Energy and water: the guide to digital network management

Un réseau de distribution d’eau potable peut perdre, par des fuites invisibles, une part considérable de l’eau qu’il produit. Un réseau électrique peut voir disparaître une part significative de l’énergie injectée entre les pertes techniques et les consommations non facturées. Ces chiffres varient énormément d’un réseau à l’autre ; ce qui ne varie pas, c’est la difficulté de savoir précisément où passe ce qui manque. La gestion de réseaux enterrés ou étendus sur des milliers de kilomètres se fait longtemps à l’aveugle, avec des plans anciens, des relèves manuelles et la mémoire des agents.

Le numérique apporte des moyens de voir, de mesurer et d’anticiper. Ce dossier s’adresse aux dirigeants de services d’eau, de sociétés de distribution d’électricité et aux autorités qui les supervisent. Il décrit les étapes d’une gestion numérique des réseaux d’énergie et d’eau, de la connaissance du patrimoine jusqu’au pilotage, et les conditions pour qu’elle produise des résultats.

L’enjeu : ce qui se perd entre la source et le robinet

Dans l’eau, on parle d’eau non facturée : la différence entre le volume produit et le volume facturé. Les estimations reprises par la Banque mondiale, publiées en 2019 par Liemberger et Wyatt, situent ce volume autour de 126 milliards de mètres cubes par an à l’échelle mondiale. Il recouvre des pertes physiques (fuites sur les conduites, débordements de réservoirs), des pertes dites apparentes (compteurs qui sous-comptent, branchements illicites, erreurs de facturation) et des consommations autorisées mais non facturées.

Dans l’électricité, les indicateurs de la Banque mondiale sur les pertes de transport et de distribution montrent des écarts très importants entre pays : quelques pour cent de l’électricité produite dans les réseaux les mieux tenus, une part à deux chiffres dans d’autres. Là aussi, on distingue les pertes techniques, inhérentes au transport, et les pertes non techniques, liées au comptage, à la fraude et à la facturation.

Ces pertes ont un coût direct (énergie ou eau produite et non vendue), un coût environnemental (énergie de pompage et de traitement gaspillée, prélèvements inutiles sur la ressource) et un coût social : un service qui perd ses recettes investit moins, se dégrade, et finit par desservir moins bien les quartiers les plus pauvres.

Étape 1 : connaître le réseau

Tout commence par une question en apparence simple : où sont les conduites, les câbles, les vannes, les postes, les compteurs ? Dans de nombreux services, la réponse se trouve dans des plans papier anciens, des fichiers de dessin non géoréférencés et la mémoire des agents de terrain. Les extensions récentes ne sont pas toujours reportées, les matériaux et les dates de pose sont inconnus pour une partie du patrimoine.

Un système d’information géographique (SIG) qui décrit le réseau de façon structurée est le socle de tout le reste : chaque tronçon avec sa position, son diamètre ou sa section, son matériau, sa date de pose, ses interventions. Sa constitution est un travail de longue haleine, qui mobilise des relevés, la numérisation des plans existants et, surtout, une discipline de mise à jour après chaque intervention.

Les modèles de données normalisés facilitent ce travail et les échanges futurs. Pour l’électricité, les normes du modèle commun d’information (CIM, séries IEC 61968 et IEC 61970) décrivent les équipements des réseaux et leurs relations. Pour l’eau, les modèles sont moins unifiés, mais les principes sont les mêmes : un identifiant unique et stable par équipement, des attributs définis, une topologie qui dit ce qui est relié à quoi.

La qualité de cette cartographie conditionne directement la valeur des étapes suivantes. Un capteur placé sur une conduite mal localisée, un modèle hydraulique construit sur des diamètres faux, une intervention envoyée au mauvais endroit : chaque erreur de base se propage.

Étape 2 : mesurer

Connaître le réseau ne suffit pas : il faut savoir ce qui y circule. La mesure se construit en couches.

