Article de fond Réduction des pertes en eau dans les réseaux de distribution Terminologie, méthodes et instruments Reduktion der Wasserverluste in Trinkwasserversorgungsnetzen Die Reduktion von Wasserverlusten in Verteilnetzen stellt insbesondere für Entwicklungsländer ein vorrangiges Ziel dar. Damit soll es gelingen, die Wasserressourcen zu schonen, die Netzleistung zu steigern, gute Leitungswasserqualität zu gewährleisten und gleichzeitig den Wasserpreis erschwinglich zu halten. In diesem Artikel wird französische Terminologie verwendet, welche in Übereinstimmung mit den Standards des Internationalen Wasserverbands (IWA) entwickelt wurde, und es wird ein Überblick der verschiedenen Instrumente zur Identifikation und Reduktion von Wasserverlusten gegeben, wie zum Beispiel die Erstellung einer Wasserbilanz, eine Auswahl von Leistungsindikatoren sowie die Kontrolle des Betriebsdrucks. Abschliessend folgt eine kurze Darstellung der Situation in der Schweiz hinsichtlich der Wasserverluste. Water Loss Reduction in Distribution Networks Water loss management is a key priority, especially in developing countries, in order to conserve water resources, improve network performance and ensure that the water distributed is of a high quality, while at the same time controlling water prices over the long term. This article introduces French terminology developed in accordance with the standards of the International Water Association (IWA) and gives a summary of the various components of water loss management, such as establishing a water balance, a selection of performance indicators and pressure management. It concludes with a brief description of Switzerland s water loss situation. Emmanuel Oertlé La gestion des pertes en eau est primordiale, spécialement pour les pays en développement, afin de préserver la ressource en eau, ainsi que pour renforcer la performance du réseau et garantir une bonne qualité de l eau distribuée, tout en maîtrisant durablement le prix de l eau. Cet article présente une terminologie francophone développée en accord avec les standards de l association internationale de l eau (IWA) ainsi qu un condensé des différentes composantes de la gestion des pertes en eau telles que l établissement d un bilan d eau, une sélection d indicateurs de performances ainsi que la gestion de la pression. Finalement, la situation en Suisse concernant les pertes en eau est brièvement décrite. 1 Introduction 1.1 Importance des pertes en eau La gestion durable et intégrée des ressources en eau est l un des défis majeurs pour l humanité. L eau douce est une ressource limitée, parfois même rare, et les rapides changements à l échelle globale tels que la croissance démographique, le développement économique, la migration et l urbanisation exercent de nouvelles pressions sur les ressources hydriques et les infrastructures d approvisionnement en eau potable [1]. gwa 9/2011 665
ARticle de Fond D après le rapport mondial des Nations Unies sur la mise en valeur des ressources en eau, la consommation domestique représente 10 à 20 % de l ensemble de l eau prélevée dans le monde [2]. Une grande quantité de cette consommation domestique est perdue par des fuites dans les réseaux de distribution (pertes réelles ou physiques) ainsi que par les volumes d eau distribués sans avoir été facturés, car non autorisés ou pas décomptés (pertes apparentes). A ces pertes s ajoute la consommation autorisée non-facturée (par ex. pour les purges des conduites principales ou pour la lutte contre les incendies). Ensembles, elles constituent la quantité de l eau non vendue dans un réseau de distribution. En se fondant sur une étude couvrant 40 compagnies des eaux dans le sud-est asiatique et selon la base de données IBNET (International Benchmarking Network for Water and Sanitation Utilities) sur les performances des compagnies des eaux couvrant 900 entreprises dans des pays en développement, la Banque Mondiale estime que les chiffres réels concernant le niveau global d eau non vendue dans les pays en développement se situent dans l ordre de 40 à 50 % de l eau produite [3, 4]. Le volume annuel d eau non vendue dans les pays en développement est estimé à environ 27 milliards de m³, représentant une perte financière d environ 6 milliards de dollars américains chaque année. Réduire de moitié la quantité des pertes réelles générerait suffisamment d eau pour approvisionner 90 millions de personnes supplémentaires dans les pays en développement. Afin de réduire les pertes en eau réelles, il existe des méthodes, des instruments et des technologies à disposition. Cependant, malgré les progrès accomplis dans le passé pour les stations de traitement, les compagnies des eaux ne connaissent souvent pas les méthodes modernes de gestion des réseaux de distribution. Il arrive souvent que la priorité soit donnée à augmenter la production d eau plutôt qu à la distribution aux utilisateurs et à leur demande. En effet, une distribution basée sur la demande requiert une bonne gestion des réseaux incluant un cadastre du réseau, des modèles hydrauliques, des diagrammes d écoulement, une sectorisation du réseau ainsi que divers scénarios basés sur la demande. Avec ces informations, les technologies et la conception du réseau peuvent être adaptées aux besoins des consommateurs. 