La régulation dynamique du Canal de Provence

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1 SOMMAIRE 1 DESCRIPTION GENERALE DU CANAL DE PROVENCE 2 GESTION TECHNIQUE CENTRALISEE 3 LES EQUIPEMENTS DE TELEGESTION 3.1 Le traitement des données 3.2 Les transmissions 3.3 Les mesures et les commandes 4 LA REGULATION DYNAMIQUE 4.1 Les contraintes hydrauliques 4.2 Principes de base de la Régulation Dynamique 4.3 Remarques sur la conception de la Régulation Dynamique 4.4 Qualité du fonctionnement 5 CONCLUSION Situé dans le sud de la France, le Canal de Provence alimente en eau ha de terres agricoles, une centaine de villes et villages représentant en été prés de d habitants et de nombreuses industries. Il fonctionne à la demande sans tour d eau ni priorité quelconque. Le débit dérivé en tête est de 40 m3/s et l aménagement comprend 70 km de canaux principaux et 140 km de galeries qui alimentent environ km de canalisations, 80 réserves et stations de pompage. Tous les ouvrages principaux sont commandés à distance par un système de télégestion appelé «Régulation Dynamique» qui assure de manière automatique et permanente le contrôle des réglages et la mise en œuvre des sécurités. Ce système est basé sur l association d une commande en boucle ouverte réalisée à partir des prévisions de consommation et d une correction continue en boucle fermée. Une attention particulière a été portée aux fonctionnements dégradés en cas d anomalies ou d incidents, de manière à garantir la continuité du service et la sécurité des ouvrages. Installée il y a plus de 30 ans, régulièrement modernisée pour intégrer les progrès de l informatique industrielle, la Régulation Dynamique donne entière satisfaction sur le plan de la sécurité et de l efficacité.

2 1 DESCRIPTION GENERALE DU CANAL DE PROVENCE Le Canal de Provence est un aménagement à buts multiples dont le rôle est de transporter et de distribuer de l eau brute dans le sud-est de la France. La zone desservie couvre une superficie de km2 à l est du Rhône entre la côte méditerranéenne et les Préalpes du Sud. La ressource en eau principale est constituée par le réservoir de Sainte-Croix sur le Verdon, d une capacité de 770 millions de m3, qui constitue un des éléments d un vaste schéma d aménagement hydroélectrique, englobant la totalité des bassins versants de la Durance et du Verdon. Le Canal de Provence constitue la partie terminale de ce schéma : il achemine l eau vers les zones de consommation et la distribue à ha de terres agricoles, à une centaine de villes et villages et à des industriels. Les ouvrages du Canal de Provence peuvent être classés en trois catégories : Les ouvrages principaux comprennent le Canal Maître et quatre branches dérivées. Ils fonctionnent par gravité et transportent un débit décroissant de 40 à 1,5 m3/s. Ils représentant 70 km de canaux à surface libre et 140 km de tunnels en charge. Les canalisations d adduction d un diamètre supérieur à 500 mm, représentent un linéaire de 600 km. Elles fonctionnent toujours en charge, soit par gravité, soit après mise en pression par 80 stations de pompage associées à des réservoirs d écrêtement et de régulation. Les réseaux de distribution englobent km de canalisations sous pression d un diamètre compris entre 100 et 500 mm; ils assurent la distribution de l eau à une pression d environ 4 bars. Ils fonctionnent à la demande en libre service, sans tour d eau ni horaires préétablis La seule restriction imposée aux utilisateurs directs est une limitation du débit et un comptage du volume consommé.

