Modélisation hydraulique des réseaux du SIPEG 

Fonctionnement des installations

Fonctionnement général

La gestion de l’eau potable sur chaque commune est organisée en régie communale directe : les services techniques des communes adhérentes sont donc responsables de l’exploitation et de l’entretien de leur réseau respectif.
Le SIPEG est en charge de la gestion et de l’administration des infrastructures de production d’eau : les captages, la chambre de répartition de Vandeléville, le réservoir de Laloeuf et les canalisations intercommunales ainsi que les vannes et ventouses éventuellement associées.
L’alimentation en eau du SIPEG est assurée par huit sources distinctes. Les eaux brutes sont ensuite acheminées de manière gravitaire vers une chambre de répartition au sein de laquelle 4/15 ème des volumes sont dédiés à l’alimentation du réservoir de Vandeléville et 11/15 ème à l’alimentation des autres communes adhérentes (Laloeuf, Thorey-Lyautey, Ognéville et Vézelise). Un seconde répartition des eaux a lieu au sein du réservoir de Laloeuf afin de desservir les communes de Laloeuf, Thorey-Lyautey et Ognéville – Vézelise (situées sur la même branche principale) (cf. ANNEXE 1).
La distribution s’effectue ensuite de manière gravitaire depuis les différents réservoirs en place.
La commune de Vézelise est alimentée par le SIPEG, lorsque le réservoir d’Ognéville est à son niveau haut, mais également par le SIE de Pulligny. Il est ici rappelé que l’étude ne concerne que les habitations desservies par le réseau du SIPEG, c’est pourquoi l’ensemble du territoire de Vézelise n’est pas pris en compte.
Par ailleurs, le SIPEG et les cinq communes adhérentes sont équipés de onze compteurs de sectorisation disposés au sein des différents ouvrages du réseau de distribution.

Schéma altimétrique des installations

La visite des ouvrages a permis de déterminer l’altimétrie précise de chacun des ouvrages grâce à des levés GPS (cf. ANNEXE 2)

Analyse des besoins actuels

La production annuelle

Les volumes de production correspondent aux volumes prélevés au milieu naturel.

Gros consommateurs d’eau potable

Parmi les abonnés desservis par les réseaux en place, il existe des « gros consommateurs » d’eau potable. Usuellement, on qualifie comme tels les abonnés dont la consommation annuelle avoisinant les 500 m3 : consommation supérieure au quadruple de la consommation moyenne d’un foyer de trois personnes (120 m3/an).
Il convient d’identifier ce type de consommateurs dès le début de l’étude afin d’en tenir compte lors de la modélisation hydraulique. En effet, les points de prélèvement de telles consommations influencent nettement le comportement des tronçons situés à proximité immédiate.

Exploitation des résultats

L’enregistrement des données au pas de temps 5 minutes permet la construction de courbes sur la totalité de la durée de la campagne de mesures.
De plus, certaines caractéristiques des sous-secteurs de distribution peuvent ainsi être analysées, notamment :
 Les modulations horaires de fonctionnement. De manière générale, les habitudes de consommation d’eau potable se répètent tous les jours de la semaine et sont quelque peu modifiées lors des weekends. En effet, les horaires de travail étant principalement fixes, les habitants partent et reviennent du travail à horaires fixes, ce qui influence également leur mode de vie (prise des repas, toilettes…) ;
 Les coefficients de pointe des consommations. Parallèlement aux habitudes de consommations des abonnés, les volumes de demandes en eau potable varient selon les secteurs. Ce coefficient de pointe permet l’estimation de la valeur du pic de consommation par comparaison de la demande moyenne journalière à la demande maximale observée dans une journée ;
 La demande nocturne. Mis à part les activités automatisées au sein des exploitations agricoles de la zone d’étude et les chasses d’eau et / ou appareils ménagers programmables, les consommations nocturnes d’eau potable devraient être très faibles. Les débits transitant la nuit sont donc majoritairement liés à la
présence de fuites au sein des réseaux de distribution.

