Дисертації з теми "Réseaux de tuyaux"

La thèse constitue un prolongement des recherches menées dans le cadre du projet européen CARE-W (Computer Aided REhabilitation for Water networks). Au sein de la suite de logiciels CARE-W, le module CARE-W_ARP (Annual REhabilitation Programmes) propose une aide multicritère à la construction des programmes annuels de réhabilitation des réseaux d’eau potable. Deux composantes principales peuvent être distinguées : a) une représentation multicritère des conduites (critères exprimant plusieurs types d’impacts de l’état de santé des conduites), et b) une procédure de hiérarchisation des priorités de réhabilitation, reposant sur la méthode de surclassement ELECTRE TRI. Les travaux de la thèse portent sur l’évaluation et le consolidation des éléments méthodologiques (critères et procédure de constitution d’un programme) proposés dans l’outil CARE-W_ARP. Ils visent également à produire de la connaissance sur l’efficacité des programmes de réhabilitation, au moyen d’expérimentations numériques associés à des données réelles. Un premier volet de la recherche concerne la représentation du processus d’élaboration d’un programme annuel de réhabilitation et l’amélioration du modèle multicritère. Deux ensembles de critères sont proposés. Le premier ensemble est une formulation des critères existants. Le second ensemble permet de comparer des variantes de programmes de réhabilitation. Le second volet de la recherche porte sur l’évaluation des bénéfices de l’utilisation de la chaîne d’outils d’aide à la décision en fonction du contexte de disponibilité des données élémentaires. Les expérimentations réalisées permettent également de fournir et d’illustrer des propositions méthodologiques vis-à-vis du problème du paramétrage de la méthode multicritère ELECTRE TRI. Une démarche d’analyse multicritère est proposée à l’utilisateur de l’outil CARE-W_ARP pour l’aider à générer une variante de programme conforme à ses préférences<br>This research provides some extensions of the studies realised within the European project CARE-W: Computer Aided REhabilitaion for Water networks. Within the CARE-W suite of software tools, CARE-W_ARP is a module dedicated to the definition of Annual Rehabilitation Programmes. Research works aim at assessing and improving the decision support provided by CARE-W_ARP (criteria and procedure). Another objective is to assess the efficiency of rehabilitation Programmes, by means of numerical experiments associated with the real data. A first part of the research is dedicated to the representation of the decision process leading to an annual rehabilitation programme. Two sets of criteria have been elaborated: The first set of criteria allows assessing and comparing water pipes, in taking account of both the impacts of the pipe condition and replacement cost. Each criterion is expressed as efficiency: avoided impacts per K€ dedicated to replacement. The second set of criteria allows assessing and comparing rehabilitation Programmes. The second part deals with the assessment of the benefits of using the suite of tools depending on the available data. The experiments also provide and illustrate methodological proposals relating to the parameterization of ELECTRE TRI. A multicriteria analysis procedure is proposed to support CARE-W_ARP users in generating a rehabilitation Programme in accordance with their preferences

Dans ce travail de thèse, nous étudions la répartition d'un train périodique de gouttes monodisperses à une simple bifurcation asymétrique. Nous montrons que le trac des éléments discrets dans des réseaux microuidiques résulte de deux mécanismes physiques diérents : un mécanisme collectif de rétroaction hydrodynamique et un mécanisme local de collisions. La compétition entre ces deux mécanismes est régie par le connement des gouttes. Nous proposons des modèles phénoménologiques simples pour comprendre ce trac en fonction des paramètres pertinents du problème. Parallèlement à cette étude, nous mettons au point une méthode passive pour mesurer les pertes de charges dans des écoulements microuidiques et nous mesurons expérimentalement l'excès de résistance hydrodynamique produit par la présence d'une goutte en fonction de son connement dans des canaux de section rectangulaire et circulaire. Enn, nous montrons que la géométrie des canaux aecte notablement la mobilité des gouttes : les gouttes vont plus vite que l'écoulement moyen dans le cas de section circulaire et moins vite dans le cas de section rectangulaire. Ceci du fait de la présence de coins dans cette géométrie<br>In this work, we investigate repartionning of monodisperse droplets at a simple asymmetric bifurcation. We show that a trac of discrete uid in microuidic systems is regulated by two distincts mechanisms : collective hydrodynamic feedback and local colisions. The competition between these two mechanisms is controlled by the connement of the droplets. For each mechanism, we propose simple phenomenological models in terms of the various pertinent parameters of the problem. Furthermore, we develop a passive method to measure pressure drops in microuidics channels. We measure the excess hydrodynamic resistance of each droplet channel for channels having circular and rectangular cross-sections. We show that the geometry of a channel aects the mobility of droplets. Droplets travel faster (slmower) than the average ow speed for channels having circular (rectangular) cross sections

La défaillance des réseaux d'eau constitue un problème majeur en Iran, qui nécessite des investissements importants et l'élaboration d'une stratégie optimale pour la réhabilition des réseaux d'eau. Ce travail constitue une contribution à cet objectif. Il vise le développement des outils pour améliorer la gestion et la maintenance des réseaux d'eau. Il comporte la détermination des principaux facteurs affectant la défaillance des réseaux d'eau, l'élaboration d'un modèle de prévision fondé sur les Réseaux de Neurones Artificiels, et le développement d'un modèle de survie. Ces approches ont été appliquées sur le réseau d'eau de la ville de Sanandaj en Iran. Le travail de thèse a comporté différents parties, notamment: la collecte de données sur le réseau de la ville de Sanandaj, l'analyse spatiale et statistique de ces données, le développement d'un modèle basé sur le Réseau de Neurones Artificiels et l'application de l'approche de survie. L'analyse des données a permis la détermination de principaux facteurs à l'origine de la défaillance des réseaux d'eau. Deux modèles de régression (multiple et Poisson) ont été employés pour la prévision du nombre de défaillances du réseau d'eau. Ces modèles ont été comparés à l'approche Réseau de Neurones Artificiels. La comparaison a montré tout l'intérêt d'utiliser l'approche Réseau de Neurones pour la prévision de la défaillance des réseaux d'eau. L'approche de survie a été utilisée pour étudier la durée de vie et étudier l'impact d'une intervention sur le réseau d'eau.

