qui peut être muni d'un dispositif de télérelevé, permettant de transmettre à distance, généralement par voie hertzienne, la consommation enregistrée par chaque compteur. 35 La qualité de l'eau fournie au consommateur, en aval des compteurs tels que 9a, 9b,... est un souci majeur pour les entreprises de distribution d'eau. Des paramètres de qualité de l'eau, tels que la teneur en chlore, ou la turbidité, évoluent entre la sortie de l'usine de traitement 2 et le compteur de consommation 9a, 9b,... en fonction notamment de la géométrie du réseau, de la distance parcourue par l'eau, du volume et du débit de consommation. Des analyseurs en ligne tels que 10a, 10b,... sont parfois en certains points de contrôle du réseau pour la mesure d'au moins un paramètre de qualité de l'eau, en particulier la teneur en chlore. La maîtrise de la qualité de l'usine de traitement 2 jusqu'au réservoir 4 est aisée. Par ailleurs la ressource 1, l'usine de traitement 2, le pompage 3, le ou les réservoirs de stockage 4, et le pompage 5 étant bien localisés et limités géographiquement, ils peuvent être efficacement surveillés contre toute io intrusion non autorisée susceptible d'affecter la qualité de l'eau sortant du réservoir 4. Par contre, au niveau du réseau maillé 6 enterré, la maîtrise en temps réel de la qualité de l'eau en différents endroits est difficile. Le réseau 6 est largement étendu et il existe de nombreuses possibilités d'altération de la 15 qualité de l'eau. Tout point de connexion au réseau peut être considéré comme un point d'intrusion potentiel pour des éléments pouvant affecter la qualité de l'eau. Il en résulte que la surveillance du réseau maillé 6 des utilisateurs finaux contre des intrusions accidentelles ou malveillantes est un problème délicat. D'une manière courante, la qualité de l'eau d'un réseau tel que 6 est 20 vérifiée selon des programmes de surveillance légaux avec des analyses de quelques paramètres de qualité, en général à une fréquence quotidienne. Cette fréquence basse n'est pas compatible avec une réponse rapide souhaitée pour une surveillance en temps réel. L'accroissement de la demande des utilisateurs et les règlements en 25 matière de qualité de l'eau ont conduit les entreprises de distribution d'eau à installer des analyseurs en ligne, spécialement des analyseurs de chlore pour la surveillance de la qualité bactériologique. D'autres paramètres de qualité que le chlore peuvent être pris en compte, notamment la turbidité. Le niveau résiduel de chlore dans un réseau de distribution d'eau montre toujours une variation qui 3o correspond à une évolution normale quotidienne dépendant de la consommation d'eau effective et de l'état hydraulique du réseau. Il en résulte une difficulté réelle à détecter et à établir une situation anormale en terme de niveau de chlore. II en est de même pour d'autres paramètres de qualité de l'eau. La fixation d'un seuil simple et constant pour un niveau du paramètre de 35 qualité n'est ainsi pas suffisante pour une détection rapide et fiable d'une situation anormale. L'invention a pour but, surtout, de fournir un procédé de contrôle en temps réel de la qualité de l'eau d'un réseau de distribution qui permet d'améliorer sensiblement l'évaluation de la teneur en un paramètre de qualité de l'eau distribuée aux divers points de consommation. L'invention a également pour but de permettre une détection rapide d'une chute de qualité, en particulier par suite d'une intrusion accidentelle ou malveillante dans le réseau de distribution. Selon l'invention, un procédé de contrôle, en temps réel, de la qualité de l'eau d'un réseau de distribution d'eau potable comportant, d'une part, sur des branchements pour consommateurs, des compteurs de consommation équipés de dispositifs de télérelevé, et d'autre part des ~o analyseurs en ligne répartis en des points de surveillance sur le réseau pour la mesure d'au moins un paramètre de qualité de l'eau, est caractérisé en ce que : - les données de consommation des différents compteurs équipés de dispositifs de télérelevé, ainsi que les mesures des analyseurs sont transmises à une unité de calcul programmée avec un modèle hydraulique et un modèle 1s cinétique de décroissance du paramètre de qualité considéré, - l'unité de calcul met à jour en permanence le modèle hydraulique selon les données de consommation reçues des compteurs et l'état des vannes du réseau, l'unité de calcul établit des valeurs estimées de la concentration 20 dans l'eau du paramètre considéré aux différents points de surveillance