Réduire la consommation d'eau grâce à la détection des fuites d'eau

L'installation de capteurs connectés pour repérer les surconsommations permet d'agir plus rapidement pour colmater les fuites et changer les usages afin de préserver la ressource en eau.

Aléa(s) climatique(s) concerné(s) :

Type(s) d'action(s) :

Paris
Enjeux d'adaptation

Anticiper et agir contre les fuites d'eau

En France, les fuites représentent environ 20% des pertes dans les réseaux d'eaux potables (OFB, 2020). 

Dans un contexte où les périodes de sécheresses risquent de s'accumuler, la mise en place d'un système de contrôle des fuites et des surconsommations permet d'aller vers une gestion plus durable de la ressource en eau : un objectif affiché par le gouvernement dans son "Plan Eau" de 2023.

Points forts

Des outils pour rendre la gestion de l'eau plus durable

  • Intervention plus rapide en cas de fuites
  • Surveillance des consommations en quasi-temps réel
  • Economie de la ressource en eau (minimum 20%)
  • Sensibilisation à la consommation
  • Longue durée de vie (autonomie de la batterie de 5 ans)
Capteurs de la solution Robeau installé sur des canalisations - © Robeau 
Capteur acoustique SePem 351 installé sur le réseau d'eau parisien - © Eau de Paris
Description de la solution
Domaines d'application : Bâtiments, Infrastructures

Pourquoi installer des capteurs sur un réseau d'eau ?

Les réseaux d’eau subissent toujours des pertes. En France, dans le cas de l’eau potable, on chiffre celles-ci à 20% de l’eau de la production. Leurs origines sont multiples : âge des canalisations, corrosion ou encore les mouvements du sol. Ces pertes sont un gaspillage de la ressource en eau, qu’il est d’autant plus nécessaire de préserver dans le contexte de changement climatique.
 
Cependant, il est difficile de renouveler les réseaux : l’Union des industries et entreprises de l’eau (UIE) indiquait en octobre 2022 qu’il faudrait investir 2,7 milliards d’euros par an pour rénover ces derniers. Dans certains cas, renouveler peut aussi s’accompagner d’un coût environnemental important (fabrication des nouveaux tuyaux, travaux nécessaires au renouvellement).
 
L’installation de capteurs pour contrôler l’état des canalisations et pour colmater les fuites le plus rapidement possible est une manière plus économique et moins complexe pour limiter la consommation d’eau.
 
Les fuites ne sont pas toujours facilement repérables car elles font peu de bruit ou parce qu’elles sont dans des zones où il est difficile d’accéder régulièrement. L’intérêt des capteurs réside donc dans leur capacité à quadriller un réseau en temps réel, d’autant plus qu’ils sont connectés en réseau (radio ou internet) afin de transcrire les données rapidement aux usagers.

Cette solution peut d'ailleurs être installée dans le réseau primaire (ex: le réseau d'eau potable d'une ville) comme le réseau secondaire (ex: canalisations dans une copropriété).

Comment fonctionne le système de détection des fuites ?

Quels types de capteurs sont installés ?


On peut distinguer plusieurs types de capteurs, leur finalité est la même, mais l’indicateur qu’ils mesurent peuvent différer et il peut être préférable de favoriser une option sur une autre en fonction du type d’infrastructure concerné :

  • Les capteurs équipés de débitmètre viennent mesurer le débit de l’eau qui s’écoule dans les tuyaux et retranscrit cette mesure de manière chiffrée. Des variations anormales de débit peuvent ainsi permettre d’indiquer une surconsommation ou une fuite.
  • Les capteurs acoustiques, eux, viennent capter le son. Quand une fuite est détectée sur un réseau, une onde acoustique vient se propager sur celui-ci et sera captée par le capteur. Celui-ci peut ensuite retranscrire la mesure et l’envoyer par radio. La régie Eau de Paris utilise par exemple cette solution sur le réseau parisien.
  • Il est également possible d’installer des capteurs de pression. 

Comment sont retranscrites les données aux usager·ère·s ?


