Brevet FR3049623A1 — publié le 20171006

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF INFORMATIQUES DE SURVEILLANCE CONTINUE D'UN RÉSEAU DE CANALISATIONS D'EAUX RÉSIDUAIRES L'invention concerne un procédé mis en oeuvre par ordinateur et un dispositif informatique de surveillance continue d'un réseau de canalisations 5 de circulation d'eaux résiduaires (notamment pour la collecte des eaux usées de locaux d'habitation et/ou à usage professionnel (locaux industriels tels que ateliers ou usines, commerces, établissements publics, hôpitaux, cliniques, navires...)) s'étendant entre une pluralité de sources normales d'alimentation du réseau en eaux résiduaires (notamment locaux d'habitation et/ou à usage professionnel) et au moins 10 une station destinataire des eaux résiduaires (notamment un réservoir de collecte ou une station d'épuration). Elle s'étend à un réseau de canalisations de circulation d'eaux résiduaires équipé d'un dispositif selon l'invention, à un programme d'ordinateur adapté pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention et à un flux de données représentatif d'un programme d'ordinateur selon l'invention. 15 FR 2922625 décrit un dispositif et un procédé de surveillance d'un réseau de conduites de liquides tel qu'un réseau de collecte des eaux usées, comprenant une pluralité de détecteurs de niveau répartis dans le réseau. De tels détecteurs de niveau constituent des capteurs d'écoulement aptes à délivrer des signaux de mesure représentatifs du débit d'écoulement dans chaque canalisation. 20 Ces signaux de mesure peuvent être communiqués à un central de traitement qui enregistre des données correspondantes dans une base de données en conservant un historique des données. Ce central de traitement comprend un module adapté pour construire un modèle du réseau et pour calculer, à partir de la base de données, une valeur moyenne des données historiques considérées comme normales, cette valeur 25 moyenne étant utilisée à titre de valeur de seuil de comparaison aux données reçues en temps réel. Des seuils de déclenchement d'alerte peuvent être définis par des jeux de valeurs déterminées en fonction du fonctionnement nominal attendu du réseau, selon des plages de temps prédéterminés, par exemple journalières, hebdomadaires, saisonnières ou autres, en fonction des comportements collectifs statistiques des 30 sites utilisateurs et/ou du site central. Ces seuils peuvent être déterminés et/ou ajustés par le central de traitement lui-même par autoapprentissage permanent en 3049623 2 fonction des mesures issues des différents détecteurs de niveau, par exemple à partir d'une moyenne des mesures effectuées dans le passé sur un même plage de temps. En cas d'anomalie de fonctionnement constatée, il est possible d'interpréter cette anomalie et de localiser l'endroit où elle se produit et de connaître avec précision son ampleur et sa cause. Ce procédé donne satisfaction, mais les inventeurs ont constaté qu'il n'est pas suffisant pour procurer une évaluation fiable et précise des défauts d'étanchéité des canalisations du réseau, et des infiltrations et des exfiltrations anormales (fuites) intervenant sur les canalisations du réseau. Or, la détection fiable et précise d'infiltration ou d'exfiltrations dans un réseau de circulation d'eaux résiduaires est un problème qui se pose avec acuité en de nombreux endroits. En particulier ces infiltrations ou exfiltrations constituent des pollutions et donc des atteintes lourdes à l'environnement. Par exemple, en France, le réseau de collecte des eaux usées comprend environ 250000 kms de canalisations relativement anciennes (le plus souvent plus de 50 ans) et qui sont souvent très dégradées. Les causes de dégradation des réseaux de collecte des eaux usées sont nombreuses : le vieillissement des matériaux, les mouvements des sols, les intempéries, les crues... Ainsi, on évalue à environ 30% la proportion des effluents résultant d'exfiltrations dans la nature, entraînant notamment une pollution des nappes phréatiques et des sols. À l'inverse, les infiltrations dans les canalisations d'un réseau de collecte des eaux usées entraînent un surcoût significatif de traitement dans les stations d'épuration et des dysfonctionnements lors des événements pluvieux. Compte tenu des capacités d'investissement des collectivités publiques, le taux de renouvellement moyen annuel du linéaire de canalisations est de 0,71%, ce qui conduit à un renouvellement complet du réseau estimé à 140 ans. Ainsi, pour un réseau devant demeurer 60 à 80 ans, ce taux de renouvellement n'est actuellement pas suffisant pour assurer la pérennité du réseau. En conséquence, les entreprises gestionnaires du réseau doivent faire face à des performances médiocres : fuites, infiltrations, bouchages, mauvaises odeurs, et les citoyens doivent subir les risques sanitaires et environnementaux (pollutions) induits par ces défauts. De plus, ces problèmes 3049623 3 s'aggravent d'années en années, car la pérennité des canalisations est insuffisante au regard de leur taux de remplacement. L'invention vise donc à pallier ces inconvénients et à proposer un procédé et un dispositif informatiques améliorés de surveillance continue d'un 5 réseau de canalisations de circulation d'eaux résiduaires. Elle vise en particulier à proposer un tel procédé et un tel dispositif permettant de détecter de façon fiable et précise, et aussi rapidement que possible, les fuites d'infiltration et les fuites d'exfiltration. Elle vise également à proposer un tel procédé et un tel 10 dispositif permettant de réaliser un diagnostic préventif du réseau, d'évaluer les risques d'apparition de défauts futurs et d'anticiper de tels défauts. Elle vise également plus particulièrement à permettre une localisation et une quantification de ces fuites. Elle vise également à ce titre à procurer une plus grande 15 précision dans l'identification des dysfonctionnements détectés ou potentiels d'un réseau d'eaux résiduaires, et à permettre des interventions de maintenance réellement adaptées aux risques encourus, rapides et précises, et à moindre coût. L'invention concerne donc un procédé mis en oeuvre par ordinateur de surveillance continue d'un réseau de canalisations de circulation 20 d'eaux résiduaires s'étendant entre une pluralité de sources normales d'alimentation du réseau en eaux résiduaires et au moins une station destinataire des eaux résiduaires, dans lequel : - au moins une canalisation du réseau est dotée d'au moins un capteur, dit capteur d'écoulement, adapté pour délivrer des signaux de mesure représentatifs du 25 débit d'écoulement des eaux résiduaires dans la canalisation, - pour chaque capteur d'écoulement : o des données, dites modèle nominal, sont définies et enregistrées représentatives d'un profil temporel des signaux devant être théoriquement délivrés par le capteur d'écoulement pour un état normal sans fuite d'infiltration/exfiltration 30 du réseau sur une plage temporelle cyclique prédéterminée, dite période de référence, 3049623 4 o au moins un indicateur d'état du réseau à l'endroit du capteur d'écoulement est élaboré à au moins un instant de mesure au moins à partir d'une comparaison entre : ^ des signaux de mesure réellement délivrés par le capteur 5 d'écoulement audit instant de mesure, ^ et des données du modèle nominal à un instant de ladite période de référence correspondant audit instant de mesure, caractérisé en ce que : - le modèle nominal est défini et enregistré pour des signaux devant être 10 théoriquement délivrés par le capteur d'écoulement en l'absence de précipitations pluvieuses intervenant dans au moins une partie d'une zone géographique, dite zone géographique d'influence pluviométrique, comprenant chaque portion de canalisation située à l'amont du capteur d'écoulement, et pendant une période de temps, dite période d'influence pluviométrique, précédant immédiatement l'instant 15 correspondant de ladite période de référence, ladite période d'influence pluviométrique étant définie avec une durée prédéterminée choisie de telle sorte que des précipitations pluvieuses intervenant dans ladite zone géographique d'influence pluviométrique sont susceptibles d'avoir une influence sur la valeur du signal de mesure délivré par le capteur d'écoulement audit instant correspondant de ladite 20 période de référence en cas d'infiltration d'au moins une parties desdites précipitations pluvieuses dans le réseau, - ladite période de référence du modèle nominal comprenant au moins une plage horaire, dite plage nocturne, incluse entre T00:00 et T06:00 heure locale du lieu du capteur d'écoulement, au moins un indicateur d'infiltration/exfiltration 25 représentatif d'écoulements anormaux d'infiltration/exfiltration se produisant entre le réseau et l'extérieur du réseau est élaboré au moins à partir d'au moins une comparaison entre : o des signaux de mesure réellement délivrés par le capteur d'écoulement à au moins un instant de mesure ti choisi dans une plage temporelle 30 correspondant à une plage nocturne, 3049623 5 o et des données du modèle nominal à un instant, dit instant de référence tn, de ladite plage nocturne correspondant audit instant de mesure ti. Les inventeurs ont démontré qu'avec un modèle nominal établi à partir de signaux théoriquement délivrés par chaque capteur d'écoulement 5 dans des périodes en l'absence de pluie et en utilisant une plage nocturne de comparaison des signaux de mesure avec les données du modèle nominal pour cette plage nocturne, on obtient une évaluation fiable