1.2 Guide Afin de répondre aux besoins des professionnels du secteur et à un certain manque de connaissances, un partenariat pour le développement entre la coopération internationale allemande (Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit GmbH GIZ), l entreprise VAG-Armaturen, le Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ainsi que la Haute Ecole Spécialisée de la Suisse du Nord-Ouest (FHNW) a été conclu afin d introduire, de promouvoir et de soutenir la gestion de la pression dans un certain nombre de pays en développement et émergents. Un des résultats de ce partenariat est la publication d un guide pour la réduction des pertes en eau dans les réseaux de distribution, reconnu au plan international, qui a été élaboré pour permettre le partage des connaissances [5]. Ce matériel permet de fournir aux autorités du secteur de l eau, aux compagnies des eaux et aux associations professionnelles toutes les informations nécessaires pour comprendre l origine, la nature et l impact des pertes en eau, élaborer et mettre en œuvre une stratégie personnalisée et choisir les méthodes et les instruments les plus efficients en ce qui concerne la réduction des pertes en eau, avec un accent sur la gestion de la pression. La structure globale du guide se compose des éléments suivants 1 : un résumé pour les décideurs ayant pour but de les sensibiliser sur l importance de la réduction des pertes en eau et de fournir quelques brèves informations en ce qui concerne la gestion de la pression et son potentiel pour la réduction des pertes réelles en eau; un manuel technique visant principalement les directeurs techniques, ingénieurs et techniciens travaillant pour les compagnies des eaux; du matériel supplémentaire conçu pour les techniciens et le personnel opérationnel. Afin d assurer l implémentation de ce guide, un ensemble de modules de formation assorti au guide a été élaboré comme instrument pour le renforcement des connaissances et du savoir-faire. C est dans le cadre de ces formations qu un forum pour la réduction des pertes en eau a été organisé fin février 2011 à Ouagadougou (Burkina Faso), regroupant plus de 45 interlocuteurs de neuf pays de l Afrique francophone, y compris le Président de l Association Africaine de l Eau (fig. 1). Ce forum comportait différentes composantes (information, dialogue, formations, visite d installations pilotes) et a fait preuve d un réel intérêt pour le développement d activités dans le domaine de la réduction des pertes en eau en Afrique sub-saharienne. D autres activités ont par conséquent été mises en oeuvre. 2 Terminologie francophone Durant la préparation du matériel de formation en français et durant les discussions entourant la traduction du guide, il est apparu qu il n existait pas de terminologie officielle francophone pour la réduction des pertes en eau. Dans le monde francophone, la gestion des pertes en eau est un cocktail de bonnes et de moins bonnes pratiques. La principale raison étant que les documents de référence, publiés par l association internationale de l eau (IWA), sont disponibles uniquement en langue anglaise. 1 Le guide complet est téléchargeable gratuitement sur le site internet du projet: www.waterloss-reduction.com 666 gwa 9/2011
Article de fond Il existe tout de même quelques dénominations rencontrées plus fréquemment que d autres par les professionnels du secteur: par exemple un bilan d eau (water balance en anglais) est parfois appelé «bilan hydraulique», «balance d eau», «bilan des volumes» ou encore «bilan hydrique». Ce fouillis de termes peut parfois poser des problèmes de compréhension par rapport au terme de référence anglophone proposé par l IWA. En effet, il arrive qu une dénomination déjà utilisée en français soit réutilisée pour traduire un terme anglophone. Par exemple le terme district metered areas (DMA) est parfois simplement traduit par «secteur» ou «îlot». Ces traductions ne mentionnent alors pas que ces secteurs sont mesurés, ce qui rend la traduction incomplète et pourrait porter à confusion par rapport à une traduction correcte telle que «secteur de distribution mesuré» (SDM). Ces deux exemples démontrent l importance d une harmonisation claire et précise de la terminologique relative aux pertes en eau. De plus, certains termes se réfèrent à des concepts clés et à divers indicateurs de performances reconnus. Par conséquent, une justesse des termes permet également un benchmarking pour des comparaisons internationales. Dans ce sens, l équipe du projet s est mise à la tâche de définir les termes les plus adéquats pour traduire la terminologie anglophone de l IWA. Il a parfois été préféré de créer un nouveau terme, plutôt que de réutiliser un terme déjà rencontré dans le monde francophone mais ne reflétant pas tout à fait le sens intrinsèque du terme de référence en anglais. Les termes principaux de cette terminologie proposée sont présentés dans le tableau 1. 3 Le bilan d eau partir de cette section, cet article décrit les premières étapes A pour comprendre son système et pour établir une stratégie de réduction des pertes en eau. Dans ces explications, la terminologie proposée est utilisée. Lors de l élaboration d une stratégie technique pour la réduction des pertes en eau, le niveau des pertes doit être évalué, des objectifs précis en matière de réduction des pertes doivent être formulés et les mesures nécessaires les plus appropriées doivent être rédigées dans un plan d action. Le fait d effectuer un bilan d eau à intervalles réguliers fournit la base d évaluation des pertes en eau. Un bilan d eau doit combiner à la fois des études documentaires et des données de recherche sur le terrain. Dans le passé, une large variété de formulations et de définitions a été utilisée pour de tels calculs. L