Un service d'eau de la Géorgie améliore la détection des fuites et optimise la gestion des équipements grâce à un système de surveillance des variations de pression

Trois stations de pompage fonctionnent dans une même zone de pression, la direction de l’écoulement peut donc varier selon la demande et l’équilibre des apports autour de la boucle. Le réseau transporte l’eau sur de longues distances à faible vitesse afin de réduire les pertes de charge, les pressions variant de 20 à 230 psi en raison des différences d’élévation dans la zone de service. Cinq réservoirs surélevés, installés sur des crêtes du sud-ouest au nord-est, permettent de stabiliser encore davantage la pression et empêchent de nombreux événements de variation de se propager dans l’ensemble du réseau.

En 2016, la CCMWA a dû composer avec une série de défaillances de selles de prise sur des sorties de 15 à 30 cm (6 à 12 pouces) de diamètre. Chacune d'elles a entraîné un écoulement à l'orifice, ce qui limitait le débit de fuite à la capacité du réseau de conduites de transmission en boucle. Comme la perte de charge causée n'était pas aisément visible sur les relevés de pression en régime permanent, le service s'est mis à la recherche de nouvelles technologies de surveillance qui lui permettraient de mieux détecter et localiser ces événements.

Un selle de prise de 20 cm (8 pouces) a fait défaut sur l'une de conduites de 107 cm (42 pouces) de la CCMWA. En recueillant les données des variations de pression en mode haute fréquence d’échantillonnage (128 fois par seconde), les exploitants ont pu localiser, isoler et identifier la fuite rapidement.

Repérer les défaillances du système

La CCMWA repérait auparavant les défaillances importantes en calculant la demande totale du système en comparant les débits de pompage haute pression, les niveaux de remplissage des réservoirs et les données de précipitations afin d’évaluer la demande attendue. Par exemple, lors des périodes estivales où tombaient de fortes précipitations, la demande tombait à son plus bas, pour remonter ensuite par période de sécheresse.

L'analyse d'une défaillance de 12 millions de galons par jour s'étant produite en 2014 a montré une perte de charge supplémentaire de 2 psi dans la conduite de distribution d'eau de 91 cm (36 po), conçue pour un débit de 140 millions de gallons par jour. Des évaluations plus poussées ont révélé que même une fuite de 10 millions de gallons par jour ne créerait qu'une perte de charge de 5,3 psi (0,37 bar) au point le plus distant du réseau. De telles fuites seraient donc difficiles à détecter en procédant uniquement à une analyse de la pression à régime permanent.

Ces observations ont amené la CCMWA à envisager d’autres technologies de surveillance. La surveillance acoustique a été écartée, jugée impraticable en raison de l'étendue du réseau à couvrir et du nombre très élevé de capteurs qu’elle exigerait. Le service a finalement retenu la surveillance des variations de pression comme solution la plus efficace pour répondre à ses besoins.

En mars 2016, la CCMWA a installé 10 PIPEMINDER-ONE Standard, espacés de 8 à 16 kilomètres (5 à 10 miles) chacun, en se concentrant sur les parties du réseau où les fuites étaient les plus fréquentes. Cette solution avancée de surveillance de la pression et de ses variations de Badger Meter est conçue pour aider les services d'eau à détecter, localiser et analyser les événements de variation de pression, comme les surpressions, les éclatements ou les fuites, dans l'ensemble de leur réseau de canalisations.

La surveillance de la pression en action

Un vendredi soir, à 19 h 56, deux anomalies ont été détectées : un changement important et inexpliqué dans la direction du débit sortant de la station de traitement des eaux, et une baisse de pression imprévue à la station ainsi qu'à un autre point de surveillance. Les opérateurs ont immédiatement soupçonné qu'une fuite majeure affectait la conduite de 107 centimètres (42 pouces) située à l'est de la station de traitement. Des équipes ont été dépêchées sur place et ont été en mesure de repérer le problème, soit une selle de prise défaillante de 20 cm (8 pouces), avant 22 h le soir même.

Une comparaison entre les données de pression à haute fréquence (128 échantillons par seconde) et les données SCADA enregistrées à des intervalles d’une minute a démontré les avantages de la surveillance des variations. Les données haute résolution faisaient clairement ressortir les temps de propagation des ondes de variation de pression et les anomalies, alors que les données SCADA à plus faible résolution ne fournissaient pas suffisamment de détails pour révéler des événements significatifs.

Depuis l'adoption du système de surveillance de la pression, la CCMWA a mis au point des méthodes d'analyses essentielles pour interpréter les données relatives aux variations plus efficacement. Cette approche permet au personnel de se concentrer sur les événements importants plutôt que de consacrer du temps à l'analyse des comportements normaux du réseau.

Le pouvoir de la triangulation

Le terme « triangulation » renvoie à la localisation de la source d'événements de variation majeurs, comme les éclatements. Cette fonctionnalité automatisée de la plateforme de gestion de la pression RADAR détecte les ondes de pression à différents points de surveillance et calcule l'origine de l'événement à l'aide de données temporelles haute résolution.

En juin 2019, un éclatement majeur déclenche une alerte. Les exploitants ont immédiatement été avisés de la situation par le système SCADA, mais ont également été en mesure d'établir l'emplacement exact de la fuite à l'aide des données de surveillance des variations de pression, et ce, avant même l'arrivée des équipes sur le site. Les équipes de terrain de même que les autorités locales ont ainsi pu se rendre directement et rapidement au bon endroit.

Trois appareils ont enregistré la chute de pression, dont l’un jusqu’à 0 psi. Le débit estimé de la fuite atteignait 100 millions de gallons par jour, et des baisses de pression allant jusqu’à 188 psi ont été observées aux points de surveillance avoisinants. L’algorithme de triangulation de RADAR a estimé l’emplacement de la rupture à moins de 150 mètres du site réel, un niveau de précision remarquable, généré automatiquement en quelques minutes.

La CCMWA utilise également une autre des fonctionnalités de la plateforme, connue sous le nom de regroupement d'événements ou de classification des formes. Cette capacité de reconnaissance des schémas compare les formes des ondes de variation de pression à une bibliothèque de référence afin de classifier les incidents, comme les mises en marche et les arrêts des pompes. En répertoriant et en filtrant les variations opérationnelles récurrentes, le logiciel permet aux utilisateurs de se concentrer uniquement sur les anomalies qui nécessitent une analyse, améliorant ainsi l’efficacité globale des opérations.

Des marqueurs verts indiquent les appareils qui ont détecté le bris de juin 2019 et qui ont été utilisés pour trianguler automatiquement son emplacement. L’algorithme de triangulation de la plateforme RADAR a estimé l’emplacement de la rupture à moins de 150 mètres de son site réel.

Une méthode de détection plus rapide

Grâce à son nouveau système de surveillance, la CCMWA a maintenant accès à une vision claire et en temps réel des données relatives aux variations de pression. Avant son déploiement, les exploitants devaient se fier uniquement aux relevés de pression du système SCADA, qui ne leur offrait pas la résolution requise pour détecter les comportements problématiques.

Le système leur permet désormais de repérer rapidement des fuites qui passaient autrefois inaperçues, de répondre plus rapidement aux problèmes affectant le réseau et de prendre des décisions éclairées concernant l'entretien de l'équipement et la planification des investissements. En combinant une surveillance précise et des analyses avancées, la CCMWA continue à renforcer la fiabilité de son système de distribution d'eau et à réduire les coûteux bris de conduites.

Une version antérieure de cet article a été publiée dans le magazine OpFlow de l'American Water Works Association.