Brevet FR3041752A1 — publié le 20170331

DOMAINE DE L'INVENTION Le présent exposé concerne un procédé de détection de fuite dans un réseau de fluide, permettant de détecter une fuite dans un réseau et de fournir des indices quant à sa nature, son importance et/ou sa localisation. Un tel procédé peut notamment être utilisé pour détecter et pré-localiser des fuites au sein d'un réseau de distribution d'eau. Toutefois, il pourrait également être utilisé pour des réseaux de gaz, de carburant ou de tout autre type de fluide, liquide ou gazeux. Un tel procédé peut 10 également s'appliquer à différentes tailles de réseaux, depuis des réseaux particuliers ne comportant que quelques noeuds jusqu'à des réseaux de transport à grande échelle. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE 15 En France, les réseaux de distribution d'eau potable présentent des pertes d'environ 20% sur le territoire national avec parfois des pertes pouvant atteindre localement près de 40%. D'autres pays connaissent des situations encore plus préoccupantes avec des pertes pouvant monter localement jusqu'à 60%. 20 Il est donc primordial de pouvoir détecter les fuites présentes dans un réseau de distribution d'eau. Toutefois, il est souvent difficile d'identifier de telles fuites et surtout de les localiser en vue de leur réparation. Plusieurs techniques existent à ce jour afin de réaliser une telle 25 détection. Parmi ces dernières, les méthodes d'écoute acoustique et de sectorisation sont les plus utilisées. Les méthodes d'écoute acoustique visent à écouter localement, à l'aide d'un microphone par exemple, les signaux émis par les fuites au sein des canalisations. Une telle technique est assez efficace mais elle requiert 30 un grand nombre de points d'écoute, c'est-à-dire un grand nombre de capteurs ou, dans le cas d'une configuration mobile, un technicien expert à temps plein se déplaçant le long du réseau, pour parvenir à couvrir tout le réseau. De plus elles sont fortement soumises aux perturbations acoustiques de l'environnement des canalisations, par exemple le trafic 35 routier. 3 0 4 1 752 2 Les méthodes de sectorisation visent quant à elles à sectoriser le réseau en de petites zones isolées et à comparer les débits en entrée et en sortie de chaque zone afin de détecter la présence d'un débit de fuite. Toutefois, une telle méthode n'est pas suffisante à elle-seule puisqu'elle 5 ne permet pas de localiser assez précisément l'emplacement de la fuite ; en outre, une telle méthode ne peut être utilisée sur un réseau maillé. Il existe donc un réel besoin pour un procédé de détection de fuite dans un réseau de fluide, permettant de détecter une fuite dans un réseau et de fournir des indices quant à sa nature, son importance et/ou sa localisation et qui soient dépourvus, au moins en partie, des inconvénients inhérents aux méthodes connues précitées. PRESENTATION DE L'INVENTION Le présent exposé concerne un procédé de détection de fuite dans 15 un réseau de fluide équipé d'au moins un ensemble de capteurs disposés en différents points de mesure, comprenant les étapes suivantes : acquisition d'un modèle numérique du réseau ; simulation d'au moins plusieurs scénarios de fuite à l'aide du modèle numérique et calcul pour chaque scénario de fuite d'au moins un paramètre du fluide à chaque 20 point de mesure ; détermination d'une signature de fuite pour chaque scénario de fuite en fonction des paramètres du fluide simulés à chaque point de mesure pour le scénario de fuite considéré ; mesure réelle par l'ensemble de capteurs du réseau d'un jeu de mesures de test incluant au moins un paramètre du fluide à chaque point de mesure du réseau ; 25 détermination d'une signature de l'état du réseau en fonction du jeu de mesures de test ; et comparaison de la signature de l'état du réseau avec chaque signature de fuite et détermination d'une probabilité d'occurrence d'au moins un scénario de fuite. Grâce à un tel procédé, il est possible de simuler différents 30 scénarios de fuite envisageables, se différenciant par exemple par l'emplacement de la fuite et/ou son débit de fuite, et de constituer une bibliothèque de signatures de fuite chacune représentative de ce que détecteraient les capteurs du réseau si un tel scénario se réalisait réellement. 