Études de cas pratique

EGC

Maintenance d’Infrastructures en eau Potable

Maintenance d’Infrastructures en Eau Potable en Hydraulique

Maintenance d’Infrastructures en Eau Potable : Étude de Fuites

Contexte de la Maintenance des Réseaux d'Eau Potable

La maintenance des infrastructures d'eau potable est cruciale pour assurer une distribution continue et de qualité, tout en minimisant les pertes d'eau. Les fuites dans les réseaux de distribution représentent une perte économique et une source potentielle de contamination. Leur détection, localisation et quantification sont des aspects essentiels de la gestion patrimoniale des réseaux. Cet exercice se concentre sur l'évaluation d'une fuite dans un tronçon de conduite.

Données de l'étude

Un diagnostic est réalisé sur un tronçon rectiligne d'une conduite de distribution d'eau potable en fonte ductile.

Caractéristiques du tronçon et mesures :

  • Matériau de la conduite : Fonte ductile
  • Diamètre nominal intérieur de la conduite (\(D\)) : \(200 \, \text{mm}\)
  • Longueur du tronçon inspecté (\(L\)) : \(500 \, \text{m}\)
  • Débit mesuré à l'entrée du tronçon (\(Q_{entree}\)) : \(30 \, \text{L/s}\)
  • Débit mesuré à la sortie du tronçon (\(Q_{sortie}\)) : \(28.5 \, \text{L/s}\)
  • Coût de l'eau traitée (production et distribution) : \(0.50 \, \text{€/m}^3\)

Hypothèses :

  • Les mesures de débit sont précises.
  • Il n'y a pas de branchements (piquages) autorisés ou connus sur ce tronçon entre les points de mesure.

Schéma : Tronçon de conduite avec fuite
{/* */} {/* */} Q entrée {/* */} Q sortie {/* */} Q fuite {/* */} Tronçon de conduite avec mesure de fuite L = 500 m D

Schéma d'un tronçon de conduite avec mesures de débit en entrée et sortie pour estimer la fuite.

Questions à traiter

  1. Calculer le débit de fuite (\(Q_{fuite}\)) dans le tronçon en Litres par seconde (L/s).
  2. Convertir ce débit de fuite en mètres cubes par heure (m³/h).
  3. Exprimer le débit de fuite en tant que ratio linéaire, en mètres cubes par heure et par kilomètre de conduite (m³/h/km).
  4. Calculer le volume d'eau perdu annuellement à cause de cette fuite (en m³).
  5. Estimer le coût financier annuel de cette perte d'eau.
  6. Quelles pourraient être les causes probables de cette fuite et quelles interventions de maintenance pourraient être envisagées ?

Correction : Maintenance d’Infrastructures en Eau Potable

Question 1 : Calcul du Débit de Fuite (\(Q_{fuite}\)) en L/s

Principe :

Le débit de fuite est la différence entre le débit mesuré à l'entrée du tronçon et le débit mesuré à la sortie, en supposant qu'il n'y a pas d'autres entrées ou sorties d'eau entre ces deux points.

Formule(s) utilisée(s) :
\[Q_{fuite} = Q_{entree} - Q_{sortie}\]
Données spécifiques :
  • \(Q_{entree} = 30 \, \text{L/s}\)
  • \(Q_{sortie} = 28.5 \, \text{L/s}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} Q_{fuite} &= 30 \, \text{L/s} - 28.5 \, \text{L/s} \\ &= 1.5 \, \text{L/s} \end{aligned} \]
Résultat Question 1 : Le débit de fuite dans le tronçon est \(Q_{fuite} = 1.5 \, \text{L/s}\).

Question 2 : Conversion du Débit de Fuite en m³/h

Principe :

Pour convertir des Litres par seconde (L/s) en mètres cubes par heure (m³/h), il faut utiliser les facteurs de conversion suivants : \(1 \, \text{m}^3 = 1000 \, \text{L}\) et \(1 \, \text{heure} = 3600 \, \text{secondes}\).