L’objet de ce travail consiste à étudier l’éventuel impact du réseau intérieur sur l’apparition de flaveurs et d’odeurs dans l’eau potable. Il s’agit d’identifier les facteurs de dégradation organoleptique au sein de ce réseau. Les interactions eau/matériau sont appréhendées selon deux axes : i) les canalisations en tenant compte de la conception, de la mise en eau et des comportements des usagers, ii) les équipements de robinetterie et appareils de traitement aux points d’usage. Un traitement statistique des données a mis en évidence le rôle du réseau intérieur dans la dégradation organoleptique de l’eau. L’étape d’assemblage des canalisations (brasage du cuivre, collage du PVC) est identifiée comme un facteur d’altération de la qualité de l’eau. Lors du fonctionnement des réseaux intérieurs, seul le matériau PEX-c entraîne l’apparition d’odeurs et de flaveurs plastique/chimique ou des sensations en bouche à la suite d’une période de stagnation de l’eau. Les panélistes sont sensibles à un changement des caractéristiques de l’eau, notamment à la teneur en chlore. Pour le deuxième axe de recherche, les joints de robinetterie (31 % EPDM) et les flexibles (21,5 % NR ou IR ; 38 % EPDM) altèrent la qualité organoleptique de l’eau. La perception gustative du panel est une saveur amère et une flaveur globalement chimique/plastique. La dégradation olfactive est décrite comme principalement chimique. Une flaveur propre au contact de l’eau avec les flexibles est caractérisée par les descripteurs « fumée », « brûlée » ou encore « boisée ». L’analyse chimique des eaux montrent l’altération comme la résultante d’un mélange complexe de plusieurs composés ou familles différentes<br>This work studies the possible impact of the private distribution system on the appearance of flavours and odours in tap water. It consists in identifying the contributing factors inside the private distribution system to alter organoleptic water quality. A method was set up to investigate the interaction water/material in two ways: i) pipes’ material taking into account the design, the priming of the private distribution system and the behaviour of consumers, ii) the tap fittings and the water treatment devices at points-of-use. The statistical analyses demonstrated that the private distribution system alters the organoleptic water quality. The procedure of the PVC or the copper pipes connection is identified to impart off-flavours episodes. During dynamic experiments, only the PEX-c pipe material leads to the appearance of plastic, chemical flavour and odour or also mouthfeeling after a 63h and a 168h of stagnation. The panelists perceive the change of water quality in particular concerning the chlorine concentration. Moreover, tap-joint gaskets (31% EPDM) and tap tubings (21. 5% NR or IR; 38% EPDM) impart a bitter taste, a chemical/plastic flavour at tap water. The panel perceives a chemical odour. Then, the descriptors “smoke”, “burnt” or “woody” are specific to water samples in contact with tap tubings. Finally, chemical analyses of the water samples reveal that the organoleptic water degradation is provoked by the complex mix of several compounds and differents families of molecule

Afin d'étudier le développement des biofilms et ses intéractions avec la phase eau, l'approche expérimentale a été menée dans des conditions à la fois proches de la réalité et parfaitement controlables grâce à un pilote simulateur fonctionnel d'un réseau de distribution réel d'eau d'alimentation. Le pilote expérimental a préalablement été testé par estimation de l'hétérogénéïté de la répartition des bactéries fixées à l'intérieur de celui-ci. De plus, le temps nécessaire à l'obtention d'un état d'équilibre du système expérimental a été évalué dans le but de faciliter l'exploitation des résultats et de simplifier les expressions mathématiques utilisées. L'expérimentation proprement dite, consista à étudier l'évolution des caractéristiques physicochimiques et microbiologiques de l'eau en cours de distribution dans le pilote, la participation des biofilms formés à cette évolution et les conséquences de cette évolution sur la formation et le maintien de la biomasse fixée. Enfin, la mesure expérimentale des taux de dépôt, d'arrachage et de mortalité cellulaire a permis de déduire les taux de croissance des bactéries libres et fixées dans le pilote