IWA a créé un détachement spécial sur les indicateurs de performance et les pertes en eau afin d établir des normes de comparaison dans le monde entier. Une meilleure ap- Fig. 1 Participants et organisateurs du forum de février 2011 pour la réduction des pertes en eau à Ouagadougou, Burkina Faso. proche de pratique internationale relative aux bilans d eau a été publiée en 2000 [6]. Un nombre croissant de pays et de services publics de distribution d eau partout dans le monde a depuis lors reconnu et adopté ce bilan d eau. Les composantes du bilan d eau standardisé sont illustrées dans le tableau 2. Celles-ci devraient toujours être calculées et exprimées en volume (habituellement en m³) sur une période donnée (d habitude par an). Dans une deuxième étape, elles peuvent être converties en indicateurs de performance. Les éléments du bilan d eau sont définis comme suit: Volume introduit: l apport d eau mesuré dans une partie donnée du réseau. Dans les réseaux caractérisés par des exportations substantielles d eau, il est important de déterminer le volume d eau fourni (le volume entrant dans le réseau déduction faite de l eau facturée exportée [6]). Consommation autorisée: le volume d eau mesurée et/ou non mesuré touché par les clients inscrits, le service public de distribution d eau ainsi que d autres structures habilitées. Il inclut la consommation autorisée facturée (comme la consommation facturée mesurée, la consommation facturée non mesurée et l eau facturée exportée) et la consommation autorisée non facturée (comme la consommation non facturée mesurée et la consommation non facturée non mesurée). Cette partie du bilan d eau comprend aussi les fuites et les pertes observées situées en aval du compteur client aussi bien que les propres exigences du service public de distribution d eau, par ex. pour les purges des tuyaux ou le lavage des filtres. gwa 9/2011 667
ARticle de Fond Anglais - français Français - anglais Active leak detection Détection active des fuites Analyse des dégâts Failure analysis Active leakage control Contrôle actif des fuites Base de données des dégâts Failure data base Area monitor (AM) Monitoring de zone (MZ) Bilan d eau Water balance Automatic meter reading (AMR) Relevé automatique des compteurs (RAC) Branchement House connection / service connection Average zone point (AZP) Point moyen du secteur (PMS) Cadastre Land base Background leakage Fuites diffuses Cadastre du réseau Network register Bulk meter Débitmètre principal Compagnie des eaux Water utility Condition-oriented maintenance Maintenance selon l état de l infrastructure Compteur ou compteur d eau Water meter Current annual real losses (CARL) Pertes réelles annuelles actuelles (PRAA) Conduite d adduction Transmission main / pipe Customer information system (CIS) Système d information des clients (SIC) Contrôle actif des fuites Active leakage control Diaphragm valve Vanne à membrane ou à diaphragme Débit nocturne minimum (DNM) Minimum night flow (MNF) Digital elevation model (DEM) Modèle numérique de terrain (MNT) Débitmètre Flow meter Distribution network Réseau de distribution Débitmètre principal Bulk meter District metered area (DMA) Secteur de distribution mesuré (SDM) Détection active des fuites Active leak detection Economic level of leakage (ELL) Niveau économique des fuites (NEF) Eau non vendue (ENV) Non-revenue water (NRW) Event-driven maintenance Maintenance par incident Eau vendue Revenue water Failure analysis Analyse des dégâts Facteur diurne / nocturne (FDN) Night to day factor (NDF) Failure data base Base de données des dégâts Fuites Leakage Flow meter Débitmètre Fuites diffuses Background leakage Geographic information system (GIS) Système d information géographique (SIG) Fuites non reportées Unreported leakage House connection / service connection Branchement Fuites reportées Reported leakage Hydraulic network model Modèle hydraulique Gestion de la pression Pressure management Individual household monitor (IHM) Monitoring individuel des ménages (MIM) Gestion des infrastructures Infrastructure management Infrastructure leakage index (ILI) Indice structurel de fuites (ISF) Indicateur de performance (IP) Performance indicator (PI) Infrastructure management Gestion des infrastructures Indice de gestion de la pression (IGP) Pressure management index (PMI) International Water Association (IWA) L Association Internationale de l Eau (IWA) Indice de gestion de la pression cible (IGPC) TPMI Interval-oriented maintenance Maintenance périodique Indice structurel de fuites (ISF) Infrastructure leakage index (ILI) Land base Cadastre Indice structurel de fuites cible (ISFC) TILI Leakage Fuites L Association Internationale de l Eau (IWA) International Water Association (IWA) Minimum night flow (MNF) Débit nocturne minimum (DNM) Maintenance par incident Event-driven maintenance Network register Cadastre du réseau Maintenance périodique Interval-oriented maintenance Night to day factor (NDF) Facteur diurne / nocturne (FDN) Maintenance selon l état de l infrastructure Condition-oriented maintenance Non-revenue water (NRW) Eau non vendue (ENV) Modèle hydraulique Hydraulic network model Performance indicator (PI) Indicateur de performance (IP) Modèle numérique de terrain (MNT) Digital elevation model (DEM) Plunger valve Vanne annulaire ou à piston Monitoring de zone (MZ) Area monitor (AM) Pressure management Gestion de la pression Monitoring individuel des ménages (MIM) Individual household monitor (IHM) Pressure management area (PMA) Secteur de gestion de la