35 Dès lors, lorsque la régie en charge du réseau souhaite vérifier si une fuite est apparue dans le réseau depuis l'acquisition du modèle du 3041752 3 réseau, elle peut relever les valeurs effectivement mesurées par les capteurs du réseau, constituer ainsi la signature de l'état actuel du réseau, et rechercher quelle signature de fuite ressemble le plus à la signature de l'état actuel du réseau, c'est-à-dire rechercher le scénario dans lequel les 5 capteurs donnent des valeurs simulées les plus proches des valeurs effectivement mesurées. Ainsi, si le modèle numérique du réseau est correctement calé, c'est-à-dire si sa géométrie et les emplacements des capteurs sont conforme au réseau réel et si les valeurs de consommations à chaque 10 noeud du réseau ainsi que les entrées et sorties de fluide aux frontières du réseau sont correctement estimées, on peut considérer que les scénarios dont les simulations sont les plus proches de l'état réel du réseau font partie des scénarios qui ont la plus grande probabilité de correspondre à la situation réelle rencontrée. A ce sujet, la probabilité ainsi déterminée peut être une probabilité absolue, c'est-à-dire une valeur numérique de probabilité, ou bien une probabilité relative, c'est-à-dire un classement des scénarios les uns par rapport aux autres par ordre de probabilité. Dès lors, si les scénarios les plus proches prévoient tous une fuite dans une zone donnée du réseau, il est probable qu'une fuite soit effectivement présente dans cette même zone. Un tel procédé permet ainsi de pré-localiser une fuite dans un réseau de fluide. Naturellement, cette identification et cette localisation de la fuite sera obtenue de manière plus ou moins précise selon la qualité du modèle numérique utilisé. Ainsi, en fonction du niveau de précision obtenu, il sera possible de connaitre directement la canalisation touchée ou au moins de restreindre la zone de recherche qui devra faire l'objet de techniques conventionnelles d'écoute par exemple. A l'inverse, si le scénario le plus proche est un scénario nominal dans lequel aucune fuite n'a été simulée, ou si les scénarios les plus 30 proches semblent pointer vers des zones très différentes, il est probable que le réseau soit en réalité exempt de nouvelle fuite de taille significative. Ainsi, ce procédé permet de détecter et de pré-localiser une nouvelle fuite dans un réseau de manière simple et rapide. En effet, l'étape la plus longue est la simulation des différents scénarios et la 35 constitution des catalogues de signatures de fuite, or cette étape, qui peut déjà être accomplie en quelques heures seulement, peut en outre n'être 3 0 4 1 752 4 réalisée qu'une seule fois à l'initialisation du procédé. L'étape de comparaison de l'état du réseau avec les différents scénarios est pour sa part quasi-instantanée. En outre, même s'il va de soi que plus le nombre de capteurs 5 utilisés est important plus l'identification de la fuite est précise, ce procédé donne déjà des résultats sensibles avec un nombre réduit de capteurs. Ce procédé peut donc se contenter de capteurs déjà en place, sans qu'il soit nécessaire d'effectuer des travaux de voirie pour rajouter des capteurs. Le coût de ce procédé est donc également réduit. 10 Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend une étape de détermination d'une signature nominale pour un scénario nominal selon lequel aucune fuite n'est présente dans le réseau. Ceci permet de vérifier si la signature de l'état de réseau est proche du scénario nominal et donc de déterminer la probabilité d'absence de nouvelle fuite dans le réseau. 15 Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend une étape de détermination d'une signature de robustesse du modèle numérique du réseau au cours de laquelle on simule au moins un scénario de robustesse, dans lequel on fait varier, en l'absence de fuite, certaines valeurs de consommation à certains noeuds du modèle numérique du 20 réseau, et au cours de laquelle on calcule pour chaque scénario de robustesse au moins un paramètre du fluide à chaque point de mesure. Cette signature de robustesse permet de vérifier si une fuite donnée engendre des perturbations suffisamment importantes dans le réseau pour être distinguées par les capteurs de simples variations normales de 25 consommations au sein du réseau. Dans certains modes de réalisation, la signature de robustesse est obtenue en comparant les paramètres du fluide calculés pour chaque point de mesure entre chaque scénario de robustesse et le scénario nominal. On détermine ainsi pour chaque point de mesure l'écart à la situation nominale, et de préférence l'écart relatif, à partir duquel un tel écart est révélateur d'un évènement plus important qu'une simple variation normale de consommation, c'est-à-dire possiblement révélateur d'une fuite. En outre, pour un point de mesure donné, on retient de préférence la moyenne des valeurs obtenues pour chacun des scénarios 35 de robustesse. 