Plateforme pour l’eau, le gaz et la chaleur
Dans le contexte de la gestion intégrée des eaux, cet article a pour but de fournir des recommandations pour la mise en place d’actions de monitoring des usages de l’eau potable dans les régions de montagne, où les infrastructures de mesure des usages sont souvent peu développées. Ces recommandations sont basées sur l’expérience acquise lors d’une thèse de doctorat réalisée à l’Université de Lausanne [1].
Deux enjeux principaux concernent la mesure des demandes en eau. D’une part, le suivi quantitatif des usages de l’eau a généralement une faible résolution temporelle (le plus souvent, une seule donnée par an à l’échelle de l’usager pour l’établissement de la facture d’eau). En outre, nombre de travaux de recherche soulignent le manque de données chiffrées disponibles sur les usages et la demande en eau [2–4]. D’autre part, dans les territoires de montagne où le tourisme est très présent, les dynamiques temporelles des usages de l’eau potable sont très saisonnières: des pics de demande peuvent subvenir sur des temps très courts – au cours d’un weekend ou d’une semaine [5]. Cette forte variabilité plaide pour un suivi des usages à une résolution temporelle permettant d’identifier précisément les moments de l’année où les ressources en eau ne seraient pas suffisantes pour satisfaire la demande. En région alpine, ce type de pénurie peut survenir lors des hautes saisons touristiques correspondant aux périodes de basses eaux, en hiver et à la fin de l’été. Sans pour autant provoquer des situations de pénurie, ces périodes de stress hydrique peuvent causer des conflits d’usages plus ou moins marqués.
Dans le contexte actuel de changements climatiques, un autre point important est aussi de promouvoir des modes de gestion de l’eau plus orientés vers la maîtrise de la demande. Les modes de gestion par l’offre, actuellement majoritaires, sont en effet très coûteuses: lorsque l’eau manque, la solution généralement proposée est l’investissement dans l’acheminement de nouvelles ressources. Une autre solution serait d’inciter à plus de sobriété dans la demande en eau. Pour cela, il est nécessaire de mieux connaître les usages de l’eau effectués sur un territoire donné: leur géographie, leur typologie, leur saisonnalité. Pour répondre à ces enjeux, une campagne de monitoring des usages de l’eau potable à haute résolution a été déployée dans les communes de Montana (Valais) et Megève (Haute-Savoie). Les résultats de ces mesures ont été publiés pour les deux cas: Montana [6] et Megève [7]. En conclusion de ces campagnes de monitoring, cet article propose une stratégie de monitoring basée autant sur l’installation d’instruments (données quantitatives) que sur des entretiens avec les usagers (données qualitatives), permettant une estimation la plus complète possible des usages. Il s’agit de trouver un équilibre entre l’investissement en temps et en matériel et la résolution des résultats obtenus et d’aboutir à une stratégie qui soit aisément transférable à d’autres territoires et collectivités.
L’article est organisé en trois parties. La première décrit les paramètres à maximiser lors d’un monitoring des usages de l’eau à l’échelle communale. La seconde présente les avantages et inconvénients des différentes méthodes de mesure des usages de l’eau potable. La troisième formule des recommandations pour le monitoring des usages de l’eau potable dans le cas particulier des territoires touristiques de montagne.
Nous retenons quatre paramètres à maximiser pour arriver au meilleur compromis de monitoring des usages de l’eau à l’échelle communale: la résolution temporelle des mesures (le pas de temps des données), la résolution spatiale des mesures (le niveau de différenciation des usagers), l’échantillonnage (exhaustif ou partiel) et les contraintes du système de mesure. Ces paramètres concernent le cycle d’usage de l’eau, qui est décrit brièvement.