Le Code de la Santé Publique fixe les exigences sur la qualité de l’eau au point d’usage et les matériaux utilisés au contact de l’eau sont soumis à l’obtention d’une Attestation de Conformité Sanitaire. Toutefois des cas de dégradation organoleptique de l’eau subsistent aux points d’usage des consommateurs. Une revue bibliographique a montré que la dégradation organoleptique de l’eau pouvait être causée par la présence de composés provenant des matériaux organiques constituant les réseaux intérieurs. Un modèle à compartiments développé modélise le transfert et le transport des composés organiques des matériaux dans l’eau. Ce type d’approche permet de coupler l’étude du transfert de composés organiques des matériaux dans l’eau et l’étude de l’hydrodynamique dans les réseaux intérieurs. Son application donne la possibilité i)- d’observer l’impact des conditions opératoires dynamiques sur la concentration en composés organiques au point de puisage ii)- de réaliser des diagnostics de réseaux pour éviter les désagréments au point d’usage et encore iii)- de quantifier les composés organiques acheminés au point d’usage dans des scénarios de puisage complexes. L’étude du transfert de composés organiques en condition dynamique a permis de montrer que la température de l’eau, l’agitation turbulente et la durée d’utilisation du matériau organique avaient un impact sur les cinétiques de migration de composés organiques. Toutefois, les expériences réalisées à l’aide du modèle à compartiments ont indiqué que la contribution de la migration en mode dynamique était négligeable devant la contribution en mode statique. En revanche, il a été vu que l’hydrodynamique pouvait avoir un impact important sur la qualité de l’eau au point de puisage notamment à cause de phénomène d’intercommunication. Enfin, l’élaboration de scénarios complexes basée sur les habitudes alimentaires des consommateurs au robinet a montré la corrélation entre les pratiques de consommation des usagers et la quantité de composés organiques ingérée. Cette démarche peut s’inscrire dans des approches de type Valeur Toxicologique de Référence basées sur la prédiction de la quantité de composés chimiques ingérés quotidiennement<br>The French Public Health Code sets out the requirement on tap water quality and the materials used in the contact of drinking water are subject to the Attestation of Sanitary Conformity. However, organoleptic degradation can remain in tap water. A bibliographic study has shown that organoleptic degradation could be caused by the presence of chemicals migrating from materials and by complex hydrodynamic phenomenon. A compartmental model has been developed. It models the transfer and the transport of chemicals from materials to water. This approach allows to combine the study of transfer of chemical from the material and the study of hydrodynamics in private water installations. It provides the opportunity i)- to observe the impact of dynamic operating conditions on the concentration of chemicals in tap water ii)- to make diagnostics of the installation to avoid disagreements and iii)- to study the quantity of chemicals deliver in tap water in function of consumption habits of the users. The study of chemicals transfer phenomenon in dynamic conditions has shown the impact of water temperature, turbulent agitation and duration of the use of materials on migration kinetics of chemicals. However, the experiences made with compartmental model have indicated that the leaching of chemicals in dynamic conditions was negligible compared with the leaching of chemicals in static conditions. Indeed, the static contact time is far more important that the dynamic one. However, it has been shown that the hydrodynamics could have a significant impact on tap water quality, particularly due to exchanges between different parts of the networks. Finally, the complex scenario development based on consumption habits of the users have shown that the quantity of chemicals ingest by the consumers were strongly dependant of the consumption behaviour of the users. The approach could be a part of a process like the threshold of toxicological concern based on the prediction of the daily quantities of chemicals ingest

Dans les pays développés, l’eau potable est distribuée au domicile des usagers. Ce confort requier tun long linéaire de réseau de forte valeur patrimoniale. Pour maintenir un équilibre entre ressources financières et performances, il est important d’essayer de renouveler les tronçons au meilleur moment possible. Ce manuscrit présente les modèles court (1 à 3 ans), moyen et long terme ( &gt; 30 ans)actuellement employés. Les processus court terme semblent assez efficaces, mais les méthodes moyen et long terme restent frustes. Le modèle OPTIMEAU propose une approche long terme pour obtenir une vision globale du patrimoine de canalisations et rationaliser sa gestion, tout en restant en phase avec les pratiques opérationnelles de programmation à court terme. Cette démarche, fondée sur des modèles statistiques de survie, est testée à partir des données réelles de 3 services d’eau Européens : le SEDIF (Syndicat des Eaux d’Ile de France), le Grand Lyon et eau service Lausanne en Suisse. L’originalité de ce modèle réside dans l’estimation de la distribution des âges à la mise hors service passée, clef de voûte dans la construction de onze indicateurs liés aux finances, aux réalisations et à la performance future des services<br>In developed countries, drinking water is distributed to households. This comfort requires a long networkwith a high value. To optimize resources and performance, it is important to renew pipe sectionsat the best possible time. This thesis presents the short (1-3 years), medium and long term (&gt; 30 years)models commonly employed. The short-term processes seem quite effective, but long term methods remainrough. The OPTIMEAU model proposes a long-term approach to get a prospective overview ofpipes and improve its management, while remaining connected to the technical practices at short-termlevel. This approach, based on survival statistical models, is tested using actual data of three Europeanwater services : SEDIF (Syndicat des Eaux d’Ile de France), Grand Lyon and eauservice Lausanne inSwitzerland. The originality of this model lies in the estimation of the past decommissioning age distribution,keystone in the construction of eleven indicators related to finance, achievements and futureperformance of water utilities

