Des réseaux résilients grâce à l'optimisation des systèmes

Les réseaux d'approvisionnement en eau suisses sont pour la plupart organisés à petite échelle [1, 2]. Pendant des décennies, les infrastructures ont été principalement planifiées et développées au niveau communal. Aujourd'hui, la Suisse compte environ 9,1 millions d'habitants et quelque 2400 entreprises de ditribution d'eau. On compte donc 264 distributeurs pour un million d’habitants. En Allemagne, sur une population de 83,6 millions d’habitants, il existe environ 5700 distributeurs d'eau, ce qui correspond à un ratio de 68 distributeurs par million d’habitants. Les raisons de cette différence structurelle sont multiples. Parmi celles-ci figurent notamment les conditions topographiques ainsi que la structure communale relativement fragmentée de la Suisse.

Mais en Suisse aussi, on observe une tendance vers des systèmes d’approvisionnement à plus grande échelle. Par «régionalisation des réseaux d’approvisionnement en eau», on entend ci-après le processus par lequel plusieurs réseaux d’approvisionnement cherchent à coopérer ou à se réorganiser sur le plan technique et/ou organisationnel.

Les défis suivants, entre autres, peuvent être à l’origine d’une régionalisation [3, 4]:

• Garantie de la sécurité d’approvisionnement
• Amélioration de la protection contre les incendies
• Fusions de communes
• Besoin de rénovation des infrastructures
• Nécessité d’un traitement complexe de l’eau
• Rentabilité, professionnalisme et pénurie de main-d’œuvre qualifiée
• Protection contre les crues et revitalisation des cours d’eau
• Changement climatique et baisse des rendements en matière de captage d’eau

Planification générale de l'approvisionnement en eau

La stratégie technique d'un système d'approvisionnement en eau est élaborée de manière appropriée dans le cadre d'une planification générale de l'approvisionnement en eau (PGA). Actuellement, dix cantons ont instauré une obligation de PGA (BL, BE, FR, SG, SO, TG, TI, UR, VD et ZH; voir fig. 1). Ces plans sont généralement établis par des bureaux d’études spécialisés, mandatés par les services d’approvisionnement en eau concernés. Le contenu et l’étendue d’un PGA sont définis par les services cantonaux compétents ou s’appuient sur la recommandation W1011 de SVGW «Modèle de PGA» [5]. Les plans généraux d’approvisionnement en eau comprennent en principe l’analyse de l’état actuel ainsi que la planification stratégique des extensions. Dans certains cas, les plans de rénovation et les plans du réseau cible y sont également intégrés.

En raison des structures de distribution qui se sont développées au fil du temps et des compétences communales, ce sont aujourd’hui principalement des plans généraux d’approvisionnement en eau communaux qui sont élaborés. Les plans régionaux présentent souvent une orientation spécifique. Ainsi, les plans des syndicats intercommunaux se concentrent souvent sur l’approvisionnement en eau et son transport jusqu’aux réservoirs ou aux ouvrages de transfert des communes membres. Les missions des réseaux secondaires – par exemple la distribution fine, la protection contre les incendies ou le stockage – sont ensuite traitées dans les plans communaux.

Les plans régionaux globaux d’approvisionnement en eau, qui abordent de manière intégrale et coordonnée tous les aspects de la planification de l’approvisionnement en eau, sont jusqu’à présent rares. De plus, dans de nombreux cas, on renonce à un calcul détaillé du réseau de canalisations, ce qui ne permet qu’une optimisation globale limitée du système.

Formes techniques de la régionalisation

La régionalisation des réseaux d’approvisionnement en eau peut être mise en œuvre de différentes manières sur le plan technique. La figure 2 illustre les formes possibles.

Interconnexions de réseaux

La construction d’interconnexions de réseaux représente, tant sur le plan technique qu’organisationnel, l’intervention la moins invasive possible dans la structure d’approvisionnement existante. Afin d’éviter toute stagnation dans les conduites de raccordement, l’eau y est renouvelée régulièrement. Toutefois, en raison de capacités de conduites limitées ou de l’absence de stations de pompage, les livraisons d’eau ne sont souvent possibles que de manière restreinte ou dans un seul sens. De plus, il manque souvent, dans de nombreuses localités, des dispositions contractuelles régissant les livraisons réciproques d’eau.