pression (SGP) Niveau économique des fuites (NEF) Economic level of leakage (ELL) Pressure management index (PMI) Indice de gestion de la pression (IGP) Pertes en eau Water loss Pressure reducing valve (PRV) Vanne de régulation de pression (VRP) Pertes réelles annuelles actuelles (PRAA) Current annual real losses (CARL) Reported leakage Fuites reportées Pertes réelles annuelles actuelles cibles (PRAAC) Revenue water TARL Eau vendue Pertes réelles annuelles actuelles cibles (PRAAC) Pertes réelles annuelles inévitables (PRAI) TARL Unavoidable annual real losses (UARL) TILI Indice structurel de fuites cible (ISFC) Point moyen du secteur (PMS) Average zone point (AZP) TPMI Indice de gestion de la pression cible (IGPC) Réduction des pertes en eau (RPE) Water loss reduction (WLR) Transmission main / pipe Conduite d adduction Relevé automatique des compteurs (RAC) Automatic meter reading (AMR) Unavoidable annual real losses (UARL) Pertes réelles annuelles inévitables (PRAI) Réseau de distribution Distribution network Secteur de distribution mesuré (SDM) District metered area (DMA) Unreported leakage Fuites non reportées Secteur de gestion de la pression (SGP) Pressure management area (PMA) Water balance Bilan d eau Système de distribution d eau Water distribution system Water distribution system Système de distribution d eau Système d information des clients (SIC) Customer information system (CIS) Water loss Pertes en eau Système d information géographique (SIG) Geographic information system (GIS) Water loss reduction (WLR) Réduction des pertes en eau (RPE) Vanne à membrane ou à diaphragme Diaphragm valve Water meter Compteur ou compteur d eau Vanne annulaire ou à piston Plunger valve Water utility Compagnie des eaux Vanne de régulation de pression (VRP) Pressure reducing valve (PRV) Tab. 1 Terminologie proposée, glossaire anglais-français. 668 gwa 9/2011
Article de fond Eau vendue (correspondant à la consommation autorisée facturée): le volume d eau effectivement fourni et facturé au client et qui génère des recettes pour le service public de distribution d eau. Eau non vendue (ENV): le volume qui reste non facturé et ne produit donc pas de recettes pour le service public de distribution d eau. Il peut être exprimé comme la différence entre le volume entrant dans le réseau de distribution et le volume de consommation autorisée facturé ou comme la somme de consommation autorisée non facturée et des pertes en eau. Pertes en eau: le volume d eau perdue peut être exprimé comme étant la différence entre le volume entrant dans le réseau et la consommation autorisée et est composé de pertes apparentes et réelles. Les pertes apparentes peuvent être subdivisées en consommation non autorisée, imprécisions du compteur client et erreurs de manipulation des données. Les pertes réelles sont composées de fuites provenant des conduites d adduction et de distribution, des branchements au compteur client et des pertes liées aux réservoirs de stockage. Le gaspillage n est pas considéré comme faisant partie des composantes de pertes en eau dans le bilan d eau de l IWA parce que ce phénomène intervient après le compteur chez le client. Néanmoins le gaspillage peut représenter une part significative de la consommation mesurée ou non-mesurée. Un bilan d eau se fait sur la base d un certain nombre de mesures et estimations afin de déterminer les pertes apparentes et réelles d un système d approvisionnement en eau. Dans ce procédé, des erreurs lors de la détermination des données peuvent parfois conduire à une stratégie inadéquate contre les pertes en eau. De ce fait, il est nécessaire de vérifier de façon critique les résultats du bilan d eau. L utilisation des limites de confiance de 95 % a été établie comme une procédure permettant de quantifier le degré d incertitude de composants individuels du bilan d eau. Ces intervalles de confiance à 95 % proviennent à l origine de l incertitude liée au calcul et sont basées sur des distributions normales, qui partagent toutes les mêmes propriétés: 95 % des observations se situent dans la fourchette de ± 1,96 d écarttype (σ) autour de la valeur moyenne [7]. Dans la pratique, l usage d intervalles de confiance à 95 % signifie que les calculs basés sur des données approximatives ont des in- tervalles de confiance plus grands que les calculs faits avec des données plus fiables [8]. 4 Indicateurs de performance établissement d un bilan d eau L standardisé permet à une compagnie des eaux d avoir des chiffres fiables sur la quantité des pertes réelles et apparentes dans son système de distribution. Différents indicateurs de performance peuvent ensuite être calculés et analysés pour déterminer si ces pertes sont comparativement élevées ou basses ainsi que pour mesurer le progrès et les effets de mesures misent en place pour contrer les pertes en eau [9]. Cette section offre une introduction succincte sur les principaux indicateurs de performance en matière de pertes en eau. Ces indicateurs sont typiquement divisés en indicateurs de performance financiers et techniques. Six indicateurs de performances clés sont présentés dans le tableau 3. Une lecture du manuel de bonnes pratiques de Consommation autorisée facturée Q AF Eau facturée exportée (distribution en gros) Consommation facturée mesurée Eau vendue Consommation autorisée Q A Consommation facturée non mesurée Volume introduit Q I Consommation autorisée non facturée Q ANF Consommation non facturée mesurée Consommation non facturée non mesurée Consommation non autorisée Pertes apparentes Q PA Sous-comptage des compteurs et erreurs de manipulation des données Eau non vendue Pertes en eau Q P Fuites sur les conduites d adduction de de distribution Pertes réelles Q PR Fuite et débordements dans les réservoirs d eau Fuites sur les branchements jusqu au point de comptage Tab. 2 Terminologie standard du bilan d eau selon l IWA [6]. gwa 9/2011 669
