Développement d`un Système d`aide à la Décision pour la

The 3rd International and 9th Specialty Construction Engineering Conference
le 3è Congrès international et 9e Congrès spécial du génie de la construction
Ottawa, Ontario
June 14-17, 2011 / 14 au 17 juin 2011
Développement d’un Système d’aide à la Décision pour la
Réorganisation des Réseaux Souterrains Sous la Future Plate-Forme
d’un Tramway : Étude de Cas Tramway de Montréal
A. Michon1, A. Francis1, E. Felipe2
1
École de technologie supérieure, Département du génie de la construction, Université du Québec
Ville de Montréal, Département de transport, division des grands projets
2
Résumé: L’implantation d’une ligne de tramway génère de nouvelles contraintes sur l’exploitation des
réseaux souterrains qui se trouvent dans le corridor de sa future plate-forme. Cette cohabitation est
souvent complexe. Les réseaux concessionnaires doivent rester accessibles pour permettre des
interventions futures, et ces interventions ne doivent pas produire d'impacts sur la continuité de service
des tramways. Ainsi, les décisions prises dépendent de la réorganisation des réseaux souterrains et des
coûts associés. Ces réseaux peuvent être partiellement réaménagés, restructurés en profondeur ou
peuvent faire l’objet d’une réfection totale en les déplaçant à l’extérieur de l’emprise de la future plateforme. Cet article propose un système d’aide à la décision permettant aux décideurs de faire des choix
éclairés afin de maîtriser les coûts de construction et d’exploitation de leurs projets. La structure
décisionnelle du système se base sur l’état des structures existantes (types, état, vétusté, localisation des
différents réseaux et de ses composants) sur un tronçon donné. La base de connaissances de l’outil est
réalisée à partir des données recueillies auprès des services de la Ville de Montréal ainsi que des retours
d’expériences recueillies auprès d’experts à l’aide d’un questionnaire. Les tableaux de bord décisionnels
qui seront générés par l’outil permettront de mettre en évidence les risques associés aux décisions en
termes de coûts engendrés, de sécurité pour les citoyens, de pérennité des infrastructures et le risque lié
à la présence des courants vagabonds. En outre, il permettra une visualisation de la probabilité de bris
d’une conduite d’eau ou d’égouts sous la plate-forme et les impacts associés à l’immobilisation du
tramway.
Abstract: The introduction of a tram line generates new constraints on the operation of underground
networks which are in the corridor of the future platform. This cohabitation is often complex. Networks
must remain accessible for future interventions; the continuity of service of the trams should not be
impacted by these interventions. Thus, the reorganization of these underground networks and the
associated costs represent significant decisions. These networks can be partially refurbished,
restructured or may be totally reconstructed by moving them out of the way of the future platform. This
article presents a decision support system in order to help the decision makers make enlightened choices
regarding the construction and operation costs of their future project. The decision system structure is
based on the status of the existing networks (types, conditions, deteriorations, locations and components)
on a given section. The knowledge base is collected from the data of the services of the City of Montreal
and the feedbacks obtained from experts using a questionnaire. The generated management charts will
highlight the risks associated with each decision in terms of costs, citizens’ security and infrastructure
sustainability. It will also allow the evaluation of the probability of water pipe or sewer breakage under the
platform and their associated impacts on the disruption of the tram traffic.
CN-131-1
1. Introduction
Montréal est la première métropole du Québec : elle recense 1,8 million d’habitants sur son île et 4
millions dans toute sa région. En 2008, la part modale des transports en commun sur l’île s’élevait à
seulement 25 %. La ville ayant la volonté de réduire la dépendance à l’automobile, elle a défini en 2007
un plan de transport afin de développer l’utilisation du transport en commun. L’implantation d’une
première ligne de tramway de 12,5 km, figure 1, constitue le premier chantier de ce plan. Le premier
objectif de cette ligne est de desservir avec un système de transport efficace le centre-ville et certains
axes stratégiques. Le second objectif est de compléter le réseau actuel de transport en commun en
introduisant une nouvelle offre de transport, intermédiaire à l’autobus et au métro, permettant ainsi
d’augmenter l’achalandage du transport en commun. Enfin, le dernier objectif est de revitaliser l’espace
urbain sur les différents axes empruntés et des secteurs à fort potentiel de développement économique.