et précise des fuites d'infiltration ou d'exfiltration du réseau dans une canalisation au niveau du capteur d'écoulement. En effet, dans la tranche horaire entre T00:00 (minuit) et 10 T06:00 (six heures du matin) un réseau de collecte d'eaux résiduaires est peu utilisé, ce qui permet de détecter, par les mesures réalisées en temps réel, avec une grande sensibilité, la présence d'infiltrations liées à la pluie, hors influence de la nappe phréatique. De même, pour chaque capteur d'écoulement associé à une canalisation située au-dessus de la nappe phréatique, la présence d'exfiltrations intempestives 15 hors de cette canalisation a pour conséquence d'abaisser anormalement le débit circulant dans la canalisation au moins dans une plage nocturne située dans cette tranche horaire nocturne. Dans un procédé selon l'invention, différentes variantes peuvent être envisagées pour chaque indicateur d'infiltration/exfiltration ainsi 20 élaboré, ainsi que pour le nombre et la nature des différents indicateurs d'infiltration/exfiltration. Ainsi, par exemple, il est possible de prévoir d'élaborer un taux d'infiltration et/ou un taux d'exfiltration et/ou une combinaison de ces taux... Le calcul précis permettant d'élaborer chaque indicateur d'infiltration/exfiltration peut également faire l'objet de diverses variantes, notamment en ce qui concerne le 25 traitement statistique de ladite comparaison : moyenne des différences, moyenne quadratique, écart type... Dans certains modes de réalisation avantageux et selon l'invention au moins un indicateur d'infiltration/exfiltration est défini à partir d'au moins une valeur d'un taux de variation instantanée V(ti) calculé selon la formule : 30 V(ti) = (H(ti)-Ho(tn))/Ho(tn) où : 3049623 6 - ti est un instant de mesure choisi pour correspondre à un instant de référence tn de ladite plage nocturne, - H(ti) est la valeur du signal de mesure réellement délivré par le capteur d'écoulement à l'instant de mesure ti, 5 - Ho(tn) est la valeur du modèle nominal pour l'instant de référence tn de ladite plage nocturne. Ce taux de variation instantanée peut servir pour déterminer aussi bien les infiltrations que les exfiltrations. Ainsi, avantageusement et selon l'invention : 10 - si V(ti) > 0 et si ti est un instant de mesure immédiatement précédé d'une période d'influence pluviométrique, dite période de pluie, lors de laquelle des précipitations pluvieuses sont intervenues dans au moins une partie de ladite zone géographique d'influence pluviométrique du capteur d'écoulement, au moins un indicateur d'infiltration/exfiltration est un taux d'infiltration Tin défini à partir de - 15 notamment égal à- V(ti), - si V(ti) 0 et si ti est un instant appartenant à une période 20 sans pluie, c'est-à-dire un instant pour lequel les précipitations pluvieuses sont nulles ou inférieures à un seuil prédéterminé dans ladite zone géographique d'influence pluviométrique pendant ladite période d'influence pluviométrique définie par rapport à cet instant, ledit indicateur d'infiltration/exfiltration (taux d'infiltration Tin) est forcé à une valeur nulle. En effet, cela signifie que la variation 25 instantanée est normale et n'est pas due à des fuites. Dans ce cas, la valeur H(ti) délivrées par le capteur d'écoulement peut être utilisée pour mettre à jour le modèle nominal, c'est-à-dire pour modifier la valeur de Ho(tn) en fonction de la valeur H(ti), soit pour la rendre égale à cette valeur H(ti), soit en variante pour la modifier par application d'un algorithme d' autoapprentissage dans une fenêtre temporelle 30 glissante avec cette valeur H(ti). 3049623 7 Par contre, si V(ti) 0 et si ti est un instant de mesure immédiatement précédé d'une période d'influence pluviométrique, dite période de pluie, lors de laquelle des précipitations pluvieuses sont intervenues dans au moins une partie de ladite zone géographique d'influence pluviométrique du capteur 14 d'écoulement, le 5 système 16 informatique est adapté pour calculer, à titre d'indicateur d'infiltration/exfiltration, un taux d'infiltration Tin défini à partir de V(ti) notamment égal à V(ti)-. En effet, une valeur positive de la différence H1(ti)- Ho(tn) entre les signaux réellement délivrés par le capteur 14 d'écoulement et le modèle nominal est représentatif du fait qu'il existe une infiltration intempestive due 10 à des fuites dans la canalisation 12. En l'absence d'infiltration, et dans la plage nocturne le signal réellement délivré par le capteur 14 d'écoulement doit en effet correspondre toujours à la valeur Ho(tn) du modèle nominal. Si V(ti) > 0 et si ti est un instant de mesure immédiatement précédé d'une période sans pluie (niveau de pluie mesuré inférieur à ladite valeur 15 plancher prédéterminée), le taux d'infiltration Tin est forcé à