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Optimisation multicritère pour la gestion d'un réseau d'AEP

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par Gueddouj et Ouaret
Université béjaia - ingénieur 2002
  

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Introduction générale

Introduction générale

Les recherches menées actuellement dans le domaine des réseaux d'eau potable concernent essentiellement le vieillissement des réseaux, la réalisation de diagnostic et la construction de programme de maintenance / réhabilitation. Ces différents problèmes constituent, de nos jours, une préoccupation majeure pour les gestionnaires des réseaux d'A.E.P.

La mise en place d'une gestion patrimoniale repose sur l'élaboration d'un outil intelligent d'aide à la décision (O.I.A.D) capable de proposer des solutions méthodologiques optimales de gestion et d'exploitation. Cet outil est basé sur l'expertise et la programmation des données relatives au réseau.

Ce travail est réparti en cinq chapitres. Dans le premier, nous allons faire un rappel général sur les réseaux d'A.E.P, avec un détail du réseau de distribution, car c'est sur ce dernier que va porter essentiellement notre étude. Les différents problèmes et défaillances pouvant se manifester dans un réseau de distribution d'eau potable, le diagnostic, l'entretien et les différentes techniques de réhabilitation des conduites seront illustrés dans le deuxième chapitre.

L'objet du troisième chapitre est l'établissement des bases de l'approche multicritère d'aide à la décision. Dans ce chapitre, Nous allons aussi donner un aperçu sur les méthodes ELECTRE et détailler la méthode retenue pour l'optimisation.

Dans le quatrième chapitre, nous allons essayer de formuler le problème posé et donner sa modélisation mathématique ainsi que sa résolution par la méthode ELECTRE TRI.

Enfin, l'élaboration du modèle informatique pour l'obtention des solutions optimales, suivie d'une exécution sur un cas réel (réseau de Oued-Ghir chef lieu) sera l'objet du dernier chapitre.

CHAPITRE I

Rappel général sur les réseaux d'A.E.P

I.1 Introduction

Le distributeur d'eau potable a toujours le souci de couvrir les besoins des consommateurs, en quantité et qualité suffisantes. Il a aussi le souci de veiller à la bonne gestion et à la perfection de toutes les infrastructures concourant l'approvisionnement en eau.

Dans ce chapitre, nous présenterons les différents maillons constituant un réseau d'Alimentation en Eau Potable (A.E.P), les différents problèmes pouvant être rencontrés dans un tel réseau et les différentes méthodes de réhabilitation permettant d'en remédier.

I.2 Description d'un réseau d'A.E.P [06]

Un réseau d'A.E.P constitue l'ensemble des moyens et infrastructures dont dispose l'ingénieur pour transporter l'eau depuis la source jusqu'au consommateur.

Un réseau d'eau potable doit être fiable et durable pour pouvoir répondre aux exigences des consommateurs (quantité et qualité optimales, dysfonctionnement minimaux).

Le transport de l'eau de la source jusqu'au point de distribution se fait suivant une chaîne composée de quatre maillons principaux (fig. I.1).

Ressource
(Captage)

Production
Adduction

Stockage
(Réservoir)

Distribution

Traitement

Fig.(I.1) : Schéma général d'un réseau d'A.E.P

L'incorporation ou non du maillon traitement dépend de la qualité de l'eau de la source.

Avant de détailler le réseau de distribution, sur lequel va porter notre étude, nous allons d'abord décrire brièvement les autres maillons.

I.2.1 Maillon ressource :

La ressource est une structure permettant le captage de l'eau. La prise d'eau se fait habituellement par un captage d'eau de surface (rivière, lac, barrage, etc.). En l'absence d'une telle source, ou lorsque l'eau de surface est trop polluée, on procède au captage d'eau souterraine (forage, puits, galeries, sources, ...).

I.2.2 Maillon production - adduction :

Ce maillon est un ensemble constitué d'une station de pompage et d'un dispositif d'adduction (conduite et accessoires).

a)-La station de pompage : [01]

C'est le dispositif de production. Sa capacité est fonction du ou des réservoirs de stockage. Elle est constituée des ouvrages et des équipements suivants :

- bâche d'aspiration,

- chambre de télé-contrôle et d'automatisation,

- groupes électropompes,

- autres équipements en amont et en aval des pompes (vannes, clapets, manomètres, etc.).

On remarque l'existence de plusieurs pompes. Ceci permettra d'un côté, de minimiser la consommation de l'énergie électrique, car le débit produit est réparti sur l'ensemble des pompes, et de l'autre côté, d'assurer la continuité du service en cas de panne de l'une d'elles.

b)-Le dispositif d'adduction :

La conduite d'adduction relie la prise d'eau au réservoir de stockage. C'est une conduite d'un gros diamètre car elle est destinée à transporter un débit très important.

Pour faire face aux contraintes imposées par le terrain et le relief, on doit accompagner la conduite d'adduction par divers ouvrages :

> Ventouses aux points hauts du tracé pour l'évacuation d'air,

> Vidanges aux points bas du tracé,

> Brises charge pour éviter la surpression et la sous-pression dans la conduite. Plusieurs types de dispositifs sont utilisés :

i Volants d'inertie

i Soupapes de décharge

i Réservoirs d'air

i Cheminées d'équilibre.

