Défaillances et
Réhabilitation
II.1 Introduction
L'eau potable est transportée dans des canalisations
fermées et généralement enterrées. Avec le
vieillissement - lié aux caractéristiques des canalisations et de
leur environnement -, les performances hydrauliques et la qualité d'eau
diminuent, les pertes d'eau et les casses augmentent et peuvent provoquer des
dégâts importants.
Ce chapitre comporte trois parties principales. Nous allons
d'abord décrire les différentes défaillances susceptibles
de se manifester dans un réseau d'A.E.P, leurs causes et leurs effets.
La seconde partie portera sur le diagnostic et l'entretien des réseaux
d'A.E.P. Enfin, la dernière partie aura pour objet l'illustration des
différentes techniques de réhabilitation des conduites d'eau
potable.
II.2 Défaillances
II.2.1 Définition [08]
On appelle défaillance toute
détérioration pouvant provoquer ou accentuer le risque de
dysfonctionnement du réseau (ou de l'un de ses éléments),
ou la diminution de son rendement.
II.2.2 Les différents types de
défaillances :
II.2.2.1 Les fuites
Ce sont des pertes physiques de quelques quantités d'eau,
mais qui n'empêchent pas le fonctionnement normal du réseau.
Les fuites sont généralement localisées
dans les joints, les vannes, les raccordements, les points de jonction entre
deux éléments ou dans le corps même de la conduite.
Causes des fuites :
- Rupture ou mauvaise étanchéité des
conduites.
- Joints détériorés ou mal
exécutés.
- Corrosion.
- Glissements de terrains.
- Excès de pression.
Effets des fuites :
- Risque de dégradation de la qualité de l'eau
suite à l'introduction d'eau polluée. - Perturbation de la
circulation suite aux inondations.
- Risque de retour d'eau.
II.2.2.2 Les pertes
Dans un réseau, on distingue deux types de pertes et
leurs causes sont diverses :
· Les pertes techniques : elles sont dues
:
- au débordement des réservoirs dues soit mauvais
fonctionnement du flotteur ou de la vanne de vidange.
- Aux fuites sur conduites et branchements particuliers
engendrées par les casses et leurs différentes causes.
- Aux fuites sur robinets, vannes et colliers dues à un
mauvais serrage des joints, des presses étoupes des vannes et des
colliers de prise.
· Les pertes administratives : ce sont les
eaux consommées mais non comptabilisées. On citera :
- La consommation des organismes publics,
- La défectuosité ou l'insensibilité des
compteurs
- Absence de compteurs chez les abonnés,
- Pertes par branchements illicites.
II.2.2.3 Les casses (ruptures) :
Une rupture ou une casse est définie comme
étant une détérioration induisant un arrêt
momentané de la l'alimentation en eau et qui nécessite une
intervention sur le réseau. [04]
Les causes des ruptures : -
Mouvement du sol, - Coup de bélier,
- Travaux de chantier
- Trafic routier intense, - Conditions de pose,
- Etc.
Les effets des ruptures :
- Fuites et leurs conséquences,
- Risque d'introduction d'eau polluée,
- Interruption de l'alimentation en eau des abonnés.
- Etc.
II.2.2.4 Dégradation de la qualité de
l'eau [07, 12]
De la source jusqu'à son arrivée aux usagers,
l'eau peut subir de très nombreuses modifications de sa qualité
intrinsèque.
Une bonne connaissance des facteurs qui peuvent influencer la
qualité de l'eau dans le réseau est indispensable pour les
services d'exploitation afin d'anticiper et d'éviter des
problèmes potentiels tels que les risques sanitaires. Les facteurs
susceptibles de provoquer la dégradation de la qualité de l'eau
sont :
II.2.2.4.1 Les facteurs biologiques :
L'eau produite dans les stations de traitement passe par le
réseau et arrive aux usagers sans jamais être stérile.
Plusieurs micro-organismes sont susceptibles d'être présents dans
le réseau de distribution : bactéries, virus, champignons et
organismes pluricellulaires. La plus grande partie des germes présents
dans l'eau et notamment tous ceux qui sont pathogènes doivent être
éliminés.