3 2 GESTION TECHNIQUE CENTRALISEE Tous les ouvrages de la SCP sont télésurveillés en s appuyant sur un ensemble de capteurs, d actionneurs de terrain et d automatismes locaux. Ces équipements sont connectés à un réseau de télétransmission qui s appuie sur divers supports de communications tels que des câbles posés dans le canal, le téléphone, des liaisons louées à France Télécom, la téléphonie mobile, la Radio, le réseau privé virtuel de la SCP (ce dernier relie le siège de la SCP aux sites les plus importants en s appuyant sur des technologies internet sécurisées). Le logiciel de supervision à l aide duquel le personnel de la SCP gère ce système s articule autour d une application principale au siège de la SCP et d applications secondaires dans les centres extérieurs. Il assure la surveillance en temps réel des ouvrages (sécurité, disponibilité de l eau en quantité et en qualité). Le personnel est alerté en cas de défaillance et peut réagir rapidement, il peut agir sur les ouvrages sans se déplacer. Les données archivées sont utilisées pour des diagnostics ou étudier les améliorations à apporter. Le fonctionnement est ainsi entièrement automatique et ne nécessite aucune présence humaine permanente sauf en cas d incident grave. Pour optimiser le fonctionnement des canaux, le logiciel de «Régulation dynamique» assure la commande automatique des principaux ouvrages du Canal de Provence en s appuyant sur une estimation prévisionnelle des besoins et une correction permanente (tous les quarts d heure) calculée à partir des mesures de l état du canal fournies par le système de supervision. Ce système s appuie sur des infrastructures dont les premières versions datent de la création du canal et il intègre des technologies modernes en constante évolution. Le logiciel de régulation dynamique assure le pilotage coordonné de 22 ouvrages (Brises charges, Station de pompages ) répartis sur toute la région PACA. Il commande 60 organes qui vont de vannes de régulation de gros gabarit à des pompes pour la mise pression de l eau dans les adductions. Les stockages sont constitués en ligne dans les canaux ou dans des réservoirs de capacité moyenne (quelques milliers de m3). A l origine, le système de commande automatique se limitait à la régulation des ouvrages principaux depuis le siège de la SCP, en particulier les canaux à surface libre, et avait été conçu comme une alternative aux méthodes classiques de régulation des canaux, à savoir régulation par l amont, par l aval ou à volume constant. Compte tenu des avantages qu il procurait, il a été, par la suite, étendu aux conduites principales et à de nombreuses stations de pompage et réservoirs. Parallèlement à cette extension, les infrastructures de télégestion ont été utilisées à d autres usages que la seule régulation centralisée : Les centres extérieurs d exploitation, qui n avaient initialement qu un rôle de secours en cas de rupture des communications, ont progressivement valorisé les informations qu ils transitaient pour améliorer la surveillance locale et réduire les temps d intervention en cas d incident. Les informations retransmises au centre de commande se sont révélées particulièrement intéressantes pour assurer de manière efficace la maintenance préventive et même corrective des principaux équipements. Enfin, la centralisation et l enregistrement des données permettent à l ensemble de la SCP d analyser l évolution de la demande, de suivre en temps réel ou légèrement différé les performances des ouvrages et la qualité du service rendu et ainsi d adapter sa politique commerciale et technique aux conditions réelles et aux tendances observées. Tous ces développements ont été rendus possibles par les progrès de la technique et ont bénéficié des infrastructures existantes et de l expérience positive apportée par le fonctionnement satisfaisant du système initial.

4 3 LES EQUIPEMENTS DE TELEGESTION 3.1 Le traitement des données Il est assuré par des serveurs informatiques fonctionnant sous système d exploitation VMS (chaque centre extérieur est équipé d un serveur, le site central est équipé d un serveur sécurisé avec deux paires de disques raid et une alimentation électrique redondante). Ces serveurs sont connectés à des terminaux où des PC pour les utilisateurs. Des PC portables permettent d utiliser à distance les ordinateurs centraux. L interrogation des équipements de télétransmission est assurée par des frontaux de communication qui sont interrogés par le site central et par au moins un Centre extérieur d Exploitation. Il est à noter que, pour des raisons de sécurité, certains points de mesure particulièrement importants sont interrogés par deux chemins de communication indépendants. Le programme de supervision a été mis au point par la Société du Canal de Provence sous l appellation GTC/SCP. 3.2 Les transmissions La transmission des informations s appuie sur divers supports de communications qui englobent : 470 km de câbles appartiennent à la Société et sont enterrés le long des ouvrages Le réseau téléphonique public, des liaisons louées à France Télécom, de la téléphonie mobile, de la radio pour des liaisons locales le réseau privé virtuel de la SCP (ce dernier relie le siège de la SCP aux sites les plus importants en s appuyant sur des technologies internet sécurisées). Le codage, l envoi et la réception des mesont assurés par plus de 300 stations de sures et commandes télétransmission. 3.3 Les mesures et les commandes Plus de mesures sont traitées soit soit calculées à partir d autres paramètres essentiellement, des mesures de niveau, de de position de vannes, de caractéristiques de l eau et des quantités de pluie. Plus de signalisations caractérisent appareillages, la disponibilité des équipede sécurité. Le système élabore et transmet plus de 500 ou rien et 100 réglages en continu. de manière directe, mesurés. Ce sont, pression, de débit, physico-chimiques l état de marche des ments et des seuils commandes en tout Canal EDF Canaux galeries Adduction Zones irriguées Réseaux Hydrauliques exploités par la SCP