Aux points d’entrée : production, achats d’eau ou d’énergie, sorties de réservoirs et de postes sources. Ces compteurs doivent être fiables et étalonnés : ils sont la base de tout bilan.

Aux frontières de secteurs : en découpant le réseau en secteurs alimentés par un nombre limité de points mesurés, on peut comparer ce qui entre dans chaque secteur à ce qui y est consommé. C’est la sectorisation, l’outil le plus efficace pour localiser les pertes.

Chez les clients : les compteurs individuels, relevés manuellement ou à distance. Les compteurs communicants apportent une information fine et fréquente ; leur coût impose de bien choisir où et quand les déployer. Pour l’électricité, les compteurs à prépaiement, répandus dans plusieurs pays, sécurisent les recettes mais posent des questions d’accès au service pour les ménages les plus pauvres.

Sur le réseau lui-même : pressions, débits, qualité de l’eau, tensions, températures des transformateurs. Ces mesures alimentent la supervision et les modèles.

Étape 3 : localiser et réduire les pertes

Avec un réseau connu et mesuré, la réduction des pertes devient méthodique. Dans l’eau, la méthode de bilan hydraulique de l’International Water Association, largement adoptée, distingue chaque composante de l’eau non facturée et oriente les efforts.

Dans l’électricité, la logique est proche : comparer l’énergie injectée dans chaque départ ou poste de distribution à l’énergie facturée aux clients qui y sont rattachés. Les écarts localisent les pertes non techniques et les erreurs de rattachement. Cela suppose, là encore, une cartographie qui dit quel client est alimenté par quel transformateur.

Un réseau que l’on ne sait pas découper en secteurs mesurés reste une boîte noire, quel que soit le nombre de capteurs qu’on y installe.

Étape 4 : superviser et piloter

Les systèmes de supervision et d’acquisition de données (SCADA) existent depuis longtemps dans les grandes installations : usines de traitement, stations de pompage, postes électriques. L’évolution récente consiste à étendre la supervision vers le réseau de distribution lui-même, grâce à des capteurs moins coûteux et à des communications longue portée et basse consommation.

Le pilotage permet ensuite d’agir : moduler la pression selon l’heure pour réduire les fuites, optimiser le pompage selon les tarifs de l’électricité et le niveau des réservoirs, reconfigurer un réseau électrique après un défaut pour réalimenter rapidement les clients. Ces automatismes doivent rester sous le contrôle des opérateurs, avec des limites claires et une reprise manuelle toujours possible.

Étape 5 : modéliser et anticiper

Un modèle hydraulique ou électrique du réseau, calé sur les mesures réelles, permet de simuler : que se passe-t-il si cette conduite casse, si ce quartier se densifie, si l’on ferme cette vanne pour travaux ? Des outils ouverts existent, comme EPANET, développé par l’agence américaine de protection de l’environnement et largement utilisé pour la modélisation des réseaux d’eau.

Relié en continu aux données de supervision, ce modèle devient ce que l’on appelle un jumeau numérique du réseau. Il aide à planifier les investissements (quelles conduites renouveler en priorité, selon leur âge, leur matériau, leur historique de casses et leur importance dans le réseau), à préparer les interventions et à gérer les crises. Notre article sur la simulation au service de la décision publique rappelle ce que ces modèles peuvent et ne peuvent pas dire.

L’intelligence artificielle trouve ici des usages précis : détection d’anomalies dans les séries de mesures, prévision de la demande, priorisation du renouvellement à partir de l’historique de casses. Ces usages supposent des historiques longs, propres et bien rattachés au patrimoine. Ils viennent en fin de parcours, pas au début.

La cybersécurité d’infrastructures critiques

Les réseaux d’énergie et d’eau sont des infrastructures critiques. Leur numérisation accroît leur exposition : des stations de pompage ou des postes télécommandés, des capteurs dispersés, des accès à distance pour les prestataires. Les attaques contre le réseau électrique ukrainien en décembre 2015, qui ont privé d’électricité des centaines de milliers de foyers, ont montré qu’une attaque informatique pouvait avoir des effets physiques à grande échelle.