ARticle de Fond C est un fait largement accepté qu un pourcentage du taux d eau perdue, calculé à partir des pertes réelles en eau annuelles (Q PR ) divisé par le volume introduit dans le système (Q I ), n est pas un indicateur de performance convenable parce qu il ne considère pas la longueur du réseau de distribution d eau, le nombre de branchements et la pression du système. Il est donc recommandé d indiquer les pertes en eau spécifiques proportionnellement à la longueur du réseau (Q PS ; Tab. 3, Eq. 2; [11]). Une expérience internationale montre que la plus grande proportion des pertes en eau se produit au niveau des branchel IWA sur les indicateurs de performance pour les services d approvisionnement en eau [10] couvrant tout le spectre de l approvisionnement en eau offrira des informations plus détaillées. 4.1 Indicateur de performance financier Pour les pertes annuelles Un indicateur de performance financier simple devrait être calculé pour chaque composante des trois principaux constituants de l eau non vendue (v. Tab. 3, Eq. 1). Le ratio entre les composantes des pertes annuelles P A et le coût annuel de fonctionnement du réseau d approvisionnement d eau offre une bonne vue d ensemble de l étendue des pertes en eau [6]. 1 Pertes annuelles, P A [EUR] 2 Pertes en eau spécifiques, Q PS [m³/km/j] 3 Pertes en eau par branchement et par jour, Q PBJ [m³/branchement/j] 4 Pertes réelles annuelles actuelles, PRAA [l/jour r.s.p.] 5 Pertes réelles annuelles inévitables, PRAI [l/jour r.s.p.] 6 Indice structurel de fuite, ISF [-] 4.2 Indicateurs de performance technique Pertes en eau spécifiques Tab. 3 Les principaux indicateurs de performance (IP) de la réduction des pertes en eau. Paramètres: C P [EUR/m³] coût de production N jrsp [-] nombre de jours où le réseau est sous pression (r.s.p.) C PV [EUR/m³] Prix de vente P M [m] Pression moyenne d exploitation P A = (Q ANF + Q PA ) C PV + Q PR C P Q PS = Q PBJ = Q PR, an L R 365 Q PR, an N B 365 PRAA = Q PR, an 103 N jrsp PRAI = (18 L R + 0.8 N B + 25 L P ) P M L P [km] longueur des branchements privés au-delà de la limite de propriété Q ANF [m³] Volume de la consommation autorisée non facturée L R [km] longueur du réseau (sans les conduites des branchements) Q PA [m³] Pertes apparentes N B [-] nombre de branchements Q PR [m³] Pertes réelles N B [-] nombre des branchements Q PR, an [m³/an] Pertes réelles annuelles ISF = PRAA PRAI ments. Ainsi, les pertes en eau peuvent également être calculées proportionnellement au nombre de branchements (Q PBJ ; Tab. 3, Eq. 3). Ces deux indicateurs de performance sont seulement comparables entre des systèmes d approvisionnement d eau de taille et de structure similaires. Pertes réelles annuelles actuelles Le groupe spécialiste pour les pertes en eau de l IWA a développé l équation relative aux pertes réelles annuelles actuelles (PRAA; Tab. 3, Eq. 4), qui a été adoptée par plusieurs associations techniques nationales et des compagnies des eaux à travers le monde au cours des dix années passées. Pertes réelles annuelles inévitables Les pertes réelles existent dans tout grand réseau de distribution d eau et ne peuvent jamais être complètement éliminées (techniquement). Il y aura toujours un certain minimum de pertes réelles, même dans les sections d un réseau nouvellement mises en service [7]. Cette quantité est considérée comme les pertes réelles annuelles inévitables (PRAI; Eq. 5) qui représentent le volume des pertes réelles qui pourrait être atteint à la pression d exploitation actuelle s il n y avait pas de limitations financières ou économiques. Le PRAI repose sur des facteurs liés à la longueur des conduites, au nombre des branchements et l emplacement des compteurs des clients, et est valable pour la pression moyenne d exploitation. Le taux des fuites diffuses, reportées et non reportées à la pression moyenne est calculé pour chaque composante (les conduites, branchements et conduites du service). Cette équation fut développée en 1999 par Allan Lambert sur la base des ensembles de données internationales et a été validée en comparant ses résultats et ceux du test effectué sur un grand nombre de systèmes d approvisionnement en eau bien gérés dans divers pays [9]. Index structurel de fuites L index structurel de fuites (ISF) est un indicateur de performance adimensionnel permettant d apprécier si une compagnie des eaux met bien en œuvre sa stratégie de gestion des fuites ainsi que la gestion structurelle. L ISF, qui est le ratio entre le PRAA et le PRAI représente aussi le potentiel de réduction des pertes réelles en eau. La Banque Mondiale a adopté l ISF comme mesure pour l évaluation 670 gwa 9/2011