II.2.2.4.2 Les facteurs physico-chimiques :
· Le PH : peut varier le long de la
distribution du fait de l'évolution de la concentration de CO2 dissous.
Ainsi, une aération dans un réservoir peut rendre une eau dure et
incrustante par une perte de CO2, ce qui risque d'obturer les conduites par
dépôt de tartre. Inversement, une eau chargée de CO2
agressif (avec un PH bas) a tendance à attaquer les matériaux
avec des conséquences importantes : dissolution des ciments, attaque des
métaux ferreux (corrosion), etc.
· Les chlorures : le chlore a souvent
été le choix évident pour la désinfection
résiduelle, la réglementation internationale fixe la norme de 25
mg/l comme valeur idéale, et 200mg/l comme concentration à
risque. La présence des chlorures dans les eaux est due le plus souvent
à la nature des terrains traversés, aux rejets industriels ou aux
rejets des eaux usées. Il faut savoir aussi qu'un résidu de 3
à 6 mg/l est nécessaire pour contrôler des fortes
reviviscences bactériennes. La réglementation algérienne
pour les chlorures a fixé la norme de 200 à 500 mg/l.
· Les nitrates : la présence des
nitrates dans les eaux de consommation est indésirable et
considérée comme un élément polluant. L'existence
de cet élément est favorisée par la mise en place des
méthodes de production agricole intensives, qui se traduit par une
utilisation intense des engrais chimiques avec une concentration plus grande.
La norme algérienne pour la potabilité de l'eau concernant les
nitrites est donnée au maximum à 50 mg/l.
· Le plomb : contrairement à
d'autres métaux tels le fer, le cuivre et le zinc qui sont
indispensables pour le corps humain, le plomb n'intervient dans aucun processus
physiologique de notre organisme, sa présence dans le corps est inutile
et, à certaines doses indésirables il peut provoquer des troubles
de santé, à cet égard, le plomb est classé parmi
les substances toxiques dans la norme de l'eau destinée à la
consommation humaine. La norme européenne est de 0.05 mg/l au maximum,
mais la nouvelle réglementation prévoit que la teneur maximale en
plomb est passée à 0.025 mg/l depuis 2004, puis
àà0.01 avant 2014. La norme algérienne est fixée
à 0.05 mg/l au maximum depuis l'année 2000. L'origine de cet
élément, qu'il y a des canalisations en plomb et la stagnation
des eaux dans
ces canalisations dissout les fines particules du
métal. Le plomb existe aussi dans l'air rejeté par le carburant
des voitures et transporté par le vent aux réservoirs et aux
canaux à l'air libre.
· La température : une
température élevée peut favoriser des goûts
désagréables. De plus, elle accélère la corrosion,
influence la croissance bactérienne, dissipe l'effet du
désinfectant résiduel et modifie la valeur du PH.
· L'oxygène dissous : toute baisse
de la teneur en oxygène dissous peut être
interprétée comme un signe de croissance biologique.
· La turbidité : une
turbidité élevée induit un ralentissement des
bactéricides et une corrosion importante.
II.2.2.4.3 Facteurs liés à la conception
et à la gestion du réseau
· Le temps de séjours et la vitesse
d'écoulement : La conservation de la qualité de l'eau
est facilitée par la réduction du temps de séjour dans le
réseau. Les stagnations d'eau favorisant corrosion et
dépôts apparaissent dès que la vitesse de l'eau est
inférieure à 0,5 m/s.
· Le choix des matériaux : Les
interactions entre l'eau et les matériaux du réseau peuvent
être à l'origine de la dégradation de la qualité de
l'eau distribuée.
Le tableau suivant donne les normes de potabilité d'une
eau de consommation telles que précisées par le journal officiel
de la république algérienne N°51 du 20 août 2000.
L'allure de h(t) peut être une courbe en baignoire,
où l'on distingue trois périodes :
h(t) décroissante (1) : période de jeunesse.
h(t) constante (2) : période de vie utile.
h(t) croissante (3) : période de vieillesse.
