Cette thèse s’intéresse au problème du renouvellement des infrastructures des services de distribution d’eau potable. Nous observons aujourd’hui dans les pays développés qu’une grande partie des canalisations atteint un état d’obsolescence avancé.  La principale conséquence de cette obsolescence est l’apparition de fuites importantes. L’eau perdue dans ces fuites entraîne des pertes économiques liées au gaspillage des ressources investies dans la production d’eau potable, une baisse de qualité de l’eau et des pertes financière. Dans cette thèse j’explore les raisons pour lesquelles le taux de renouvellement des réseaux de distribution d’eau est si faible comparé aux besoins manifestes. Cette thèse est composée de trois chapitres. Dans le premier chapitre, je présente un modèle statique de minimisation des coûts pour obtenir un indice de qualité qui est « cost-efficient ». Cet indice est défini comme une proportion des canalisations de « bonne qualité » par rapport à la longueur totale du réseau. La solution optimale dépend de l’arbitrage entre le coût des pertes en eau par rapport au coût des canalisations de bonne qualité. Lorsque des économies d’échelle liées à la densité du réseau existent, comme dans les services urbains, les pertes en eau représentent un coût important et la réduction des pertes en eau par une augmentation de la qualité du réseau est une solution bénéfique pour les services d’eau. Cependant, nous montrons que les services d’eau dans les milieux ruraux font face à de plus grandes difficultés, à la fois pour pouvoir assurer une réduction des pertes en eau et pour répercuter le coût de renouvellement dans les prix.Dans le deuxième chapitre, je présente un modèle de « optimal switching time » qui étudie la date optimale de renouvellement des infrastructures déterminée à partir d’un modèle de maximisation des profits des services d’eau. Dans ce modèle, nous analysons le choix entre la réhabilitation et le remplacement des canalisations. Cela signifie que les services d’eau peuvent choisir une option moins coûteuse caractérisée par la réhabilitation des vielles canalisations ou le remplacement immédiat qui entraîne un coût nettement supérieur. Les résultats nous montrent que le remplacement direct est un choix plus raisonnable puisque les gains associés à la réduction temporaire des pertes en eau et au prolongement de la durée de vie des canalisations ne compensent pas le coût supplémentaire associé à la réhabilitation. Ceci est particulièrement visible dans le cas des services d’eau en milieux urbain.Dans le troisième chapitre, je présente une étude empirique concernant le taux de remplacement des canalisations dans les services d’eau en France. Les résultats nous montrent que les taux de remplacement sont en moyenne plus élevés dans les services gérés par des régies qu’en affermage. Ceci peut s’expliquer par le fait que les services en régie sont majoritairement présents dans les services de petites tailles. Par conséquent, des taux de remplacement élevés sont souvent associés à des réseaux de petite taille (faible kilométrage de canalisations). De plus, dans les petits services ruraux, les travaux de remplacement sont souvent réalisés en parallèle d’autres travaux. Néanmoins nous observons également dans les services de grande taille des taux de remplacement plus élevés dans les services en régie que dans les services en affermage. Ceci peut s’expliquer par une différence d’objectif défini par les services en régie et les services en affermage : les services en affermage ne sont pas responsables du renouvellement des canalisations à moins que ceci soit spécifié dans leurs contrats. De plus, nos résultats montrent que même s’il existe un effet négatif de la taille des services sur les taux de remplacement, dans les très grandes villes, les taux de remplacement sont plus élevés. Ceci est cohérent avec les résultats théoriques obtenus dans les deux premiers chapitres. / This dissertation focuses on the issue of water infrastructure renewal in potable water distribution networks. I investigate the reasons why water infrastructure in certain water utilities are not renewed. This dissertation is divided into three chapters. The first chapter is based on theoretical models that solve for the optimal water main network quality index. The second chapter studies the optimal timing of water mains replacement. And finally, the third chapter is based on an empirical study on the factors that influence the water main replacement rates in French utilities.In the first chapter I present a static cost minimisation model to solve for the cost-efficient water main quality index. This quality index is defined as the proportion of ``new" mains (which we denote as ''good quality mains'') to the total length of mains. The solution depends on the arbitrage between the cost of water loss and the cost of good quality mains. Where economies of network density are present such as urban utilities, water loss represents a cost burden to the water utility; hence water loss reduction (high network quality) is beneficial. Furthermore, we show that rural utilities