Dans le Granvillais (50), l’IA au service du zéro rejet des eaux usées

Le SMAAG, syndicat d'assainissement de l'agglomération granvillaise dans la Manche, a déployé une solution d'intelligence artificielle pour piloter son réseau d'assainissement. L'objectif : atteindre le zéro rejet d'eaux usées dans le milieu naturel afin de protéger le littoral, ses plages et les zones de conchyliculture. Le traitement des eaux usées domestiques et industrielles s’effectue sur la station d’épuration GOELANE située à Granville, en service depuis 2005. Elle reçoit les eaux usées générées sur 13 des 16 communes membres du Syndicat. Le réseau comprend 83 postes de refoulement et 330 kilomètres de canalisations. 30 sites sont désormais pilotés par l'IA. Cette technologie permet d'anticiper les épisodes pluvieux et d'optimiser en temps réel la quantité d’eaux usées dans les bassins.

En quoi consiste concrètement votre projet et quels en sont les principaux objectifs ?

Le projet consiste à utiliser l'intelligence artificielle pour gérer dynamiquement les flux d'eaux usées qui transitent par les postes de refoulement du réseau d'assainissement.

On nomme ainsi les installations techniques du réseau d'assainissement qui permettent de relever et de propulser les eaux usées lorsque l'écoulement gravitaire naturel n'est pas possible. Concrètement, lorsque le terrain ne présente pas une pente suffisante pour que les eaux usées s'écoulent naturellement vers la station d'épuration, ces postes équipés de pompes prennent le relais pour remonter les eaux et les réinjecter dans le réseau à un niveau supérieur, assurant ainsi leur acheminement continu jusqu'à leur point de traitement.

L'objectif principal est d'atteindre le zéro rejet en milieu naturel, notamment pour préserver les eaux littorales où se pratiquent la baignade, la pêche à pied et la conchyliculture.

Sur le territoire granvillais, l'IA pilote 30 sites de manière globale : 23 postes de relèvement, 6 bassins tampons permettant de stocker temporairement les eaux usées et la station d'épuration. Elle anticipe l'arrivée des épisodes pluvieux grâce aux prévisions météorologiques et optimise en temps réel le pompage et les niveaux dans les bassins. L'objectif est de faire en sorte que l'ensemble du réseau absorbe au maximum les surdébits, en cas de fortes pluie ou d’orage par exemple, sans qu'il y ait de débordement vers le milieu naturel.

Comment le sujet s’est-il imposé à l’agenda de votre collectivité ?

Le SMAAG avait déjà travaillé sur la gestion dynamique des flux il y a plus de 15 ans dans le cadre d’un projet européen Mareclean, qui utilisait un système de programmation avec des scénarios prédéfinis et des modèles hydrauliques. Cette première expérience avait démontré l'intérêt de cette approche, mais nécessitait des mises à jour fréquentes du modèle à chaque modification du réseau.

L'arrivée de l'intelligence artificielle a offert une nouvelle opportunité technologique permettant de s'affranchir de ces contraintes de modélisation. La collectivité avait déjà beaucoup travaillé pour éviter les rejets de temps sec, puis de temps de pluie, et cette nouvelle technologie semblait permettre d'aller encore plus loin vers le zéro rejet.

Par ailleurs, la réforme des redevances des agences de l'eau en 2024, avec l'introduction d'une redevance sur la performance des systèmes d'assainissement, a renforcé la nécessité d'être de plus en plus performants. Les rejets de temps de pluie sont désormais pris en compte dans les critères d'évaluation, ce qui incite les collectivités à mettre en œuvre tous les moyens possibles pour éviter les rejets vers le milieu naturel tout au long de l'année, et pas seulement pendant la période estivale.

Enfin, la localisation du SMAAG en bordure de littoral, avec de forts enjeux environnementaux liés à la pratique de la baignade, de la pêche à pied et des activités professionnelles de conchyliculture sur le nord du territoire, a rendu cette problématique particulièrement cruciale pour la collectivité.