Le vieillissement des réseaux d’eau potable entraîne une dégradation de la qualité du service. L’importance des enjeux financiers impliqués dans son maintien impose une gestion patrimoniale motivée et maîtrisée. Les fuites, dont les effets sont particulièrement préjudiciables à la ressource, constituent un des indicateurs du niveau de détérioration des infrastructures. Ce travail présente un outil capable de prévoir l’évolution des fuites, intégrant leur croissance naturelle avec le temps et les différents types d’interventions de l’exploitant visant à les réduire. Pour cela, nous disposons de chroniques de débits de fuite et de réparations sur des réseaux sectorisés qui servent au calage du modèle dynamique élaboré, appelé modèle trois états. Il est basé sur la double hypothèse que les fuites apparaissent selon un processus de Yule et qu’elles se transforment avec le temps pour passer par trois états successifs (fuites diffuses, fuites non repérées et casses manifestes). S’appuyant sur l’âge moyen des secteurs, le modèle reconstitue dans un premier temps les différentes chroniques sélectionnées en décomposant le débit de fuite en une part liée aux fuites diffuses et une autre composée des fuites non repérées. Dans un second temps, il permet de suivre l’évolution de ce débit à différents horizons lorsque le secteur est soumis à divers scénarios de gestion. La simulation des effets d’opérations de recherche de fuites ou de renouvellement est rendue possible par la formulation du modèle et peut ainsi orienter les choix et la programmation des interventions du gestionnaire<br>The degradation of the performance of water networks due to ageing has to be fought. The high financial stakes involved in keeping the quality of service at an acceptable level impose the need for a controlled and motivated management of assets. Leaks, whose effects are particularly detrimental for the resource, are one of the key indicators of the infrastructures deterioration. This study presents a tool to foresee the evolution of leaks, considering both the natural growth in time and the interventions of the operator to reduce them. Leak flows and repair records on District Metered Areas are used to elaborate this tool and calibrate a dynamic model, named the “three states model”. It is based on the double hypothesis that the leaks appear according to a Yule process and that they transform with time to pass through three successive states (background leaks, unreported leaks and manifest bursts). Considering the mean age of the DMAs, the model first restores the selected records by decomposing the leak flow into a part due to the background leaks and another part linked with the unreported leaks. Then, it allows the evolution of the leak flow at several time steps to be followed when various management scenarios are applied to the DMA. The simulation of the benefits of leak-finding or renewal operations is made possible by the model formulation and so can guide the choices and the programming of operator interventions

Le présent travail concerne la prévision des défaillances du réseau de distribution d'eau à l'aide des trois approches, à savoir l'approche statistique, l'approche de survie et l'approche de réseaux de Neurones Artificiels. Ces approches ont été appliquées au réseau de la ville de Wattrelos dans le nord de la France. Leur comparaison a permis d'étudier leurs performances et d'en choisir la meilleure approche applicable à la stratégie de réhabilitation. Pour mener à bien cette étude, nous avons mis en place une méthodologie basée sur cinq phases: collecte de données, analyse statistique, application du réseaux de neurones artificiels (RNA), application de l'approche de survie et la prévision. Après l'élaboration de la base de données composée de facteurs potentiels de défaillance, l'application des différentes approches a permis de désigner les méthodes du RNA et de survie comme les plus adéquates à l'étude de prévision de la défaillance en raison de leur capacité élevée à prévoir leur nombre. Ces approches ont été appliquées pour déterminer la prévision prospective de la défaillance pour la période (2005-2015). Les résultats obtenus permettent de programmer des interventions sur le réseau et de comparer différentes stratégies de réhabilitation. Enfin, à base du modèle global RNA (meilleur modèle obtenu), des cartes de risques spatiales ont été réalisées illustrant les zones les plus vulnérables. Ces cartes constituent un outil d'aide à la décision essentiel dans le choix du réseau à réhabiliter en priorité

Afin de maitriser la qualité d'eau dans les réseaux d'eau chaude sanitaire, des traitements de désinfection thermiques et chimiques sont utilisés. Ces traitements de désinfection peuvent avoir un impact sur la dégradation des canalisations. L'influence de l'addition d'hypochlorite de sodium et de l'augmentation de la température sur la vitesse et le mode de dégradation des canalisations en cuivre, acier galvanisé, PERT/Al/PERT et PVCc a été étudiée. Pour ceci, des essais de vieillissement accéléré ont été réalisés en conditions statiques et dynamiques. Afin de réaliser les essais en conditions dynamiques, un banc d'essais à échelle 1 a été conçu et construit.La chimie des solutions d'hypochlorite de sodium à des températures élevées (>50°C) est complexe, ceci a motivé la réalisation d'une étude complémentaire sur les espèces présentes en fonction du pH et la cinétique de décomposition des solutions d'hypochlorite de sodium. Cette étude a révélé que l'augmentation de la température de 50°C à 70°C à une valeur de pH donnée produit une diminution significative de la concentration en acide hypochloreux. De plus, la décomposition de l'hypochlorite de sodium en chlorates est accélérée par la présence de cuivre et elle peut devenir significative à partir de 50°C.Les essais de vieillissement réalisés sur les canalisations ont révélé que l'addition d'hypochlorite de sodium est pénalisante par rapport à la vitesse de dégradation du cuivre, acier galvanisé et PERT/Al/PERT. Cependant, la dégradation du PVCc ne semble pas se voir affectée par l'addition d'hypochlorite de sodium. L'élévation de la température de 50°C à 70°C paraît accélérer légèrement la dégradation du PERT/Al/PERT et du PVCc. En revanche, avec une chloration de 25 ppm en hypochlorite de sodium, le mode de corrosion du cuivre est uniforme à 70°C tandis qu'il est localisé à 50°C.Les conclusions de ces résultats peuvent être d'utilité pour la conception et la maintenance des réseaux d'eau chaude sanitaire.

