L'Eau Magazine n°20 nov 12 à mai 2013
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Recherche & innovation Smart water  : les smart grids bientôt déclinés dans le secteur de l’eau Depuis plus de dix ans, la notion de « smart grids » (ou réseaux intelligents) se développe, notamment pour la production et la distribution de l’électricité. Appliquées à l’eau, ces nouvelles technologies optimiseraient l’exploitation des ressources hydriques. « Des technologies réparties partout dans le réseau... » Exemples d’applications Capteurs de débit et de pression Capteurs acoustiques Capteurs de qualité d’eau Enregistreurs de mesure Optimisation des pompes Télésurveillance et acquisition de données Gestion des pressions Détection des fuites Systèmes d’alerte Contrôle des infrastructures Tableaux de bord numériques Système d’Information Géographique Modélisation hydraulique Gestion Patrimoniale Organisation du travail 76 Au début des années 2000, les électriciens, devant les nouveaux problèmes posés par la mise en œuvre de multiples sources d’énergie électriques et par la nécessité d’optimiser les profils de consommation, ont développé le concept de smart grids. Concrètement, le réseau traditionnel amène l’électricité depuis des centrales de production jusqu’aux lieux de consommation à travers une structure de réseau arborescente où l’intelligence se résume aux fonctions de protection, de comptage et de délestage/reconfiguration. Les principes qui fondent les smart grids sont d’une tout autre nature. Grâce à des instruments de mesure et de traitement répartis au plus près de la « couche physique du réseau », la gestion de multiples petites sources d’énergie renouvelables, délocalisées et intermittentes, est devenue possible. De la même manière, on est capable d’optimiser les profils de consommation devenus critiques pour économiser l’énergie. En somme, des technologies réparties partout dans le réseau pour que soient régulées et optimisées de multiples sources de production et de consommation d’électricité. Eau et énergie, un lien évident En ce début de XXI e siècle marqué par les perspectives de hausse des prix de l’énergie et de déficit d’alimentation en eau dans de nombreuses régions du globe, l’heure est peut-être venue de revisiter cette vieille tradition qui veut que le monde de l’électricité et celui de l’eau évoluent avec un parallélisme évident. Une première raison pour laquelle les smart grids et le domaine de l’eau vont s’interpénétrer tient au fait que les stations d’épuration sont de grande consommatrices d’énergie (jusqu’à 20% de la consommation électrique d’une ville). Les contraintes de Kyoto et la mise en œuvre du Grenelle rendent inévitable l’amélioration des bilans énergétiques et la réduction des gaz à effet de serre au niveau de ces sites. De plus en plus de régulateurs de vitesse automatisés sont installés afin de gagner plusieurs points de rendement pour les agitateurs et les pompes. Le profil de consommation est donc adapté en temps réel et sur mesure. Les stations du futur deviendront même des sources alternatives de production électrique, en étant a minima à énergie passive ou plus souvent positive. Audelà des procédés classiques (photovoltaïques), de grands espoirs sont fondés sur la valorisation de la matière organique. L’exploitation du biogaz généré par la méthanisation permet déjà de produire localement de l’électricité destinée en priorité à autoalimenter la station, mais elle pourra aussi être injectée sur le réseau local. Ainsi, le concept de smart grid vient directement impacter les nouveaux schémas des stations d’épuration. Nouvelle ressources locales Il y a une raison encore plus évidente pour pousser plus loin cette analyse comparative entre réseaux d’électricité et réseaux d’adduction et d’assainissement. Nombre des grands enjeux qui mobilisent les traiteurs d’eau et les canalisateurs pour le futur militent en faveur d’une intelligence implantée au plus près des process. Le stress hydrique de plus en plus prégnant dans de nombreuses régions et la nécessité d’utiliser parcimonieusement l’eau potable conduisent naturellement à la mise en œuvre de process de « reuse » (réutilisation des eaux usées traitées), à la détection en temps réel des fuites mais aussi à la récupération des eaux pluviales et des eaux de ruissellement. La mise à disposition de technologies performantes en matière de mesure, de traitement de l’information et de communication permettent désormais d’envisager des process délocalisés au plus près du terrain, à l’image des nouvelles micro-sources d’énergie alternative. Par exemple, des sites privés ou industriels s’équipent déjà en installations de traitement et de « reuse » pour alimenter leur propre process. Il n’y a qu’un petit pas à franchir pour L’eau magazine novembre 2012 N°20
que ces ressources soient partagées, et qu’une communauté locale puisse profiter d’une eau ainsi retraitée pour d’autres usages que ceux qui étaient envisagés initialement. Les contraintes de dimensionnement, les objectifs de qualité et les infrastructures doivent bien sûr être adaptés, mais cette perspective ne relève plus de la science-fiction puisque les technologies d’intelligence locale régulent déjà ces systèmes complexes de production/distribution. Dans un autre domaine, des municipalités mettent déjà en œuvre des politiques de récupération des eaux de pluie (Saint-Jean-de-Braye, Marcq-en-Baroeul…). Les systèmes commercialisés offrent aujourd’hui la possibilité à la fois de stocker l’eau, de la réinjecter dans le réseau ou de l’utiliser à la place de l’eau potable pour des usages locaux appropriés (arrosage, lavage…). Grâce à des technologies de mesure et de régulation, une mise en réseau de ces nouvelles ressources au plan local apporterait de la souplesse et optimiserait au plan global l’exploitation des ressources hydrauliques. Un dernier exemple concret  : les pertes de revenus pour les opérateurs de réseaux d’adduction sont évaluées à 20% du chiffre d’affaires pour la ville d’Athènes. Elles sont estimées à plus de 40% pour la ville de Montreal 1 et aucune ville n’échappe à ces pertes. Ces dernières couvrent les pertes physiques bien sûr, mais aussi les consommations non autorisées et les erreurs et imprécisions de comptage et de facturation. L’apparition des technologies communicantes de détection de fuites et le développement des compteurs dits « intelligents » devraient réduire ces pertes. Interopérabilité des outils de mesure Le concept de « réseaux d’eau intelligents » (Smart Water Networks) est donc en train de prendre forme à l’image des « réseaux électriques intelligents ». L’industrie de l’eau n’est pas traditionnellement une utilisatrice précoce de nouvelles technologies, mais elle s’adapte très rapidement. Les contraintes environnementales et économiques d’une part, la mise à disposition d’outils délocalisés de mesure, de traitement de l’information et de communication d’autre part poussent dans ce sens. Les technologies mises en œuvre couvrent un vaste domaine (voir encadré). À l’image des 1 SWAN Research, août 2011. autres réseaux (électrique, informatique), on assistera à une structuration et à une standardisation en couches des systèmes de données – depuis les capteurs jusqu’aux outils de pilotage stratégique du réseau et des bassins. Les réseaux d’eau intelligents vont de toute évidence améliorer la fiabilité, la longévité et l’efficacité notamment énergétique et environnementale, mais cette heureuse perspective ne pourra devenir réalité que si les diverses informations et données extraites des systèmes complexes peuvent être fiabilisées, utilisées et réutilisées de manière simple et flexible. Aujourd’hui, les composants de mesure et de traitement d’information qui préfigurent les réseaux d’eau intelligents ne sont pas assez compatibles et interopérables, parce qu’ils sont mis en œuvre dans le cadre de systèmes de production, de transport ou de distribution isolés et peu interconnectés. Le défi consiste donc à améliorer la compatibilité et l’interopérabilité des outils mis en œuvre. Philippe-Martial Moreau Consultant Recherche & innovation L’eau magazine novembre 2012 N°20 77



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