Figure 1. Parcours de la première ligne
Source : Ville de Montréal
Figure 2. Travaux de raccordement, rue Peel/William
2. Problématique
L’implantation d’une infrastructure tramway dans un milieu urbain représente un défi de taille avec de
nombreux enjeux à maîtriser. C’est une nouvelle fonction qui s’ajoute aux nombreuses fonctions actuelles
de la rue, comme : permettre la circulation des personnes et des marchandises (en voiture, en autobus,
en vélo, à pied, etc..); fournir les besoins et services nécessaires aux fonctionnements des bâtiments
(eau potable, assainissement, énergie, communication). Ce projet vient perturber l’équilibre de la ville
qu’il faut alors veiller à rééquilibrer. En effet un projet en milieu urbain est toujours complexe, car la ville
est, par nature le résultat de multiples rencontres et contradictions d’intérêt. Qu’un seul d’entre ces
intérêts soit modifiés, et tout l’équilibre existant est perturbé (Clé de sol, 2005). Cette infrastructure a
besoin d’un espace conséquent qui impose de nouvelles contraintes aux infrastructures adjacentes. Nous
nous concentrerons spécifiquement sur les réseaux techniques urbains (RTU) d’alimentation en eau
potable (AEP) et d’assainissement, figure 2. D’un coté, les réseaux souterrains font l’objet d’interventions
de maintenance ou d’intervention d’urgence pour les bris majeurs, ce qui nécessite des interventions en
surface qui perturbent grandement la circulation. Mais surtout, un réseau de tramways doit assurer une
continuité de service, donc le risque d’intervention sur les voies du tramway doit être minime. C’est donc
une cohabitation complexe qui s’amorce. Il est ainsi nécessaire de procéder à une réorganisation des
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réseaux souterrains présents dans le corridor de la future plateforme. Mais de quelle manière procéder ?
Et comment choisir la meilleure solution d’un point de vue socio-économique?
Il est possible de créer des outils pour faciliter la prise de décisions. Harris (2009) a souligné que le
processus de prise de décision est un cheminement porté sur l’identification de critères et l’étude
d’alternatives basées sur les valeurs et les préférences des décideurs. Prendre une décision implique la
considération de différentes alternatives dans le but de faire un choix rencontrant les buts, les objectifs
les désirs et la valeur des différents intervenants. Mais quels sont les objectifs de cette réorganisation,
qui n’est autre que de la gestion d’actifs municipaux ? Suite au congrès INFRA 2008, une table ronde
organisée par le centre d'expertise et de recherche en infrastructures urbaines sur le thème de la gestion
des actifs municipaux (Nathalie Rheault, 2009) a fait ressortir l’idée qu’une stratégie de gestion des actifs
doit être influencée par les principes d’un développement durable. Entre autres, il est notamment
nécessaire d’avoir une vision à long terme et comprendre que les actions d’aujourd’hui auront une
incidence demain. Burns, Hope et Roorda (1999) affirment que toute analyse d’optimisation économique
du projet doit prendre en considération le coût sur le cycle de vie du projet.
Plusieurs alternatives sont possibles pour réorganiser ces réseaux ils peuvent rester en place, être
partiellement réaménagés, restructurés en profondeur, ou peuvent faire l’objet d’une réfection totale en
les déplaçant à l’extérieur de l’emprise de la future plate-forme. Les coûts liés à la réorganisation des
réseaux techniques urbains dans un projet de tramway sont importants. Il est à noter qu’une intervention
pour bris majeur d’une conduite sous l’emprise du tramway représentera des coûts non négligeables
sans compter l’impact social et politique (70 000 voyageurs par jour sont attendus dans la première
ligne). Les coûts d’une restitution de voiries de tramway sont nettement plus importants et bien plus
complexes que pour une voie routière simple.
Le processus de prise de décision nécessite une cueillette des données, une étape complexe avec de
nombreuses incertitudes de l’état actuel. De nombreuses données sur les RTU en place sont souvent
manquantes dans les municipalités, ce qui rend par conséquent la tâche plus difficile. Il est difficile de
suivre l’évolution de l’état des conduites du fait de leur inaccessibilité. En général les ressources
souterraines sont exploitées séparément, le potentiel global n’est pas pris en compte. Pourtant,
l’exploitation d’une ressource peut avoir des effets sur l’exploitation d’une autre. Le développement
classique d’un projet souterrain se fait de manière sectorielle, car elle tient compte uniquement d’un
besoin spécifique à un instant donné. Les impacts environnementaux, sociaux et économiques sont
considérés à une échelle spatiale et temporelle réduite, si bien que des conflits d’utilisation ne sont pas
décelés et peuvent prétériter les besoins futurs. (Parriaux, 2009).