Les interactions entre la nappe phréatique peu profonde et les réseaux d’assainissement sont en général très complexes. Dans le but d’étudier l’impact des variations du niveau de la nappe phréatique sur les dégradations des conduites, un modèle hydrogéologique numérique tridimensionnel (3D) de la nappe phréatique ayant un aquifère multicouche au sein d’une zone de 83 km2 de l’agglomération bordelaise (Mérignac, Pessac, Talence) a été développé, calibré et validé. Pour ce faire, un modèle conceptuel de cet aquifère multicouche a dans un premier temps été défini sur la base des descriptions lithostratigraphiques des forages. Puis un travail géostatistique a été entrepris pour construire les limites des formations géologiques et les cartes piézométriques issues de campagnes de mesures de hauteurs d’eau de la nappe phréatique. Nous avons par la suite développé une méthodologie originale de transformation de l’information lithologique au droit des sondages en perméabilités, puis en champs de perméabilités en utilisant des méthodes géostatistiques. Dans un second temps, les conditions hydrogéologiques ont été simulées en utilisant le logiciel Visual Modflow ©. Les paramètres hydrogéologiques ont été calibrés manuellement et automatiquement sur la base des niveaux d’eau mesurés lors des campagnes de juillet 2010, octobre 2010 et mars 2011. La validation du modèle qui s’est effectuée en simulant les cotes piézométriques au pas mi-décadaire allant de juin 1993 à mai 2012 montre que les chroniques piézométriques observées sur les 35 piézomètres du domaine étudié sont correctement restituées et la dynamique de la nappe phréatique est reproduite. Dans un dernier temps, les distributions spatiales et temporelles des cotes piézométriques simulées ont permis d’identifier les zones d’ennoiement des réseaux d’assainissements en comparant les cotes piézométriques aux cotes des réseaux. Ces zones d’ennoiement ont été comparées aux principaux secteurs de casses de canalisations. Les secteurs de casses de canalisations sont localisés dans les zones à faible probabilité d’ennoiement des conduites. L’environnement naturel hydrogéologique pris comme paramètre isolé ne constitue donc pas un facteur explicatif au phénomène de casses des canalisations<br>The interactions between shallow groundwater and sewer network are generally complex. The aim of this research is to study the impact of the water table level variation on the damages of the buried pipes. For this purpose, a three-dimensional (3D) numerical groundwater flow model of the shallow multi-aquifer of the Bordeaux urban area, within a 83 km2 area (Mérignac, Pessac, Talence), is developed, calibrated and validated. In order to do this, in a first step, a conceptual model was built based on stratigraphic descriptions of the boreholes. A geostastistical study was carried out to build the limits of the geological layers and the piezometrical maps from the measurement campaigns of water table levels. Then, an original methodology to transform the description of lithological units to local hydraulic conductivity values is proposed and the reconstruction of hydraulic conductivity fields at the urban scale was performed based on geostatistical methods. In a second step, hydrogeological conditions were simulated using the finite-difference groundwater flow model MODFLOW-2005 (Visual Modflow ©). The hydrogeological parameters were then calibrated manually and automatically based on water table elevation data measured in July 2010, October 2010 and March 2010. The model validation covered 6890 days, from June 1993 to may 2012. The results showed that the simulated heads are quite accurate and reproduce the main dynamics of the system at 35 piezometers. The spatial and temporal distribution of the heads of the piezometers simulated permitted to identify the flooding zones of the sewer network by comparing the piezometric head with the altitude of the networks. The sectors where the pipes are damaged were localized in the zone wherein there is low probability of flooding. Additionally, the natural hydrologic environment, taken as a sole factor, cannot explain the pipe breakage phenomena

La crise de l’eau dans le monde et la pénurie des ressources en eau exigent une bonne gestion de cette précieuse ressource. La bonne gestion passe en premier lieu par un réseau d’adduction d’eau potable fiable avec un faible taux de fuite. Les fuites causées par la rupture des canalisations, phénomène assez fréquent en milieu urbain, s’amorcent sur un défaut dû à la corrosion ou autres. L’amorçage et la propagation de la fissure se fait par fatigue sous l’effet de contraintes engendrées par le passage des véhicules, ou brutalement à cause du phénomène de coup de bélier. La gravité de ces phénomènes dépend de plusieurs paramètres y compris la nature du matériau des conduites. Les matériaux polymères, comme le PEHD, occupent une bonne partie du marché de transport d’eau, grâce à leurs multiples qualités (coût réduit, facilité de pose, flexibilité), notamment dans les réseaux de distribution (réseau secondaire). L’utilisation de ce matériau dans les réseaux d’adduction (aqueducs) est en pleine expansion mais beaucoup moins étudier dans les travaux de recherche. L’objectif de la thèse consiste à étudier le risque de rupture des conduites en polyéthylène haute densité destinée à l’adduction d’eau potable ainsi que leurs résistances au phénomène de coup de bélier. Pour répondre à cette problématique, en premier lieu nous avons caractérisé expérimentalement le comportement mécanique à la rupture des conduites en PEHD. Ensuite, nous avons développé un outil numérique de calcul par élément fini permettant de modéliser la rupture des conduites. À l'issue de cette étude nous avons proposé un modèle semi-empirique reliant la pression d’amorçage d’une fissure à la taille du défaut préexistant ainsi qu’aux dimensions de la conduite. Finalement, nous avons appliqué les outils développés sur un réseau d’adduction d’eau potable existant. Le comportement d’une conduite en PEHD soumise à un phénomène de coup de bélier a été analysé<br>The water crisis in the world and the shortage of water resources require good management of this precious resource. Good management requires, first and foremost, a reliable drinking water supply system with low leakage rate. Leakage caused by the rupture of pipes, fairly frequent phenomenon in urban areas, initiate from a pre-existing defect in the pipe wall. The initiation and propagation of the crack occur under environmental stress caused by passing vehicles, or it can happen brutally due to water hammer phenomenon. The severity of these phenomena depends on several parameters including the nature of the piping material. Polymeric materials such as HDPE, take a great part of the water transport market, thanks to their many qualities (reduced cost, ease of installation, flexibility), especially in secondary network distribution system. Currently, the use of this material in the supply networks (aqueducts) is booming but less studied in research works. The aim of the present work is to study the failure of high density polyethylene pipes for the supply of drinking water and their resistance to water hammer phenomenon. In order to address this issue, first we have characterized experimentally the mechanical fracture behavior of HDPE pipe. Then, we have developed a finite element calculation tool allowing the modeling of pipes subjected to internal pressure loads. As a result of this numerical study, we proposed a semi-empirical model linking the failure pressure to the size of pre-existing defects as well as the pipe dimensions. Finally, we applied the developed tools on an existing drinking water system. The behavior of HDPE pipe subjected to a water hammer phenomenon was analyzed