3041752 5 Dans certains modes de réalisation, la signature d'une fuite est déterminée en comparant les paramètres du fluide calculés pour chaque point de mesure entre le scénario de fuite considéré et le scénario nominal. On détermine ainsi pour chaque point de mesure l'écart à la 5 situation nominale. De préférence, on détermine l'écart relatif à la situation nominale de manière à donner le même poids à tous les points de mesure quel que soit l'ordre de grandeur du paramètre simulé. Dans certains modes de réalisation, la signature d'une fuite est déterminée en tenant compte en outre de la signature de robustesse. Par 10 exemple, il est possible de ne prendre en compte que les points de mesure dont l'écart à la situation nominale est supérieur à l'écart consigné dans la signature de robustesse pour ce même point de mesure. Dans certains modes de réalisation, la signature d'une fuite est déterminée en tenant compte en outre d'une valeur de sensibilité 15 maximum prédéterminée. Cette valeur de sensibilité maximum est un paramètre que l'utilisateur doit spécifier avant le lancement du procédé et qui permet de rendre plus robuste l'identification du scénario le plus proche en évitant de donner un poids trop important à un point de mesure dont le débit de fuite est très largement supérieur au débit nominal de la 20 situation nominale. En effet, de tels points de mesure présentant de forts écarts sont efficaces pour détecter la présence d'une fuite mais rencontrent plus de difficultés pour différencier deux fuites localisées à deux endroits différents : il est donc préférable de plafonner la valeur que peut prendre un tel écart dans la signature de fuite. 25 Dans certains modes de réalisation, cette valeur de sensibilité maximum est comprise entre 2 et 4, de préférence égale à 3. Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend en outre une étape de mesure réelle par l'ensemble des capteurs du réseau d'un jeu de mesures de référence comprenant au moins un paramètre du fluide 30 à chaque point de mesure du réseau à un moment où il est supposé que le réseau est exempt de fuite. Ceci permet de connaitre la situation de référence du réseau en l'absence de fuite et donc de calculer les écarts entre les mesures de test et les mesures de référence. Dans certains modes de réalisation, la signature de l'état du réseau 35 est déterminée en comparant le jeu de mesures de test au jeu de mesures de référence. On détermine ainsi pour chaque point de mesure l'écart à la 3 0 4 1 752 6 situation de référence. De préférence, on détermine l'écart relatif à la situation de référence de manière à donner le même poids à tous les points de mesure quel que soit l'ordre de grandeur du paramètre mesuré. Dans certains modes de réalisation, la signature de l'état du réseau 5 est déterminée en tenant compte en outre de la signature de robustesse. De manière analogue au cas des signatures de fuite, il est possible de ne prendre en compte que les points de mesure dont l'écart à la situation de référence est supérieur à l'écart consigné dans la signature de robustesse pour ce même point de mesure. 