28 Mai 2013  |  Environnement
Publié dans Sécurité Environnement 01/2013

Totalisation du débit d’eau potable dans des stations de distribution isolées

Des stations de distribution d’eau potable sont parfois très isolées et sans liaison électrique. Seuls des appareils de mesure autonomes sans maintenance peuvent être installés pour garantir une transmission des données à un poste de contrôle.
 
Le syndicat intercommunal de distribution d’eau WWAZ (Wolmirstedter Wasser und Abwasser Zweckverband) en Allemagne exploite un réseau très étendu de distribution d’eau et de collecte d’eaux usées, qui dessert aujourd’hui 26 communes associées (32 communes avant la réforme territoriale). Depuis 1991, le WWAZ assure, sous sa propre, régie l’alimentation en eau potable pour environ 55’000 abonnés (15’000 usagers domestiques et commerciaux). Dès 1991, les réseaux de distribution d’eau, alors en mauvais état, ont été continuellement réhabilités et renouvelés. Ceci a permis de stabiliser les conditions de pression dans les conduites d’eau et d’améliorer la qualité de l’eau potable. Au fur et à mesure de la rénovation, les pertes d’eau potable ont pu être considérablement réduites. Ce succès est aussi dû à la qualification du personnel et à ses interventions prudentes en cas d’avaries et de dommages affectant le réseau de conduites.
 
 
La consommation de l’eau potable est mesurée au total par un parc de 14’000 compteurs d’eau environ, dont les grands compteurs industriels et les multiples compteurs domestiques. Les stations de distribution très isolées, sans liaison au réseau électrique, utilisent actuellement des compteurs mécaniques à turbines. L’incertitude de mesure de ces compteurs est élevée, de 2 à 5 % et le besoin en maintenance important. Selon une étude réalisée, les erreurs de mesure peuvent même augmenter jusqu’à 5 % par an. C’est la raison pour laquelle le WWAZ aimerait remplacer les compteurs mécaniques par des compteurs d’eau électromagnétiques.
 
Figure 1. Un puits de distribution très isolé: ce site n’offre aucune possibilité d’alimentation électrique externe pour les appareils de mesure.
 
Les besoins de mesure
Les trois premiers points de mesure à remplacer se situent dans la station de distribution d’Eichenbarleben (Allemagne). Ici, la conduite principale d’alimentation en eau potable se divise en trois lignes et dessert trois communes. Chacune des trois lignes doit être équipée de son propre débitmètre-compteur pour remplacer les anciens compteurs mécaniques à turbine. Deux de ces conduites ont un diamètre nominal de DN 150, la troisième de DN 200.
En raison de l’absence de liaison au réseau électrique, seuls des appareils de mesure autonomes peuvent être installés. Les batteries doivent avoir une durée de vie d’un an au minimum. De plus, les appareils ne doivent pas nécessiter de maintenance. La transmission des données de débit au poste de contrôle doit s’effectuer à distance, pour éviter les relevés in situ et limiter ainsi les coûts d’exploitation. De l’eau pouvant pénétrer dans la station de distribution, les appareils électroniques utilisés doivent être étanches, donc avoir un degré de protection IP67, voire IP68. Une pénétration d’eau doit être signalée par l’intermédiaire d’un transmetteur de niveau supplémentaire à flotteur. Les petits débits sont de l’ordre de grandeur de 1 à10 m3/h environ. Les vitesses d’écoulement peuvent aussi être très faibles, parfois inférieures à 0,1 m/s. Même en présence de ces débits très faibles, pendant la nuit, les appareils doivent assurer une mesure avec une incertitude de 1,5 % maximum.
 
Figure 2. La répartition de la conduite d’eau principale en trois lignes de distribution.
 
La solution retenue
Pour cette application, la société KROHNE a fourni trois compteurs d’eau électromagnétiques WATERFLUX 3070 F autonomes sur batterie, d’un diamètre nominal de respectivement 1’’ DN 200 et 2’’ DN 150. Chacun de ces trois compteurs est équipé de deux batteries performantes. Les conduites d’eau potable desservent des petites communes de 100 à 300 habitants. Pour assurer une mesure précise des variations de débit rapides et discontinues, il est nécessaire d’augmenter le réglage standard de la fréquence de mesure des compteurs WATERFLUX, selon le tableau ci-dessous.
 
 
Le réseau du syndicat n’étant pas en maillé, le débit n’est mesuré que dans le sens aller. Pour la transmission à distance des données, le distributeur d’eau WWAZ utilise deux antennes GSM autonomes KGA 42 de la société KROHNE. Le sigle KGA est l’abréviation de «KROHNE GSM Antenne», GSM signifiant «Global System for Mobil Communication». Chacun des deux KGA dispose de quatre entrées numériques et de deux entrées analogiques. De ces huit entrées numériques, trois sont utilisées pour les signaux de mesure, trois pour les messages de défaut (autocontrôle ou batterie presque vide, par exemple) et un pour le transmetteur de niveau externe à flotteur destiné à signaler une pénétration d’eau dans le puits de distribution. Les quatre entrées analogiques sont réservées à une surveillance de pression ultérieure.
 