Cette thèse s’intéresse au problème du renouvellement des infrastructures des services de distribution d’eau potable. Nous observons aujourd’hui dans les pays développés qu’une grande partie des canalisations atteint un état d’obsolescence avancé. La principale conséquence de cette obsolescence est l’apparition de fuites importantes. L’eau perdue dans ces fuites entraîne des pertes économiques liées au gaspillage des ressources investies dans la production d’eau potable, une baisse de qualité de l’eau et des pertes financière. Dans cette thèse j’explore les raisons pour lesquelles le taux de renouvellement des réseaux de distribution d’eau est si faible comparé aux besoins manifestes. Cette thèse est composée de trois chapitres. Dans le premier chapitre, je présente un modèle statique de minimisation des coûts pour obtenir un indice de qualité qui est « cost-efficient ». Cet indice est défini comme une proportion des canalisations de « bonne qualité » par rapport à la longueur totale du réseau. La solution optimale dépend de l’arbitrage entre le coût des pertes en eau par rapport au coût des canalisations de bonne qualité. Lorsque des économies d’échelle liées à la densité du réseau existent, comme dans les services urbains, les pertes en eau représentent un coût important et la réduction des pertes en eau par une augmentation de la qualité du réseau est une solution bénéfique pour les services d’eau. Cependant, nous montrons que les services d’eau dans les milieux ruraux font face à de plus grandes difficultés, à la fois pour pouvoir assurer une réduction des pertes en eau et pour répercuter le coût de renouvellement dans les prix.Dans le deuxième chapitre, je présente un modèle de « optimal switching time » qui étudie la date optimale de renouvellement des infrastructures déterminée à partir d’un modèle de maximisation des profits des services d’eau. Dans ce modèle, nous analysons le choix entre la réhabilitation et le remplacement des canalisations. Cela signifie que les services d’eau peuvent choisir une option moins coûteuse caractérisée par la réhabilitation des vielles canalisations ou le remplacement immédiat qui entraîne un coût nettement supérieur. Les résultats nous montrent que le remplacement direct est un choix plus raisonnable puisque les gains associés à la réduction temporaire des pertes en eau et au prolongement de la durée de vie des canalisations ne compensent pas le coût supplémentaire associé à la réhabilitation. Ceci est particulièrement visible dans le cas des services d’eau en milieux urbain.Dans le troisième chapitre, je présente une étude empirique concernant le taux de remplacement des canalisations dans les services d’eau en France. Les résultats nous montrent que les taux de remplacement sont en moyenne plus élevés dans les services gérés par des régies qu’en affermage. Ceci peut s’expliquer par le fait que les services en régie sont majoritairement présents dans les services de petites tailles. Par conséquent, des taux de remplacement élevés sont souvent associés à des réseaux de petite taille (faible kilométrage de canalisations). De plus, dans les petits services ruraux, les travaux de remplacement sont souvent réalisés en parallèle d’autres travaux. Néanmoins nous observons également dans les services de grande taille des taux de remplacement plus élevés dans les services en régie que dans les services en affermage. Ceci peut s’expliquer par une différence d’objectif défini par les services en régie et les services en affermage : les services en affermage ne sont pas responsables du renouvellement des canalisations à moins que ceci soit spécifié dans leurs contrats. De plus, nos résultats montrent que même s’il existe un effet négatif de la taille des services sur les taux de remplacement, dans les très grandes villes, les taux de remplacement sont plus élevés. Ceci est cohérent avec les résultats théoriques obtenus dans les deux premiers chapitres<br>This dissertation focuses on the issue of water infrastructure renewal in potable water distribution networks. I investigate the reasons why water infrastructure in certain water utilities are not renewed. This dissertation is divided into three chapters. The first chapter is based on theoretical models that solve for the optimal water main network quality index. The second chapter studies the optimal timing of water mains replacement. And finally, the third chapter is based on an empirical study on the factors that influence the water main replacement rates in French utilities.In the first chapter I present a static cost minimisation model to solve for the cost-efficient water main quality index. This quality index is defined as the proportion of ``new" mains (which we denote as ''good quality mains'') to the total length of mains. The solution depends on the arbitrage between the cost of water loss and the cost of good quality mains. Where economies of network density are present such as urban utilities, water loss represents a cost burden to the water utility; hence water loss reduction (high network quality) is beneficial. Furthermore, we show that rural utilities face the largest difficulty in achieving both water loss reduction and cost recovery of network renewal.In the second chapter I present a two-stage optimal switching timing model that solves for the profit-maximising timing of water mains replacement. This model considers the option between rehabilitation and replacement. Water utilities may be inclined to rehabilitate old mains to extend their longevity since rehabilitation costs are much lower than replacement costs. We show that it is beneficial for the utilities to replace mains that are already obsolete than to rehabilitate since the generated benefit from temporary water loss reduction and the postponement of replacement is not worth the cost of rehabilitation. This is particularly noticeable in large urban utilities that face large costs of water loss.In the third chapter, I present an empirical study on the water mains replacement rates observed in French water utilities. The empirical results based on cross sectional data show that publicly operated utilities on average have higher replacement rates than outsourced utilities. This is because most of the public utilities have short total network length (very high replacement rates are associated with small network length). Moreover, small rural networks tend to conduct replacement of mains alongside other roadworks. However results also show that public utilities have higher replacement rates over outsourced ones in very large urban utilities. This result reflects the difference of priorities defined by in-house operated utilities and outsourced utilities. This difference does not imply that outsource utilities neglect network renewal; instead it reveals the nature of the structure of outsourced utilities. The responsibility of outsourced utilities are defined in the contract signed with the local authority. If network renewal is not specified, there is no incentive for replacing mains. Moreover, in practice, outsourced utilities often manifest higher prices which are accompanied by higher water quality. Furthermore, the results show that the size of the network has a large impact on replacement rates. The longer the length, the proportion of replaced mains are smaller; however, for very large utilities the negative effect disappears. The results show that replacement rates are indeed greater in very large urban utilities. This result is coherent with the theoretical models presented in the first chapter that shows the urgent need for high network quality in large urban utilities