Formule(s) utilisée(s) :
\[Q_{fuite} \, (\text{m}^3/\text{h}) = Q_{fuite} \, (\text{L/s}) \times \frac{1 \, \text{m}^3}{1000 \, \text{L}} \times \frac{3600 \, \text{s}}{1 \, \text{h}}\]

Ce qui se simplifie en :

\[Q_{fuite} \, (\text{m}^3/\text{h}) = Q_{fuite} \, (\text{L/s}) \times 3.6\]
Données spécifiques :
  • \(Q_{fuite} = 1.5 \, \text{L/s}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} Q_{fuite} \, (\text{m}^3/\text{h}) &= 1.5 \, \text{L/s} \times 3.6 \\ &= 5.4 \, \text{m}^3/\text{h} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : Le débit de fuite est de \(5.4 \, \text{m}^3/\text{h}\).

Question 3 : Ratio Linéaire de Fuite (m³/h/km)

Principe :

Le ratio linéaire de fuite exprime le volume d'eau perdu par heure pour chaque kilomètre de conduite. Il permet de comparer l'étanchéité de différents tronçons de réseau de longueurs variables.

Formule(s) utilisée(s) :
\[\text{Ratio linéaire de fuite} = \frac{Q_{fuite} \, (\text{m}^3/\text{h})}{L \, (\text{km})}\]
Données spécifiques (avec conversion d'unités) :
  • \(Q_{fuite} = 5.4 \, \text{m}^3/\text{h}\)
  • \(L = 500 \, \text{m} = 0.5 \, \text{km}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} \text{Ratio linéaire de fuite} &= \frac{5.4 \, \text{m}^3/\text{h}}{0.5 \, \text{km}} \\ &= 10.8 \, \text{m}^3/\text{h/km} \end{aligned} \]
Résultat Question 3 : Le ratio linéaire de fuite est de \(10.8 \, \text{m}^3/\text{h/km}\).

Quiz Intermédiaire 1 : Un ratio linéaire de fuite élevé indique :

Question 4 : Volume d'Eau Perdu Annuellement (m³)

Principe :

Le volume annuel perdu est calculé en multipliant le débit de fuite horaire par le nombre d'heures dans une année (considérant une année de 365 jours).

Formule(s) utilisée(s) :
\[V_{annuel} = Q_{fuite} \, (\text{m}^3/\text{h}) \times 24 \, (\text{h/jour}) \times 365 \, (\text{jours/an})\]
Données spécifiques :
  • \(Q_{fuite} = 5.4 \, \text{m}^3/\text{h}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} V_{annuel} &= 5.4 \, \text{m}^3/\text{h} \times 24 \, \text{h/jour} \times 365 \, \text{jours/an} \\ &= 5.4 \times 8760 \, \text{m}^3/\text{an} \\ &= 47304 \, \text{m}^3/\text{an} \end{aligned} \]
Résultat Question 4 : Le volume d'eau perdu annuellement à cause de cette fuite est de \(47304 \, \text{m}^3\).

Question 5 : Coût Financier Annuel de la Perte d'Eau

Principe :

Le coût financier annuel est obtenu en multipliant le volume d'eau perdu annuellement par le coût unitaire de l'eau traitée.

Formule(s) utilisée(s) :
\[\text{Coût annuel} = V_{annuel} \, (\text{m}^3/\text{an}) \times \text{Coût unitaire} \, (\text{€/m}^3)\]
Données spécifiques :
  • \(V_{annuel} = 47304 \, \text{m}^3/\text{an}\)
  • Coût unitaire de l'eau = \(0.50 \, \text{€/m}^3\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} \text{Coût annuel} &= 47304 \, \text{m}^3/\text{an} \times 0.50 \, \text{€/m}^3 \\ &= 23652 \, \text{€/an} \end{aligned} \]
Résultat Question 5 : Le coût financier annuel de cette perte d'eau est de \(23652 \, \text{€}\).

Question 6 : Causes Probables et Interventions de Maintenance

Principe :

L'identification des causes des fuites et la planification d'interventions de maintenance appropriées sont essentielles pour la gestion durable des réseaux d'eau potable.