du réseau, - et un système de pré-alerte effectue une comparaison entre les valeurs estimées du paramètre de qualité et les valeurs mesurées en différents points du réseau, une alerte étant déclenchée lorsque l'écart entre la valeur 25 mesurée et la valeur estimée dépasse un seuil prédéterminé. En particulier, une consommation anormale en chlore pourrait signifier l'intrusion d'un contaminant biologique. Avantageusement, une information de flux inverse à partir d'un compteur peut être transmise au système de pré-alerte et les informations :3o groupées sur le flux inverse et la teneur en paramètre de qualité sont combinées pour augmenter le niveau de probabilité de la détection d'une anormalité ou d'une intrusion dans le réseau. De préférence, les données de consommation des différents compteurs équipés de dispositifs de télérelevé sont transmises à l'unité de 3s calcul au moins une fois par heure. Le paramètre de qualité de l'eau, pris en compte pour le contrôle du réseau en temps réel, peut être constitué par la teneur de l'eau en chlore. Selon une autre possibilité, éventuellement combinée avec la précédente, le paramètre de qualité est la turbidité. L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre du procédé défini précédemment, pour un réseau de distribution d'eau potable qui comporte d'une part, sur des branchements pour consommateurs, des compteurs de consommation équipés de dispositifs de télérelevé et, d'autre part, des analyseurs en ligne répartis en des points de contrôle sur le réseau pour la mesure d'au moins un paramètre de qualité de l'eau, cette installation étant caractérisée en ce qu'elle comporte : ~o - une unité de calcul programmée avec un modèle hydraulique et un modèle cinétique de décroissance du paramètre de qualité considéré, unité à laquelle sont transmises les données de consommation des différents compteurs, ainsi que les mesures des analyseurs, cette unité de calcul mettant à jour en permanence le modèle ls hydraulique selon les données de consommation reçues des compteurs, et établissant des valeurs estimées de la teneur de l'eau en paramètre considéré aux différents points de contrôle du réseau, - et un système de pré-alerte qui effectue une comparaison entre les valeurs estimées du paramètre de qualité et les valeurs mesurées par chaque 20 analyseur pour les différents points surveillés du réseau, une alerte étant déclenchée lorsque l'écart entre la valeur mesurée et la valeur estimée dépasse un seuil prédéterminé. Avantageusement, l'installation comporte un système de télérelevé fixe qui établit, à partir de toutes les informations de consommation transmises 25 par les compteurs, une estimation de la consommation instantanée, qui est communiquée par une liaison à l'unité de calcul. Le système de télérelevé peut être prévu pour signaler un flux inverse, cette information de flux inverse étant transmise, par une liaison au système de pré-alerte. 30 L'installation comporte, de préférence, un système de télésurveillance qui reçoit les informations des analyseurs et qui transmet, après traitement, à l'unité de calcul les informations sur l'état de la pression et du débit dans le réseau, et par au moins une ou plusieurs liaisons les informations sur la concentration dans l'eau du paramètre de qualité. :35 Avantageusement, des analyseurs mesurent la teneur en chlore de l'eau qui constitue un paramètre de qualité. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un exemple de réalisation décrit avec référence aux dessins annexés, mais qui n'est nullement limitatif. Sur ces dessins : Fig. 1 est un schéma d'un réseau de distribution d'eau, et s Fig. 2 est un schéma d'une installation équipée d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Comme illustré sur Fig. 2, l'installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention comprend un système de télésurveillance 12 auquel sont transmises les informations provenant d'analyseurs tels que 10a... mesurant la ~o teneur de l'eau en un paramètre de qualité, en particulier en chlore, ainsi que les informations de débit et de pression provenant des capteurs 11 a, 11 b... Les informations sont transmises fréquemment, notamment au moins une fois par heure, par voie hertzienne. L'installation comprend également un système de télérelève fixe 13 15 qui reçoit périodiquement, au moins une fois par heure, les informations de consommation des compteurs tels que 9a équipés de télérelevés. Le système de télérelevé fixe 13 établit, à partir de toutes les informations de consommation