Le contrôle santé des structures (plus connu sous l’acronyme SHM pour Structural Health Monitoring) consisteà intégrer des capteurs dans une structure afin de suivre son état de santé en temps réel tout au long de sa vie.Les travaux de recherche menés dans cette thèse avaient pour objectif de développer une nouvelle approchede SHM pour la détection de corrosion/érosion dans les tuyaux. Ce manuscrit présente une nouvelle méthoded’imagerie quantitative, dite tomographie passive par ondes élastiques guidées, basée sur l’utilisation d’un réseauembarqué de capteurs piézoélectriques (PZT) écoutant et analysant uniquement le bruit élastique ambiant générénaturellement par la circulation de fluide dans des tuyaux. Cette technique passive offre de nombreux atouts pourun système SHM comme une diminution de sa consommation énergétique, un système électronique simplifié etla possibilité de réaliser une inspection lorsque la structure est en fonctionnement. La méthode passive permetaussi d’utiliser des nouveaux capteurs de type réseaux de Bragg sur fibre optique (FBG) qui présentent plusieursavantages par rapport aux capteurs classiques PZT (faible intrusivité, possibilité de multiplexage, résistance auxenvironnements sévères, etc.) mais qui ne sont pas capable d’émettre des ondes. Une première démonstration defaisabilité d’imagerie de corrosion/érosion par FBG est illustrée expérimentalement au travers d’une tomographiehybride dans laquelle l’émission d’ondes est réalisée par PZT et la réception par FBG. Toutes ces études offrent desperspectives prometteuses en vue de l’application de la tomographie passive sur des structures industrielles à l’aided’un système purement FBG. Parmi les principaux résultats présentés dans la thèse, nous montrons que les défautsde corrosion/érosion peuvent être caractérisés par tomographie sur un tube droit sans nécessité de recourir à unétat de référence. Cela est faisable à l’aide d’une nouvelle méthode d’auto-calibration des données développée danscette thèse et utilisée pour réaliser l’imagerie par tomographie. L’absence d’un état de référence rend la méthodetrès fiable et limite les fausses alarmes du système. Finalement, des études préliminaires de tomographie sur desstructures plus complexes comme un tube coudé ont été menées et validées numériquement<br>Structural Health Monitoring (SHM) consists in embedding sensors into a structure in order to monitor its health inreal time throughout its lifetime. The research works carried out in this thesis aimed at developing a new approachof SHM for the detection of corrosion/erosion in pipes. This manuscript presents a new quantitative imaging method,called passive elastic guided wave tomography, based on the use of an embedded network of piezoelectric sensors(PZT) listening and analyzing only the ambient elastic noise which is naturally generated by the fluid circulation inpipes. This passive method offers many advantages for a SHM system, such as reduction of energy consumption,simplified electronics and ability to perform an inspection while the structure is in operation. In addition, thispassive method makes SHM systems possible to use Fiber Bragg Grating sensors (FBG) which have several advantagesover traditional PZT sensors (low intrusivity, resistance to harsh environments, etc.) but which are not able to emitwaves. A first demonstration of the feasibility of corrosion/erosion imaging by FBG is illustrated experimentallythanks to a result obtained by hybrid tomography in which wave emission is performed by PZT and reception byFBG. All these works offer promising perspectives for the application of passive tomography on industrial structuresusing a pure FBG system. Among the various results presented in this thesis, we also show that corrosion/erosiondefects can be characterized by tomography on a straight pipe without the need for a baseline measurement in apristine state. It is feasible by using a new method of auto-calibration of the data used for tomography. The absenceof baseline measurement makes the method very reliable and avoid false alarms of the system. Finally, preliminarystudies on tomography for more complex structures such as a bended pipe have been realized and validated throughsimulations

Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse portent sur l’analyse de la vulnérabilité sismique des canalisations enterrés d’un réseau d’alimentation en eau potable (AEP). Ceci afin de disposer d’outils fiables permettant le diagnostique et le ciblage des interventions à même de réduire le risque de perte dans ce réseau en cas de tremblement de terre. Un exemple d’application des concepts développés dans cette étude porte sur la ville de Blida qui possède une infrastructure économique importante et dont le réseau constitue un échantillon représentatif des réseaux d’AEP des villes Algériennes. Ce réseau a été mis sous Système d’Information Géographique (SIG) afin de permettre une lecture aisée des différents résultats. Deux approches ont été utilisées pour appréhender ce problème de vulnérabilité, une approche statistique et une approche numérique. L’approche statistique utilise le retour d’expérience sismique comme base et a permis de d’identifier les paramètres ayant une influence sur le comportement sismique d’un tronçon de canalisation. Des coefficients de pondération ont été déterminés à partir d’analyse de données post sismique ce qui a conduit à la définition d’un indice de vulnérabilité. Ce dernier permet une classification des canalisations enterrées en fonction de leur vulnérabilité. Des courbes de vulnérabilité sont également proposées. L’approche numérique utilise le concept de macroéléments pour modéliser le comportement d’une canalisation enterrée sous sollicitation sismique en considérant l’interaction sol-conduite. Les champs proches et lointains sont considérés à travers un macroélément, de même que le comportement du joint entre deux tronçons. Une stratégie de calcul a été élaborée et testée sur un exemple de conduite. Les résultats obtenus décrivent le comportement réel des tuyauteries lors d’un tremblement de terre. Ils permettent d’affiner les coefficients de l’approche statistique et les calculs pourront être utilisés pour construire les courbes de vulnérabilité<br>Within this work, seismic vulnerability of buried pipelines is investigated. This is to provide reliable tools allowing the diagnosis and the targeting of interventions that can reduce the risk of loss in the water network in case of an earthquake. A case study focused on the city of Blida is analyzed in order to apply the developed concepts herein. Blida has a large economic infrastructure and its water network is a representative sample of the water supply systems of Algerian cities. This network was put under a Geographic Information System (GIS) to allow easy interpretation of the different results. Two approaches were used to study this vulnerability problem, a statistical method and a numerical method. Thestatistical approach uses the seismic feedback experiences as a basis to identify the parameters that have an influence on the seismic behavior of a pipe. Weighting factors are determined too, allowing the definition of a vulnerability index. This one enables the classification of buried pipelines according their vulnerability. Vulnerability curves are also proposed. The numerical approach uses the concept of macro element to model the behavior of a buried pipeline under seismic solicitation taking into account the soil structure interaction. Far field and near field are considered through the use of a maco element, another macoelement is developed for the joint between two pipes. A computational strategy is developed and tested on a sample. The results describe the behavior of pipes during an earthquake. They allow a refinement of the statistical approach coefficients and the methodology can be used to build vulnerability curves

Au début du XXe siècle, un modèle centralisé est adopté pour l’approvisionnement en eau dans de nombreuses villes, dont Carthagène (Colombie) et Khartoum (Soudan). Ainsi, le réseau hydrique devient une technologie politique et un marqueur de la spatialité et des modes de vie urbains pour différents acteurs (administrateurs, techniciens et citadins). L’analyse comparée des stratégies d’accès, des usages quotidiens et de l’imaginaire lié à l’eau de deux populations urbaines et insulaires – Caño de Loro (Carthagène) et Tuti (Khartoum) – permet d’aborder la complexité des villes contemporaines. Dans la première partie, le réseau hydrique est restitué dans l’histoire de chaque ville où sa mise en place repose sur le renforcement ou l’émergence de certains rapports de pouvoir et sur une transformation dans la conception de la nature. Ce caractère relationnel et politique du réseau ouvre la voie, dans une deuxième partie, à l’analyse de la matérialité de l’eau et ses échanges comme producteurs de « localités » particulières au sein de l’espace urbain. L’analyse des relations entre sphères publiques et privées par le biais de la distribution de l’eau amène à discuter la pertinence de la notion de « gestion collective » des ressources en ville. La troisième partie aborde les mécanismes mobilisés par différents acteurs dans les projets de planification urbaine pour négocier leur marge d’action sur l’eau et la terre. Elle met en lumière la dimension politique des catégories d’appartenance et le pouvoir transformateur des actions collectives et individuelles dans des situations où la gestion des ressources est traversée par de logiques individuelles, locales, nationales et globales<br>At the turn of the twentieth century, numerous cities such as Cartagena (Colombia) and Khartoum (Sudan), adopted a centralized technical and administrative model for the management of drinking water. Associated since its construction to planned urban development projects, the water network constitutes a political technology and becomes a landmark of urban spatiality, for politicians as well as for technicians and urban dwellers. The compared analysis of access strategies, daily usage, and the role of water in the imagination of two populations with an ambiguous urban status – Caño de Loro (Cartagena) and Tuti (Khartoum) – allows us to approach the social complexity of contemporary cities in the South. The comparison supposes a reflexive orientation that leads us, over and beyond the socio-political dynamics of each context, to critically consider our categories of analysis. In the first part the water network is contextualized in the history of each city, where its recent apparition and setting up rests upon the reinforcement or creation of dense power relations, as well as a new conception of nature, particularly of water. Such relational and political features lead to, in the second part, an understanding of how the materiality of water and its sharing produces particular localities within the urban space. Therefore, the analysis of relations between public and private spheres through everyday water exchanges lets us discuss the relevance of the notion of “collective management” of resources in Cartagena and Khartoum. The third part considers the mechanisms draw on by different actors within the particular context of urban planning to negotiate their margin of action on land and water. It highlights the political dimension of identity categories as well as the transformative power of individual and collective actions in situations where resource management is crossed with individual, local, national, and global logics at the same time