Taux de défaillance
(3)
(1)
(2)
t
Fig.II.1 : Evolution du taux de
défaillance [20]
La fonction h(t) rend compte de l'évolution du risque
de défaillance au cours du temps et reflète donc le
vieillissement des entités. En d'autres termes si les entités
sont sujettes à un vieillissement h(t) sera croissante. Si la
défaillance est accidentelle h(t) sera constante.
II.3 Diagnostic [20]
Le diagnostic permet d'apprécier l'état qualitatif
des ouvrages et d'en déduire les opérations d'entretien ou de
maintenance à effectuer.
II.3.1 Méthodologie de diagnostic
La méthodologie de diagnostique s'établit en
quatre phases :
II.3.2 Phase enquête et recueil de données
:
Elle consiste à :
- réaliser une analyse fonctionnelle des composants du
réseau ;
- réaliser une analyse systématique des
défaillances pour chaque élément maintenu ;
- Etablir des fiches d'interventions ;
- Constituer une base de données historique des
évènements ;
- Projections futures.
II.3.3 Phase analyse de données :
Dans cette phase, on procède au traitement des
données brutes à l'aide de la mise en oeuvre d'une politique de
maintenance optimisée.
· le traitement des données : il a pour objectif
de déterminer le taux de défaillance et la fiabilité par
application de modèles mathématiques. Il permet aussi de
déterminer les coûts pour les différents types de
maintenance.
· L'aide à la mise en oeuvre d'une politique de
maintenance optimisée : elle permet de mesurer l'efficacité des
actions décidées, les écarts entre la prévision et
les résultats, d'aider et de guider l'exploitant vers la maintenance la
mieux adaptée.
II.3.4 Analyse et détermination des
paramètres du diagnostic :
Cette phase permet de choisir le personnel et le
matériel nécessaire pour les différents types de
maintenance. Pour cela, on utilise les résultats obtenus par la phase
précédente.
II.3.5 Estimation des coûts
Cette phase consiste à faire l'estimation des
dépenses nécessaire pour l'application d'un type de
contrôle. La recherche d'une optimisation du coût global et la
meilleure valorisation du patrimoine conduisent à trouver un
équilibre entre les ouvrages neufs et les travaux de conservation.
[19]
II.4 Entretien des réseaux d'A.E.P
L'entretien du système de distribution d'eau vise
plusieurs objectifs comme le maintien d'un service fiable, d'une eau de bonne
qualité et de coûts d'opération minimum.
II.4.1 Entretien des réservoirs
Cela consiste à faire :
- Une analyse de la qualité de l'eau ;
- Vidange et nettoyage de l'ouvrage au moins une fois par an.
Ces opérations doivent être suivies de désinfection de
l'ouvrage et d'un contrôle de la qualité de l'eau après
remise en eau de l'ouvrage ;
- Des travaux de génie civil : ces travaux concernent la
dégradation du béton et les défauts
d'étanchéité.
- Réparation des équipements
détériorés (vannes, clapets de vidange, flotteurs,
etc.).
II.4.2 Entretien des adductions et du réseau de
distribution
Les travaux d'entretien du réseau de distribution et de
l'adduction concernent les conduites et tous les accessoires qui les
accompagnent. Ces travaux sont :
- Surveillance et entretien
- Actions de réductions des pertes.
II.4.2.1 Surveillance et entretien :
La surveillance et l'analyse des états physiques,
hydrauliques et d'encrassement du réseau permettent de mieux
appréhender les problèmes qui surviennent dans le réseau.
Cela consiste à :
- Faire un entretien périodique (visite, graissage,
révision) des organes mécaniques des appareils de fontainerie
;
- Vidanger et purger les régulateurs de pression ;
- Vérifier le bon fonctionnement des ventouses ;
- Resserrer les presse-étoupe des vannes.
II.4.2.2 Actions de réduction des pertes en eau
:
Pour réduire les pertes en eau dans l'adduction et
dans le réseau de distribution, deux actions sont nécessaires
pour l'exploitant ; la première, la plus importante est la recherche et
la réparation des fuites. La seconde plus ou moins importante est le
comptage.
