Gestion d’un réseau communal d’eau potable

Gestion d’un réseau communal d’eau potable

Exemple de système de distribution d’eau potable d’une petite commune
1 : Hameau situé au point le plus haut de distribution
2 : Village principal situé au point le plus bas de distribution
3 : Château d’eau situé à mi hauteur de distribution
4 : Point de captage et de traitement d’eau potable, situé au point le plus bas
5 : Antenne relais GSM/4G
6 : Serveur stockant les données & script de gestion des pompes
7 : Distribution d’eau vers le village (descente naturelle)
8 : Distribution d’eau vers le hameau (via surpresseurs)
9 : Remontée d’eau du captage vers le château d’eau (via pompes)
Illustrations : Mikael Daval - http://www.mikaeldaval.com/

Les petites communes encore autonomes (et qui veulent par choix le rester) dans l’approvisionnement et la distribution de l’eau potable, ont des besoins d’automatisation et de contrôles.
Elles sont soumises aux mêmes contraintes de services et sanitaires (ARS) que les plus grandes communes (et heureusement !) mais qui elles, de part leur taille et leurs moyens peuvent s’offrir les services des très grandes entreprises de gestion de réseaux d’eau qui n’ont pas forcément de solution adaptée à des situations très spécifiques.
Au sein de ces petites communes ce sont des volontaires (des conseillers municipaux bien souvent) qui prennent en charge de la gestion de l’eau.
Il se basent sur leur expérience et leur connaissance du réseau, les habitudes et les usages des administrés.
La consommation peut être soumise à des variations saisonnières (remplissage de piscine par exemple, abreuvage de vaches laitières), des facteurs extérieurs comme la météo (sécheresse), des fuites sur le réseau ou à d’autres aléas…
Leur savoir est précieux mais les normes les contraignent de plus en plus et les obligent à mettre en place des outils de suivi que leur imposent les organismes de contrôle et les attentes des usagers.

Les besoins essentiels de ces gestionnaires sont généralement de :

  • Approvisionner suffisamment des réservoirs à 100% du temps afin d’éviter les ruptures de distribution,
  • Respecter la capacité des réservoirs afin d’éviter de gaspiller l’eau, l’énergie et d’épargner l’environnement avec des rejets important d’eau dans des parcelles,
  • Contrôler la distribution afin de repérer les pics de consommations pouvant signifier un incident de type fuite ou incendie.
  • Historiser les consommations pour prévoir les sous dimensionnements éventuels des approvisionnements.
  • Tenir un journal détaillé des actions réalisées sur le réseau (carnet de bord pour parti obligatoire pouvant inclure : apport traitement, remplacement pompes, maintenance prévisionnelle...).

Problématique du client

Pour une commune d’une centaine d’habitants un projet nous a été confié en vue de combler ces besoins.
Le contexte particulier de la commune (faible budget et en attente de connaître les décisions de la communauté de communes pour la gestion de l’eau) ne leur permettait pas de solliciter des prestataires onéreux sur des contrats à long terme.
D’autre part, la situation géographique même des différents éléments du réseau est particulière :

  • la commune se compose d’un village en bas de colline et d’un hameau en haut de cette dernière.
  • A 1 kilomètre de là, des pompes puisent de l’eau dans une source et l’envoient dans un réservoir situé à mi pente entre le village et le hameau situé sur les hauteurs.
  • L’eau peut ensuite être distribuée par gravitation vers le bas du village et par des surpresseurs vers le hameau.
  • Ce château d’eau fait également office de réserve pompier supplémentaire en cas d’incendie et ne doit donc jamais descendre sous un seuil déterminé.
    Le château d'eau situé entre le village et le hameau
    Le château d’eau situé entre le village et le hameau

Données techniques

  • Point de captage :
    • Source fournissant suivant les saisons de 200m3 à 18m3 par 24h, s’écoule dans une bâche de 18m3
    • Pompes de relevage en direction du château d’eau de 6 m3/h alimentées en 380V
    • Site éloigné de toute habitation
  • Château d’eau :
    • Déniveé par rapport au captage : + 65m
    • Capacité totale de 60m3
    • Réserve d’urgence de 15m3
    • Supresseur pour l’alimentation en eau du hameau situé à + 100m
    • Site éloigné de toute habitation
  • Consommation moyenne cumulée du réseau sur 24h : 16m3

Très peu de marge existe donc entre les capacités de production d’eau, de stockage et les besoins en eau. Si un particulier remplit sa piscine de 50m3 cela peut avoir des conséquences sur tout le réseau en provoquant la rupture de distribution !
D’autre part, les différentes pompes utilisées sont très consommatrices d’énergie, il est donc utile de pouvoir paramétrer finement les réglages afin de les fonctionner en heures creuses dans la mesure du possible.

Solution mise en œuvre

Installation d’une sonde de hauteur dans le château d’eau située à mi-hauteur entre le village du bas et le hameau au dessus. Envoi de l’information de la sonde toutes les 5 minutes via un ordinateur à un serveur dans le cloud via 4G. Au regard de la configuration géographique des lieux, la connexion à un réseau Wi-Fi existant ou dédié était ici impossible.
L’information collectée par le système de contrôle de niveau est interrogeable via une interface.
Traitement de cette information par un script qui se charge d’effectuer :

  • Cohérence de la données par rapport à la moyenne des autres mesures de la dernière heure (pour éviter par exemple qu’un insecte parasite la sonde)
  • Enregistrement de la hauteur dans une base de données pour historisation
  • En fonction de la hauteur actuelle du château d’eau et des heures creuses / heures pleines (justifiée si réserve urgence atteinte ou si baisse importante en 5 minutes dans le cas d’un incendie par exemple : envoi d’un SMS de pilotage à un relais activant ou désactivant les pompes au point de captage).