Dans l’Union européenne, la directive NIS 2 range l’énergie, l’eau potable et les eaux usées parmi les secteurs hautement critiques ; les gestionnaires de réseaux concernés sont soumis à des obligations de gestion des risques et de notification des incidents. Au-delà de la conformité, quelques principes sont essentiels :

• Séparer les réseaux de supervision et de contrôle du réseau bureautique, avec des flux explicitement autorisés
• Contrôler, journaliser et limiter dans le temps les accès à distance des prestataires
• Tenir un inventaire des équipements de terrain et de leurs versions
• Prévoir l’exploitation en mode dégradé si la supervision est indisponible : savoir faire fonctionner les installations manuellement
• Exercer régulièrement les équipes sur un scénario d’incident informatique

Les principes de la série IEC 62443 pour les systèmes industriels s’appliquent pleinement aux installations de supervision des réseaux. Notre dossier sur les automates et le système d’information détaille l’approche par zones et conduits.

Les données des clients

Les compteurs communicants produisent des données de consommation fines, qui révèlent beaucoup de la vie d’un foyer : heures de présence, habitudes, équipements. Leur collecte et leur usage relèvent de la protection des données personnelles. Les règles à poser sont claires : finalités définies (facturation, détection de fuites chez le client, gestion du réseau), fréquence de collecte proportionnée, information des clients, accès des clients à leurs propres données, sécurité de la chaîne de collecte. Bien traitées, ces données sont aussi un service : alerter un client d’une fuite après compteur, l’aider à comprendre sa consommation.

Les données, les compétences et l’organisation

Un service d’eau ou une société de distribution d’électricité dispose en général de beaucoup plus de données qu’il ne l’imagine, dispersées dans des systèmes qui ne se parlent pas : le SIG au bureau d’études, la supervision au centre d’exploitation, la clientèle et la facturation au service commercial, la maintenance dans un autre outil, les relevés de terrain dans des tableurs. La première difficulté n’est pas de produire de nouvelles données, mais de relier celles qui existent.

Ce rapprochement suppose une règle commune : chaque objet du réseau (tronçon, vanne, poste, compteur, client) a un identifiant unique, utilisé par tous les systèmes. Il suppose aussi un responsable des données du réseau, qui arbitre les conflits entre sources, fixe les règles de qualité et suit leur application. Dans beaucoup de services, cette fonction n’existe pas ; sa création est souvent le premier signe d’une démarche sérieuse.

Les compétences nécessaires évoluent également. Les métiers historiques (exploitation, maintenance, études) restent essentiels, mais ils doivent être complétés par des profils capables d’analyser des séries de mesures, de construire et de caler des modèles, et de piloter des projets d’intégration. Former les agents en place, qui connaissent le réseau, est souvent plus efficace que de recruter des spécialistes qui ne le connaissent pas ; l’idéal combine les deux.

Le contexte réglementaire européen

Pour l’eau, la directive (UE) 2020/2184 relative à la qualité des eaux destinées à la consommation humaine introduit une attention nouvelle aux fuites : les États membres doivent faire évaluer le niveau de fuite des réseaux des grands fournisseurs et, si nécessaire, adopter un plan d’action pour le réduire. Pour l’électricité, les règles européennes sur le marché intérieur encadrent le déploiement des compteurs intelligents et les droits des clients sur leurs données. Hors de l’Union, les régulateurs nationaux fixent de plus en plus des objectifs de réduction des pertes dans les contrats de performance des opérateurs.

Le client, acteur du réseau

La numérisation des réseaux change aussi la relation avec les clients. Une information en temps utile sur une coupure programmée, une alerte en cas de consommation anormale qui signale une fuite chez le client, une facture fondée sur une consommation réelle plutôt qu’estimée, un signalement de fuite sur la voie publique par une application ou un numéro simple : ces services améliorent la satisfaction et réduisent les pertes. Ils supposent des données fiables sur le rattachement des clients au réseau et des canaux adaptés à toute la population, y compris par SMS ou téléphone. Dans les quartiers informels ou mal desservis, l’implication des habitants et des relais locaux est souvent la condition de la réduction des pertes commerciales.