L’intérêt de la pose de capteurs sur un réseau est d’avoir une vision plus fine sur ce dernier, notamment grâce à l’arrivée des mesures en quasi-temps réel. Les données sont récupérées depuis les capteurs et sont ensuite retranscrites sur une plateforme plus accessible pour les usager·ère·s. Afin de mieux illustrer, nous pouvons prendre comme exemple le système proposé par l’entreprise Robeau.
 
Robeau utilise le principe de l’IoT, les capteurs installés par l’entreprise sont donc connectés à l’aide d’un module à un réseau dit « LoRa », qui utilise les fréquences radio et internet pour transmettre des données. Ce réseau est à basse fréquence et convient donc à volumes de données peu volumineux comme des mesures de capteurs. Il consomme également moins d’énergie que d’autres réseaux. 

Les données sont envoyées vers les modules « parcelles » (d’une portée d’environ 150 mètres) qui viennent centraliser l’information. Celle-ci est ensuite répertoriée sur une plateforme en ligne sur laquelle est affichée la consommation d’eau en temps réel pour que les usager·ère·s puissent comprendre leur utilisation de la ressource en eau. La plateforme permet notamment d’observer quelles zones du réseau sont les plus consommatrices et permet d’agir en conséquence sur les usages ou sur de potentielles fuites.

Des seuils de consommation peuvent également être décidés lors de l’installation afin de prévenir par mail ou par téléphone les usager·ère·s quand la limite a été atteinte.

Expérimentation de la solution

La mise en place de capteurs acoustiques sur le réseau d'eau de Paris (Réseau primaire)

En mai 2023, nous avons rencontré Anthony Ta, ingénieur distribution dans l’entreprise publique Eau de Paris, régie chargée de la production, du transport et de la distribution de l’eau à Paris depuis 2009.

Quelle est l'action d'Eau de Paris ?


Eau de Paris est le gestionnaire du réseau d’eau de Paris. Eau de Paris distribue l’eau à ses 94 000 abonnés (80% des Parisiens) grâce à son réseau (intra-muros) de 2000 km de canalisations (à 90% situés en égout ou en galeries visitables).
 
Eau de Paris alimente également le réseau de fontaines publiques et fournit également de l’eau non potable (via un réseau séparé) pour certains usages : arrosage des espaces verts, rafraîchissement, ou encore lutte contre les incendies.

Réduire les fuites grâces à des capteurs acoustiques


Le taux de rendement d’un réseau d’eau indique à quel point l’eau produite est ensuite bien distribuée. Cet indicateur permet donc de voir le pourcentage de pertes d’eau. Si le réseau d’Eau de Paris est un de ceux avec le taux de rendement le plus élevé en France : 90,5% en 2021, en comparaison d’un taux moyen de 80% en France, l’entreprise cherche à améliorer ses résultats avec un objectif affiché de 92% (optimum technologique/économique).
 
Pour lutter contre ces dernières, Eau de Paris a donc décidé de mettre en place un dispositif d’écoute du réseau grâce à l’installation de capteurs acoustiques

Mettre en place une sectorisation du réseau et des capteurs acoustiques


La première étape pour l’entreprise fut de découper le réseau d’eau en secteurs de 50 km de canalisations chacun. Selon Anthony Ta, ce découpage permettrait de détecter toutes les fuites supérieures à 10 m3/h, soit l’ensemble des fuites permettant d’atteindre le rendement demandé par les objectifs.
 
Avant 2021, pour contrôler les fuites, des acousticien·ne·s venaient se brancher aux bouches d’incendies ou à des points de contacts pour vérifier la présence de fuites ou non (quand une fuite à lieu, une onde acoustique se propage sur le réseau). Cette méthode était contraignante car il pouvait se passer un an entre chaque visite des acousticien·ne·s sur certaines parcelles.
 
C’est la raison pour laquelle la société a décidé d’investir, en 2021, dans la pose de 3000 capteurs acoustiques pouvant retranscrire les données en temps réel, et permettant ainsi aux acousticien·ne·s d’optimiser la supervision de leurs périmètres et d’agir quotidiennement sur les fuites repérées. 