5 4 LA REGULATION DYNAMIQUE Comme cela a été exposé précédemment, le logiciel de Régulation Dynamique contrôle en permanence l ensemble des canaux et ouvrages principaux. La Régulation Dynamique a été mise en service en 1970 pour répondre aux contraintes techniques liées au fonctionnement des canaux à surface libre, elle fait l objet d une amélioration permanente par la SCP. 4.1 Les contraintes hydrauliques La distribution de l eau à la demande entraîne des variations de débit importantes difficiles à prévoir et à programmer. Les canalisations sous pression sont parfaitement adaptées à ce genre de distribution et le seul problème technique à résoudre est celui de la gestion économique des réservoirs d écrêtement et des stations de pompage. Il n en est pas de même pour les canaux à surface libre qui introduisent des temps de réponse importants dans le transport de l eau et présentent une très faible souplesse en l absence de volume d écrêtement en ligne (réserve de bief). Les solutions traditionnelles présentaient de nombreux inconvénients : La régulation par l amont, facile à mettre en œuvre, nécessite des réglages par anticipation, donc une excellente prévision des variations de la demande et une parfaite maîtrise du réglage des débits. Les régulations par l aval ou à volume constant offrent des possibilités d adaptation importantes mais nécessitent des réserves de bief coûteuses et difficiles à réaliser dans certaines dispositions topographiques (canaux à berges horizontales). La Régulation Dynamique réalise la synthèse de ces deux grandes familles de méthodes de régulation en mettant en œuvre simultanément un réglage par anticipation basé sur la prévision des consommations et une correction continue des réglages pour adapter l état du canal aux conditions réelles de la demande en eau. 4.2 Principes de base de la Régulation Dynamique La Régulation Dynamique souvent appelée régulation à volume contrôlé, est basée sur la gestion des volumes d eau en transit le long des canaux à surface libre. Le même principe de gestion volumétrique est également appliqué aux stations de pompage et aux réservoirs qui constituent les infrastructures de base du transport de l eau sous pression. Ainsi, la même méthode, avec des modalités différentes de calcul, s appliquent à tous les ouvrages de la Société, quel que soit leur régime de fonctionnement hydraulique ; elle permet d assurer en tous points la satisfaction de la demande en eau avec les marges de sécurité nécessaires et d optimiser le coût d exploitation, en particulier en ce qui concerne les dépenses ou la production d énergie électrique.

