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Élaboration de procédures d'intervention en réponse aux contaminations se produisant en réseaux d'eau potable.

Poulin, Annie (2008). Élaboration de procédures d'intervention en réponse aux contaminations se produisant en réseaux d'eau potable. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 348 p.

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Résumé

Depuis plusieurs décennies, la gestion, l'analyse et l'opération des infrastructures de distribution d'eau potable continuent de susciter l'intérêt des ingénieurs et des scientifiques. Ces questions posent un défi en deux volets dont le premier, à caractère opérationnel, s'intéresse à l'élaboration de règles et de pratiques visant à assurer qu'une eau saine parvienne en quantité suffisante aux divers usagers des services d'eau potable. Le second volet, de nature technique, s'intéresse au développement d'outils analytiques permettant d'assurer et de vérifier la mise en oeuvre adéquate des mesures opérationnelles (outils de modélisation, technologies pour le maintien et la vérification de la qualité de l'eau distribuée, etc.). Récemment, des études ont révélé la vulnérabilité des réseaux de distribution d'eau potable face à divers incidents mettant en danger la santé des usagers, du fait que ces infrastructures sont facilement accessibles et peu sécurisées. Les communautés d'experts et de scientifiques se sont alors penchées sur l'élaboration de pratiques opérationnelles ainsi que de procédures et d'outils adaptés à ce nouveau contexte de sécurité. Notamment, on s'est intéressé au problème posé par les contaminations, tant accidentelles qu'intentionnelles, pouvant se produire au sein même de réseaux d'eau potable, où les barrières résiduelles de défense sont limitées. Parmi les travaux de recherche réalisés à ce jour, la plupart ont examiné la question de la détection précoce des contaminations. Des études se sont intéressées au développement d'unités de détection fonctionnant en temps réel et en continu. Des résultats prometteurs ont été obtenus, bien que des développements soient encore attendus afin d'améliorer la fiabilité des technologies et leur spécificité aux diverses classes de contaminants (chimiques, biologiques et radiologiques). En parallèle, d'autres études se sont penchées sur la localisation optimale d'unités de détection en réseaux afin de maximiser la protection des usagers, considérant des contraintes sur le nombre d'unités à installer (en raison notamment des coûts élevés d'acquisition et d'installation). Mais cette protection de premier plan est sans utilité en l'absence d'outils permettant, en second plan, d'élaborer des stratégies de gestion des opérations de réponse, en vue d'assurer le retour à l'opération normale des réseaux de distribution. Suivant les directives opérationnelles émises à cet égard, une réponse efficace permettra, dans un premier temps, d'isoler une contamination suite à sa détection, et, dans un second temps, de l'évacuer de façon sécuritaire. Les quelques études qui ont abordé cette question ont mis l'accent sur les aspects théoriques, en cherchant à optimiser des combinaisons d'opérations à mettre en oeuvre de façon simultanée sur des réseaux fictifs. Afin de tenir compte, de façon plus concrète, des considérations pratiques liées à une mise en oeuvre structurée, efficace et sécuritaire des opérations de réponse, dans le cadre de la présente thèse, deux procédures heuristiques ont été développées à partir de l'analyse des réseaux réels de deux municipalités du Québec. Les procédures permettent de systématiser et de structurer la démarche visant : (l) en guise de première réponse opérationnelle, à délimiter des secteurs de réseau potentiellement contaminés et à isoler rapidement ces derniers au moyen de la fermeture des vannes appropriées; (2) à évacuer, par la suite, l'eau contaminée des secteurs préalablement isolés au moyen du rinçage unidirectionnel (RUD). L'ensemble du processus de réponse est déclenché par la première détection d'une contamination, à partir de l'un des détecteurs supposés idéaux et localisés de façon optimale au sein des réseaux d'étude à l'aide d'une approche basée sur la modélisation des écoulements en régime stationnaire (en conditions de consommations moyennes journalières). À ce stade, en fonction de la localisation des détecteurs, un ensemble de sources possibles de contamination peut être identifié. Un secteur potentiellement contaminé, dont l'étendue tient compte, de façon agrégée, de chacune de ces sources, est alors délimité (toujours sous l'hypothèse de conditions stationnaires). Ainsi, chaque détecteur détermine un scénario de détection, pour lequel le calendrier d'opérations peut être élaboré à l'aide des procédures d'isolement et de rinçage. Entre le moment où surviennent l'isolement d'un secteur contaminé et le rinçage de celui-ci, il est supposé que (1) l'incident de contamination est confirmé et caractérisé (identification de la source et de la nature du contaminant, élimination de la source) et (2) des avis définitifs sur la consommation d'eau sont émis à la population concernée. Les opérations de RUD sont donc élaborées et validées du point de vue hydraulique sous un scénario de consommations réduites. Les deux procédures de réponse sont constituées d'un ensemble de règles élaborées à partir de critères topologiques, opérationnels et hydrauliques. Les règles ont été structurées sur la base de l'analyse même des scénarios de détection générés pour les deux réseaux d'étude. L'application détaillée des procédures est démontrée dans la présente thèse au moyen d'exemples spécifiques. Quant aux résultats généraux, ils révèlent l'utilité des procédures dans une perspective d'amélioration des caractéristiques de conception des réseaux d'étude, afin, justement, de favoriser la mise en oeuvre des opérations de réponse. De par leur structure, les procédures d'isolement et de rinçage se prêteraient à l'élaboration éventuelle d'un système expert, qui pourrait être ensuite intégré à des logiciels d'analyse et de gestion de réseaux. Pour ce faire, un important travail visant à automatiser complètement les procédures devrait d'abord être entrepris. L'automatisation pourrait également permettre d'appliquer les procédures à des réseaux diversifiés afin de valider et de raffiner celles-ci davantage. D'autres hypothèses, notamment en ce qui a trait à la détection des contaminants et à la modélisation des écoulements en réseau, pourraient également être testées. Enfin, dans une perspective plus globale, des travaux tels que ceux qui sont exposés dans la présente thèse devraient être intégrés dans le cadre d'études et d'exercices visant à mieux organiser l'ensemble des opérations et des actions correctives en réponse à d'éventuels incidents de contamination. À terme, ces considérations tendent à s'inscrire dans le cadre de saines pratiques de gestion, d'entretien et d'opération des infrastructures de distribution d'eau potable. Ainsi, la vulnérabilité des réseaux de distribution face à divers incidents de contamination n'en sera que mieux connue et l'identification de mesures correctives simplifiée.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Villeneuve, Jean-Pierre
Co-directeurs de mémoire/thèse: Mailhot, Alain; Delorme, Louis
Mots-clés libres: eau potable; réseau; contamination; procédure; vannes; rinçage; RUD
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 11 févr. 2014 16:46
Dernière modification: 17 mars 2016 17:52
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1932

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