L'installation des capteurs acoustiques sur le réseau


Pour choisir les capteurs, Eau de Paris a lancé un appel à projet. C’est l’association de l’entreprise Sogetrel (spécialisé dans les équipement connectés) et de l’entreprise Sewerin (produisant des capteurs acoustiques) qui ont été retenus. Le modèle de capteur choisi est le SePem 351, celui-ci permet de se relier à un réseau radio pour transmettre les données.
 
Les capteurs sont aimantés et installés directement sur la canalisation (fixés pour éviter les vols et avec un câble en inox contre les rongeurs). Ils ont été installés à 10% par Eau de Paris afin que les agents de la société puissent connaître leur fonctionnement. Le reste des équipements ont été posés par des prestataires (Eiffage et Seta) dans le courant 2022.
 
La batterie des équipements est remontée au quotidien aux équipes afin de pouvoir les remplacer quand c’est nécessaire.
 
Par retour d’expérience sur le réseau parisien, Eau de Paris a remarqué que les capteurs acoustiques ont un seuil de détection de 2 m3/h.
 
Selon Eau de Paris, la fourniture ainsi que la pose des capteurs acoustiques sur le réseau d’eau parisien a coûté environ 4 millions d’euros. 

Récolter les données et agir contre les fuites


Pour analyser les données des capteurs, les équipes d’Eau de Paris ont développé une plateforme en interne : HYDREO. Celle-ci leur permet d’avoir une vision secteurs par secteurs du réseau d’eau et des potentielles fuites en temps réel (à l’aide d’un code couleur : vert quand tout va bien, ou encore rouge quand il y aune fuite potentielle).
 
Pour découvrir une fuite, les acousticiens regardent principalement les données de nuit, quand la consommation est la plus basse. Les irrégularités de bruit sont analysées. Ainsi, de grandes variations de bruit peuvent indiquer des fuites.
 
Quand c’est le cas, un acousticien se rend sur place et si la fuite est confirmée parla visite, un agent prestataire (Eiffage ou Seta) vient la colmater. 

Quel bilan pour le système de capteurs acoustiques ?


Selon Anthony Ta, pour Eau de Paris, l’objectif était d’économiser 4,3 millions de m3 d’eau en agissant sur les pertes apparentes et réelles. Du côté des pertes réelles, traitées avec les capteurs, le contrat a été rempli avec un rendement proche de 92%.
 
En 2022, avec l’installation des capteurs, de nombreuses petites fuites ont été repérées, menant à un gros travail de nettoyage systématique. Selon Anthony Ta, en 2023, le nombre de fuites détectées devrait se stabiliser car l’état du réseau est normalement stable d’une année à l’autre. Le résultat le plus positif selon lui reste le gain sur le temps d’intervention, qui a été drastiquement réduit.
 
A l’avenir, Eau de Paris aimerait pouvoir tester de nouvelles sortes de capteurs, comme des capteurs de pression à haute fréquence (128 mesures par secondes)afin de prélocaliser les fuites d’autant plus rapidement. La régie souhaiterait également ajouter des compteurs abonnés intelligents incluant des capteurs acoustiques.

Retours utilisateurs-rices

Co-bénéfices

Co-bénéfices environnementaux :

  • Sobriété
  • Transition énergétique
  • Low Tech

Co-bénéfices autres :

  • Sensibilisation des usagers aux consommations d'eau
Coûts

Combien peut coûter la mise en place de capteurs sur les réseaux d'eaux ?

Le coût varie selon plusieurs facteurs comme le type d’équipement choisi (type de capteur, type de réseau utilisé) ou la taille du réseau à connecter. Il est donc difficile de donner un prix exact.
 
Concernant l’exemple de Robeau et de son offre d’abonnement :

  • L’investissement dans le matériel revient à environ 200 € par capteur(capteur + boitier de connexion au réseau) dans l’hypothèse où ce dernier est DN15 (diamètre)
  • Robeau prévoit ensuite un abonnement annuel chiffré à 55 € par matériel installé (capteur + boitier & pour les parcelles LoRa)
 
Concernant l'exemple d'Eau de Paris : 
  • la fourniture ainsi que la pose des capteurs acoustiques sur le réseau d’eau parisien a coûté environ 4 millions d’euros. 