10 Dans certains modes de réalisation, la signature de l'état du réseau est déterminée en tenant compte en outre d'une valeur de sensibilité maximum prédéterminée. De manière analogue au cas des signatures de fuite, cette valeur de sensibilité maximum permet de rendre plus robuste l'identification du scénario le plus proche. Cette valeur de sensibilité 15 maximum est de préférence la même que celle utilisée pour la détermination des signatures de fuite ; elle pourrait toutefois être différente. Dans certains modes de réalisation, chaque signature est un vecteur dont chaque composante correspond à un point de mesure 20 différent. Dans certains modes de réalisation, chaque composante d'une signature de fuite est égale : à 0 si l'écart relatif entre la valeur calculée pour le scénario de fuite en question et la valeur nominale du scénario nominal est 25 inférieur à la composante de la signature de robustesse pour ce point de mesure ; - à la valeur de sensibilité maximum si ledit écart relatif est supérieur à la valeur de sensibilité maximum ; et - audit écart relatif dans les autres cas. 30 Dans certains modes de réalisation, chaque composante de la signature de l'état du réseau est égale : à 0 si l'écart relatif entre la valeur mesurée pour la situation réelle et la valeur de référence de la situation de référence est inférieur à la composante de la signature de robustesse pour ce point de mesure ; 3041752 7 - à la valeur de sensibilité maximum si ledit écart relatif est supérieur à la valeur de sensibilité maximum ; et - audit écart relatif dans les autres cas. Dans certains modes de réalisation, au cours de l'étape de 5 comparaison de la signature de l'état du réseau avec chaque signature de fuite, on calcule la distance de la signature de l'état du réseau par rapport à chaque signature de fuite selon une métrique prédéterminée. Ceci permet d'estimer ou au moins d'ordonner la probabilité de réalisation de chaque scénario. 10 Dans certains modes de réalisation, la métrique utilisée est la distance euclidienne, la distance de Hamming ou une distance hybride basée sur ces deux dernières. En effet, les inventeurs ont constatés au cours de leurs essais que ces deux types de distance donnaient de bons résultats. 15 Dans certains modes de réalisation, au cours de l'étape de comparaison, on calcule en outre la distance de l'état du réseau par rapport à la signature nominale. Ceci permet d'estimer la probabilité de réalisation du scénario d'absence de fuite. Dans certains modes de réalisation, l'ensemble de capteurs 20 comprend des capteurs de débit et/ou de pression. Individuellement, les capteurs de débit sont plus efficaces que les capteurs de pression. Toutefois, les inventeurs ont constaté une complémentarité de ces deux types de capteurs de telle sorte que leur utilisation conjointe offre des résultats particulièrement précis. 25 Dans certains modes de réalisation, chaque scénario de fuite est caractérisé par une localisation au sein du réseau et/ou un débit de fuite. De préférence, on prévoit une série de scénarios dans lesquels la fuite est tour à tour au niveau de chaque tronçon de canalisation séparant deux noeuds du réseau, chaque localisation de fuite étant simulée avec 30 plusieurs débits de fuite différents. Dans certains modes de réalisation, on prévoit au moins un scénario comprenant un débit de fuite inférieur à 20 m3/h, de préférence inférieur à 10 m3/h, de préférence encore inférieur à 5 m3/h. Un tel procédé est en effet capable de détecter des fuites dont le débit est faible 35 et inférieur à de telles valeurs. 3 0 4 1 752 8 Dans certains modes de réalisation, l'étape de mesure réelle des mesures de test a lieu la nuit. On bénéficie ainsi de consommations plus faibles au sein du réseau, renforçant ainsi l'importance relative des fuites par rapport aux simples variations normales des consommations au sein 5 du réseau. Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, d'exemples de réalisation du procédé proposés. Cette description détaillée fait référence aux dessins annexés. 10 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Les dessins annexés sont schématiques et visent avant tout à illustrer les principes de l'invention. Sur ces dessins, d'une figure (FIG) à l'autre, des éléments (ou 15 parties d'élément) identiques sont repérés par les mêmes signes de référence. La FIG 1 est un plan d'un réseau de distribution d'eau. La FIG 2 est un schéma représentant les différentes étapes d'un exemple de procédé. 20 DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLE(S) DE REALISATION Afin de rendre plus concrète l'invention, un exemple de procédé est décrit en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Il est rappelé que l'invention ne se limite pas à cet exemple. 