Leak Supervision in Water Distribution Networks based on model-based and data-driven approaches

Détection et localisation de fuites dans les réseaux de distribution d'eau basées sur des approches par modèles et guidées par les données Les réseaux de distribution d’eau sont des systèmes complexes dont la gestion et la surveillance revêtent une extrême importance. La détection et la localisation des fuites sont devenues cruciales pour ce type de réseau, car la présence de fissures ou de fuites peut entraîner des pertes économiques, des problèmes environnementaux, et un risque potentiel de contamination de l’eau qui pourrait nuire à la santé publique. Malgré tous les risques encourus, les infrastructures de distribution d’eau potable sont encore aujourd’hui grandement impactées par les fuites.Dans une ville de taille moyenne les infrastructures […] d’économiser des ressources financières.Dans ce contexte, cette thèse vise à développer une méthodologie pour la détection, l’estimation et la localisation de fuites dans les réseau de distribution d’eau potable. Elle présente également une approche permettant de bien positionner les capteurs, en validant leur position, afin de rendre la méthodologie plus robuste. Enfin, l’ensemble des techniques sont présentées et testées dans différents réseaux de distribution d’eau sur la base d’études de cas simulées et réelles.Les méthodes développées dans cette thèse peuvent être divisées en deux catégories : les méthodes basées sur des modèles et les méthodes basées sur des données. Les méthodes basées sur des modèles utilisent des modèles hydrauliques des réseaux de distribution qui doivent être bien calibrés pour obtenir des résultats fiables. Ce type de méthodes permet d’obtenir des résultats plus précis que les méthodes basées sur des données. Cependant, tous les réseaux de distribution d’eau ne disposent pas de modèles hydrauliques, ou ceux-ci ne sont pas réactualisés assez souvent pour tenir compte de l’expansion des villes et des modifications que peuvent subir les réseaux. Par conséquent, lorsque les modèles hydrauliques ne sont pas disponibles, les approches basés sur les données offrent une très bonne alternative puisqu’elles n’utilisent uniquement que les mesures issues des capteurs et les informations topologiques des réseaux.Deux méthodes de détection de fuites entièrement guidées par les données sont présentées dans cette thèse. La première méthode utilise uniquement les informations des capteurs de débit installés, détectant et estimant l’ampleur d’une fuite unique. La seconde est une technique complémentaire qui se concentre sur la détection de fuites multiples, c’est-à-dire lorsque plusieurs fuites se produisent simultanément dans le réseau de distribution d’eau. Cette dernière méthode utilise les capteurs de pression déjà installés et consiste à les regrouper par zone (i.e par classe), puis à étudier l’impact des fuites dans toutes ces zones.Les stratégies de localisation des fuites sont basées sur l’étude de la pression résiduelle générée par la comparaison entre les estimations de pression et les mesures de pression des fuites. Les méthodologies développées peuvent être divisées en deux parties […]. Dans cette thèse, trois approches basées sur les données sont proposées […].Par ailleurs, le positionnement des capteurs dans les réseaux de distribution d’eau est fondamental car il peut grandement affecter les performances de localisation des fuites. Dans cette thèse, une méthode de positionnement des capteurs de pression, idéale pour les techniques de localisation de fuites qui analysent les résidus de pression, est proposée. Afin de robustifier cette méthode, une approche de validation du positionnement des capteurs est développée, en analysant le processus de détection des fuites en fonction de la position des capteurs. Si le positionnement d’un capteur n’entraîne pas d’amélioration lors de la détection des fuites, les données issues de ce capteur peuvent être retirées afin que les autres techniques de détection de fuites n’en soient pas affectées.