> Ouvrages de protection contre la corrosion de la conduite.

I.2.3 Le maillon traitement :

Le traitement de l'eau brute se passe généralement en trois étapes :

- La clarification : il s'agit de débarrasser l'eau des particules colloïdales en

utilisant un massif filtrant.

- La stérilisation : son objectif est de rendre l'eau bactériologiquement pure. Pour

ceci, on utilise des oxydants tels que le chlore et l'ozone.

- L'affinage : permet d'éliminer les micropolluants (corps dissous).

I.2.4 Le maillon stockage : [05, 09]

Le réservoir de stockage est un bassin qui se remplit au cours des faibles consommations et qui se vide pendant les périodes de fortes consommations journalières. Le réservoir présente deux utilités (technique et économique) par les multiples fonctions qu'il remplit :

· Fonctions techniques : il permet :

V' La régulation du débit pour tous les ouvrages qui se situent en amont et en aval de lui ;

V' La régulation de la pression dans le réseau de distribution ;

V' L'assurance de la continuité de l'approvisionnement en cas de panne dans les ouvrages situés dans la partie amont ;

V' La participation au traitement (utilisation de réactifs).

· Fonctions économiques : il permet :

V' La réduction des investissements sur tous les autres ouvrages du réseau d'A.E.P ;

V' La réduction des coûts de l'énergie.

La capacité d'un réservoir dépend du mode d'exploitation des ouvrages de la partie amont et de la variabilité de la demande.

Pour l'emplacement d'un réservoir, selon que l'agglomération est située en plaine ou en terrain accidenté, il peut être soit enterré, soit semi-enterré, soit surélevé.

I.2.5 Le réseau de distribution :

I.2.5.1 Définition :

Du réservoir de stockage sort une conduite principale de gros diamètre. Celle-ci, en se prolongeant le long des rues de l'agglomération forme un ensemble de conduites maîtresses. Sur chacune de ces dernières, sont branchées des conduites de diamètres moindres dites conduites secondaires, tertiaires, etc.

L'ensemble de toutes ces différentes canalisations avec l'ensemble des équipements qui les accompagnent forment le réseau de distribution. C'est l'infrastructure la plus importante du réseau global, car il s'étend sur toute la surface de l'agglomération.

I.2.5.2 Ossature du réseau :

L'ossature du réseau dépend de la configuration de l'agglomération. Deux géométries de réseau sont possibles : réseau ramifié ou réseau maillé.

· Le réseau ramifié : il est appelé ainsi car il possède topologiquement une structure d'arbre. Pour ce type de réseau, à partir d'une conduite centrale, on met en relation plusieurs canalisations secondaires, tertiaires, ... etc. jusqu'à chaque compteur individuel. Un tel système présente un grave défaut ; dans une conduite donnée, l'eau circule toujours dans le même sens. Donc, une panne dans la conduite entraîne la perte de service pour tous les usagers situés en aval.

· Le réseau maillé : ce type de réseau est constitué de boucles. Le sens de l'écoulement varie fréquemment selon la demande de certaines conduites. En effet, le nombre d'abonnés non desservis en cas de panne ou de réparation est réduit au maximum puisque l'eau peut atteindre un même point par plusieurs chemins. L'autre intérêt est que la vitesse d'écoulement de l'eau est rarement nulle, ce qui offre l'avantage de maintenir la bonne qualité de l'eau distribuée.

R

(R : Réservoir)

R

Réseau ramifié Réseau maillé

Fig. (I.2) : Schéma général d'un réseau de distribution.

I.2.5.3 Éléments constitutifs d'un réseau de distribution d'eau potable :

I.2.5.3.1 Les matériaux des canalisations :

Trois considérations sont essentielles pour le choix du matériau des canalisations : - la sécurité de service,

- la longévité,

- le facteur économique.

Pour les conduites maîtresses, les matériaux les mieux adaptés sont la fonte ductile, le béton armé et l'acier, par contre, pour les conduites secondaires, on choisit des tuyaux en acier, polyéthylène et le PVC à joints flexibles.

I.2.5.3.2 Les joints :

Ils ont pour fonction d'assurer l'étanchéité des jointures des tuyaux et faire face aux sollicitations mécaniques et chimiques. Pour cela, ils doivent épouser parfaitement la loge qui leur est destinée.

Les joints constituent la partie la plus fragile de la canalisation à cause de leur souplesse ; tout mouvement du tuyau s'articule sur le joint, ce qui provoque en lui des usures mécaniques. L'action des produits chlorés de l'eau et le dessèchement induisent le vieillissement des joints.

Il existe trois principaux types de joints : mécaniques, à emboîtement et à bride. Les joints mécaniques ou à emboîtement sont utilisés pour relier les conduites enfouies dans le sol, alors que les joints à bride sont utilisés pour raccorder des tronçons à l'intérieur des constructions (station de pompage, station de traitement, etc.).