Ce serveur permet également de restituer de manière graphique l’état du système afin de pouvoir contrôler à tout instant via téléphone portable par exemple l’état du réseau et l’ensemble des données liées.
Les informations complémentaires obligatoires et / ou utiles dans la gestion de l’eau sont saisies dans un carnet de bord (relevés de compteurs, opérations de maintenance). Ce journal est imprimable et consultable en ligne. Plusieurs utilisateurs peuvent être créés avec des niveaux de droits différents.
Les utilisateurs ont été formés afin d’être complétement autonomes.

Interface de contrôle du système dans le cloud
Interface de contrôle du système dans le cloud

Bénéfices de la solution

  • Économiques :
    • Investissement faible (dans ce cas, de l’ordre de 6 000 €)
    • Coût de maintenance très faible (env. 120 €/an)
    • Économie d’énergie par le lancement optimisé des pompes en heures creuses
  • Temps de travail :
    • Optimisation des déplacements (plus de déplacements pour contrôler les niveaux, activer les pompes hors plages horaires précédemment définis)
    • Facilitation des historisations et prévisions de consommation
    • Système d’alerte par SMS en cas d’incident
  • Environnementaux
    • Protection du milieu naturel afin d’éviter les débordements avec un approvisionnement au plus juste
  • Réglementaire
    • Tenue d’un journal d’intervention du système de gestion de l’eau potable
    • Contrôle des volumes stockés soumis à traitement par le chlore
  • Humain
    • Le niveau de satisfaction du service a été fortement amélioré auprès des usagers
    • La motivation et l’implication des volontaires en charge de ce dossier est renforcée

Matériel et technologies mises en œuvre

  • Dans le château d’eau :
    • Sonde type Sonar couplée à un mini ordinateur
      Sonar MB 7040
      Sonar MB 7040
      Arduino Uno Rev3
      Arduino Uno Rev3
      Sonde sonar de hauteur
      Sonde sonar de hauteur
      Arduino relevant la sonde
      Arduino relevant la sonde
      L'ensemble sonde & Arduino installé
      L’ensemble sonde & Arduino installé

      Le choix du sonar a été fait car il est non intrusif pour ses mesures, donc sans risque de contamination de l’eau potable.
      L’Arduino a été nécessaire pour ne pas endommager la sonde qui peut difficilement envoyer des infos sur plusieurs mètres.
      Cette sonde étant en milieu très humide (située en haut du réservoir), un soin particulier a été mis en œuvre pour l’étanchéifier dans un tube PVC avec un tampon (matériau compatible avec l’eau potable).
      Pour plus d’informations :
      Sonde MB7040 : https://www.maxbotix.com/Ultrasonic_Sensors/MB7040.htm
      Arduino : https://www.arduino.cc/

    • Raspberry PI3 & batterie de secours & Modem 4G
      Raspberry Pi3 avec écran tactile
      Raspberry Pi3 avec écran tactile
      Batterie de secours
      Batterie de secours
      Modem/Routeur Mobile 4G
      Modem/Routeur Mobile 4G
      L'ensemble monté en coffret IP66
      L’ensemble monté en coffret IP66

      Le choix du Raspberry s’est imposé au regard du budget total de sa fiabilité et de ses temps de réponses au redémarrage. De plus le pilotage à distance de l’appareil est facilité.
      En cas de coupures de courant la batterie assure l’énergie nécessaire au Raspberry et au modem 4G afin que l’information de la hauteur du château d’eau puisse continuer à être envoyer.
      Pour plus d’informations :
      Raspberry : https://www.raspberrypi-france.fr/
      Batterie : https://www.ravpower.fr/external-batterie.html
      Modem/Routeur Mobile 4G : https://www.tp-link.com/fr/home-networking/lte-3g/m7350/
      Coffret IP66 : https://www.legrand.fr/pro/catalogue/32952-coffrets-marina-polyester

  • Dans le cloud
    • Sur un serveur Linux, réception et stockage des données et renvoi de SMS via des scripts PHP.
  • Au point de captage
    • Remplacement de l’ancienne horloge de programmation de marche/arrêt des pompes par un disjoncteur relais pilotable par SMS.
      L'ancienne horloge
      L’ancienne horloge
      Relais piloté par SMS
      Relais piloté par SMS

      Le disjoncteur IQTD-GS400 v.2.0 de IQtronic a été retenue car il est fiable, possède plusieurs entrées / sorties et est pilotable facilement par SMS (d’ailleurs ce disjoncteur sera certainement intégrés dans d’autres projets à l’avenir).
      Pour plus d’informations :
      Relais DIN SMS : http://www.iqtronic.com/products/gsm-power-control-din-iqconbox-mobile/

Ce système peut également être utilisé pour, par exemple, mesurer des températures.
En l’état, il est prêt à s’étoffer d’autres outils de mesure et contrôles comme le taux de chlore, le pH, la turbidité... le seul frein étant le coût des capteurs.
D’autres applications peuvent être imaginées comme par exemple le contrôle de site isolé, des systèmes nécessitant une gestion d’énergie fine ou appliquer à d’autres domaines (par exemple silos à blés).
Si vous êtes intéressé pour en parler ou faire une visite sur place, contactez-nous !

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