6 Sur le plan pratique, le logiciel de la Régulation Dynamique effectue en temps réel les différentes tâches suivantes : Stricts contrôles de validité et de cohérence des informations reçues dans l espace (les unes par rapport aux autres) et dans le temps (variations). 1. Stricts contrôles de validité et de cohérence des informations reçues dans l espace (les unes par rapport aux autres) et dans le temps (variations). 2. Estimation prévisionnelle des besoins aux principales prises pour anticiper les variations de la demande en eau ; cette prévision à court terme se fait et se réactualise automatiquement sur la base de l historique des informations acquises. Elle peut être aussi déterminée par l opérateur pour certains utilisateurs urbains, industriels, à consommation préprogrammée. 3. Optimisation globale du fonctionnement : la gestion prévisionnelle des volumes de stockage dans les biefs et dans les réservoirs permet d utiliser de manière rationnelle les marges de manœuvre disponibles soit pour accroître la sécurité vis-à-vis d évènements imprévus, soit pour enclencher les pompages ou les turbinages, aux heures les plus favorables et ainsi réduire les coûts d utilisation ou augmenter les recettes de production d énergie électrique. 4. Régulation des volumes en transit dans les biefs ou dans les réservoirs. Cette régulation s effectue en deux étapes distinctes : - tout d abord un réglage en «boucle ouverte» sur la base des prévisions de débit, effectué toutes les 2 ou 3 heures, et de l optimisation d ensemble, - ensuite, une correction en «boucle fermée» à partir des mesures effectuées, pour tenir compte des écarts entre la prévision et la réalité. 5. Commande automatique des différents organes de réglages et contrôle de la bonne exécution des instructions. 6. En cas de non fonctionnement d une partie des équipements, déclenchement des procédures de fonctionnement dégradé automatique ; ces procédures prennent en compte un nombre très important d incidents comme par exemple l absence partielle d informations ou le blocage d un organe de réglage. Le critère principal de fonctionnement est alors la sécurité des ouvrages. Simultanément, des alarmes sont envoyées aux agents d exploitation et de maintenance.

7 ORGANIGRAMME SIMPLIFIE DE LA REGULATION DYNAMIQUE il fait apparaître les principales étapes du procédé et donne la fréquence des différentes opérations. CAPTEURS TRANSMISSION CONTINUE STATION DE TRANSMISSION TRANSMISSION INTERMITENTE CONTROLE DES INFORMATIONS TEMPS REEL PREVISION DE LA DEMANDE DEMANDE ACTUELLE CALCULS HYDRAULIQUES BASE DE DONNEES VOLUME NECESSAIRE DANS CHAQUE BIEF VOLUME ACTUEL DANS CHAQUE BIEF CORRECTION DE DEBIT MANŒUVRES VOLUME NECESSAIRE DANS CHAQUE BIEF TRANSMISSION INTERMITENTE FREQUENCE DES OPERATIONS INTERROGATION DES CAPTEURS ELABORATION ET TRANSMISSION DES ORDRES PREVISION DE LA DEMANDE 1 minute 15 minutes 2 heures VANNES

8 4.3 Remarques sur la conception de la Régulation Dynamique Après plus de 30 ans de fonctionnement, il est possible de dresser un bilan des principaux points forts du logiciel de Régulation Dynamique : Globalité des calculs de réglage. Que ce soit en boucle ouverte ou en boucle fermée, les réglages sont déterminés globalement, ce qui permet de faire des compensations entre les volumes disponibles sur les différentes branches et les différentes parties d ouvrages et d augmenter la souplesse et la sécurité d ensemble. De même, les variations de débit entraînées par les réglages successifs sont cumulées de l aval vers l amont et prises en compte avant d avoir eu un effet mesurable sur le remplissage des biefs et des réserves. La vitesse de réaction du système est ainsi augmentée. Simplicité et robustesse des modèles mathématiques utilisés. Le modèle de simulation des canaux inclus dans le programme de régulation n effectue pas une intégration complète des équations de St Venant et utilise des tables préétablies (temps de propagation et courbes profondeur/débit/volume de Bief). Sa relative imprécision est compensée par son extrême robustesse et par la rapidité des calculs effectués toues les 15 minutes, ce qui permet un recalage facile et rapide en fonction des valeurs mesurées. La même simplicité caractérise le modèle statistique de prévision des consommations en eau d irrigation. En contre-partie, la prévision est réactualisée toutes les deux heures. Ainsi, l erreur instantanée à long terme (24 h) peut atteindre 30 % dans certains cas, mais les réactualisations fréquentes permettent une correction efficace, et en définitive, les précisions en volume moyen journaliser est de l ordre de +- 5 %. Les procédures de fonctionnement dégradé incluses dans le programme de régulation sont primordiales. Elles permettent de gérer sans incident majeur, la plupart des dysfonctionnements courants et surtout de maintenir un service normal et automatique en cas de défectuosité d une partie des installations. L expérience montre que ces pannes locales souvent mineures sont les plus fréquentes ; il est primordial de pouvoir les intégrer dans le processus automatique. Lors de l apparition de défaillance, le fonctionnement du logiciel est graduellement modifié : automatiquement par le logiciel lui-même (basculement de média de communication, d équipement de mesure ou d organe de réglage par exemple), les opérateurs peuvent à tout moment modifier le comportement du logiciel (introduire dans le logiciel des informations fournies par des agents de terrain, adapter des consignes à des conditions critiques, commander certains organes depuis le centre ou localement), des procédures de sécurité peuvent se mettre place localement si la situation le demande (arrêt de pompe ou fermeture de vanne sur détection de niveau très haut).