Organiser et financer la démarche

La gestion numérique des réseaux n’est pas un projet unique, mais une transformation progressive. Elle bute souvent sur trois obstacles. Le premier est organisationnel : les données du réseau, de la clientèle et de l’exploitation sont tenues par des services différents qui ne les partagent pas. Le deuxième est financier : les investissements dans la connaissance du patrimoine et la mesure ne produisent pas de résultat visible immédiat. Le troisième est humain : les agents de terrain doivent être convaincus de l’utilité de mettre à jour la cartographie après chaque intervention.

1. Établir le bilan. Bilan hydraulique ou énergétique, même approximatif, qui chiffre les pertes et leurs composantes.
2. Fiabiliser la cartographie. Sur un périmètre pilote d’abord, avec une procédure de mise à jour après intervention.
3. Sectoriser et mesurer. Découper un premier ensemble de secteurs, installer les compteurs de frontière, relier les clients aux secteurs.
4. Traiter les pertes. Campagnes de recherche de fuites ciblées, régulation de pression, remplacement des compteurs défaillants, régularisation des branchements.
5. Mesurer les gains. Volumes ou énergie récupérés, recettes supplémentaires, réduction des casses.
6. Étendre et modéliser. Généraliser la sectorisation, construire le modèle, planifier le renouvellement à partir des données.

Les gains mesurés sur un périmètre pilote financent souvent l’extension : l’eau ou l’énergie récupérée a une valeur directe. C’est un argument puissant auprès des autorités et des bailleurs, à condition d’avoir mesuré la situation de départ.

Notre approche des jumeaux numériques est conçue pour ce type de démarche progressive, et notre article sur le financement d’un jumeau numérique détaille le retour à attendre de chaque phase. Pour un exemple appliqué à un autre usage de l’eau, voir notre guide sur le jumeau numérique agricole et notre scénario type d’alerte inondation.

1. Liemberger R. et Wyatt A., « Quantifying the global non-revenue water problem », Water Supply, 2019 (travaux soutenus par la Banque mondiale).
2. Banque mondiale, indicateurs du développement dans le monde : pertes de transport et de distribution d’électricité.
3. International Water Association, méthode de bilan hydraulique et indicateurs de performance.
4. IEC 61968 et IEC 61970, modèle commun d’information pour les réseaux électriques.
5. Directive (UE) 2020/2184 relative à la qualité des eaux destinées à la consommation humaine.
6. Directive (UE) 2022/2555 (NIS 2), annexe I.
7. US EPA, logiciel de modélisation hydraulique EPANET.

Questions fréquentes

Par quoi un service d'eau doit-il commencer pour réduire ses pertes ?

Par un bilan hydraulique selon la méthode de l'International Water Association, qui distingue les pertes réelles (fuites) des pertes apparentes (compteurs inexacts, consommations non autorisées, erreurs de facturation). Ce bilan oriente les efforts vers le bon problème. Vient ensuite la sectorisation du réseau, qui permet de localiser les zones de fuites.

Les compteurs communicants sont-ils indispensables ?

Non pour commencer. Ils apportent beaucoup pour la facturation, la détection des consommations anormales et la connaissance fine des usages, mais leur coût est élevé. Des compteurs de secteur bien placés et une relève fiable des compteurs existants donnent déjà une grande partie de l'information nécessaire.

Un jumeau numérique de réseau est-il réservé aux grandes villes ?

Un modèle hydraulique ou électrique calé sur des mesures réelles est accessible à des services de taille moyenne, notamment grâce à des outils ouverts. La condition n'est pas la taille mais la qualité de la cartographie et des mesures. Sans elles, le modèle donne des résultats précis et faux.