The smart society, including smart infrastructures is developing quickly. The smart monitoring of the water distribution systems is a significant part of this development, trying to address possible problems in the Water Distribution Networks (WDNs) such as water leakages, pressure instability and water contamination. By sampling and sensing important parameters in the water distribution infrastructure and sending these data to control systems through a low power wide area network (LPWAN), a Cyber Physical System (CPS) of a digitalized WDN can be built. This thesis provides support for the design of such a CPS, by the design of a simulation framework, which includes coordinated WDN and communication network simulators. First, we make a selection on the communication network simulators and protocol stacks. Network simulator 3 (NS-3) is chosen as the simulation tool and Long Range (LoRa)/long range wide-area network (LoRaWAN) is chosen as the network protocol. The EPANET software is used as WDN simulator. Then, the existing implementation of the LoRaWAN protocol stack in NS-3 is modified, to allow the network simulator run parallel to the WDN simulator, and to transmit WDN sampling data to a control center. Finally, the effect of the communication network properties on the performance of the WDN monitoring system is evaluated, and it is shown that the communication delays can affect the monitoring performance even in small systems. The thesis provides the first steps of the development of a simulation environment of the cyber physical system of digitalized water distribution networks, and is expected to support further research in the area. / Det smarta samhället, inklusive smarta infrastrukturer, utvecklas snabbt. Den smarta övervakningen av vattendistributionssystemen är en betydande del av denna utveckling, som försöker lösa eventuella problem i vattendistributionsnäten (WDN) såsom vattenläckage, tryckinstabilitet och vattenförorening. Genom att ta prov och känna av viktiga parametrar i vattendistributionsinfrastrukturen och genom att skicka dessa data till ett kontrollsystem via ett LPWAN, kan ett CPS av ett digitaliserat WDN byggas. Detta examensarbete ger stöd för designen av en sådan CPS, genom utformningen av ett simuleringsramverk, som inkluderar koordinerade simulatorer för WDN och kommunikationsnätverk. Först gör vi ett urval på simulatorer för protokollstackar och kommunikationsnätverk. NS-3 väljs som simuleringsverktyg och LoRa/LoRaWAN väljs som nätverksprotokoll. EPANET-mjukvaran används som WDN-simulator. Sedan modifieras den befintliga implementeringen av LoRaWAN-protokollstacken i NS-3, för att tillåta nätverkssimulatorn att köras parallellt med WDN-simulatorn och för att överföra WDN-samplingsdata till ett kontrollcenter. Slutligen utvärderas effekten av kommunikationsnätverkets egenskaper på prestandan hos WDN-övervakningssystemet, och det visas att förseningarna i kommunikationsnätet kan påverka övervakningsprestandan även i små system. Avhandlingen ger de första stegen i utvecklingen av en simuleringsmiljö av det cyberfysiska systemet för digitaliserade vattendistributionsnät, och förväntas stödja ytterligare forskning inom området.

L'optimisation de la distribution de l'eau est un enjeu crucial qui a déjà été ciblé par de nombreux outils de modélisation. Des modèles utiles, implémentés il y a des décennies, ont besoin d'évoluer vers des formalismes et des environnements informatiques plus récents. Cette thèse présente la refonte d'un ancien logiciel de simulation hydraulique (IRMA) écrit en FORTRAN, qui a été utilisé depuis plus de 30 ans par la Société du Canal de Provence, afin de concevoir et maintenir les réseaux de distribution d'eau. IRMA a été développé visant principalement pour le traitement des réseaux d'irrigation - en utilisant le modèle probabiliste d'estimation de la demande de Clément - et il permet aujourd'hui de gérer plus de 6.000 km de réseaux d'eau sous pression. L'augmentation de la complexité et de la taille des réseaux met en évidence le besoin de moderniser IRMA et de le réécrire dans un langage plus actuel (Java). Cette thèse présente le modèle de simulation implémenté dans IRMA, y compris les équations de perte de charge, les méthodes de linéarisation, les algorithmes d'analyse de la topologie, la modélisation des équipements et la construction du système linéaire. Quelques nouveaux types de simulation sont présentés: la demande en pointe avec une estimation probabiliste de la consommation (débit de Clément), le dimensionnement de pompe (caractéristiques indicées), l'optimisation des diamètres des tuyaux, et la variation de consommation en fonction de la pression. La nouvelle solution adoptée pour résoudre le système linéaire est décrite et une comparaison avec les solveurs existants en Java est présentée. La validation des résultats est réalisée d'abord avec une comparaison entre les résultats obtenus avec l'ancienne version FORTRAN et la nouvelle solution, pour tous les réseaux maintenus par la Société du Canal de Provence. Une deuxième validation est effectuée en comparant des résultats obtenus à partir d'un outil de simulation standard et bien connu (EPANET). Concernant les performances de la nouvelle solution, des mesures séquentielles de temps sont présentées afin de les comparer avec l'ancienne version FORTRAN. Enfin, deux cas d'utilisation sont présentés afin de démontrer la capacité d'exécuter des simulations distribuées dans une infrastructure de grille, utilisant la solution ProActive. La nouvelle solution a déjà été déployée dans un environnement de production et démontre clairement son efficacité avec une réduction significative du temps de calcul, une amélioration de la qualité des résultats et une intégration facilitée dans le système d'information de la Société du Canal de Provence, notamment la base de données spatiales.