Les usages de l’eau peuvent être abordés sous la forme d’un cycle, à l’image du cycle de l’eau, que nous avons appelé le cycle des usages de l’eau [8]. Ce cycle peut être décliné pour chaque usage (distribution de l’eau potable, irrigation, production de neige artificielle, etc.) et passe par différentes étapes (prélèvement, adduction, distribution, apport, restitution; fig. 1). Les différents usages de l’eau d’un territoire provoquent une distribution temporelle des demandes en eau que, par analogie au régime hydrologique, nous appelons le régime de l’usage; ce dernier dépend de l’usage et n’est pas forcément le même que le régime de la ressource (régime hydrologique). Finalement, chaque usage à une empreinte territoriale variable que nous appelons le bassin d’usage; ce dernier n’est pas forcément le même que le bassin versant [6].
Le pas de temps souhaité pour les données mesurées doit pouvoir mettre en évidence la saisonnalité des usages de l’eau. Le pas de temps horaire est généralement trop fin car il engendre une grande quantité de données, ce qui demande beaucoup de temps de traitement si l’on veut représenter tous les usagers. Des mesures à l’échelle horaire aboutissent à la situation où il est difficile de valoriser les données récoltées dans un contexte opérationnel. Un bon compromis est le pas de temps journalier, qui permet de différencier les saisonnalités des usages de l’eau d’un territoire sur une année entière.
La résolution spatiale pose la question de l’endroit où les mesures sont effectuées ainsi que le niveau de différenciation des usagers. Les mesures effectuées dans les premières étapes du cycle d’usage (prélèvement, distribution) ont l’avantage d’avoir un point de mesure unique ou de se concentrer sur quelques points, mais elles ne font pas la différence entre les usagers. A contrario, les mesures effectuées au niveau de l’usager (apports) permettent de mettre en évidence les différents comportements et pratiques d’usage mais elles sont plus lourdes à mettre en place car elles nécessitent un suivi pour chaque compteur d’eau. La résolution spatiale idéale serait de travailler à l'échelle de la personne (litres par habitant). Cette donnée est toutefois difficile à obtenir dans les communes touristiques où la population temporaire varie constamment: il faudrait arriver à diviser les apports aux compteurs de chaque bâtiment par le nombre exact de personnes présentes, ce qui est difficile à obtenir en raison des fortes variations de fréquentation touristique. Le compromis proposé consiste à ramener les volumes mesurés à la plus petite échelle d’unité qui ne varie pas dans le temps: volume par logement, par lit d’hôtel, par surface irriguée, par place de travail dans les bureaux. De plus, ces unités sont des données plus aisées à obtenir que les données par personne.
L’échantillonnage peut être exhaustif ou partiel, suivant les moyens à disposition. Dans cette étude [1], lorsqu’un échantillonnage exhaustif a été choisi (tous les compteurs d’eau potable de la commune), il a fallu se limiter à un pas de temps de mesure mensuel. Lorsqu’un pas de temps plus court était souhaité, il a fallu limiter la taille de l’échantillon (par ex. 10 compteurs à un pas de temps horaire). Dans ce cas, un échantillon ciblé est choisi en sélectionnant des usagers qui ont a priori des pratiques d’usage spécifiques (par ex. hôtel, maison d’habitation, résidence secondaire, etc.).
Les contraintes de l’infrastructure de monitoring dépendent des modalités de relève des compteurs (manuelle, automatique, relève à distance), du coût du matériel à installer par rapport à l’existant (compteurs d’eau, débitmètres, modules de communication) et de la praticité et du temps de travail nécessaire par relève, par compteur et par an.
Les différentes méthodes de mesure appliquées dans cette étude [1] sont les dataloggers, la télé-relève radio, la télé-relève «online», la relève manuelle déléguée et les entretiens. Chacune a des avantages et des inconvénients. La figure 2 classe ces méthodes en fonction de leur coût d’installation et du temps de relève nécessaire. Pour chaque méthode, nous faisons varier la proportion de compteurs mesurés (10% ou 100%), la résolution des données (1×/jour; 1×/mois ou 1×/an) et le niveau de mesure (distribution; compteur d’eau). Il est à noter que des compteurs d’eau domestiques étaient déjà en place dans les communes étudiées (un compteur par bâtiment).