II.4.2.2.1 Recherche et réparation des fuites
:
II.4.2.2.1.1 Détecte et gestion des fuites
[14]
Trouver, quantifier et gérer les fuites est un
défi pour la plupart des systèmes d'approvisionnement en eau
existants. Elles représentent souvent la plus importante cause des
pertes dans le système et peuvent atteindre jusqu'à 30 % de l'eau
captée, même dans les systèmes bien gérés.
Des taux de fuites de 80 à 90 % ne sont pas rares. Parmi les
difficultés à gérer les fuites, on peut noter que :
· les fuites ne sont pas constantes. Elles augmentent avec
la pression dan les conduites ;
· les divers éléments des systèmes
d'alimentation ne sont pas sensibles aux déperditions de la même
manière. Il et possible d'identifier, et même, ce qui est
préférable, de quantifier les points de
vulnérabilité ;
· l'évaluation sur le plan économique de
l'importance des déperdition ne peut se faire que si elles ont pu
être quantifiées (si possible avec un coefficient d'incertitude
connu). Cela ne peut se faire qu'en présence de mesures fiables
effectuées sur le système;
· les opérations de réparation et de
gestion des déperditions sont des investissements rentables. Il
s'avère en général moins coûteux de maîtriser
les fuites que de prélever dans une nouvelle source d'approvisionnement
le volume d'eau équivalent à l'eau économisée.
Plusieurs méthodes ont été
développées afin de permettre la détection des fuites et
même leur localisation avec une prévision plus ou moins grande.
Ces méthodes sont classées en trois catégories :
- Méthodes de recherche à grande échelle
- Méthodes acoustiques - Méthodes modernes
a-/ Méthode de recherche à grande
échelle [22]
Elle consiste à calculer la différence entre le
volume introduit dans le réseau et le volume consommé et
comptabilisé. Une différence de volume permet de
soupçonner des fuites d'eau dans l'un des secteurs du réseau.
La méthode fréquemment utilisée pour la
délimitation de la zone de la fuite est l'isolement des tronçons
soupçonnés de fuite et la pose de compteurs en amont et en aval
de ceux-ci. Il reste ensuite à détecter la localisation exacte de
la fuite par l'utilisation de méthodes plus fines.
b-/ Méthodes acoustiques [22]
Les méthodes de détection utilisées sont
toutes basées sur le bruit émis par les fuites. L'écoute
du bruit causé par la fuite peut se faire soit par contact direct avec
la conduite et tout ce qui y est raccordé (entrée de service,
vanne, borne d'incendie), soit par écoute sur 1e sol.
Le bruit de la fuite résulte du choc des
molécules d'eau entre elles, de leur frottement contre les parois de
l'orifice de la fuite ou finalement du choc de 1'eau sur le terrain.
L'écoute et l'analyse de ce bruit permettent de déterminer une
zone plus ou moins importante de détection de la fuite. Cette zone est
embrouillée par le bruit de fond (vent, trafic routier etc.).
L'utilisation d'amplificateurs mécaniques ou électroniques ou
encore de corrélateurs acoustiques permet l'élimination des
bruits parasites.
c-/ Méthodes modernes [02]
Plusieurs méthodes modernes sont actuellement
employées dans la recherche des fuites. On citera :
- Technique de photographie aérienne, notamment dans
le domaine de l'infrarouge, la prise de photographies permet de déceler
des zones de températures différentes résultant de la
fuite.
- Utilisation des traceurs radioactifs : détection de
radioactivité intense aux zone des fuites.
- Utilisation de caméras qui permettent de
déceler les différentes anomalies (glissement de joints,
infiltrations d'eaux polluées, branchements clandestins, etc.
II.4.2.2.1.2 Réparation des fuites :
Après la détection de la fuites, on
procèdera à sa réparation. Plusieurs dispositions sont
à prendre lors de la réparation :
- faire un terrassement profond pour éviter le retour
d'eau polluée dans la canalisation après la coupe de la conduite
;
- ne pas procéder à la vidange de la conduite
avant la fin du terrassement et le dégagement total du tronçon au
droit de la fuite ;
- bien nettoyer à l'eau javellisée toutes les
pièces de réparation ainsi que les parties du tuyau
dégagé.