Pressions de fonctionnement

Principe

La mesure des pressions de fonctionnement s’effectue habituellement sur les poteaux incendie du fait que ces derniers ne sont que rarement utilisés.
Afin de réaliser les mesures de pression, les poteaux incendie sont vidangés puis équipés d’un « bouchon pression » relié à un « logger ». Une fois le bouchon pression en place, l’organe est laissé ouvert afin que l’enregistreur mesure les pressions de fonctionnement des réseaux toutes les 5 minutes.

Mise en cohérence des données

La superposition de l’ensemble des données présentées ci-avant, est nécessaire afin de vérifier la cohérence de certaines données et analyser le fonctionnement des systèmes.

Marnages et débits de distribution

Les débits de distribution sont à l’origine de la diminution du niveau d’eau au sein des réservoirs.
L’analyse se base ici sur le réservoir de Vandeléville (courbe de niveau bleue ci-dessous) et les consommations du secteur de Vandeléville (courbe de débit rouge ci-après). Seul le cas du secteur de Vandeléville sera traité dans ce paragraphe.
Le niveau d’eau est en hausse de 18 h à 6h du matin. Les consommations « matinales » entrainent la diminution progressive du niveau d’eau jusqu’aux alentours de 10h. Vers 10h30, la diminution du niveau d’eau reprend jusqu’à 18 h. Rappelons ici que l’adduction se réalise de manière continue au sein de la cuve.

Campagne de sectorisation des fuites

Principe de la localisation des fuites par sectorisation nocturne

Quantification et sectorisation des fuites

Comme évoqué précédemment dans le rapport, les débits transitant au sein des réseaux entre 23h et 5h (période nocturne) sont majoritairement liés à la présence de fuites sur les réseaux de distribution. En effet, mis à part les appareils programmables (lave vaisselle, lave linge…) et les chasses d’eau éventuelles, les demandes d’eaux nocturnes sont théoriquement nulles. La présence de telles consommations ponctuelles (chasses d’eau par exemple) sont détectables lors des opérations de terrain et ne perturbent en rien les résultats pouvant être obtenus.
Préalablement aux opérations de terrain, des plans de sectorisation ont été établis en fonction de la localisation des différentes vannes de sectionnement fonctionnelles au sein des réseaux.
Le travail nocturne consiste à comptabiliser les volumes s’écoulant en 86 secondes (à l’aide des roues dentées présentes sur les compteurs) afin d’estimer les volumes de fuites en m 3 /j. En effet, une journée totalisant 86 400 secondes, l’utilisation d’un pas temps 86 secondes permet de simplifier les estimations par utilisation d’un facteur 1 000. La fermeture de jeux de vannes données permet d’isoler des secteurs de distribution et donc d’étudier l’impact des différents secteurs sur le volume de fuites initial. Nota : la recherche de fuites par cette méthode se limite à la localisation de fuites supérieures à 5 m 3 /j, les incertitudes de mesure en dessous de ce seuil étant trop importantes.
Les équipes sont donc en communication permanente afin que l’une puisse manœuvrer les vannes indiquées par Altereo, et que l’autre puisse réaliser plusieurs mesures successives

Organisation des investigations

Trois nuits de sectorisation ont été réalisées le 4 Avril 2019 sur les communes de Laloeuf et Vézelise, le 8 Avril 2019 sur les communes de Vandeléville et Ognéville et le 11 Avril 2019 sur la commune de Thorey. Ces investigations ont été réalisées par deux collaborateurs d’Altereo, avec l’assistance des services techniques des différentes communes.

Construction du modèle

Le modèle hydraulique a été construit sur la base des données cartographiques éditées lors de la phase 1 de l’étude. Il a ensuite été complété au regard des différentes étapes de construction détaillées ci-après. Enfin, son calage a été réalisé à l’aide des données de la campagne de mesures hydrauliques.