25 La FIG 1 représente un exemple de réseau de distribution d'eau 1 comprenant une pluralité de tronçons de conduites 2 reliant une pluralité de noeuds 3. Les noeuds 3 sont ainsi des points d'embranchement entre plusieurs tronçons de conduites 2 du réseau de distribution et/ou des points de consommation au niveau desquels sont branchés un ou 30 plusieurs consommateurs. Le réseau 1 comprend en outre n capteurs de pression 4, au nombre de trois en l'espèce, disposés au niveau de certains noeuds 3, ainsi que m capteurs de débit 5, au nombre de quatre en l'espèce, disposés au niveau de certains tronçons de canalisation 2. Chaque capteur 35 de pression 4 permet ainsi de mesurer la pression régnant au niveau du noeud 3 sur lequel il est prévu. Chaque capteur de débit 5 permet pour sa 3041752 9 part de mesurer le débit passant par le tronçon de canalisation 2 sur lequel il est prévu. La FIG 2 représente pour sa part l'organisation générale d'un exemple de procédé de détection de fuite. Au cours d'une première étape 5 S1, on acquiert un modèle numérique 11 du réseau de distribution 1. On peut pour cela utiliser un modèle préexistant, éventuellement complété et/ou corrigé, ou bien construire un modèle complet pour les besoins du procédé. Un tel modèle 11 comprend notamment la géométrie du réseau 1 10 avec l'emplacement des noeuds 3, l'emplacement, le diamètre et la longueur des différents tronçons de canalisation 2, l'emplacement et la nature des capteurs 4 et 5, les consommations à chaque pas de temps constatées ou évaluées à chaque noeuds 3, de préférence en fonction du jour et/ou de la plage horaire étudiée, et les débits entrants/sortants aux 15 frontières du réseau 1, à l'interface par exemple avec un réseau de transport et/ou des réseaux de distribution voisin. Ce modèle 11 peut également comprendre les rugosités des canalisations, les paramètres d'éventuelles pompes, ainsi que toute autre information permettant d'améliorer la précision du modèle. 20 Sur la base de ce modèle 11, on simule ensuite dans une deuxième étape S2 différents scénarios de robustesse dans lesquels on fait varier dans le modèle 11 les consommations au niveau de certains noeuds 3, de manière aléatoire tout en restant naturellement dans les plages possibles compte tenu des branchements de ces noeuds. On calcule alors pour 25 chaque scénario de robustesse k les valeurs de pression Pi,k et de débit Qi,k qui seraient observées dans un tel cas par chaque capteur 4, 5 , c'est-à-dire à chaque point de mesure i, et on construit le vecteur (Pi,k ; Qi,k). On construit ensuite un vecteur (Pi,rob ; Qi,rob) qui est la moyenne arithmétique de tous les vecteurs (Pi,k ; Qi,k). 30 On construit alors une signature de robustesse Vr qui est un vecteur dont chaque composante correspond à un point de mesure i et qui est construit de la manière suivante : Pi, rob - Pi, nom Pi, nom , si i est un capteur de pression Vr(i) = Qi,nom Qi,rob - Qi,nom si i est un capteur de débit 3041752 10 où Pi,nom et Qi,nom sont les valeurs de pression et de débit nominales telles qu'observées par les capteurs de pression 4 et de débit 5 dans le modèle numérique original 11, c'est-à-dire dans un scénario nominal. 5 Sur la base du modèle 11, on simule ensuite dans une troisième étape S3 différents scénarios de fuite 12. Dans cet exemple, cette étape S3 génère un scénario de fuite pour chaque tronçon de canalisation 2 et chaque débit de fuite envisagé. Par exemple, si le réseau 1 comporte p tronçons de canalisation 2 et que l'on souhaite détecter les fuites dont le 10 débit varie de 2 à 24 m3/h avec un pas de 1 m3/h, c'est-à-dire q = 23 débits de fuite différents, on simulera p.q scénarios de fuite différents. Naturellement, il est possible de choisir un nombre de débits plus ou moins important ou des valeurs différentes en fonction du niveau de précision souhaité et des spécificités du réseau étudié. 15 En pratique, pour chaque scénario de fuite j, on ajoute un point de consommation du débit de fuite considéré sur le tronçon de canalisation 2 considéré et on calcule les valeurs de pression Pi,j et de débit Qi,j qui seraient observées dans un tel cas à chaque point de mesure i, c'est à dire par chaque capteur 4, 5. 