Les chroniques des volumes distribués sur l’entièreté du réseau d’eau potable sont généralement mesurées par les communes. Le coût d’installation des appareils de mesure est élevé (voir fig. 2) car en amont des réseaux, le diamètre des conduites est important. Par contre, un seul compteur suffit.
Le principe de la relève déléguée est que des personnes volontaires relèvent les index de leur compteur domestique à intervalles réguliers. Dans cette étude, le concierge d’un immeuble a par exemple fait des relèves manuelles une fois par mois.
Les avantages de cette méthode sont qu’il n’y a pas de coût, ni de travaux d’installation. De plus, le contact avec la personne faisant les relèves permet de récolter des informations sur les pratiques et caractéristiques des usagers du bâtiment: typologie des logements et des résidents, saisonnalité d’occupation, arrosage des jardins. La résolution temporelle manuelle (mensuelle) est satisfaisante.
Les inconvénients sont que la qualité des séries de données est dépendante de la motivation et de la rigueur de la personne volontaire. Il est difficile d’obtenir une série de données sur le long terme car il est rare que les personnes volontaires continuent à relever leur compteur après un certain temps (6 mois à 1 an) s’il n’y a pas d’incitation concrète. De plus, cette méthode nécessite beaucoup de travail de préparation (recherche de volontaires, prise de contact, entretiens) pour chaque compteur si l’on souhaite construire un échantillon important.
La relève radio est une relève à distance des index des compteurs d’eau à l’aide d’antennes émettrices (installées sur les compteurs) et d’un boîtier récepteur. Cette méthode est généralement effectuée depuis la voie publique (il n’est ainsi pas nécessaire de rentrer dans les bâtiments) et si le boîtier récepteur permet une acquisition automatique des données, il est possible de collecter les index depuis un véhicule en mouvement.
Un des avantages de la relève radio est l’exhaustivité de l’échantillon, si tous les compteurs sont équipés d’antennes. Le coût est également réduit lorsqu’il n’y a que les antennes à installer sur les compteurs existants (voir fig. 2). Les relèves sont relativement rapides: avec un boîtier radio en acquisition automatique, tous les compteurs de la commune de Montana (plus de 700) sont relevés en moins d’une semaine par les techniciens communaux lors de la facturation annuelle. La relève pourrait être encore plus rapide grâce à l’acquisition automatique depuis un véhicule, mais dans la pratique, les techniciens prennent le temps de vérifier manuellement que chaque compteur est correctement relevé.
Pour le monitoring à Montana dans le cadre de cette étude, il fallait gagner du temps de relève car l’objectif était d’effectuer chaque mois une mesure de l’ensemble des compteurs de la commune. La stratégie choisie a été de faire une acquisition radio automatique depuis le véhicule en mouvement, sans vérification manuelle. Ce compromis permet de faire la relève en une journée, mais sans garantie de collecter la totalité des compteurs: au total, environ 30% n’ont pu être relevés [6].
Cette stratégie de monitoring est un compromis avec une bonne représentativité de l’échantillon, une résolution temporelle satisfaisante (mensuelle), des coûts réduits et une praticité opérationnelle.
Un échantillon ciblé de huit compteurs d’eau de bâtiments présentant a priori des pratiques d’usage différentes a été choisi en concertation avec les techniciens de la Régie des eaux de Megève pour installer des dataloggers. Les enregistreurs choisis étaient reliés à une tête de lecture filaire qui s’emboîte sur les compteurs existants. L’avantage des dataloggers est la possibilité de haute résolution temporelle des données (dans notre cas, une mesure par heure). De plus, ils ont été installés sur des compteurs situés sur la voie publique, ce qui facilite la relève. Egalement, ils nécessitent peu d’intervention: l’autonomie des dataloggers est de plusieurs mois.
