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Appel à solutions pour la recherche de fuite sur réseaux de chaleur


Autres innovations
20/09/2018

By ENGIE Réseaux

Date de cloture
20/12/2018

ENGIE Réseaux cherche à identifier des solutions innovantes permettant d’améliorer la précision de localisation des fuites d’eau sur un réseau de chaleur en fonctionnement et de mieux évaluer le débit de fuite.


ENGIE Réseaux en Bourgogne Franche Comté, en partenariat avec Nicéphore Cité, cherche à identifier des solutions innovantes pour améliorer la performance de ses réseaux urbains de chaleur en exploitation. Il s’agit d’améliorer la précision de localisation des fuites d’eau sur un réseau de chaleur en fonctionnement et de mieux évaluer le débit de fuite. 

L’objectif de cet appel à projet est de proposer un système complémentaire aux solutions actuelles utilisées pour localiser les fuites des réseaux d’eau chaude et d’eau surchauffée, soit :

  • Quantité d'eau d'appoint *
  • Test de chute de pression entre les sections *
  • Injection de gaz traceur *
  • Surveillance des fuites par résistances électriques *
  • Ecoute au sol *
  • Corrélateur de fuite acoustique *
  • Thermographie Infra Rouge *

* voir en annexe le détail des solutions déjà utilisées

Ces techniques ne permettent pas toujours de localiser les fuites avec une précision suffisante ce qui peut engendrer des travaux en voirie, avec parfois perturbation de la circulation en ville et d’importants coûts d’intervention. La nuisance de travaux et les coûts pourraient être réduits par une localisation des fuites plus précise. De même, une estimation du débit de fuite permettrait d’avoir un critère de criticité pour juger de l’urgence de l’intervention à réaliser. 

La solution innovante proposée doit permettre de localiser une fuite à 50 cm près et d’évaluer le débit de fuite sans occasionner de coupure du service de fourniture de chaleur, avec un coût de mise en œuvre réduit. Le système doit être facilement utilisable et robuste. 


Date limite de réponse : 20 décembre 2018


Gain et bénéfice pour les lauréats de l’appel à projet 

ENGIE Réseaux Bourgogne Franche Comté mettra à disposition du lauréat une installation permettant la mise en place d’un pilote pour une durée de 9 mois. 

  • Une série de tests de recherche de fuites sur le réseau de chaleur de Chalon sur Saône pourra être organisée par le lauréat à l’instigation et en collaboration avec ENGIE Réseaux Bourgogne Franche Comté .Ces tests peuvent être envisagés sur d’autres réseaux de chaleur ENGIE. 
  • Au vu des résultats, une collaboration commerciale pourra être envisagée et, le cas échéant, être étendue à l’ensemble du périmètre d’ENGIE Réseaux. 
  • Un volet communication (annonce du lauréat, communication autour de la réalisation du projet) sera mis en œuvre en collaboration entre ENGIE Réseaux et le(s) lauréat(s). 
  • En complément, le projet gagnant bénéficiera d’ un accompagnement par Nicéphore Cité, Partenaire de l’Appel à Projets.

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Critères de sélection 

  • Adéquation avec le sujet, 
  • Précision de localisation de fuite, 
  • Estimation du débit de fuite, 
  • Caractère innovant, 
  • Facilité de mise en œuvre, 
  • Rapport qualité/froide. 
  • Rapidité de mise en œuvre. 


Calendrier prévisionnel 

  • Lancement de l'appel à projets : 1er octobre 2018. 
  • Date limite de remise des dossiers : 20 décembre 2018. 
  • Date Jury : début février 2019. 
  • Présentation des dossiers finalistes devant un Jury / pitch à Nicéphore cité de Chalon : fin février 2019, suivi de l’annonce des Lauréats. 


Partenaire de l’appel à projets 

Nicéphore Cité, accélérateur de projets innovants

Sensibiliser les entreprises aux enjeux du numérique, leur donner les clés et les  accompagner dans leur transformation et  le déploiement de nouveaux usages, process ou services, soutenir les porteurs de projets innovants, telles sont les missions de la Cité de l’Ingénierie numérique aujourd’hui opérées par Nicéphore Cité en partenariat avec l’Institut Image et les acteurs du réseau de l’innovation. 