9 4.4 Qualité du fonctionnement Il est difficile d apprécier la disponibilité de l ensemble du système car certaines organes sont doublés ou sécurisés (comme des ordinateurs) et des procédures dégradées permettent de maintenir le service en cas de panne d une partie des installations. On se limitera donc à donner quelques exemples particuliers permettant d apprécier la fiabilité d ensemble : Le système informatique du site central n a jamais été défaillant. Il était constitué initialement de deux ordinateurs qui ne sont jamais tombés en panne simultanément. La technique dite de la «réserve chaude» qui consiste à faire marcher en parallèle les deux ordinateurs, permettait de pallier tous les risques. La sécurisation de l ordinateur actuel se fait par doublement des disques dur et des alimentations électriques. Une défaillance totale bien qu improbable pourrait être gérée en s appuyant sur un ordinateur identique utilisé pour le développement. L ensemble du réseau de télétransmission n est jamais tombé en panne. Concernant la sécurité, la seule panne majeure observée en 30 ans a été un débordement intempestif lors de la période de mise en service d une des branches. Cet incident était dû au gel des capteurs de niveau, il s est déversé dans un bassin prévu à cet effetrapide en fonction des valeurs mesurées. Concernant la satisfaction de la demande en eau, aucun défaut n a pu être imputé à la Régulation Dynamique. Les défaillances les plus fréquentes dans ce domaine sont dues à des ruptures de canalisation, à des pannes de station de pompage dues éventuellement à des coupures de l alimentation électrique ou à la saturation des ouvrages. 5. CONCLUSION Avec le recul du temps, on peut dire que le système de Régulation Dynamique du Canal de Provence donne entière satisfaction depuis près de 30 ans sur le plan de la sécurité et de la qualité du service de la distribution d eau. Il assure une parfaite maîtrise du mouvement de l eau sur les ouvrages de transport. Son association avec un mode de distribution et une tarification qui favorisent les économies permet une efficacité l utilisation de l eau très élevée : Environ 97 % des volumes prélevés sur la ressource naturelle sont transportés à l entrée dans les réseaux sous pression : les pertes inhérentes au transport des eaux sur de très grandes distances sont donc très faibles ; Environ 85 % des volumes prélevés sur la ressource naturelle se trouve disponible au niveau du consommateur : ce rendement doit s apprécier au terme d un voyage dans un réseau de presque 5000 Km desservant plus de clients ; L expérience acquise par la Société du Canal de Provence dans ce domaine a été appliquée à d autres projets, tels que le canal de Rocade à Marrakech, l alimentation de la ville d Athènes, le projet Flumendosa en Sardaigne, le King Abdullah Canal en Jordanie et l alimentation du littoral ouest de l ile de la Réunion. D autres études d applications sont également en cours sur de plus petits ouvrages comme le canal de Gignac dans l Hérault. Au-delà de la seule régulation des ouvrages, les équipements de la Régulation Dynamique ont servi de base à l installation d un système complet de gestion technique centralisée très prometteur pour l amélioration des méthodes d exploitation et de la maintenance des ouvrages.