Résilience des systèmes urbains d'approvisionnement en eau dans un scénario sismique

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 20555 (2022) Citer cet article

1466 Accès

1 Citation

2 Altmétrique

Détails des métriques

Les menaces pesant sur les systèmes d’approvisionnement en eau ont augmenté en nombre et en intensité. Les catastrophes naturelles telles que les tremblements de terre ont causé différents types de dommages aux réseaux de distribution d'eau (RDE), en particulier ceux dont les infrastructures sont vétustes. Cet article étudie la résilience d'un réseau de distribution d'eau existant face au risque sismique. Un modèle de génération de tremblements de terre couplé à un modèle hydraulique probabiliste de demande basé sur la pression et basé sur le débit est étudié et appliqué à un WDN existant. Au total, 27 scénarios de tremblements de terre et 2 stratégies de réparation ont été simulés. L'analyse a examiné les paramètres de résilience hydraulique tels que la pression, la demande en matière de fuites, la qualité de l'eau et la population touchée. Les résultats montrent que la pression nodale chute en dessous de la pression nominale et atteint zéro dans certains scénarios sismiques. La demande de fuite pourrait atteindre plus de 10 m3/s dans les heures suivant un tremblement de terre. La qualité de l'eau tombe à 40 % et la population touchée atteint jusqu'à 90 % pour un tremblement de terre de 6,5 M, par exemple. Cette étude met en évidence et quantifie les vulnérabilités au sein du WDN simulé. Les outils décrits ici illustrent une approche qui peut : (1) en fin de compte aider à mieux éclairer les plans de sécurité de l'eau des services publics, et (2) préparer des stratégies proactives pour atténuer/réparer avant qu'un danger de cette nature ne se produise.

Les réseaux de distribution d'eau (RDR) sont des infrastructures critiques (IC)1. Le WDN comprend des systèmes, des installations, des technologies, des services, etc. essentiels au bien-être des personnes et à une économie durable. Les WDN sont confrontés à un large éventail de menaces capables de causer des dommages importants et des interruptions de service. Ces menaces comprennent le vieillissement des infrastructures, les catastrophes naturelles et les risques d'origine humaine. Les WDN sont similaires dans leur présentation et leurs fonctions, mais diffèrent par leur taille, leur emplacement et leurs vulnérabilités. En conséquence, les services des eaux mettent en œuvre des stratégies et élaborent des plans de sécurité de l’eau (WSP) sur mesure pour accroître leur résilience WDN et surmonter ces menaces.

Les catastrophes naturelles telles que les tremblements de terre, les sécheresses, les incendies, les ouragans, les inondations et les fortes tempêtes ont causé de nombreux dommages aux WDN, en particulier pour ceux dont les infrastructures sont vieillissantes. Les chercheurs ont proposé des méthodes pour estimer les conséquences des catastrophes naturelles sur les infrastructures critiques telles que les systèmes d’approvisionnement en eau. Des études antérieures ont signalé des dommages comprenant des fuites et des ruptures de canalisations ; défaillance des usines de traitement, des pompes, des réservoirs et des réservoirs ; des pannes de courant; pertes de qualité de l’eau, accès réduit aux approvisionnements et aux installations ; et d'autres impacts négatifs sur le personnel des systèmes2,3,4. Après avoir étudié les dommages qu'une catastrophe naturelle peut infliger aux systèmes d'approvisionnement en eau, l'Organisation panaméricaine de la santé (OPS)5 a signalé que les tremblements de terre ont le potentiel le plus destructeur pour le WDN. En effet : (1) les tremblements de terre provoquent des dommages en cascade représentés par des incendies, des pannes de courant et des destructions structurelles des actifs et des installations du WDN, et (2) les composants du WDN sont enfouis sous terre là où l'atténuation sismique est plus intense et où les dommages ne sont pas faciles à endommager. détecté et réparé6,7.

Par exemple, le tremblement de terre massif de San Francisco qui a duré une minute en 19068 a détruit des milliers de canalisations, provoqué un manque de débit d'incendie, entraînant un incendie qui a duré trois jours, tué 800 personnes et causé d'énormes dégâts matériels. Le tremblement de terre de Kobe en 19959 a endommagé plus de 4 000 canalisations et entraîné la perte du service d’eau pour plus d’un million de personnes. Les tremblements de terre de San Fernando et de Northridge10 ont endommagé des dizaines de conduites d'eau principales et le service d'eau a été interrompu pendant des semaines. Des tremblements de terre plus récents ont entraîné des dommages importants au WDN malgré les progrès des matériaux et des technologies antisismiques. Le tremblement de terre de South Napa en 2014 a encore démontré la vulnérabilité des WDN. Plus de 150 ruptures de conduites d'eau ont été signalées, laissant les pompiers avec une quantité d'eau insuffisante pour combattre six incendies majeurs consécutifs au séisme11. Carter12 a souligné l'inquiétude suscitée par la croissance de moisissures due à une défaillance des canalisations d'eau, causant plus de dégâts que les secousses elles-mêmes. Le tremblement de terre de Kumamoto en 2016 est un autre rappel récent de la vulnérabilité du WDN aux menaces sismiques. Le tremblement de terre a coupé l'approvisionnement en eau par intermittence pendant plusieurs jours13.