La solution peut être assez coûteuse, mais le retour sur investissement réalisé par les économies d’eaux, d’énergie et de maintenance est important à prendre en compte.

Des aides financières sont-elles mobilisables dans le cadre de cette solution ?

Les agences de l’eau peuvent subventionner ce type de solutions, notamment sur l’installation des matériels. L’Agence de l’Eau Seine Normandie (AESN) peut subventionner une partie des travaux au titre de l’approvisionnement public en eau potable sur les réseaux de distribution. Cette aide peut se chiffrer à 40% pour les études et travaux liés à la production, au transfert, au stockage et à la distribution d’eau potable (selon la quantité, la qualité et la sécurité).

Complexité et contexte de mise en oeuvre

Installer les capteurs et définir les seuils de surconsommation d'eau

Les infrastructures diffèrent beaucoup les unes des autres selon les usages. Dans le cas d’un réseau secondaire (domaine privé), il est intéressant d’impliquer les équipes techniques en charge de celui-ci dans le processus d’installation pour que cela soit fait correctement. Elles seront à même de connaître les points de tensions, de savoir où placer les capteurs et de définir les seuils de surconsommation d’eau.
 
Dans le cadre d’une collectivité, sur le réseau primaire, il faut pouvoir quadriller le maximum de terrain, c’est pourquoi la création de secteurs peut être envisagé pour avoir une vision assez fine. C’est, par exemple, le fonctionnement choisi par la régie Eau de Paris
 
Dans le cadre d’un réseau secondaire, par exemple dans une école, il faudra placer les capteurs sur plusieurs zones stratégiques : l’arrivée d’eau générale, les cuisines, les sanitaires, etc…

Prestataire(s)

  • Robeau


    L’entreprise Robeau a développé une solution de capteurs débitmètres s’installant sur les canalisations du réseau secondaire Les données perçues par les capteurs, connectés à un réseau LoRa, sont centralisées sur une plateforme web accessible aux usagers afin qu’ils puissent surveiller leur consommation et repérer les potentielles fuites.   

    Caractéristiques du produit :


    • Capteurs débitmètres de différents diamètres (DN 15 à DN 500)
    • Capteurs équipés d'un boitier connecté en LoRa (à l'aide de modules parcelles)
    • Durée de vie de 20 ans / changement des batteries tous les 5 à 8 ans.
    • Installation par Robeau ou par les équipes techniques sur site
    • Plateforme Web pour centraliser les données en quasi temps réel

    Coûts:


    • Le prix des capteurs va dépendre de sa largeur. A titre d’exemple :un capteur DN 15 avec son boitier noir revient à environ 200 € (respectivement20 et 175 €).
    • L’abonnement est ensuite chiffré à 55 € par an pour chaque matériel installé (capteur et parcelle). 

    Formulaire de contact sur le site internet : https://www.robeau.tech/

  • Sewerin - Capteurs acoustiques SePem 351

    Sewerin est une entreprise spécialisée dans le développement d’appareils de mesures, permettant notamment de détecter les fuites d’eau ou de gaz. L’entreprise à notamment développé le SePem 351, utilisé par Eau de Paris dans le cadre de la surveillance de son réseau d’eau potable.
     

    Caractéristiques du produit : 


    • Capteurs acoustiques reliés en LoRa et associés à un dispositif de communication de l'entreprise Sogetrel
    • Capteurs aimantés et avec câble en inox pour éviter la dégradation par les rongeurs
    • Autonomie de plus de 10 ansPossibilité d'envoyer les données sur une plateforme connectée
     
    Site internet : https://www.sewerin.com/fr/
    Téléphone :03 88 68 15 15
     
    Site du partenaire Sogetrel : https://www.sogetrel.fr/
    Téléphone :01 41 17 42 42

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