Cette méthode présente aussi des inconvénients. Le temps nécessaire pour le déchargement des données est relativement important: il faut accéder au compteur et connecter le datalogger à un ordinateur. Cette méthode a aussi un coût important en matériel: 480 francs par enregistreur (voir fig. 2). De plus, les dataloggers sont sensibles à l’humidité et aux chocs. Par ailleurs, l’enjeu de confidentialité et de protection de la vie privée est fort. Il a été difficile d’obtenir l’accord de tous les usagers initialement sélectionnés: beaucoup ont refusé de participer à la campagne, en particulier certains hôtels. Enfin, un important point faible de cette stratégie est la petite taille de l’échantillon. Mais malgré cet échantillon limité, le ciblage des usagers effectué avec l’aide de la Régie des eaux a permis de mettre en évidence des saisonnalités d’usage caractéristiques, à partir desquels une typologie a pu être proposée [7].
Les boîtiers online se connectent au compteur d’eau et envoient en temps réel les index sur une plateforme web via une communication GSM (Global System for Mobile Communications) ou une connexion internet.
L’avantage de ce système est qu’il n’est pas nécessaire de se déplacer pour la relève et qu’il permet n’importe quelle résolution temporelle. Le gros inconvénient est son coût élevé (voir fig. 2) qui, dans le cadre cette recherche, a limité fortement la taille de l’échantillon (trois bâtiments).
Les entretiens avec les usagers demandent beaucoup de temps et ne permettent pas d’obtenir de valeurs volumiques précises. En revanche, ils sont un excellent complément aux méthodes quantitatives, car ils permettent d’expliquer les saisonnalités d’usage en décrivant les pratiques d’utilisation de l’eau. Ils permettent également d’obtenir des informations sur le nombre d’usagers par bâtiment, les infrastructures particulières (arrosage du jardin, piscine) et la fréquence des usages.
Il est évident que la stratégie à mettre en place pour un monitoring de l’eau potable est à adapter au cas par cas afin de tirer profit des infrastructures de mesure déjà en place. Lorsque des compteurs d’eau domestiques sont déjà présents, il est intéressant de pouvoir les équiper d’antennes de télé-relève radio pour pouvoir passer à une fréquence de mesure mensuelle, voire plus fine. Lorsque des débitmètres sont déjà installés au niveau des prélèvements ou de la distribution, il est intéressant de les équiper de boîtiers de communication online pour un suivi en temps réel.
Si dans le contexte de la gestion intégrée des eaux, l’objectif est d’obtenir une image la plus complète possible des usages de l’eau potable à l’échelle du territoire, nous proposons un monitoring faisant le compromis entre résolution temporelle, résolution spatiale et taille de l’échantillon. Tout d’abord, nous proposons de mesurer les volumes à chaque étape du cycle d’usage [8]: les prélèvements, la distribution et les apports au niveau des compteurs d’eau (fig. 1). Ceci permet notamment d’évaluer le taux de pertes dans les réseaux entre chaque étape. En outre, le régime des prélèvements est une donnée importante car c’est lui qui devra être comparé au régime des ressources disponibles pour évaluer si le territoire concerné se retrouve en stress hydrique.
La résolution temporelle des données doit être assez fine pour pouvoir identifier les pics de demande, notamment ceux liés au tourisme journalier. Elle ne doit pas être trop fine non plus car une quantité trop importante de données à traiter rend difficile la mise en pratique opérationnelle. Il faut également que les pics d’usage soient lisibles s’ils sont mis en graphique pour avoir une vision globale sur une année. Nous proposons le pas de temps de mesure journalier.
La résolution spatiale doit être assez fine pour distinguer les différents régimes d’usage propres à chaque type d’usager (leur «signature temporelle»). Nous proposons de mesurer à l’échelle du bâti, via les compteurs d’eau domestiques. Une résolution spatiale plus fine (à l’échelle de l’usager) est problématique, en raison de la difficulté d’évaluer les résidents temporaires. De plus, l’échelle du bâti est bien adaptée pour des représentations cartographiques de l’ensemble d’une commune.
Lorsque l’on ne peut mesurer à la fois à l’échelle du compteur et au pas de temps journalier, il est possible de jouer sur la taille d’échantillonnage (voir fig. 1). Nous proposons dans ce cas de combiner un échantillon exhaustif (100% des compteurs) à «basse» résolution temporelle (1×/mois) par radio-relève, avec un échantillon ciblé (10% des compteurs, issus d’une sélection) à haute résolution temporelle (1×/jour) par transmission online. L’échantillon exhaustif permet d’avoir une vision globale de la saisonnalité de l’ensemble des compteurs et l’échantillon ciblé est là pour permettre de décrire et expliquer de manière plus fine certains régimes particuliers.