Utilisation régionale des installations

L’utilisation régionale de certaines installations répond souvent à un besoin intercommunal. La construction commune de stations de pompage d’eau souterraine ou de réservoirs permet de tirer parti des économies d’échelle tout en réduisant les coûts d’exploitation et d’entretien grâce à un nombre réduit d’installations.

Fournisseurs primaires régionaux

La création de fournisseurs primaires régionaux constitue une forme plus poussée de coopération. Ces organisations prennent généralement en charge l’approvisionnement en eau ainsi que son transport vers les communes raccordées. Selon le modèle, leur responsabilité s'étend jusqu'aux ouvrages de transfert ou englobe en outre les réservoirs et les stations de pompage en cascade. Les réseaux de distribution restent généralement la propriété des différentes communes, qui en assument également la responsabilité.

Approvisionnement régional complet

On parle d’approvisionnement régional complet lorsque, outre les installations primaires, les installations secondaires – notamment les canalisations de distribution et les bouches d’incendie – sont également transférées à une organisation commune. Sur le plan technique et organisationnel, cela correspond dans une large mesure à une fusion de services de distribution d'eau jusqu’alors autonomes.

Des formes mixtes sont également possibles

D’un point de vue technique, les deux formes que sont l’«approvisionnement primaire régional» et l’«approvisionnement complet régional» offrent le plus grand potentiel possible d’optimisation de la structure d’approvisionnement. Les différentes formes peuvent être combinées individuellement au sein d’une même région. Par exemple, la mission d’approvisionnement en eau de lac peut être prise en charge par un fournisseur primaire régional. Dans les centres urbains de la région, on peut viser des approvisionnements complets sous-régionaux, ce qui permet également d’optimiser de manière judicieuse la structure des zones de pression au niveau intercommunal. Les communes qui, par exemple en raison de leur altitude, ne peuvent pas bénéficier de ces optimisations des zones de pression, sont souvent intégrées à la région par le biais de raccordements au réseau afin de couvrir les pics de demande et/ou d’améliorer la sécurité d’approvisionnement.

Formes organisationnelles de la régionalisation

Les caractéristiques techniques d’une régionalisation influencent directement la structure organisationnelle appropriée. Si seules des interconnexions de réseaux sont créées, les compétences, droits et obligations peuvent être définis par contrat. L’utilisation commune de certaines installations peut également souvent être garantie juridiquement par des accords appropriés.

Le projet «Aquatransfer» [6] montre que les régionalisations des réseaux d’approvisionnement en eau peuvent parfois s’avérer judicieuses même sans chevauchement géographique des infrastructures. Dès lors que des distributeurs primaires régionaux ou des réseaux régionaux complets sont mis en place, des adaptations organisationnelles de grande envergure s’imposent.

Différentes formes juridiques sont disponibles pour la mise en œuvre, par exemple les syndicats intercommunaux ou les sociétés anonymes. Il convient également de définir des procédures adaptées pour le transfert des installations et des actifs. À cet égard, l’évaluation des infrastructures existantes ainsi que l’indemnisation des valeurs de remplacement et de compensation jouent un rôle central. Le projet «Aquatransfer» fournit à cet égard des recommandations axées sur la pratique concernant la forme juridique, les modalités de transfert et la mise en œuvre organisationnelle. Ces bases peuvent constituer un soutien précieux pour la planification et la réalisation de structures d’approvisionnement régionales.

Optimisation du système au niveau régional

Dans le cadre d’une planification régionale d’extension, la structure d’approvisionnement existante peut être optimisée à l’échelle intercommunale. Il convient tout d’abord de définir les futurs sites de captage ainsi que leurs capacités disponibles à long terme. En fonction de la situation initiale, des études de variantes préalables sont nécessaires à cet effet. En établissant un bilan entre l’approvisionnement en eau et les besoins en eau, il faut s’assurer qu’une quantité d’eau suffisante soit disponible à tous les horizons de planification.

Sur cette base, il faut garantir que la distribution d’eau fonctionne également d’un point de vue hydraulique dans toutes les zones d’approvisionnement. Outre l’approvisionnement en eau, il convient donc notamment de vérifier la structure existante des zones de pression et de l’adapter si nécessaire.