Selon le guide (Existing Sewer Evaluation and Rehabilitation Task Force (É.-U.), 2009), les problèmes
rencontrés pour les systèmes d’égouts se répartissent en trois grandes catégories : i) les problèmes
relatifs à la capacité hydraulique ; ii) les problèmes structurels ; iii) les problèmes de maintenance. Ce
guide présente une approche systémique pour l’évaluation et la réhabilitation des réseaux
d’assainissement. Le processus se déroule comme suit : identification des données disponibles,
identification des données manquantes et nécessaires, définition et priorisation des composantes du
programme (objectifs, problématiques), analyse de la performance des égouts, présentation des
conséquences des travaux de voiries, instauration d’un programme d’amélioration cyclique, prise en
considération des budgets. Ces données incluent la localisation, le diamètre, la pente, la profondeur,
l'année de construction, les matériaux, l’état, la fonction, les données sur la circulation (véhicule par jour),
le type de sol, le niveau de la nappe phréatique, le taux d’infiltration, l’historique des interventions, et les
réparations importantes.
Le guide permet également de répartir les conduites selon trois classes, avec de la plus critique à la
moins critique : i) Classe A : le coût engendré suite à un bris est très important et représente un risque
pour la santé publique et son environnent proche. Une réhabilitation suite à un bris sur une telle conduite
pourrait coûter deux fois plus cher qu’un remplacement planifié de la conduite et trois à quatre fois plus
chère que le coût d’une réhabilitation planifiée, ii) Classe B : l’état est moyennement critique, suite à un
incident minime. À ce stade une action préventive serait encore rentable, iii) Classe C : Une action
préventive ne serait pas rentable, sauf si de nombreux incidents sont recensés sur une même section.
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Selon le même guide les égouts critiques présenteraient une ou plusieurs des conditions suivantes : un
âge supérieur à la durée de vie de conception; une profondeur trop importante qui la rend inaccessible
par les équipements de réparation; un important diamètre (ex : conduites principales ou exutoires) ; un
matériau de type brique, béton non armé, fonte ductile; une localisation sous une rue à fort trafic routier
ou sous un chemin de fer ; un accès difficile ; une capacité hydraulique atteinte ; des mauvaises
conditions de sol ; un débit de dérivation difficile en cas d'urgence; d’importants besoins de maintenance
qui exigent nettoyages ou inspections fréquentes; infiltrations et afflux d’eau excessifs dans le système ;
une desserte de bâtiments sensibles tels que les hôpitaux ou les écoles.
L’emplacement géographique de la ville de Montréal lui confère des contraintes quant à la profondeur de
l’enfouissement à 1m70 de ses conduites d’eau potable et d’assainissement, afin de protéger les
conduites du gel (Bureau de normalisation du Québec., 2007). L’alimentation électrique d’un tramway
n’est pas sans conséquence sur son environnement extérieur. La première fonction des rails est
d’assurer un guidage mécanique du matériel roulant et la deuxième fonction est de permettre un retour
de courant aux différentes sous-stations de traction. Souvent le retour de ce courant ne s’effectue pas
correctement (Morin, 2005), et le courant s’infiltre dans le sol. Ce phénomène est très néfaste pour les
conduites métalliques environnantes, car ils corrodent ces installations ce qui a pour conséquence
d’accélérer leur vieillissement.
Pour répondre à cette problématique, la ville de Genève en Suisse a fait le choix en 1985 de réaliser une
GMR (galerie multi réseaux) sous la plateforme du tramway sur un tronçon de 850 mètres dans le centre
historique de la ville. La galerie multi réseaux accueille tout RTU, excepté le réseau de gaz. À l’époque
du lancement du projet tramway, la ville avait besoin d’augmenter la capacité de ses réseaux techniques
urbains, la réunion de ces deux projets fut une belle opportunité pour la création d’une GMR. Le groupe
de recherche Clé de sol (2005) rapporte que l’implantation de ce type de galerie ne pose pas réellement
de problèmes techniques, mais plutôt des problèmes d’ordres juridique, socio-économique, et
d’exploitation. Il considère ces galeries comme des instruments privilégiés du développement durable
dans les villes, affirmant que cette technique permet des réductions de coûts considérables. Cette
solution peut permettre une optimisation du coût économique du cycle de vie. Selon une analyse de la
valeur sur les galeries multi réseaux, leurs valeurs pour le client est plus grande que la méthode
traditionnelle d’enfouissement ou de la méthode par tranchées communes (Parrot, 2007). Dans tous les
cas, les GMR est une technique de gestion des infrastructures qui doit être comparée aux autres
techniques d’enfouissement pour tenir compte du milieu et du contexte.