une valeur nulle, et le système 16 informatique est adapté pour utiliser la valeur de V(ti) pour mettre à jour le modèle nominal, soit en modifiant la valeur de Ho(tn) pour la remplacer par H(ti), ou de préférence par une nouvelle valeur modifiée en fonction de la valeur H(ti) lorsque que le modèle nominal est élaboré par calcul d'une moyenne d'une 20 pluralité de valeurs délivrées par le capteur 14 d'écoulement sur une fenêtre temporelle glissante d' autoapprentissage. En effet, dans ce cas, il ne peut pas y avoir eu d'infiltration intempestive due à la pluie et à des fuites dans la canalisation 12. Si V(ti) REVENDICATIONS1/ - Procédé mis en oeuvre par ordinateur de surveillance continue d'un réseau de canalisations (12) de circulation d'eaux résiduaires s'étendant entre une pluralité de sources (11) normales d'alimentation du réseau en eaux résiduaires et au moins une station (13) destinataire des eaux résiduaires, dans lequel : - au moins une canalisation (12) du réseau est dotée d'au moins un capteur, dit capteur (14) d'écoulement, adapté pour délivrer des signaux de mesure représentatifs du débit d'écoulement des eaux résiduaires dans la canalisation, - pour chaque capteur d'écoulement : o des données, dites modèle nominal, sont définies et enregistrées représentatives d'un profil temporel des signaux devant être théoriquement délivrés par le capteur d'écoulement pour un état normal sans fuite d'infiltration/exfiltration du réseau sur une plage temporelle cyclique prédéterminée, dite période de référence, o au moins un indicateur d'état du réseau à l'endroit du capteur d'écoulement est élaboré à au moins un instant de mesure au moins à partir d'une comparaison entre : ^ des signaux de mesure réellement délivrés par le capteur 20 d'écoulement audit instant de mesure, ^ et des données du modèle nominal à un instant de ladite période de référence correspondant audit instant de mesure, caractérisé en ce que : - le modèle nominal est défini et enregistré pour des signaux devant être 25 théoriquement délivrés par le capteur (14) d'écoulement en l'absence de précipitations pluvieuses intervenant dans au moins une partie d'une zone géographique, dite zone géographique d'influence pluviométrique, comprenant chaque portion de canalisation située à l'amont du capteur (14) d'écoulement, et pendant une période de temps, dite période d'influence pluviométrique, précédant 30 immédiatement l'instant correspondant de ladite période de référence, ladite période d'influence pluviométrique étant définie avec une durée prédéterminée choisie de 3049623 29 telle sorte que des précipitations pluvieuses intervenant dans ladite zone géographique d'influence pluviométrique sont susceptibles d'avoir une influence sur la valeur du signal de mesure délivré par le capteur d'écoulement audit instant correspondant de ladite période de référence en cas d'infiltration d'au moins une 5 parties desdites précipitations pluvieuses dans le réseau, - ladite période de référence du modèle nominal comprenant au moins une plage horaire, dite plage nocturne, incluse entre T00:00 et T06:00 heure locale du lieu du capteur d'écoulement, au moins un indicateur d'infiltration/exfiltration représentatif d'écoulements anormaux d'infiltration/exfiltration se produisant entre 10 le réseau et l'extérieur du réseau est élaboré au moins à partir d'au moins une comparaison entre : o des signaux de mesure réellement délivrés par le capteur (14) d'écoulement à au moins un instant de mesure ti choisi dans une plage temporelle correspondant à une plage nocturne, 15 o et des données du modèle nominal à un instant, dit instant de référence tn, de ladite plage nocturne correspondant audit instant de mesure ti. 2/ - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que au moins un indicateur d'infiltration/exfiltration est défini à partir d'au moins une valeur d'un taux de variation instantanée V(ti) calculé selon la formule : V(ti) = (H(ti)-Ho(tn))/Ho(tn) où : - ti est un instant de mesure choisi pour correspondre à un instant de référence tn de ladite plage nocturne, - H(ti) est la valeur du signal de mesure réellement délivré par le capteur (14) d'écoulement à l'instant de mesure ti, - Ho(tn) est la valeur du modèle nominal pour l'instant de référence tn de ladite plage nocturne. 3/ - Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que : - si V(ti) > 0 et si ti est un instant de mesure immédiatement précédé d'une période d'influence pluviométrique, dite période de pluie, lors de laquelle des 3049623 30 précipitations pluvieuses sont intervenues dans au moins une partie de ladite zone géographique d'influence pluviométrique, au moins un indicateur d'infiltration/exfiltration est un taux d'infiltration Tin défini à partir de V(ti), - si V(ti)