Article de fond mesure de contrôle des pertes en eau mise en œuvre ne sont pas connus d avance. En outre, la fonction des coûts de l eau ne peut généralement pas être décrite de façon linéaire parce que la main d œuvre et le capital ne montrent pas une augmentation linéaire avec le niveau des fuites. De plus, on peut faire une distinction entre un nide la performance et de l importance des fuites. Quatre catégories de performance technique ont été introduites pour l ISF ainsi que des suggestions pour son interprétation, comme présenté dans le tableau 4. Théoriquement, la combinaison de toutes les actions de gestion des fuites permet de réduire le PRAA au niveau du PRAI, qui est le volume le plus bas techniquement réalisable des pertes réelles avec la pression actuelle exploitée. Il est cependant important de garder à l esprit que l ISF est un indicateur de performance purement technique qui ne prend pas en compte les considérations économiques. Par conséquent, un ISF de 1,0 (PRAA = PRAI) ne sera pas profitable d un point de vue économique si le coût marginal de l eau est très bas [12]. 5 Le niveau économique des fuites En fonction de la situation locale d un service des eaux, des mesures pour la réduction des pertes en eau peuvent s avérer profitable ou non. Le concept du niveau économique des fuites (NEF) décrit l équilibre entre les coûts du contrôle des fuites et leurs bénéfices [13]. La figure 2 illustre de quelle manière les coûts liés à l eau perdue et au contrôle actif de fuite varie en fonction du niveau de perte réelle. Le niveau économique des fuites se produit au point le plus bas dans la courbe du coût total (point B de la fig. 2, [9]). Dans la pratique, déterminer le niveau économique des fuites est un processus plutôt complexe et itératif puisque les effets de chaque Catégorie ISF Pays industrialisés ISF Pays en développement Un ensemble de méthodes d intervention convenables doit être sélec- Suggestions d interprétation A 1 2 1 4 Compagnies des eaux ayant de bonnes conditions infrastructurelles. Un programme de réduction des fuites est probablement en place. Des réductions supplémentaires des pertes peuvent ne pas être économiques, hormis en cas de manque d eau; une analyse détaillée est nécessaire pour en identifier l intérêt économique réel. B 2 4 4 8 Un potentiel d amélioration existe. La gestion de la pression, de bonnes pratiques de contrôle actif des fuites et une meilleure maintenance du réseau devraient être considérées. C 4 8 8 16 Fuites importantes; situation acceptable seulement en cas d abondance de la ressource à coût réduit; l analyse du niveau et du type de fuites et l intensification des efforts pour leur réduction restent nécessaires. D >8 >16 Inefficacité flagrante dans l utilisation des ressources. Les compagnies des eaux ont des problèmes avec leurs infrastructures soit pauvres ou vieillissantes ou ont des politiques de contrôle des fuites relativement souples. Un programme de réduction des fuites est absolument nécessaire. Tab. 4 Catégories de la Banque Mondiale basées sur l indice structurel de fuite ISF. Fig. 2 Détermination du niveau économique des fuites (NEF) selon [9]. veau économique de fuites de courte durée et un niveau de longue durée. Le niveau économique des fuites de courte durée considère seulement les facteurs liés aux coûts d exploitation et peut de ce fait être déterminé en comparant le coût et les bénéfices des mesures additionnelles de contrôle des fuites d eau et le coût marginal des pertes en eau, par exemple le contrôle actif des fuites et de la qualité et la rapidité des réparations [14]. D autres activités de contrôle des fuites impliqueront des dépenses d investissement sur les infrastructures. Un niveau économique des fuites de longue durée doit être déterminé dans ce cas, qui évalue la décision d investissement dans une évaluation durant tout le cycle de vie, par exemple pour une gestion de la pression ou une réhabilitation de réseau [15]. 6 Réduction des pertes en eau réelles 6.1 méthodes et instruments gwa 9/2011 671
ARticle de Fond Fig. 3 Les quatre principales méthodes d intervention pour combattre les pertes d eau [16]. rer les pressions du système de distribution à un niveau de service optimal tout en garantissant un service efficace et suffisant pour les utilisations légitimes» [17]. La figure 4 présente une vue simplifiée des pressions dans un réseau de distribution avec et sans gestion de la pression. D une part, la gestion de la pression contribue à la réduction des pertes réelles en eau en diminuant les fuitionné en fonction des différentes composantes des pertes en eau. La combinaison adéquate de méthodes d intervention dépend des caractéristiques du système en question et du rapport coûts / bénéfices de chaque méthode qui est spécifique à chaque compagnie des eaux en fonction des objectifs et du taux de fuite toléré ou à atteindre. La figure 3 montre les principales méthodes d intervention de gestion des pertes réelles et apparentes, à savoir le contrôle actif des fuites, la rapidité et la qualité des réparations, la gestion de la pression et la gestion des infrastructures. Chaque compagnie des eaux doit décider si une seule méthode ou une combinaison de plusieurs méthodes offrira la meilleure relation coût / efficacité de réduction des pertes en eau [19]. Cet article ne développe pas chacune de ces méthodes d intervention. Seule la gestion de la pression est présentée ci-après. tes diffuses, reportées et non reportées. D autre part, en réduisant les pressions excessives ou non nécessaires et en éliminant les fortes fluctuations de pressions, il s ensuit une diminution des ruptures de conduites dans le réseau de distribution augmentant ainsi la durée de vie des installations. S il existe différents types de systèmes d exploitation de gestion de la pression, les étapes et les installations fondamentales sont toujours similaires: tout d abord, un secteur de gestion de la pression (SGP) approprié doit être sélectionné et séparé des zones environnantes en fermant les vannes voisines. Une