Quelles sont les sources d’inspiration que vous avez suivies pour vous faire une idée de ce projet ?

Du côté de la collectivité, l'inspiration est venue davantage d'une ouverture aux technologies innovantes capables de répondre aux enjeux du territoire que d'une source d'inspiration précise. Le SMAAG s'est interrogé sur les possibilités offertes par l'intelligence artificielle et s'est montré réceptif aux solutions technologiques pouvant l'aider à atteindre ses objectifs environnementaux.

Du côté de Veolia, l'exploitant du réseau, l'IA existait déjà pour le pilotage individuel des postes de relèvement, notamment avec des objectifs d'économies d'énergie. L'innovation majeure réside dans la mise en place d'un système holistique qui permet de piloter l'ensemble des postes avec un ou plusieurs objectifs communs. Au lieu que chaque poste réagisse individuellement, c'est l'ensemble de la chaîne qui est gérée par l'IA pour anticiper les événements pluvieux et éviter les rejets.

Cette évolution s'inscrit dans une logique de développement continu des solutions de gestion dynamique des réseaux, mais appliquée cette fois à l'échelle globale d'un système d'assainissement. L'expérience acquise lors du projet Mareclean a également constitué une base précieuse, même si la technologie utilisée est fondamentalement différente. Les études « courantologiques » [qui visent à caractériser et comprendre les mouvements de l'eau : leur direction, leur vitesse, leur intensité, leurs variations dans le temps et dans l'espace, ainsi que les facteurs qui les influencent, NDLR] menées à l'époque pour identifier les zones de rejet les plus acceptables en cas de débordement restent pertinentes et ont été réutilisées.

Y a-t-il des compétences ou sujets spécifiques à maîtriser avant de se lancer dans ce projet ?

Plusieurs niveaux de compétences sont nécessaires pour mener à bien ce type de projet. Premièrement, il y a une compétence terrain indispensable, centrée sur la pédagogie avec les exploitants. L'IA fonctionne comme une boîte noire, ce qui représente un changement majeur par rapport aux automatismes traditionnels dont on paramètre le fonctionnement. Il est crucial d'expliquer aux équipes comment le système va fonctionner et de créer un climat de confiance, sans quoi les exploitants risquent de déconnecter le système dès qu'ils rencontrent une situation qu'ils ne comprennent pas.

Les compétences techniques des exploitants relèvent de l'électromécanique et de l'automatisme. Ils doivent être capables de paramétrer les automates locaux qui vont recevoir les commandes de l'IA et les traduire en actions concrètes. L'IA envoie des consignes de niveau ou de débit, et l'automatisme local doit faire en sorte que les pompes démarrent ou s'arrêtent en conséquence.

La cybersécurité constitue une deuxième compétence essentielle. Le passage d'un réseau autonome à un système où chaque poste dialogue en 4G avec le cerveau de l'IA déporté expose le réseau à des risques. Il faut mettre en place des protections pour éviter qu'une personne mal intentionnée ne pénètre dans le réseau et ne commence à le piloter.

Enfin, les compétences en intelligence artificielle sont généralement sous-traitées à des spécialistes comme Pure Control. Cependant, une compétence interne reste nécessaire pour expliquer aux experts de l'IA comment fonctionne le métier de l'assainissement. Il faut leur transmettre les contraintes métier et les règles intangibles : pas de rejet dans le milieu naturel, respect de la capacité nominale de la station d'épuration, pas d'encrassement dans les réseaux, pas de dépôts dans les bâches, limitation du temps de fonctionnement et du nombre de démarrages des pompes par heure.

Quelles furent les phases préparatoires du projet ? Avez-vous mené une étude en amont du projet pour définir sa faisabilité et/ou son impact ?