Avant la remise en service de la conduite, il est
nécessaire de la rincer et de procéder au contrôle de la
qualité de l'eau.
II.4.2.2.2 Le comptage :
Une partie considérable des pertes d'eau est due au
sous comptage. Pour améliorer le comptage de l'eau du réseau, une
bonne gestion des compteurs à la production et au niveau des
abonnés s'impose. Cela consiste à :
- Vérifier la sensibilité des compteurs
individuels,
- Etendre le comptage dans les bâtiments publics sans
compteurs,
- Installation de compteurs pour les nouveaux abonnés.
II.4.3 Dispositions et moyens d'intervention
[19]
Pour assurer une organisation convenable d'un service
d'entretien et de maintenance, il est utile de :
· Faire des prévisions pluriannuelles des moyens
en personnels, en matériels et en budget mis à la disposition des
services d'études, d'exploitation et des groupes d'entretien ;
· Disposer d'un personnel compétent ;
· Posséder des plans de gestion donnant les
caractéristiques des conduites et des autres organes du réseau,
la localisation exacte des noeuds, plans qui sont à tenir à jour
en permanence ;
· Connaître toutes les informations utiles
relatives aux fonctionnalités et tous les renseignements statistiques
annuels intéressant les interventions d'entretien et les
réparations effectuées sur le réseau et les ouvrages ;
· Connaître les valeurs d'exploitation, des
coûts et de la gestion proprement dite des personnels et
matériels.
II.4.3.1 Moyens humains :
Le personnel doit avoir des compétences techniques dans
différents domaines : l'hydraulique, l'électricité,
l'électromécanique et l'électronique.
Le nombre d'agents composant l'équipe d'intervention
dépend de l'importance du réseau, de la complexité de ses
équipements et du budget annuel accordé au service.
II.4.3.2 Moyens matériels :
Le choix du type et du nombre des moyens matériels
à utiliser dépend du type d'intervention qui lui-même
dépend du type de la défaillance. Les moyens matériels
utilisés pour les interventions sont classés en deux
catégories : Moyens simples (clefs, tournevis, poste à souder,
etc.) et des moyens lourds (bulldozers, pelle hydraulique, matériels de
détection des fuites, etc.).
II.5 Réhabilitation
II.5.1 Définition
Le dictionnaire Larousse définit la
réhabilitation comme étant l'ensemble des opérations qui
permettent de maintenir en état de fonctionnement un matériel
susceptible de se dégrader, soit par réparation de l'ouvrage
faillé, soit par un renouvellement total du matériel.
II.5.2 Les différentes techniques de
réhabilitation [02]
On distingue trois méthodes principales de
réhabilitation dans le réseau de distribution.
· Les revêtements internes au mortier ciment.
· Les traitements par injection.
· Les gainages plastiques.
II.5.2.1 Les revêtements internes au
mortier-ciment :
a-/Procédé par compression :
Utilisé pour le traitement des canalisations en fonte et
en acier dont le diamètre est compris entre 100 et 400 mm.
Le mortier ciment est introduit à
l'extrémité du tronçon. Un outil enducteur, tracté
à faible vitesse, pousse devant lui la masse semi-liquide du mortier.
Une partie de cette masse, fortement comprimée dans les parois du
tronçon, obstrue les trous et les fissures.
b-/Procédé par centrifugation
:
Une pompe à mortier est reliée à un
malaxeur. Celle-ci, par l'intermédiaire d'un tuyau d'alimentation en
mortier refoule le mortier dans un appareil muni d'une tête de projection
rotative. Le mortier est alors projeté avec force sur les parois de la
canalisation par l'appareil tracté par le tuyau d'alimentation.
L'utilisation de cet appareil est limitée pour des
canalisations de diamètre inférieur à 600 mm. Pour des
diamètres supérieurs, on utilise une machine auto-tractrice.
