Enjeux eau-énergie

Responsable : Sophie DEMASSEY

L’optimisation des réseaux d’eau est un domaine de recherche florissant qui accompagne naturellement plusieurs facteurs concomitants :

- l’accroissement de la consommation en eau qui engendre la création de nouveaux réseaux,

- la dégradation graduelle des installations qui nécessite leur renouvellement,

- la rationalisation des coûts d’installation et de consommation énergétique qui se traduit par la chasse aux fuites, l’automatisation et une utilisation plus efficace des pompes,

- enfin la mutation de la fourniture électrique, avec l’intégration des énergies intermittentes et la variabilité des prix, qui motivent une gestion fine du pompage.

La programmation mathématique est une approche privilégiée et qui s’applique à toutes les échelles temporelles. Cependant, deux problématiques dominent dans la littérature : au niveau stratégique, le dimensionnement des réseaux gravitaires, et au niveau opérationnel, la planification du fonctionnement des stations de pompage.
Du fait de leur complexité algorithmique, les deux problèmes sont étudiés séparément. Ils sont pourtant intrinsèquement liés en pratique : l’adduction d’eau potable est moins souvent gravitaire que par refoulement et la programmation quotidienne d’une station de pompage est tributaire de son dimensionnement.

La thèse de Gratien BONVIN a débuté en décembre 2014 et vise à développer une approche intégrée de l’optimisation de réseaux d’eau du court au long-terme, depuis la conduite en temps réel du réseau jusqu’à sa conception. La première réalisation a consisté en un nouveau modèle de programmation convexe à contraintes quadratiques pour la planification en <<day-ahead>> du fonctionnement d’une station de pompage caractéristique des zones rurales françaises. Les premiers résultats ont montré l’intérêt de l’approche comparée à la conduite manuelle actuelle : des solutions automatisées, réalisables sans violations des capacités-seuils des châteaux d’eau, des économies financières substantielles (en moyenne 15% de la facture électrique), une baisse de la pression dans le réseau et donc des fuites au niveau des canalisations. Les axes de recherche pour la suite sont multiples : accélérer la résolution et introduire les incertitudes pour appliquer le modèle à la conduite en temps réel de la station, intégrer le modèle dans des approches de résolution des problèmes décisionnels moyen-terme (souscription contrat électricité annuel) et long-terme (redimensionnement de la station), élargir le champ d’applications (réseaux d’irrigation, réseaux urbains).