Logiciel de modélisation utilisé

L’outil de modélisation retenu est le logiciel EPANET. Il est développé par l’EPA – Agence Fédérale de Protection de l’Environnement des Etats Unis et se base sur une méthode de résolution des équations de KIRCHOFF, de type hybride.
Le logiciel EPANET permet de modéliser toutes les configurations de réseau, et permet la prise en compte de tous les appareils rencontrés au sein de réseaux d’eau et leur régulation, qu’elle soit simplement basée sur une grandeur hydraulique à un point donné du réseau ou sophistiquée.
EPANET calcule la vitesse et le débit dans chaque conduite, la pression et la charge à chaque nœud, la hauteur d’eau dans chaque réservoir et l’évolution de chaque constituant chimique propre à la qualité de l’eau (chlore, nitrate…) dans tout le réseau, que ce soit en statique ou régime dynamique. EPANET permet de définir des réactions du premier ordre, entre les composants chimiques propres à la qualité de l’eau et les composants du réseau (réaction avec les parois des conduites…). EPANET permet également de calculer les temps de séjour, temps de parcours et de suivre l’origine de l’eau (suivi d’un constituant injecté au niveau d’une source).

Attribution de l’altitude des nœuds

Afin de retranscrire au mieux les variations de pression au sein des réseaux, il est nécessaire d’affecter à chacun des nœuds de l’ossature du modèle une altitude. En effet, les différences d’altitudes constituent un paramètre essentiel dans les variations de charges hydrauliques et permet donc d’identifier d’éventuels secteurs soumis à des pressions trop faibles, ou trop fortes.
L’attribution des altitudes aux nœuds a été possible grâce à l’utilisation du tamis de points GPS réalisés par Altereo dans le cadre de la mise en place de la base de données cartographiques lors de la phase 1. La figure suivante présente l’étendue de ce tamis de points (notons ici que la couleur des points n’a aucune représentativité, il s’agit des différents types d’objets relevés au GPS).

Etude des consommations

Les consommations d’eau potable, en provoquant une sortie d’eau du réseau principal, sont directement à l’origine de la circulation d’eau dans les canalisations. Leur représentation dans le modèle hydraulique est donc capitale afin de retranscrire au mieux les débits.
Les consommations d’eau sont donc, dans un premier temps, réparties dans l’espace (au sens physique, chaque compteur représentant un point de puisage), puis réparties dans le temps au cours de la procédure de calage.
Pour la simulation du fonctionnement du réseau, deux points sont donc fondamentaux :
1. la répartition spatiale des consommations ;
2. les modulations journalières des consommations.

Répartition spatiale des consommations

Afin de permettre la répartition des consommations dans l’espace, une analyse des consommations des abonnés a été réalisée sur la base des données disponibles, à savoir les rôles d’eau de l’exercice 2017. Cette analyse a pour objectif d’attribue r les consommations aux différents nœuds des réseaux modélisés en se basant sur l’adresse de chacun des compteurs.
Les abonnés ont donc été répartis aux différents nœuds du réseau modélisé de la façon la plus précise possible, en fonction des adresses de consommation figurant sur les factures émises par les communes. Cette répartition permet, au final, l’attribution d’une consommation moyenne annuelle par nœud et par secteur hydraulique.
La figure ci-après présente la répartition spatiale des compteurs abonnés présents sur le territoire du SIPEG.

Débit domestique

Les débits mesurés par les compteurs de sectorisation représentent à la fois les débits liés aux consommations domestiques et aux fuites. Pour rappel, les volumes de fuites par secteur ont été déterminés plus tôt dans l’étude, par analyse des minima nocturnes mesurés et/ou des investigations de sectorisation nocturnes. Cette étape consiste donc à soustraire les débits de fuites aux débits globaux mesurés afin de reconstituer les débits stricts de consommations.
Lorsqu’une consommation non domestique (activité industrielle) est présente au sein d’un secteur de consommation, les débits qui en découlent sont également soustraits aux débits mesurés.
Le débit domestique calculé atteint des valeurs nulles en période nocturnes : les mesures ont donc bien été affranchies des débits de fuites et des débits non domestiques.