transmises par les compteurs, une estimation relativement précise de la consommation instantanée, qui est communiquée 20 selon une liaison 14 à une unité de calcul et de traitement A. Un modèle hydraulique et un modèle qualité sont chargés dans l'unité A. Le système de télérelevé fixe 13 signale en outre un flux inverse éventuel correspondant à un compteur tel que 9a qui, au lieu d'indiquer une augmentation de consommation, indique une diminution. Un tel flot inverse 25 peut être dû à une intrusion dans le réseau, accidentelle ou malveillante. L'information de flux inverse est transmise, par une liaison 15, du système 13 à un système W de pré-alerte. Le système de télésurveillance 12 transmet à l'unité de calcul A, par une liaison 12a, les informations sur l'état de la pression et du débit dans le ;o réseau. En outre, le système 12 transmet, par des liaisons 12b, 12c, au système de pré-alerte W les valeurs mesurées pour le ou les paramètres de qualité. Dans l'exemple considéré, la voie 12b transmet les mesures de teneur en chlore aux différents points analysés du réseau et la voie 12c transmet des mesures de turbidité. L'unité A de calcul est programmée avec le modèle .35 hydraulique et un modèle cinétique de décroissance du paramètre de qualité considéré à partir de la sortie de l'usine de traitement jusqu'en un point du réseau. L'unité de calcul A donne à partir des informations de consommation d'eau, de pression et débit dans le réseau, et à partir des teneurs des paramètres de qualité mesurées en sortie d'usine de traitement 2, une évaluation de la teneur de l'eau en ces paramètres de qualité, notamment teneur en chlore et turbidité, en différents points du réseau. Cette évaluation est fournie, par une liaison 16, au système de préalerte W. II est à noter que le chlore est consommé en permanence dans l'eau distribuée du fait de la présence éventuelle de composants biologiques. La connaissance des consommations en eau fournies par les compteurs tels que 9a équipés de télérelevés, permet d'effectuer une prédiction précise et fiable de ~o la teneur de l'eau en chlore, et plus généralement du paramètre de qualité retenu, aux différents points du réseau. Des informations sur un contaminant spécifique peuvent être fournies à partir d'un bloc 17 au système de télésurveillance 12. Le système de pré-alerte W compare les valeurs mesurées arrivant 15 par les liaisons 12b et 12c pour les paramètres retenus, notamment pour la teneur en chlore, et les valeurs estimées fournies par la liaison 16 pour les différents points où sont installés des analyseurs. Lorsque la différence entre la valeur mesurée et la valeur estimée attendue dépasse une limite prédéterminée, le système W déclenche une alerte par tout moyen approprié. 20 Du fait que les valeurs estimées tiennent compte de la décroissance naturelle des paramètres et des consommations réelles, un écart entre valeur estimée attendue et valeur mesurée peut être attribué avec plus de certitude à une intrusion dans le réseau que dans le cas où la décroissance et les consommations ne sont pas prises en compte de manière précise. 25 L'analyse d'un flux inverse éventuel fourni par la liaison 15 constitue un élément déclenchant supplémentaire de l'alerte. La teneur en chlore constitue un très bon traceur de qualité de l'eau. Si une intrusion biologique, ou chimique, a lieu dans le réseau, en amont de points de mesure équipés d'analyseurs, elle fait baisser la teneur en chlore au 30 niveau des analyseurs voisins de l'intrusion. La teneur en chlore mesurée deviendra alors sensiblement inférieure à la teneur estimée fournie par calcul sur la liaison 16, et permettra de déclencher une alerte. Les transmissions d'informations sur l'état du réseau de distribution permettent de déterminer si des vannes sont ouvertes ou fermées. 35 Les informations groupées sur le flux inverse et sur la teneur en paramètre de qualité, en particulier en chlore, peuvent être combinées pour augmenter le niveau de probabilité de la détection d'un défaut ou d'une intrusion dans le réseau. Le procédé et l'installation selon l'invention permettent de surveiller la qualité de l'eau distribuée, et peuvent servir à détecter une intrusion malveillante correspondant à une contamination intentionnelle de l'eau du réseau.5 REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle, en temps réel, de la qualité de l'eau d'un réseau de distribution d'eau potable comportant, d'une part, sur des branchements pour consommateurs, des compteurs de consommation équipés de dispositifs