Validation de données débitmétriques issues de réseaux d'assainissement, Validation of flowrate data collected from the sewer networks

AVERTISSEMENT



Ce document est le fruit d’un long travail approuvé par le jury de
soutenance et mis à disposition de l’ensemble de la communauté
universitaire élargie.
Il est soumis à la propriété intellectuelle de l’auteur au même titre que sa
version papier. Ceci implique une obligation de citation et de
référencement lors de l’utilisation de ce document.
D’autre part, toute contrefaçon, plagiat, reproduction illicite entraîne une
poursuite pénale.

Contact SCD INPL : scdinpl@inpl-nancy.fr




LIENS




Code de la propriété intellectuelle. Articles L 122.4
Code de la propriété intellectuelle. Articles L 335.2 – L 335.10
http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php
http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm
IIA la mémoire de ma chère mère,
à mon cher père,
à mon cher mari,
je dédie ce travail. IV Dédicace Remerciements
Les travaux présentés dans ce mémoire ont été réalisés au Laboratoire
Central des Ponts et Chaussées et au Centre de recherche en Automatique
de Nancy. Ces travaux ont été dirigés par Monsieur J. RAGOT.
Je voudrais tout d’abord exprimer toute ma reconnaissance à Monsieur
M. ROBERT pour avoir accepté la présidence du jury de thèse.
Je tiens à remercier Monsieur B. OULD-BOUAMAMA et Monsieur P.
CHATELLIER pour l’attention qu’ils ont portée à ce travail en me faisant
l’honneur d’être rapporteurs.
Je voudrais témoigner toute ma gratitude à Monsieur Claude JOANNIS
pour sa disponibilité et sa bienveillance constantes.
Je remercie vivement Monsieur José RAGOT pour avoir assuré la tâche
de directeur de thèse et dont les nombreux conseils scientifiques ont permis
de guider cette étude.
Je remercie également Monsieur Michel AUMOND du LCPC qui n’a
cessé de soutenir et valoriser ce travail, par les moyens expérimentaux.
Je tiens à remercier tous les membres de l’équipe eau et environnement
qui m’ont soutenu par leurs conseils et remarques. ReVI merciements Table des matières
Introduction 1
1 Les réseaux de mesure en assainissement 7
1.1 Introduction…………………………………………………………………….8
1.2 Objectifs d’obtention de mesures en réseau d’assainissement………………....8
1.2.1 Objectifs liés aux questions techniques……………………......................8
1.2.2 Objectifs liés aux questions réglementaires et juridiques….…………....12
1.2.3 Objectifs liés aux questions financières……………………………...….15
1.3 Conception du réseau de mesure……………………………………………....16
1.3.1 Grandeurs mesurées……………………………………………………...16
1.3.2 Position des points de mesure sur le système d’assainissement………....16
1.3.3 Stratégie d’acquisition…………………………………………………...20
1.3.4 Fréquence de transmission……………………………………………….21
1.3.5 Stratégie d’échantillonnage……………………………………………....21
1.3.6 Transmission et gestion des données…………………………………….22
1.4 Méthodes et technologie pour l’évaluation du débit………………………..…24
1.4.1 Mesure de débit………………………………………………………….24
1.4.2 Mesure de la hauteur…………………………………………………….25
1.4.3 Mesure de la vitesse……………………………………………………..26
1.5 Anomalies affectant les mesures………………………………………………27
1.5.1 Anomalies de fonctionnement…………………………………………...27
1.5.2 Anomalies sur le processus……………………………………………...29
1.6 Données………………………………………………………………………..32
1.6.1 Réseau de mesure de Nantes…………………………………………….32
1.6.2 Acquisition et gestion des données sur le système de Nantes...………...33
1.6.3 Données disponibles…………………………………………………….33
1.6.4 Données utilisées………………………………………………………..34
1.7 Conclusion…………………………………………………………………….34

2 Méthodes de validation des données de mesure 37
2.1 Introduction .................................................................................................38
2.2 Techniques de validation des données ............................................................39
2.3 Méthode de validation des données de mesure à base de modèles analytiques
46
2.4 Généralités sur le diagnostic des systèmes.......................................................47
2.5 Conclusion........................................................................................................50VIII Table des matières
3 Modèles 51
3.1 Introduction......................................................................................................52
3.2 Présentation des données utilisées....................................................................53
3.3 Prétraitement des données................................................................................56
3.4 Analyse des données .......................................................................................57
3.5 Etablissement des modèles...............................................................................59
3.6 Structure des modèles.......................................................................................62
3.6.1 Choix de la structure du modèle...............................................................64
3.6.2 Sélection des variables explicatives .........................................................65
3.7 Identification paramétrique par la méthode des moindres carrés ordinaire......70
3.8 Validation des modèles ....................................................................................70
3.8.1 Evaluation de l’écart type de l’erreur et du coefficient de détermination…..71
3.9 Conclusion........................................................................................................76
4 Détection et localisation des défauts de mesures 79
4.1 Introduction......................................................................................................80
4.2 Génération de résidus........................................................................................82
4.3 Caractéristiques des résidus..............................................................................85
4.3.1 Caractéristiques théoriques des résidus.....................................................85
4.3.2 Caractéristiques expérimentales des résidus.............................................85
4.3.3 Calcul des tolérances associées aux résidus..............................................86
4.4 Matrice des signatures des défauts ..................................................................86
4.5 Procédure de détection des défauts ..................................................................89
4.5.1 Choix des paramètres pour la procédure de détection...............................91
4.5.2 Application de la procédure de détection..................................................99
4.6 Localisation des défauts..................................................................................101
4.6.1 Localisation des défauts basée sur le calcul de distance..........................101
4.6.2 Localisation de défauts par la méthode DMP.........................................104
4.6.3 Localisation de défauts basée sur les concepts de la logique floue.........108
4.7 Comparaison des trois procédures de détection et de localisation considérées
121
4.8 Conclusion.....................................................................................................122
Conclusion 123
Références 127
Annexe A Points de mesures 135
Annexe B Prétraitement des données 139 IX
Annexe C Résultats de l’application de la méthode OLS 145
Annexe D Validation croisée des modèles 147
Annexe E Signature des défauts théorique 171