Modélisation et simulation des écoulements en réseaux d’assainissement

Abstract

Le réseau d’assainissement de Béchar, l’une des villes les plus importantes de la région du Sud-Ouest algérien, est en mauvais état. En effet, cette ville a connu une urbanisation accélérée suite à une croissance démographique accrue. La demande en eau galopante a entraîné une surexploitation des ressources en eau et la production et le rejet d’énormes quantités d’eau dans l’environnement. La surcharge du réseau s’est traduite par des défaillances importantes. Cette étude a été réalisée dans l’objectif d’améliorer le fonctionnement du réseau. Elle s’intéresse dans une première phase à élaborer un diagnostic structurel et fonctionnel du système d’assainissement et d’identifier les différents facteurs qui contribuent à sa dégradation. La méthode utilisée a consisté en des observations visuelles in situ, des enquêtes socio-environnementales de terrain, des inspections par caméra vidéo et des mesures de débits. Les résultats ont révélé que les dysfonctionnements sont à 54,53% structurels (vétusté du réseau, fissures, déformations …) et à 45,47% fonctionnels dominés par les dépôts. Dans certaines parties du réseau, une forte proportion d'eaux claires parasites issue des infiltrations ou des fuites est responsable de la surcharge du réseau. En seconde phase, afin de disposer d’un diagnostic précis du comportement hydraulique du réseau dans diverses conditions afin d’améliorer son fonctionnement et sa gestion et proposer des solutions afin d'optimiser ses performances, d’identifier les zones sensibles et de planifier les interventions futures, une modélisation du réseau a été faite en utilisant l’outil PCSWMM. Les simulations ont permis de mettre en évidence les zones de surcharge, les points critiques du réseau, de quantifier les volumes excédentaires et de localiser les points de surcharge récurrents ainsi que l’influence de la topographie et des raccordements parasites. Le réseau fonctionne globalement correctement en régime sec où les vitesses oscillent entre 0,3 et 1,2 m/s. Il devient rapidement vulnérable face aux événements pluvieux extrêmes où le débit de pointe passe de 3,93 m³/s (T=2 ans) à 7,26 m³/s (T=10 ans). Une forte imperméabilisation est traduite par un taux de ruissellement supérieur à 80 %. En troisième phase, afin d’explorer l'efficacité de différentes techniques d’intelligence artificielle pour la prédiction des débits à temps sec dans le réseau d’assainissement, trois modèles d'IA : la régression linéaire, les forêts aléatoires, et les réseaux neuronaux LSTM ont été testés. Les résultats obtenus mettent en évidence l’efficacité de ces modèles, notamment le modèle LSTM qui s’est révélé être le plus performant (R² = 0,7903, RMSE = 0,0641, MAE = 0,0371 et KGE = 0,6217), pour prédire les débits dans le réseau d'assainissement de Béchar, en particulier dans les zones dépourvues de capteurs. En combinant les modèles de l’intelligence artificielle et la modélisation hydraulique, les prévisions seraient plus robustes et la portée scientifique plus importante. Toutefois, les résultats fiables nécessitent suffisamment de points de mesure pour pouvoir coupler les modèles d'IA avec des simulations plus détaillées.