de télérelevé, et d'autre part des analyseurs en ligne répartis en des points de surveillance sur le réseau pour la mesure d'au moins un paramètre de qualité de l'eau, caractérisé en ce que : 1io - les données de consommation des différents compteurs (9a, 9b...) équipés de dispositifs de télérelevé, ainsi que les mesures des analyseurs (10a,10b...) sont transmises à une unité de calcul (A) programmée avec un modèle hydraulique et un modèle cinétique de décroissance du paramètre de qualité considéré, 15 - l'unité de calcul (A) met à jour en permanence le modèle hydraulique selon les données de consommation reçues des compteurs (9a, 9b...), - l'unité de calcul (A) établit des valeurs estimées de la concentration dans l'eau du paramètre considéré aux différents points de surveillance du réseau, - et un système de pré-alerte (W) effectue une comparaison entre les valeurs 2o estimées du paramètre de qualité et les valeurs mesurées en différents points du réseau, une alerte étant déclenchée lorsque l'écart entre la valeur mesurée et la valeur estimée dépasse un seuil prédéterminé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une information de 25 flux inverse à partir d'un compteur (9a,...) est transmise (15) au système de pré-alerte (W) et les informations groupées sur le flux inverse et la teneur en paramètre de qualité sont combinées pour augmenter le niveau de probabilité de la détection d'une anormalité ou d'une intrusion dans le réseau. ;o 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les données de consommation des différents compteurs (9a, 9b...) équipés de dispositifs de télérelevé sont transmises à l'unité de calcul (A) au moins une fois par heure. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le ;s paramètre de qualité de l'eau, pris en compte pour le contrôle du réseau en temps réel, est constitué par la teneur de l'eau en chlore. 3 5 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le paramètre de qualité est la turbidité. 6. Installation pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes pour un réseau de distribution d'eau potable qui comporte d'une part, sur des branchements pour consommateurs, des compteurs de consommation (9a, 9b,...) équipés de dispositifs de télérelevé et, d'autre part, des analyseurs en ligne (10a, 10b...) répartis en des points de contrôle sur le réseau pour la mesure d'au moins un paramètre de qualité de ~o l'eau, caractérisée en ce qu'elle comporte une unité de calcul (A) programmée avec un modèle hydraulique et un modèle cinétique de décroissance du paramètre de qualité considéré, unité à laquelle sont transmises les données de consommation des différents compteurs (9a, 9b...), ainsi que les mesures des 15 analyseurs du paramètre de qualité d'eau considéré (10a,10b... ), cette unité de calcul (A) mettant à jour en permanence le modèle hydraulique selon les données de consommation reçues des compteurs (9a,9b...),et établissant des valeurs estimées de la teneur de l'eau en paramètre considéré aux différents points de surveillance du réseau, 20 - et un système de pré-alerte (W) qui effectue une comparaison entre les valeurs estimées attendues du paramètre de qualité et les valeurs mesurées par chaque analyseur pour les différents points surveillés du réseau, une alerte étant déclenchée lorsque l'écart entre la valeur mesurée et la valeur estimée dépasse un seuil prédéterminé. 2.5 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comporte un système de télérelevé fixe (13) qui établit, à partir de toutes les informations de consommation transmises par les compteurs, une estimation de la consommation instantanée, qui est communiquée par une liaison (14) à l'unité 3o de calcul (A). 8. Installation selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que le système de télérelevé (13) est prévu pour signaler un flux inverse, cette information de flux inverse étant transmise, par une liaison (15), au système de pré-alerte (W). 9. Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte un système de télésurveillance (12) qui reçoit les informations des analyseurs (10a,1 0b...) et qui transmet, après traitement, parune liaison (12a) à l'unité de calcul les informations sur l'état de la pression et du débit dans le réseau, et par au moins une ou plusieurs liaisons (12b, 12c) les informations sur la concentration dans l'eau du paramètre de qualité. 10. Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que des analyseurs (10a, 10b,...) mesurent la teneur en chlore de l'eau qui constitue un paramètre de qualité.