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Table des matières
Contenu
LISTE DES FIGURES 
LISTE DES TABLEAUX
INTRODUCTION
1. Présentation du site d’études et objectifs de l’étude
1.1. Situation géographique
1.2. Données socio-économiques
1.2.1. Population
1.2.2. Parc de logements
1.2.3. Activités spécifiques
1.3. Fonctionnement des installations
1.3.1. Fonctionnement général
1.3.2. Schéma altimétrique des installations
2. Analyse des besoins actuels 
2.1. La production annuelle
2.2. Les volumes mis en distribution
2.3. La consommation
2.3.1. Abonnés au service
2.3.2. Volumes de consommation
2.4. Bilan besoins/réserves
3. Performances du réseau 
3.1. Indice linéaire de consommation (ILC)
3.2. Indice Linéaire de Pertes (ILP)
3.3. Valeurs des rendements
3.3.1. Rendement cible
3.3.2. Rendement des réseaux
4. Campagne de mesures hydrauliques
4.1. Débits mis en distribution
4.1.1. Principe
4.1.2. Déroulement de la campagne de mesures
4.1.3. Implantation des points de mesure
4.1.4. Exploitation des résultats
4.1.5. Courbe de modulation
4.1.6. Coefficient de pointe
4.1.7. Minima nocturne
4.1.8. Synthèse des résultats de débits
4.2. Pressions de fonctionnement
4.2.1. Principe
4.2.2. Déroulement de la campagne de mesures
4.2.3. Implantation des points de mesure
4.2.4. Exploitation des résultats
4.2.5. Synthèse des résultats de pression
4.3. Marnage des réservoirs
4.3.1. Principe
4.3.2. Déroulement de la campagne de mesures
4.3.3. Exploitation des résultats
4.4. Mise en cohérence des données
4.4.1. Marnages et débits de distribution
4.4.2. Pression et débits de distribution
4.4.3. Bilan
4.5. Campagne de sectorisation des fuites
4.5.1. Principe de la localisation des fuites par sectorisation nocturne
4.5.2. Organisation des investigations
4.5.3. Résultats
4.6. Bilan de la campagne de mesures
5. Modélisation hydraulique des réseaux du SIPEG 
5.1. Objectifs de la modélisation
5.2. Construction du modèle
5.2.1. Logiciel de modélisation utilisé
5.2.2. Ossature du modèle
5.2.3. Attribution de l’altitude des nœuds
5.2.4. Etude des consommations
5.3. Calage du modèle
5.3.1. Choix de la journée de calage
5.3.2. Etapes de calage
5.3.3. Bilan du calage
6. Analyse du fonctionnement actuel des réseaux 
6.1. Vitesses d’écoulement
6.1.1. Situation actuelle – Période moyenne
6.1.2. Situation actuelle – Période de pointe
6.1.3. Bilan de l’analyse des vitesses d’écoulement
6.2. Pressions de distribution
6.2.1. Pressions minimales et maximales
6.2.2. Amplitudes de pressions
6.2.3. Bilan de l’analyse des pressions
6.3. Age de l’eau dans les réseaux
6.4. Problématique du Chlorure de Vinyle Monomère (CVM)
6.5. Bilan de l’analyse du fonctionnement en situation actuelle
7. Analyse du fonctionnement futur des réseaux
8. Proposition d’aménagements 
8.1. Programme de renouvellement massif des canalisations à priorité élevée
8.2. Recherche et réparations des fuites
8.3. Amélioration de la désinfection des eaux
8.3.1. Définition de la problématique
8.3.2. Description des travaux et aménagements proposés
8.3.3. Bénéfices attendus
8.3.4. Enveloppe de travaux
8.4. Limitation de la pression rue de la Brasserie à Vézelise
8.4.1. Définition de la problématique
8.4.2. Description des travaux et aménagements proposés
8.4.3. Bénéfices attendus
8.4.4. Enveloppe de travaux
8.5. Impact sur le prix de l’eau
Conclusion
Bibliographie 
ANNEXE 1 : Plan général du réseau d’eau potable du SIPEG
ANNEXE 2 : Schéma altimétrique du SIPEG
ANNEXE 3 : Liste des gros consommateurs du SIPEG
ANNEXE 4 : Résultats de la sectorisation nocturne
ANNEXE 5 : Détail du chiffrage du programme de renouvellement massif des canalisations prioritaires

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