Deux documents essentiels ont été élaborés pour les programmeurs de l'IA. D'abord, les règles de sécurité définissant les niveaux dans les bassins qui ne doivent jamais être dépassés, quoi qu'il arrive. Ces règles supérieures bornent l'IA : si un certain niveau est atteint à un endroit donné, le pompage est coupé même si l'IA aurait voulu faire autrement. Il s'agit de protections pour éviter tout débordement catastrophique.

Ensuite, les contraintes métier ont été définies poste par poste : niveau minimum et maximum, temps de pompage maximal, possibilité ou non de faire fonctionner plusieurs pompes en parallèle, etc. Ces contraintes techniques sont cruciales pour garantir le bon fonctionnement du système et la préservation des équipements.

Comment avez-vous assuré le bon dimensionnement du projet ?

Le choix de piloter 30 sites sur les 83 postes du réseau repose sur une connaissance approfondie du réseau. Certains postes ne sont pas stratégiques et leur pilotage n'aurait pas d'influence significative sur la performance globale. À l'inverse, certains postes présentent des marges de manœuvre en termes de volume ou occupent des positions stratégiques dans le réseau. Il est essentiel de savoir ce qui arrive à ces postes et de pouvoir les piloter pour éviter d'engorger l'aval.

L'expérience acquise grâce au projet européen Mareclean, qui avait déjà mis en place des interconnexions entre sites et des automatismes, a considérablement aidé dans cette phase de dimensionnement. Cette connaissance préalable du comportement du réseau a permis d'identifier rapidement les points critiques et les leviers d'action les plus efficaces.

Il faut également noter que 45 sites au total sont raccordés au système d'intelligence artificielle, dont 30 sont pilotés activement et 15 sont en observation. Ces sites non pilotés permettent d'avoir une meilleure image du fonctionnement global du système et aident l'IA à affiner son pilotage holistique en comprenant mieux la dynamique des flux dans l'ensemble du réseau.

Comment la collectivité a-t-elle financé ce projet et quelles ont été les aides sollicitées/obtenues ?

Le projet a été intégré directement dans la concession déléguée à Veolia. Il ne s'agit donc pas d'une prestation séparée, mais d'un élément inclus dans le contrat de délégation de service public. Il n'y a pas eu de recours à des aides extérieures spécifiques pour ce projet.

Quels sont les autres acteurs qui vous ont accompagnés dans la préparation et la réalisation de ce projet ?

• Veolia : concessionnaire chargé de l'exploitation du système d'assainissement, pilote opérationnel du projet
• Purecontrol : prestataire spécialisé dans l'intelligence artificielle pour le pilotage des réseaux d'assainissement

Quels conseils donneriez-vous à un élu qui souhaiterait se lancer dans un projet similaire ?

Le premier conseil serait d'échanger avec d'autres collectivités ayant déjà adopté cette démarche. L'évaluation de leur contexte, la comparaison des territoires et l'analyse de leurs résultats permettent de mieux appréhender les enjeux, même si chaque territoire reste unique.

La comparaison des différentes solutions de gestion dynamique disponibles s'avère également essentielle. L'intelligence artificielle n'est pas l'unique option : modélisation hydraulique, jumeaux numériques et autres technologies existent. Chaque réseau requiert une approche adaptée à ses spécificités.

Pour les collectivités manquant d'expertise technique, une étape de réflexion stratégique peut s'avérer judicieuse via une expertise externe. Cette étude servira de base pour lancer une consultation avec une solution de référence, tout en permettant aux candidats de proposer des variantes.

L'organisation de la collectivité influence également le déploiement : en délégation de service public, l'intégration dans la concession est envisageable ; en régie, un marché public spécifique sera nécessaire.

Enfin, il est essentiel de comprendre qu'aucune solution technologique ne remplace une politique d'investissement continue dans la réhabilitation du réseau pour réduire les eaux claires parasites. L'IA, aussi performante soit-elle, ne compensera pas indéfiniment un réseau qui se dégrade. Les deux démarches sont complémentaires et indissociables.