L'inconvénient de la méthode de revêtement
au mortier ciment est qu'elle est limitée pour des tronçons sans
ramifications ni branchements.
Fig.(II.2) : Procédé de
réhabilitation par centrifugation
II.5.2.2 Le traitement par injection :
Contrairement à la méthode
précédente, celle-ci ne traite pas toute la canalisation mais
seulement le problème rencontré (l'endroit précis). Elle
est utilisée surtout pour le contrôle des joints et les fissures.
Le processus se fait de la manière suivante :
Après nettoyage soigné de la canalisation, on y
introduit un appareil muni d'une caméra et d'un manchon gonflable. La
caméra permet de visionner l'endroit du joint ou de la fissure. On y
placera le manchon. L'étanchéité du joint est
contrôlée après gonflement du manchon. Si le joint est
détérioré, on injecte deux solutions chimiques qui, en se
polymérisant, sortent par la fuite et se solidifient provoquant
l'obstruction de la fuite. Sinon on passera au contrôle du joint
suivant.
Fig. (II.3) : Procédé de
traitement des conduites par injection
II.5.2.3 Le gainage plastique :
Cette méthode est très intéressante dans
la cas où la canalisation est très endommagée, et son
remplacement pose trop de difficultés ou de perturbations
d'exploitation. Cette méthode utilise deux procédés :
· Utilisation des tuyaux en chlorure polyvinyle PVC,
· Utilisation d'une gaine de polyéthylène
haute densité.
a-/Utilisation des tuyaux PVC :
Des tuyaux en PVC semi-rigides, de diamètre
inférieur à celui des canalisations sont insérés
à l'intérieur de celles-ci et sont soudés les uns aux
autres par un thermosoudeur. Malgré la diminution de la section de la
canalisation, le débit initial est rétabli par augmentation de la
pression.
Cette méthode présente l'avantage de permettre
de très bons résultats pour des petits tronçons à
un faible coût. Toutefois, elle présente aussi deux principaux
inconvénients ; la difficulté de raccorder les tuyaux et risque
problèmes engendrés la dilation de matériaux
différents.
b-/Utilisation de la gaine en polyéthylène
HD :
La gaine est introduite dans la canalisation et on utilise le
poids d'une colonne d'eau pour la retourner avec le coté résine
en contact avec la canalisation et le coté feuille vers la
lumière de la conduite. Une fois la gaine complètement
insérée, on utilise un circuit d'eau chaude (60°C) afin de
déclencher la polymérisation de la résine. Une
fois l'opération terminée (en quelques heures) on
a une vieille canalisation avec une face interne lisse et neuve et sans
raccord.
Cette méthode présente de nombreux avantages :
- Elle convient à tous les types de tuyaux : acier,
fonte, amiante-ciment, ... etc. même en très mauvais état
;
- Elle convient à toutes les sections à partir de
100 mm ;
- Utilisation sans ouverture de fouilles ;
- Très faible réduction de la section.
Fig. (II.4) : Procédé de
réhabilitation des conduites par utilisation d'une gaine en
Polyéthylène HD
I.6 Conclusion :
Dans ce chapitre, nous avons vu que les défaillances,
qui ont lieu dans le réseau, engendrent parfois des dégâts
considérables qui nécessitent des investissement importants.
Une étude de diagnostic approfondie aide le gestionnaire
à régler ces défaillances et à mieux gérer
les investissements. Cela consiste à :
- Optimiser les coûts de l'entretien,
- Evaluer les coûts de réparation et ceux d'une
réhabilitation des conduites et de prendre la meilleure
décision,
- Choisir la meilleure technique de réhabilitation pour
les conduites détériorées. L'application des
méthodes d'optimisation multicritère sur le cas des
réseaux d'A.E.P aidera les gestionnaires à prendre la meilleure
décision. Parmi ces méthodes, on retrouve les méthodes
ELECTRE, notamment la méthode ELECTRE TRI sur la quelle va porter notre
étude. L'illustration de ces différentes méthodes sera
l'objet du chapitre suivant.