Dans le but de répondre à la problématique, une étude a été réalisée par Alstom et Cogifer TP, afin de
trouver des dispositions pour réduire les coûts de déviation des réseaux. Leur solution était de diminuer
la profondeur du terrassement à 45 cm. Selon le centre d'études sur les Réseaux, les Transports,
l'Urbanisme et les constructions publiques, Alstom fait l’hypothèse que la forte diminution des
terrassements conduira à s’affranchir d’une grande partie des déviations de réseaux enterrés rencontrés
sous la voie. Nous estimons que cette hypothèse est plutôt optimiste, les concessionnaires de réseaux
ne souhaitent pas en général être contraints à des surcoûts potentiels de maintenance de réseaux situés
sous une dalle de béton armé (CERTU, 1999).
3.
La sélection des critères
Pour fin de développement de notre système d’aide à la décision, cette section définit les critères sur
lesquels se base notre analyse afin de pouvoir identifier et évaluer les risques associés à chaque
alternative. Chaque critère devra être couplé à un indice de confiance. Se basant sur le principe du
développement durable qui se définit comme un mode de développement qui répond aux besoins actuels
sans compromettre la capacité des générations futures (Brundtland, 1987).
C1« Incompatibilité technique » L’un des critères primordiaux est de savoir si la conduite d’égout ou
d’aqueduc rencontre une incompatibilité technique: si elle se situe dans l’emprise directe de
l‘infrastructure tramway; si sa position empêche l’accès à une autre conduite; si celle-ci ne peut pas
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résister à la nouvelle charge vive; si sa capacité actuelle ne répond pas au programme de
développement urbain. Des valeurs seront attribuées pour chaque niveau d’incompatibilité technique.
Selon Muller (2000), une opération préliminaire importante consiste à dévier les réseaux publics (eau,
assainissement, gaz, téléphone; électricité) qui se trouvent dans l’espace prévu pour la plateforme
jusqu'à une profondeur de 1 m environ. Input : géo localisation des conduites et de l’emprise tramway,
capacité structurale des conduites, capacité hydraulique, besoins futurs.
C2 « Cohabitation avec l’infrastructure du tramway » : La conduite sera-t-elle capable de cohabiter avec
l’infrastructure tramway : 1) subir les nouvelles charges vives input : capacité structurale ; 2) est-elle dans
un bon état ; 3) les courants vagabonds, Input matériaux ; 4) à quel niveau se trouve-t-elle dans le plan
d’intervention de la ville; 5) sa capacité est elle suffisante ; 6) quel impact sur la sécurité ; 7) changement
climatique.
C3 « Valeur actuelle du coût total de la conduite sur le cycle de vie » 1) coûts à l’année 0 en fonction de
l’option choisie ; 2) coûts d’entretien de la conduite ; 3) coûts de remplacement ; 4) coûts engendré suite
à un bris, basé sur l’indicateur « probabilité de bris ».
Le coût de bris prend en considération, les dommages probables sur la structure de la plateforme
tramway en fonction de la localisation de celle-ci.
C4 « Probabilité de bris » qui peuvent causer une interruption du service du tramway. Les conséquences
sur le coût, les usagers du transport en commun, les commerçants, les riverains, l’image de la ville, le
politique, etc.
C5 « Proximité de conduites en mauvaise état ». Le fait de ne pas intervenir sur une conduite peut en
effet avoir des répercutions connexes sur les autres infrastructures. Les conduites qui restent en place et
qui ne sont pas dans un bon état constituent un risque pour elles-mêmes, les conduites environnantes et
l’infrastructure tramway. Il se crée alors un effet boule de neige. Dans un premier temps, cette
infrastructure va subir un vieillissement prématuré, car les travaux pour la mise en place de
l’infrastructure tramway et le renouvellement de certains réseaux dans ses environs - tels que des
excavations, remblaiement compactage à répétition - produisent de nombreuses vibrations qui vont plus
ou moins contraindre l’infrastructure existante. Par la suite, l’infrastructure aura subit un vieillissement
prématuré de la structure et va entrainer des fuites, des pertes d’eau, ou eau polluées. Ces pertes de
liquide vont affaisser les terres des autres conduites, augmentant ainsi le risque de bris pour ses
conduites voisines. Ennaouri (2010) a également développé un modèle d’évaluation de l’état global des
conduites d’égouts en considérant plusieurs facteurs de dégradation liés au fonctionnement du réseau, à
la conduite elle-même ou à l’environnement du réseau.