Analyse :

Causes probables des fuites sur une conduite en fonte ductile :

  • Corrosion : La corrosion externe (due au sol) ou interne (due à la qualité de l'eau) peut affaiblir la paroi de la conduite et provoquer des perforations.
  • Déboîtement des joints : Les joints entre les sections de tuyaux peuvent se dégrader avec le temps, les mouvements de terrain, ou les vibrations (trafic routier), entraînant des fuites.
  • Fissures ou cassures : Des contraintes excessives (surcharge de sol, gel, tassements différentiels, coups de bélier) peuvent provoquer des fissures longitudinales ou circonférentielles, voire des cassures nettes.
  • Défauts de fabrication ou de pose initiaux : Bien que plus rares sur des conduites anciennes, des défauts initiaux peuvent se manifester après plusieurs années de service.
  • Interventions de tiers : Des travaux à proximité (excavations, forages) peuvent endommager accidentellement la conduite.

Interventions de maintenance envisageables :

  • Détection et localisation précise :
    • Inspection acoustique (corrélateurs acoustiques, cannes d'écoute).
    • Utilisation de gaz traceur.
    • Inspection par caméra (pour les plus gros diamètres ou après localisation approximative).
    • Sectorisation et mesure de débit nocturne.
  • Réparation ponctuelle :
    • Pose de manchons de réparation ou de colliers d'étanchéité sur les fissures ou perforations.
    • Réfection des joints défectueux.
  • Remplacement de tronçon : Si la conduite est jugée trop vétuste ou si les fuites sont multiples et récurrentes sur le tronçon, son remplacement complet peut être la solution la plus économique à long terme.
  • Chemise ou réhabilitation structurale : Pour certaines conduites, des techniques de réhabilitation sans tranchée (comme le chemisage) peuvent être envisagées pour restaurer l'étanchéité et la structure de la conduite.
  • Gestion de la pression : Réduire la pression dans le réseau (si possible et sans impacter le service) peut diminuer le débit des fuites existantes et réduire le risque de nouvelles cassures.
Résultat Question 6 : Les causes de fuites incluent la corrosion, les problèmes de joints, les fissures et les dommages par des tiers. Les interventions vont de la détection précise à la réparation ponctuelle ou au remplacement de tronçons, en passant par des techniques de réhabilitation et une gestion optimisée de la pression.

Quiz Intermédiaire 2 : Laquelle de ces méthodes est couramment utilisée pour la détection acoustique des fuites d'eau ?

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. Si le débit d'entrée d'un tronçon est de 50 L/s et le débit de sortie est de 45 L/s, quel est le débit de fuite ?

2. Pour convertir un débit de L/s en m³/h, on multiplie par :

3. La corrosion des conduites en fonte est une cause fréquente de :

Glossaire

Débit de Fuite (\(Q_{fuite}\))
Volume d'eau perdu par unité de temps à travers des défauts d'étanchéité dans un réseau de distribution.
Réseau de Distribution d'Eau Potable
Ensemble des conduites, réservoirs, pompes et accessoires permettant d'acheminer l'eau potable depuis les points de production jusqu'aux consommateurs.
Fonte Ductile
Type de fonte possédant une meilleure résistance mécanique et une plus grande ductilité que la fonte grise traditionnelle, couramment utilisée pour les conduites d'eau.
Ratio Linéaire de Fuite
Indicateur de performance exprimant le débit de fuite par unité de longueur de conduite (ex: m³/h/km). Il permet de comparer l'étanchéité de différents secteurs ou réseaux.
Détection Acoustique des Fuites
Méthode de localisation des fuites basée sur l'écoute et l'analyse des bruits générés par l'eau s'échappant sous pression d'une conduite.
Corrélateur Acoustique
Appareil utilisant deux capteurs (micros) placés sur la conduite de part et d'autre d'une fuite suspectée. Il analyse la différence de temps d'arrivée du bruit de la fuite aux deux capteurs pour en déduire sa position.
Gestion Patrimoniale des Réseaux
Ensemble des stratégies et actions visant à maintenir et améliorer l'état et la performance des infrastructures (comme les réseaux d'eau) sur le long terme, en optimisant les coûts et les risques.
Maintenance des Infrastructures d'Eau Potable - Exercice d'Application

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