20 Au cours d'une quatrième étape S4, on construit une signature de fuite brute V'j pour chaque scénario de fuite j : cette signature de fuite brute VI est un vecteur dont chaque composante correspond à un point de mesure i, donc à un capteur 4, 5, et qui est construit de la manière suivante : Pi' j - Pi, nom V'j(i) = Pi,nom ; si i est un capteur de pression Qi,j - Qi, nom Vr(i) = si i est un capteur de débit Qi, nom 25 On construit ensuite une signature de fuite ajustée Vj pour chaque scénario de fuite j de la manière suivante : Vj(i) = 0 si V'j(i) REVENDICATIONS1. Procédé de détection de fuite dans un réseau de fluide (1) équipé d'au moins un ensemble de capteurs (4, 5) disposés en différents points de mesure, comprenant les étapes suivantes : acquisition (S1) d'un modèle numérique (11) du réseau (1) ; simulation (S3) d'au moins plusieurs scénarios de fuite (12) à l'aide 10 du modèle numérique (11) et calcul pour chaque scénario de fuite (12) d'au moins un paramètre du fluide à chaque point de mesure ; détermination (S4) d'une signature de fuite (S) pour chaque scénario de fuite (12) en fonction des paramètres du fluide simulés à chaque point de mesure pour le scénario de fuite (12) considéré ; 15 mesure réelle (S6) par l'ensemble de capteurs (4, 5) du réseau (1) d'un jeu de mesures de test (14) incluant au moins un paramètre du fluide à chaque point de mesure du réseau (1) ; détermination (S7) d'une signature de l'état du réseau (Ve) en fonction du jeu de mesures de test (14) ; et 20 comparaison (S8) de la signature de l'état du réseau (Ve) avec chaque signature de fuite (S) et détermination d'une probabilité d'occurrence d'au moins un scénario de fuite (12). 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant une étape de 25 détermination d'une signature nominale pour un scénario nominal selon lequel aucune fuite n'est présente dans le réseau (1). 3. Procédé selon la revendication 2, comprenant une étape de détermination (S2) d'une signature de robustesse (Vr) du modèle 30 numérique (11) du réseau (1) au cours de laquelle on simule au moins un scénario de robustesse, dans lequel on fait varier, en l'absence de fuite, certaines valeurs de consommation à certains noeuds (3) du modèle numérique (11) du réseau (1), et au cours de laquelle on calcule pour chaque scénario de robustesse au moins un paramètre du fluide à chaque 35 point de mesure. 3041752 15 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la signature de robustesse (Vr) est obtenue en comparant les paramètres du fluide calculés pour chaque point de mesure entre chaque scénario de robustesse et le scénario nominal. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel la signature d'une fuite est déterminée en comparant les paramètres du fluide calculés pour chaque point de mesure entre le scénario de fuite (12) considéré et le scénario nominal. 6. Procédé selon la revendication 3 et l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la signature d'une fuite (S) est déterminée en tenant compte en outre de la signature de robustesse (Vr). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre une étape de mesure réelle (S5) par l'ensemble de capteurs (4, 5) du réseau (1) d'un jeu de mesures de référence (13) comprenant au moins un paramètre du fluide à chaque point de mesure du réseau à un moment où il est supposé que le réseau (1) est exempt de fuite. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la signature de l'état du réseau (Ve) est déterminée en comparant le jeu de mesures de test (14) au jeu de mesures de référence (13). 9. Procédé selon la revendication 3 et l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la signature de l'état du réseau (Ve) est déterminée en tenant compte en outre de la signature de robustesse (Vr). 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel chaque signature est un vecteur dont chaque composante correspond à un point de mesure différent. 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel, au cours de l'étape de comparaison (S8) de la signature de l'état du réseau (Ve) avec chaque signature de fuite (S), on calcule la distance de la signature de 3 0 4 1 7 5 2 16 l'état du réseau (Ve) par rapport à chaque signature de fuite (S) selon une métrique prédéterminée. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans 5 lequel l'ensemble de capteurs comprend des capteurs de débit (5) et/ou de pression (4). 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel chaque scénario de fuite (12) est caractérisé par une localisation au 10 sein du réseau (1) et/ou un débit de fuite.