Idéalement, les pressions statiques au sein d’une zone de pression se situent entre 4 et 10 bars. Cela correspond à une différence de hauteur d’environ 60 m entre la limite supérieure et la limite inférieure de la zone de pression. Il en résulte la nécessité de prévoir un niveau de zone de pression supplémentaire tous les 60 mètres de dénivelé environ. La figure 3 illustre cette relation sous la forme d’un schéma hydraulique. Les zones grises représentent les zones à bâtir des communes concernées.

Dans le cadre des plans d’aménagement régionaux, il convient d’examiner si une adaptation des limites de zones existantes permet de créer des zones de pression intercommunales (voir fig. 4). Dans les zones urbaines notamment, il est souvent possible de mettre en place des zones de basse et moyenne pression couvrant de vastes superficies, ce qui permet de réduire le nombre d’installations nécessaires.

Afin de pouvoir analyser l’étendue des zones de pression régionales possibles, les zones d’approvisionnement doivent être analysées dans la vue en plan sur la base de courbes de niveau. L’outil «RegioDruckzonen», développé par ARX Gruppe AG, génère automatiquement les jeux de données SIG correspondants (voir le chapitre «Jeu de données RegioDruckzonen Suisse»). La figure 5 illustre la structure d’approvisionnement actuelle d’une région fictive. Dans le cadre de l’état actuel, les points faibles et les problèmes de l’infrastructure existante sont identifiés. Il s’agit par exemple de problèmes de pression (tels que des pressions statiques trop faibles ou une protection contre l’incendie insuffisante), d’un volume de stockage insuffisant ou de problèmes liés aux zones de protection au niveau des captages d’eau souterraine.

Dans le cadre du PGA, ces thèmes peuvent être abordés dans un contexte régional. Comme le montre schématiquement la figure 6, l’optimisation de la structure d’approvisionnement permet de réduire considérablement le nombre de zones de pression et, par conséquent, celui des installations, ce qui aboutit souvent à une solution globale économique (coûts d’investissement et d’exploitation réduits à long terme). Parallèlement, les interconnexions et regroupements de réseaux qui en résultent permettent d’améliorer la sécurité d’approvisionnement et la résilience. Un autre axe prioritaire de l’optimisation du système réside dans la refonte du concept de stockage. Les réservoirs doivent être positionnés hydrauliquement de manière à ce que les conditions de pression visées puissent être maintenues au sein de chaque zone de pression. En fonction de l’étendue géographique d’une zone, plusieurs installations de stockage peuvent s’avérer nécessaires ou judicieuses.

L’approvisionnement en eau et sa distribution doivent également être optimisés sur la base du concept de zones de pression et de stockage. Outre le fonctionnement normal, le futur système d’approvisionnement doit également être capable de faire face à des incidents (par exemple, la défaillance d’une source d’approvisionnement ou d’un réservoir).

La mise en œuvre de la planification s’effectue principalement au moyen de calculs sur le réseau de canalisations. Une optimisation fiable du système nécessite un modèle hydraulique calibré à partir de mesures du réseau couvrant l’ensemble du territoire [7]. C’est la seule façon de garantir que la future structure d’approvisionnement et les différents ouvrages fonctionneront comme prévu.

Dans le cadre des planifications régionales, il est essentiel que toutes les parties prenantes (responsables des captages/directeurs d’usine, conseillers communaux, autorités cantonales, etc.) soient associées à la prise de décision à toutes les étapes de la planification. C’est la seule façon d’élaborer une stratégie technique à la fois convaincante sur le plan technique et soutenue sur le plan politique.

La création de zones de pression régionales n’est pas toujours judicieuse ni souhaitée. Les conditions suivantes s’opposent à un regroupement des zones de pression:

• La capacité des réseaux est généralement faible, ce qui rendrait nécessaires des investissements importants dans le renforcement des conduites.
• La distance entre les zones de pression actuelles est importante.
• Les réservoirs existants ont une valeur résiduelle élevée ou ne sont pas compatibles sur le plan hydraulique (différence de niveau trop importante).
• La volonté politique d’une collaboration entre les communes fait défaut.
• Des eaux très différentes, difficiles à mélanger.