Ces actions se déclinent à travers une offre de services dédiée, une pépinière labellisée services à haute valeur ajoutée, des formations sur-mesure, un fablab pour le prototypage et les petites séries, des solutions en réalité virtuelle et augmentée.

Par ailleurs, une programmation événements liés à l’’innovation et l’entrepreneuriat contribuent à l’acculturation des entreprises et à l’animation de l’écosystème numérique. 

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Annexes 

Les réseaux de chaleurs sont à des températures variables, enterrés en pleine terre ou en caniveau (cf. Annexe A2 pour exemples) à des profondeurs variables et avec des typologies de surface variables (chaussée, trottoir, pelouse…). Ils sont composés généralement de deux tuyauteries, une tuyauterie aller (la plus chaude) et une tuyauterie retour (la plus froide) transportant de l’eau chaude, de l’eau surchauffée, ou de la vapeur. Ils ont une longueur de plusieurs kilomètres à dizaines de kilomètres. Il existe différents points d’accès (chambre de vannes, vidange, purge, accès). Les canalisations sont en acier. 


A1 Solutions actuelles de recherche de fuite 

A1.1 Quantité d'eau d'appoint

Les fuites sont généralement détectées par la quantité d'eau d'appoint requise par le système. Il permet d’alerter sur la présence d’une ou plusieurs fuite, mais ne présage pas de sa localisation. 

Pour certains réseaux en France, on considère qu'il existe des fuites importantes si la consommation d'eau dépasse 7 m3 / jour, mais ce critère doit être adapté aux différents réseaux, en tenant compte de son âge et des conditions d'entretien.


A1.2 Détection par gaz traceur 

Injection d’un gaz traceur, souvent l’hélium (ou CO …), la quantité injectée dépendra du volume d'eau. S'il y a une fuite, l'hélium sera libéré. Un robot prend des échantillons tous les 3 m. Il fore un trou et analyse la présence d'hélium. L'étape de détection peut durer jusqu'à cinq jours, car l'hélium est retenu dans le sol pendant cette période.

Facteur de réussite : 30% de fuites détectées. Les opérateurs doivent localiser la fuite dans un rayon de 2 m.

 

Figure 1 : Robot analyseur d’hélium.


A1.3 Surveillance des fuites par résistances électriques

La surveillance des fuites par résistances électriques est habituellement préinstallée dans les tuyaux.

Il consiste en 2 fils électrifiés intégrés dans l'isolation de la conduite. En cas de fuite, le courant est transmis et une alarme se déclenche.

 

Figure 2 : tuyauterie équipé d’une résistance de recherche de fuite.


A1.4 Test de chute de pression entre les sections

  1. Isoler les branches avec des vannes
  2. Vérifiez la pression et commencez à compter le temps.
  3. S'il y a une fuite, la pression diminuera. Veuillez noter que la pression peut se dégrader, même sans pertes, car les vannes ne seront probablement pas étanches à 100% 
  4. Comptez une minute et enregistrez la pression à la fin du test.

Ce système nécessite d’avoir des vannes étanches (difficile de s’en assurer), permet d’identifier un secteur, mais pas de localiser avec précision. 


A1.5 Ecoute au sol

L'opérateur identifiera le son ou les vibrations induits par la fuite d'eau des tuyaux à l'aide d'un équipement individuel (mobile).

Il y a plusieurs facteurs qui affectent le volume et la gamme de fréquence des sons produits par les fuites d'eau transmises sur les tuyaux et transmises à la surface du sol.

• Pression de l'eau dans le tuyau : Le volume ou l'intensité du bruit de fuite est directement proportionnel à la pression de l'eau à l'intérieur du tuyau. 

• Matériau de la conduite et diamètre du tuyau : Les tuyaux métalliques transmettent des sons de fuite d'eau qui sont plus forts et plus fréquents que les tuyaux en PVC ou les tuyaux en amiante-ciment. 

• Type de sol et compactage du sol : Les sols sablonneux et les sols très meubles, en particulier au-dessus d'une canalisation fraîchement enterrée, ne transmettent pas très bien les bruits des fuites d'eau, pas plus que les sols saturés d'eau tels que les tourbières et les marécages. Sol dur et compact, transmet le mieux les sons des fuites d'eau.