Lorsqu’il n’est pas possible d’installer un système de mesure, les méthodes qualitatives (observations de terrain, entretiens) se révèlent très intéressantes pour compléter les données volumiques. Nous proposons même de les utiliser de manière systématique car elles permettent d’expliquer les comportements d’utilisation de l’eau lorsqu’il y a une importante diversité d’usagers et de pratiques d’usage. Dans notre schéma de monitoring (fig. 1), nous proposons de faire un entretien avec chaque usager de l’échantillon ciblé, mesuré à haute résolution temporelle.
Le schéma de monitoring présenté dans cet article est destiné à l’étude des usages de l’eau potable dans le contexte de la gestion intégrée de l’eau et a été développé à partir de deux cas en territoires de montagne: Montana et Megève. Nous proposons dans ce schéma de tendre vers un compromis entre la résolution spatiale et temporelle des mesures, en instrumentant à tous les niveaux du cycle d’usage, en optant pour la radio-relève des compteurs d’eau domestiques, en jouant sur l’échantillonnage et en combinant les méthodes quantitatives et qualitatives.
Le compromis présenté n’est pas destiné à être appliqué tel quel à d’autres communes, mais il propose un canevas de décision et permet d’établir des priorités pour les mesures à effectuer lorsqu’il est nécessaire de mettre en place un monitoring des usages de l’eau dans un territoire dans lequel il y a peu d’infrastructures de mesure.
De manière générale, nous plaidons pour un recours plus systématique qu’actuellement au monitoring des usages de l’eau. Une telle pratique permet de répondre à l’un des objectifs de la gestion intégrée des eaux, qui est de pouvoir évaluer de manière précise la disponibilité de la ressource et la demande et d’élaborer des séries de données constituant la base pour une information transparente des usagers [9]. Elle constitue également une base essentielle pour la modélisation intégrée de la ressource et des usages de l’eau dans le futur [10].
[1] Calianno, M. (2018): Quantifier les usages de l’eau en territoire touristique de montagne. Thèse de doctorat, Université de Lausanne
[2] Grouillet, B. et al. (2015): Historical reconstruction and 2050 projections of water demand under anthropogenic and climate changes in two contrasted Mediterranean catchments. Journal of Hydrology 522: 684–696
[3] Leroy, E. (2015): Proposition d’interface science-société pour la gestion intégrée de la ressource en eau dans un contexte de changements climatiques. Thèse de doctorat, Université de Grenoble
[4] Gargano, R. et al. (2017): Probabilistic Models for the Peak Residential Water Demand. Water 9 (6): 417
[5] Reynard, E. et al. (2014): Interdisciplinary assessment of complex regional water systems and their future evolution: how socioeconomic drivers can matter more than climate, Wiley Interdisciplinary Reviews Water 1(4): 413–426
[6] Calianno, M.; Milano, M.; Reynard, E. (2018): Monitoring water use regimes and density in a tourist mountain territory. Water Resources Management 32: 2783–2799
[7] Calianno, M. (soumis): The analogous method: reproducing the seasonality of drinking water distribution in mountain tourist resorts. Revue de Géographie Alpine
[8] Calianno, M. et al. (2017): Quantifier les usages de l’eau: une clarification terminologique et conceptuelle pour lever les confusions. VertigO – la revue électronique en sciences de l’environnement 17(1) [en ligne] URL: https://journals.openedition.org/vertigo/18442
[9] Musy, A.; Higy, C.; Reynard, E. (2014): Hydrologie 1: Une science de la nature. Une gestion sociétale. Lausanne, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes
[10] Milano, M. et al. (2015): Climatic and anthropogenic changes in Western Switzerland: Impacts on water stress. Science of the Total Environment 536: 12–24
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