Fig.(I.3) : les différents types de joints : a) mécanique, b) à emboîtement, c) à bride

I.2.5.3.3 Les vannes :

Elles permettent de maîtriser les écoulements dans le réseau, donc de mieux gérer celui-ci. Il existe plusieurs types de vannes qui satisfont à des besoins variés. :

· Les vannes d'isolement : permettent d'isoler certains tronçons qu'on veut inspecter, réparer ou entretenir. On distingue deux types : les robinets à papillon pour les conduites de gros diamètres et les robinets-vannes pour les conduites de petits diamètres.

· Les vannes à clapets de non-retour : permettent de diriger l'écoulement dans un seul sens. Elles sont installées sur les conduites de refoulement.

· Les vannes de réduction de pression : permettent de réduire la pression à une valeur prédéterminée.

Fig.(I.4) : les différents type de vannes : a) robinet-vanne b) robinet à papillon c) vanne à clapet de non-retour d) vanne de réduction de pression.

I.2.5.3.4 Les ventouses :

On installe des ventouses aux points élevés du réseau. Elles permettent d'un côté, de faire évacuer les quantités d'air qui s'y accumulent à la suite, par exemple, du dégazage de l'oxygène dissous, et de l'autre côté, de faire pénétrer l'air lorsqu'un vide se crée dans une conduite et évitent la création de pressions négatives qui risqueraient d'entraîner l'écrasement de la conduite. Trois types de ventouses sont utilisées : ventouses pour petites quantités d'air, ventouses pour grandes quantités d'air et ventouses universelles.

Fig.(I.5) : types de ventouses : a) ventouse à petites quantités d'air

b) ventouse à grandes quantités d'air c) ventouse universelle.

I.2.5.3.5 Les décharges :

Une décharge est un robinet placé au point bas de la canalisation pour en permettre la vidange, l'évacuation s'effectue à l'égout le plus voisin ou si le point bas se trouve hors de la ville, dans le fossé le plus proche. Ce robinet sera placé à l'intérieur d'un regard en maçonnerie et doit être facilement accessible. [05, 09]

I.2.5.3.6 Les poteaux d'incendie : [06]

Ils permettent de fournir aux pompiers l'eau dont ils ont besoin pour combattre les incendies. Ils sont reliés aux conduites du réseau par des conduites de raccordement dotées d'une vanne d'isolement. Un poteau d'incendie doit comporter au moins deux prises latérales de 65 mm de diamètre et une conduite de 100 mm de diamètre si le débit excède 5000 l/mn ou la pression si est faible.

La superficie desservie par un poteau d'incendie dépend du débit nécessaire pour combattre les incendies ; plus le débit est élevé, plus les poteaux sont nombreux et rapprochés.

Fig.(I.6) : Poteau d'incendie. [06]

Fig.I.7 : installation d'un poteau d'incendie vue en coupe. [06]

I.2.5.4 La pression dans le réseau :[06, 09]

Le réseau doit être calculé de telle sorte que l'eau parvienne aux consommateurs avec une pression minimale. L'eau doit en effet atteindre les étages supérieurs des habitations et permettre l'utilisation efficace des appareils ménagers (chauffe-bain, machine à laver). Une pression minimale de 150 kpa est alors recommandée.

En vue de la bonne tenue des canalisations, et notamment de leurs joints, il y a lieu d'éviter des pressions supérieures à 500 kpa qui risquent d'apporter des désordres (fuites) et certains bruits désagréables dans les installations intérieures des abonnés.

I.3 Problèmes rencontrés dans un réseau d'A.E.P :

Plusieurs problèmes de différentes origines peuvent survenir dans un réseau d'A.E.P ; des fuites, les branchements illicites, les erreurs de compteurs, les problèmes environnementaux, pénétration de contaminants, chute de pression, des ruptures ou casses sur les conduites et leurs accessoires, les interruptions. A ces problèmes s'ajoutent des problèmes de gestion du réseau. Ces différents problèmes causent le

mécontentement des consommateurs qui réagissent en déposant des plaintes sur les différents services (quantité insuffisante, qualité médiocre, interruption de l'alimentation, etc.) au niveau des services concernés.

Les différents problèmes survenant dans un réseau d'alimentation en eau potable peuvent être classés en trois grandes catégories :

- Problèmes induisant les ruptures et les casses,

- Problèmes induisant les fuites,

- Problèmes induisant la dégradation de la qualité de l'eau.


· Problème de gestion des réseaux d'A.E.P en Algérie :

Les problèmes de gestion des réseaux algériens sont très divers :
- Méconnaissance des besoins en eau des populations.

- Entretien quasi-nul des canalisations et de leurs accessoires. - Coupures d'eau fréquentes.

- Fuites non répertoriées.

- Interventions trop lentes sur les fuites.

- Personnel insuffisant et non qualifié.

- Inexistence de pompes de secours au niveau des stations de pompage. I.4 Conclusion :

Dans ce chapitre, nous avons décrit d'une manière générale un réseau d'alimentation en eau potable ainsi que les différents problèmes pouvant survenir dans un tel réseau. Le détail de ces problèmes sera l'objet du chapitre suivant.

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"Aux âmes bien nées, la valeur n'attend point le nombre des années"   Corneille