C6 « La corrosion »Les conduites métalliques peuvent se corroder de deux manières. En rencontrant des
problèmes d’auto corrosion, des phénomènes spontanés qui se produisent lorsque la conduite est mal
isolée ou bien en contact avec deux milieux différents, un milieu humide favorise ce phénomène. Ou en
subissant une corrosion électrolytique causée par des courants vagabonds très présents dans les milieux
industriels ou près d’une ligne de tramway. Les effets de ces corrosions peuvent être désastreux (Godart,
2000). Input : matériaux, âges, milieux, protections cathodiques.
Afin d’évaluer l’état des conduites et de réaliser des prédictions nous nous baserons sur certains critères
du « Guide d’élaboration d’un plan d’intervention pour le renouvellement des conduites d’eau potable et
d’égout » (Mamrot, 2005). Ce guide, table 1, a été réalisé dans le but d’aider les municipalités à élaborer
un plan d’intervention.
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Table 1: Indicateurs du guide d’élaboration d’un plan d’intervention pour le renouvellement des conduites
Conduite d’eau potable
taux de réparation des conduites (nb de réparations/100 km/an)
3
2
1
0
< 100
taux de fuites des conduites (m3/jour/km)
<5
100 à 199
200 à 299
> 300
5 à 9,99
10 à 19,99
> 20
hiérarchisation des conduites
faible
moyen
élevé
déficience fonctionnelle des conduites
nul
faible
moyen
élevé
Conduite d’égout
déficience fonctionnelle des conduites
3
2
1
0
nul
faible
moyen
élevé
état structural des conduites
très faible
faible
moyen
élevé
hiérarchisation des conduites
faible
moyen
élevé
* Source : (MAMROT, 2005)
« Taux d’occupation de l’espace de la rue » permet de visualiser la densité des infrastructures dans la
rue (largeur de la rue /nombre d’infrastructures en place).
Autres critères:
« Durée de vie utile restante des différentes infrastructures »
« Estimation du risque de bris dans 5,10, 20, 30,40 ans »
« Le choix selon l’expérience des experts »
« Niveau de perturbation de la circulation »
« Niveau d’acceptation/non-acceptation des travaux par les usagers»
« Investissement galerie multi réseaux »
« Le coût des pertes d’eau »
4.
Description de l’outil d’aide à la décision
L’objectif de cette étude est de développer un outil d’aide à la décision pour faciliter les choix des
décideurs sur le volet de la réorganisation des RTU. Cet outil se concentre sur les réseaux d’alimentation
en eau potable et d’assainissement, mais pourrait se greffer par la suite à des modules prenant en
compte la totalité des RTU dans le corridor de la future plateforme, cela apportant une vision globale des
conséquences de chacune des options disponibles. Le projet de recherche étant en cours, cette section
représente l’état d’avancement de l’outil d’aide à la décision. L’architecture de cet outil, présentée en
figure 3, se compose de trois modules : une interface client, un moteur et une base de connaissances.
L’interface client a une double fonction : i) interroger le client ii) générer des indicateurs économiques,
sociaux et environnementaux. La base de connaissance est composée de i) une base de données de la
Ville de Montréal sur les infrastructures actuelles le long des axes du tramway, ii) une base de données
de la ville de Montréal sur des infrastructures autour des axes du tramway, permettant de réaliser des
prévisions sur le vieillissement des conduites ainsi que sur les taux de bris iii) une base
d’expertises/connaissances qui sera mise en place suite à la compilation des réponses des experts au
questionnaire. La figure 4 illustre l’algorithme qui est au cœur du moteur. Il présente l’ensemble des
possibilités qui découle des cinq options pour un tronçon donné. Le moteur réalise des calculs pour
remplir l’arbre des possibilités. Une analyse de l’arbre des possibilités permet d’évaluer les risques
associés à chaque solution. Le processus de prise de décision se déroule comme suit : l’utilisateur
sélectionne une période d’analyse, un tronçon ou segment à étudier, son début et sa fin. Il faut ainsi
diviser chaque conduite en segments uniformes comportant les mêmes caractéristiques dans la base de
données (âge, diamètre, matériaux). Les segments ID 1276, ID1277, ID1278, ID1279 constituent la
conduite AEP 3255.
ID 1278
ID 1279
ID 1276
ID 1277
AEP 3255
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Figure 3. Architecture de l’outil
Figure 4. Arbre de possibilités des conduites
option 1
option 3
option 5
Figure 5. Exemple de visualisation du tableau de bord
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