vanne de régulation de la pression (VRP), un capteur de pression et un débitmètre doivent être installés au point d entrée dans un secteur de gestion de la pression. Dans les systèmes avancés de gestion de la pression, un automate programmable industriel (API) enregistre, traite et archive les données du capteur mesurées, nécessaires pour le contrôle de la VRP. Le point critique d un réseau marque l emplacement de la plus basse pression dans un secteur. Si l on parvient à assurer une pression optimale et minimum de service à ce point critique, la pression sera suffisante à tous les autres endroits dans le secteur. L existence d une surpression au niveau du point critique implique que la gestion de la pression pourrait réduire des pertes en eau évitables. Il existe une multitude de solutions pour la gestion de la pression dans un réseau. Si par exemple le secteur de distribution mesuré présente une pompe à l entrée, celle-ci peut être remplacée par une pompe à vitesse variable. Celle-ci fonctionne de la même manière qu avec une VRP et la pression au point criti- 6.2 La gestion de la pression La gestion de la pression peut être définie comme la «pratique de gé- Fig. 4 Vue simplifiée des pressions dans un réseau de distribution. 672 gwa 9/2011
Article de fond que communiquant avec le réglage de la vitesse de la pompe d entrée ou avec l ouverture de la VRP permet d avoir une pression optimale dans tout le secteur 2. 7 La situation en Suisse après les statistiques de la Société Suisse de l Industrie du Gaz et des Eaux D (SSIGE) [18], les distributeurs d eau suisses ont produit 967 millions de mètres cubes d eau potable en 2009, ce qui équivaut à un cube d eau avec une arête de 1 km. Cette statistique nationale, basée sur des estimations, présente des «pertes» de 13.1 % de l eau produite avec environ 7200 ruptures de conduites en 2009. Si l on considère un prix de vente helvétique moyen de CHF 1.60 par mètre cube [18], ces pertes représentent 1.5 milliards de francs en 2009. Il faut bien évidemment prendre en compte le fait que ce chiffre comprend les pertes réelles annuelles inévitables (PRAI) et que par conséquent, seule une partie est potentiellement recouvrable. De plus, comme indiqué précédemment, les pertes exprimées en pourcentage ne sont pas un indicateur optimal et il faut considérer ce chiffre avec précaution. Il faut également noter qu il n est qu une moyenne Suisse et ne relate pas les situations individuelles de chaque service des eaux. Ce chiffre de 13.1 % étant faible en comparaison internationale démontre tout de même que la Suisse possède un réseau de distribution en très bon état. Même si certains réseaux sont parfois anciens, les compagnies des eaux effectuent des travaux de maintenance et de gestion efficaces. Dans ce sens, une étude de 2010 sur le benchmarking des distributeurs d eau [19] indique que «la minimisation des pertes en eau joue un rôle important chez beaucoup de distributeurs d eau». Cette étude qui a analysé 27 distributeurs présente entre autres leurs taux de fuites d eau spécifiques rapportées aux longueurs des conduites (pertes en eau spécifiques). Elle montre aussi que ces pertes spécifiques varient d un rapport de 1 à 17 entre le distributeur présentant le taux de fuite le plus bas et celui présentant le taux le plus important. En 2 Il existe différents fournisseurs de technologie pour la gestion de la pression, comme par exemple VAG, MIYA, I2O, ou encore CLA-VAL qui propose un système de vanne à diaphragme équipée d une turbine montée en by-pass permettant de produire l électricité suffisante pour alimenter quelques composants électriques pour le pilotage de la vanne, ainsi que pour la transmission, la mesure ou l enregistrement de données. outre, des entretiens téléphoniques menés avec quelques services des eaux ont également montré que les pertes peuvent fortement varier d un endroit à un autre. Ainsi, certains services des eaux signalent des pertes réelles supérieures à 30 %, alors que d autres indiquent des pertes réelles inférieures à 8%. Il y a donc en Suisse une situation très hétérogène selon les distributeurs et les régions. Ces variations flagrantes ont plusieurs explications. Tout d abord, la structure décentralisée avec plus de 3000 distributeurs d eaux en Suisse contribue certainement à ces différences. Il faut aussi noter que les données sont souvent basées sur des estimations et les méthodes pour arriver aux chiffres présentant les pertes en eau peuvent varier selon les services des eaux. De plus, chaque situation et distributeur est unique de par ses infrastructures, leur vétusté, les divers types et les différentes tailles des réseaux ainsi que les niveaux de pression dans les conduites. La SSIGE a publié en 2004 la directive W4 «pour l étude, la construction, l exploitation et l entretien des réseaux d eau potable à l extérieur des bâtiments». Elle est actuellement en cours de révision. La partie concernant les pertes en eau se base sur les standards de l IWA. Cette directive SSIGE «pour l étude, la construction, l exploitation et l entretien des réseaux d eau potable à l extérieur des bâtiments» (W4) est la transposition helvétique de la norme européenne EN 805 «Alimentation en eau Exigences pour les réseaux extérieurs aux bâtiments et leurs composants». La directive SSIGE W4 reprend intégralement le contenu de la norme européenne en précisant certains points et en y ajoutant des directives spécifiques à la Suisse [20]. 