Figure 3. Trois capteurs de mesure WATERFLUX 3000 F.
 
Les compteurs d’eau mesurent avec une incertitude de mesure inférieure à 0,5 % de la valeur mesurée, même en présence des très petits débits, inférieurs à 10 m3/h, qui s’y produisent avec des vitesses d’écoulement de 0,01 à 0,1 m/s.
Equipés en série d’une électrode de référence, les compteurs d’eau WATERFLUX ne nécessitent pas de mise terre séparée. La configuration des émetteurs KGA pour la transmission à distance des données de mesure au poste de contrôle est réalisée sur site par un technicien via la technologie Bluetooth. L’échange des compteurs mécaniques à turbine est possible directement, sans adaptation. Les compteurs d’eau WATERFLUX ne nécessitent pas de sections droites, ni en amont, ni en aval. Ces appareils conviennent ainsi parfaitement aux sites exigus.
 
Figure 4. Un technicien S.A.V. effectuant la configuration des enregistreurs de données et de l’antenne GSM KGA 42.
 
Les avantages
Le fournisseur d’eau WWAZ est maintenant en mesure de relever les compteurs et de contrôler les débits instantanés au moment voulu, pour ces trois communes, à partir de son poste de contrôle central et de détecter immédiatement tout défaut éventuel. L’affichage des données transmises à distance est réalisé à l’aide du logiciel de visualisation et de traitement PCWin. De plus, des relevés sur place ne sont plus nécessaires. Une intervention in situ n’est requise que pour changer les batteries. Ceci permet de contrôler, de réduire fortement les coûts d’exploitation, ainsi que les coûts courants à long terme. La transmission à distance par SMS peut se faire sur une base tarifaire forfaitaire économique qu’offrent les opérateurs téléphoniques, par exemple.
La disponibilité de batteries de rechange est assurée sur le long terme par le fabricant. Les compteurs d’eau sont résistants à l’usure et ne nécessitent aucune maintenance. La définition de valeurs de seuil, spécifiques pour certaines heures, permet de détecter immédiatement des détériorations ou des fuites éventuelles. Ainsi, les écarts de débit nocturne, entre deux et quatre heures, sont utilisés pour détecter des fuites, par exemple. La capacité des batteries WATERFLUX est signalée au poste de contrôle comme message d’alarme. Pour cette application où la fréquence de mesure a été ajustée, la durée de vie est d’un an et demi à deux ans et demi environ. Le premier message est émis un an avant la fin de la durée de vie, le deuxième lorsque la capacité résiduelle est d’un environ. La durée de vie des batteries des KGA 42 est de deux à quatre ans environ. Leur capacité résiduelle peut être lue au poste de contrôle. Les compteurs d’eau WATERFLUX 3070 installés ont une vie utile de 25 ans et ne nécessitent pas de remplacement antérieur, contrairement aux compteurs mécaniques, dont la gestion de l’usure exigeait des coûts de remplacement élevés.
 
Figure 5. Le transmetteur de niveau à flotteur.
 
La réduction des coûts
La plus grande précision du compteur d’eau WATERFLUX par rapport aux compteurs mécaniques permet de réduire fortement les coûts, comme le montre l’exemple suivant. L’incertitude de mesure des compteurs mécaniques remplacés s’élevait à 5 %. A raison de débits de 10 m3/ h maximium, cela signifie que 12 m3/j sans être comptés, soit une perte d’environ 8500 €par an pour un prix de l’eau de 1,90 €/m3. Dans les mêmes conditions de mesure, les compteurs d’eau WATERFLUX permettent au WWAZ de réduire ces pertes à un dixième environ, soit à près de 850 €, l’incertitude de mesure du WATERFLUX équipé d’un diamètre nominal DN 150 n’étant plus que de 0,5 % de la valeur mesurée pour un débit de 10 m3/h.
 
Les produits utilisés
Le compteur d’eau autonome sur batterie avec convertisseur de mesure déporté WATERFLUX 3070 F possède les caractéristiques suivantes:
  • durée de vie des batteries jusqu’à quinze ans;
  • convient aux transactions commerciales selon les normes OIML R-49 et MI-001;
  • tube de mesure optimisé à profil d’écoulement rectangulaire;
  • mesure très précise, sans sections droites en amont ni en aval;
  • mesure bidirectionnelle de 0…12 m/s;
  • montage enterré possible (degré de protection IP68 après revêtement de peinture pour montage enterré);
  • diamètre nominal DN 25…600, revêtement de polymère Rilsan®, sans usure, ni dépôts.
 
L’enregistreur de données et l’antenne GSM pour la transmission KGA 42 à distance des valeurs de mesure, possède les caractéristiques suivantes:
  • quatre entrées numériques, deux entrées analogiques;
  • signal GSM très puissant, spécialement développé pour des puits;
  • conçu pour des sites d’application sans alimentation électrique;
  • indice de protection IP65.

KROHNE AG
4019 Bâle
Tél: 061 638 30 35
www.krohne.ch


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