Algorithme Génétique (AG) pour le choix optimal des stations d’appoint de chlore sur les réseaux d’eau potable

Abstract

La chloration sur les réseaux de distribution d’eau potable constitue une tâche délicate. Elle assure la protection contre la reviviscence microbienne et contre la contamination du réseau. Les réactions du chlore avec la matière organique du système entraînent la formation des sous‑produits chlorés, indésirables pour la santé humaine. Ainsi, le maintien du taux de chlore libre à des valeurs admissibles, sur tout le réseau et à tout moment, constitue un objectif principal des gestionnaires des réseaux.Lors de la chloration à partir des sources d’eau, les processus de réaction-transport créent sur les réseaux, caractérisés par des temps de séjours importants, de mauvaises distributions des taux de chlore libre. Les stations d’appoints sur les réseaux constituent une alternative efficace. La détermination de leur nombre et le choix des emplacements optimums constituent les deux difficultés auxquelles sont confrontés les gestionnaires. Le présent travail utilise un algorithme génétique (AG) pour la détermination du nombre et des emplacements optimums des stations d’appoint de chlore sur les réseaux. Deux objectifs ont été fixés : (1) l’amélioration de l’homogénéité spatio-temporelle de la chloration et (2) la minimisation du nombre de stations d’appoint. L’application du modèle développé sur un réseau test a permis d’identifier les emplacements des deux stations d’appoint de chlore. La solution optimale a considérablement amélioré l’homogénéité et a assuré, pour 98 % des noeuds, des taux de chlore libre dans l’intervalle admissible (0,1-0,5) mg/L.The chlorination of drinking water networks represents a delicate task. It ensures protection against microbial regrowth and network contamination. However, chlorine also reacts with organic matter in the system and leads to the formation of chlorinated by-products, which are undesirable for the human health. Thus, one of the main objectives of the water network manager is to maintain acceptable levels of free residual chlorine, at all network nodes and at all times. When water sources are chlorinated, reaction-transport processes create an unbalanced distribution of free chlorine concentrations, especially in networks characterized by long water residence times. Booster stations in networks constitute an efficient alternative to improve the spatial and temporal chlorine distribution. Their number and their optimum locations are two challenges facing network managers. In this respect, this paper suggests the use of a genetic algorithm (GA) to determine the number and the optimum locations of chlorine booster stations in networks. The two main objectives of this study were: (1) the improvement of the spatio-temporal homogeneity of chlorination and (2) the reduction of the number of booster stations.A solution to this optimisation problem is an arrangement of ns booster stations in n consumption nodes of the water network. To resolve this problem, we linked the toolkit of the hydrodynamic computer program EPANET, which uses a one-dimensional reaction-transport model, to the p...