8 Conclusions Une harmonisation de la terminologique relative aux pertes en eau claire et précise est primordiale pour une compréhension univoque des pertes en eau à travers le monde, notamment francophone. Une justesse des termes et de méthodes utilisées permet ainsi des activités de monitoring et benchmarking permettant des comparaisons et des dialogues internationaux. En comparaison internationale, la Suisse n est pas un pays ou les pertes en eau sont un problème majeur, la ressource en eau étant suffisante. Les services des eaux s intéressent tout de même à la problématique et opèrent de façon générale une bonne gestion des infrastructures. De par ce fait, on peut envisager que la Suisse transmette son expérience dans d autres pays ayant besoin ou désireux d améliorer leur gestion des réseaux, et plus particulièrement, celle des pertes en eau. Finalement, il faut garder en tête que les pertes en eau impliquent également des coûts non négligeables en termes d énergie, notamment lors du traitement et de la production de l eau, ainsi que pour le pompage. A l heure où la question énergétique devient une question toujours plus importante, une analyse détaillée sur le potentiel d économies financières, de quantité d eau et d énergie serait intéressante même en Suisse. Une telle étude pourrait par exemple considérer plusieurs scénarios basés sur les divers instruments, technologies et méthodes de la gestion de la perte en eau pour les distributeurs présentant les pertes les plus élevées ou les fluctuations et niveaux de pressions les plus importants. gwa 9/2011 673
T h e m a ARticle de Fond Bibliographie [1] World Water Council (2009) Istanbul Water Consensus for Local and Regional Authorities. Proceedings of the 5 th World Water Forum, Istanbul, Turkey. [2] Nations Unies (2009) Le 3 ème Rapport mondial des Nations Unies sur la mise en valeur des ressources en eau, L eau dans un monde qui change. http://webworld.unesco.org/water/ wwap/wwdr/wwdr3/pdf/wwdr3_water_ in_a_changing_world.pdf [3] Asian Development Bank (2008) Data Book of Southeast Asian Water Utilities 2005. ADB, Manila, Filipinas [4] Kingdom, B. et al. (2006) The Challenge of Reducing Non-Revenue Water (NRW) in Developing Countries. World Bank, Washington, USA. Remerciements Nos remerciements vont à Hélène Bouju, Christoph Hugi et Anders Nättorp pour leur relecture du manuscript ainsi qu à Fabrice Maiorana, Markus Biner et Eddy Renaud pour leurs informations. Une reconnaissance particulière revient à toute l équipe du projet au KIT, GIZ et VAG. Enfin l équipe de traduction du Burkina Faso a également grandement contribué à la production du matériel francophone de même que tous les participants du forum de Ouagadougou, durant les discussions. [5] Knobloch A. et al. (2011) Guide pour la réduction des pertes en eau centré sur la gestion de la pression, GIZ, VAG, KIT, FHNW. www.waterloss-reduction.com [6] Lambert, A. O.; Hirner, W. (2000) Losses from Water Supply Systems: Standard Terminology and Recommended Performance Measures. International Water Association. [7] Thornton, J. et al. (2008) Water Loss Control. McGraw-Hill, 2008. [8] Lambert, A. O. (2003) Assessing Non-Revenue Water and its Components a practical approach. Water 21 Magazine of the International Water Association, Vol. Agosto, pp. 50 51. [9] Lambert, et al. (1999) A Review of Performance Indicators for Real Losses from Water Supply Systems. Journal of Water Supply: Research and Technology Aqua 48, pp. 227 237. [10] Alegre, H. et al. (2007) Performance Indicators for Water Supply Services. IWA Publishing. Londres. [11] DVGW (2003) Arbeitsblatt W 392 Rohrnetzinspektion und Wasserverluste Massnahmen, Verfahren und Bewertung. Deutsche Vereinigung des Gas- und Wasserfaches (DVGW), Bonn, Deutschland. [12] Lambert, A. O. (2009) Ten years experience in using the UARL Formula to Calculate Infrastructure Leakage Index, Proceedings of the 5 th IWA Water Loss Reduction Specialist Conference, Ciudad del Cabo, Sudáfrica. [13] Farley, M.; Trow, S. (2003) Losses in Water Distribution Networks. IWA Publishing. [14] Bristol Water (2007) Assessment of Economic Level of Leakage. Bristol, Reino Unido. [15] IDS Water (2004) Leakage Economics Plugging the knowlegde gap. [16] Pilcher, R. (2003) Leak detection practices and techniques: a practical approach. Water 21 Magazine of the International Water Association. [17] Thornton, J.; Lambert A. O. (2005) Progress in practical prediction of pressure: leakage, pressure: burst frequency and pressure: consumption relationships. Proceedings of the IWA Specialised Conference «Leakage 2005», Halifax, Nova Scotia, Canada. [18] www.trinkwasser.ch, visité en juin 2011. [19] Kappeler J. (2010) Erkenntnisse für die Branche Benchmarking für Wasserversorgungen, gwa 2/2010 [20] SSIGE (2004) Directives pour l étude, la construction, l exploitation et l entretien des réseaux d eau potable à l extérieur des bâtiments, www.svgw.ch. Keywords Réduction des pertes en eau terminologie francophone bilan d eau indicateurs de performance Auteurs Emmanuel Oertlé Institut d Ecopreneurship IEC Faculté des Sciences de la Vie HLS Haute Ecole Spécialisée de la Suisse du Nord-Ouest FHNW Gründenstrasse 40 CH-4132 Muttenz Tél. +41 (0)61 467 46 54 Emmanuel.Oertle@fhnw.ch Axel Knobloch Institut für Wasser und Gewässerentwicklung, Karlsruher Institut für Technologie KIT D-76131 Karlsruhe Tél. +49 (0)721 608-44404 Axel.Knobloch@kit.edu METAWATER Co., Ltd. Europe office Westerbachstrasse 32 61476 Kronberg im Taunus, Germany Phone: +49-6173-993-139 Fax: +49-6173-993-206 www.metawater.co.jp 674 gwa 9/2011