• La profondeur du sol au-dessus du tuyau : Le sol absorbe les bruits de fuites d'eau très rapidement. Les fuites dans les conduites d'eau qui n'ont que 3 ou 4 pieds de profondeur sont beaucoup plus faciles à entendre à la surface du sol que les fuites dans les lignes plus profondes. À 7 ou 8 pieds de profondeur, seules de très grandes fuites avec une bonne pression d'eau produiront suffisamment de bruit pour être entendues à la surface. 

• Couverture de surface : herbe, terre meuble, asphalte, dalle de béton, etc. Les surfaces dures des rues et les dalles de béton résonnent avec le bruit de la fuite d'eau, et la fuite peut être entendue de 5 à 10 pieds ou plus de chaque côté de la conduite d'eau. Les pelouses d'herbe et les surfaces de saleté libres n'offrent pas une telle surface en forme de plaque résonnante. 

 

Figure 3 : Opérateur réalisant un écoute au sol.


A1.6 Corrélateur de fuite acoustique

Les dispositifs de corrélation localisent les fuites sur les tuyaux sous pression, où l'emplacement approximatif de la fuite est inconnu et les distances relativement élevées.

Deux (ou plus) capteurs sont placés en contact avec le tuyau des deux côtés de la fuite suspectée. Ces capteurs enregistrent et transmettent le son par radio à l'unité de traitement.

Des algorithmes mathématiques sont utilisés pour déterminer l'emplacement exact de certains profils de bruit (tels que les sifflements) sur le tuyau, en corrélant les bruits qui atteignent les deux capteurs et en mesurant la différence de déplacement sur le tuyau. 



Figure 4 : schéma du corrélateur.


A1.7 Thermographie Infra Rouge. 

Inspectez le réseau depuis le niveau de la rue avec une caméra thermique avec géolocalisation.

Cette inspection peut avoir lieu tous les 1 à 5 ans et couvrir l'ensemble du réseau. Elle peut être effectuée à pied, en voiture, par avion ou drones.

En raison de la quantité de photos thermiques et standard collectées, l'analyse est souvent réalisée avec des images informatisées en temps réel.

L'analyse consiste principalement à détecter des points chauds, c'est-à-dire des points avec une différence de température entre le niveau de la rue au-dessus du réseau et la rue environnante au-dessus de 10ºC (?T <10 ° C).

Un deuxième niveau d'analyse est fait en comparant les points chauds avec l'imagerie des années précédentes. La dérive thermique (dérive thermique) doit être inférieure à 3ºC (DT <3 ° C). 

 

Figure 5 : Vue thermographique.


A1.8 Endoscopie ou inspection vidéo des canalisations . 

Visualisation de l’état du calorifuge, des supports, du caniveau et des dalles en déplaçant une caméra à l’intérieur du caniveau et à l’extérieur tube. L’image est sauvegardée.

Vision réelle de l’état du réseau par l’extérieur : permet de voir la dégradation du calorifuge, l’état des supports, du caniveau et des dalles. Résultat fiable et probant lorsque les conditions sont réunies puisque plus de 90% des fuites proviennent d’une agression par l’extérieur du tube.

Ne fonctionne qu’à partir d’un point d’accès au réseau (chambre de vannes, chambre de compensateur…) ou lors d’une ouverture du réseau pour sondage. Ne permet pas de visualiser de très grandes longueurs (inférieures à 100 m plutôt  10 / 20m). Ne permet pas de passer les coudes. Fragile car utilisé en milieu chaud voir très chaud en cas de fuite. La qualité de l’image dépend de la propreté du caniveau


A1.9 Les ondes Guidées 

Détection des variations d’épaisseur sur tout type de canalisation acier en charge ou pas. Ne détecte pas directement les fuites. Utilisation plutôt en préventif. 

Un ensemble de capteurs émetteur –récepteur placé en anneau tout autour du tube envoie des ondes guidées de torsion de part et d’autre de cet anneau. Le signal en retour est analysé : tout « décalage » dans le signal indique une variation 


Figure 5 : Vue équipement ondes guidées


C’est la seule solution pour connaitre l’état d’une canalisation dans le passage d’un mur.

Matériel très technique demande expérience pour interpréter les résultats. Lourd à mettre en place par rapport aux autres outils.


A2 Profil des principaux types de canalisation. 



Figure 6 : exemple de profil d’un réseau enterré.


 

Figure 7 : exemple de profil d’un réseau en caniveau (couverture béton enterré). 


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