face the largest difficulty in achieving both water loss reduction and cost recovery of network renewal.In the second chapter I present a two-stage optimal switching timing model that solves for the profit-maximising timing of water mains replacement. This model considers the option between rehabilitation and replacement. Water utilities may be inclined to rehabilitate old mains to extend their longevity since rehabilitation costs are much lower than replacement costs. We show that it is beneficial for the utilities to replace mains that are already obsolete than to rehabilitate since the generated benefit from temporary water loss reduction and the postponement of replacement is not worth the cost of rehabilitation. This is particularly noticeable in large urban utilities that face large costs of water loss.In the third chapter, I present an empirical study on the water mains replacement rates observed in French water utilities. The empirical results based on cross sectional data show that publicly operated utilities on average have higher replacement rates than outsourced utilities. This is because most of the public utilities have short total network length (very high replacement rates are associated with small network length). Moreover, small rural networks tend to conduct replacement of mains alongside other roadworks. However results also show that public utilities have higher replacement rates over outsourced ones in very large urban utilities. This result reflects the difference of priorities defined by in-house operated utilities and outsourced utilities. This difference does not imply that outsource utilities neglect network renewal; instead it reveals the nature of the structure of outsourced utilities. The responsibility of outsourced utilities are defined in the contract signed with the local authority. If network renewal is not specified, there is no incentive for replacing mains. Moreover, in practice, outsourced utilities often manifest higher prices which are accompanied by higher water quality. Furthermore, the results show that the size of the network has a large impact on replacement rates. The longer the length, the proportion of replaced mains are smaller; however, for very large utilities the negative effect disappears. The results show that replacement rates are indeed greater in very large urban utilities. This result is coherent with the theoretical models presented in the first chapter that shows the urgent need for high network quality in large urban utilities.

El presente trabajo presenta la importancia de la dación del agua con los servicios de saneamiento en el ámbito rural ya que se encuentra relacionada a los derechos de vida y salud de las personas. Se realiza el análisis previo de que los servicios de saneamiento no se encuentran desligados de la titularidad estatal y del concepto de reserva o publicatio; sino más bien, se tiene que no se establece de manera expresa la titularidad estatal; sin embargo,la normativa contiene como responsables de la prestación de los servicios de saneamiento a las Municipalidades Provinciales y Distritales. Pese a ello, los servicios de saneamiento se prestan de manera deficiente, según estadísticas del INEI hay un número de 6’069 991 de peruanos que se encuentran en zonas rurales sin contar con infraestructura de agua potable y saneamiento o que, aun teniendo acceso, éste no cumple con las condiciones de sostenibilidad y calidad. De conformidad con la Agenda 2030 sobre el Desarrollo Sostenible, el Perú aprobó la Política Nacional de Saneamiento, así como el Plan Nacional de Saneamiento, cuyo objetivo principal es el acceso universal a los servicios públicos de saneamiento; en el mismo sentido la Ley Marco de la Gestión de Prestación de los Servicios de Saneamiento contiene el principio de acceso universal, así como el concepto de integración de los prestadores de servicios de saneamiento. Es importante determinar la factibilidad de la integración de prestadores de servicio de saneamiento en el ámbito rural, concluyendo que el Estado y la normativa la impulsan como una de las formas de conseguir el acceso universal; sin embargo, los avances son lentos debido a varios motivos entre ellos la injerencia política, demostrándose que el avance en este sector requiere de la actuación delsector público de manera coherente, eficaz y orientada al servicio del ciudadano

D’une part, ce mémoire de maîtrise présente les résultats d’une étude visant à documenter saisonnièrement l’état de la contamination intrinsèque par le bromate, le chlorite, le chlorate et le perchlorate de solutions d’hypochlorite de sodium (SHS) utilisées pour la production d’eau potable et la présence de ces mêmes substances dans l’eau traitée et distribuée de neuf installations d’eau potable (IEP) municipales de petite taille du Québec. D’autre part, ce mémoire dresse le portrait des pratiques de gestion et d’opération avec les SHS implantées dans les IEP à l’étude. Cette étude présente un grand intérêt puisqu’il s’agit de la première fois au Québec où ces thèmes sont étudiés d’autant plus que les SHS sont des produits dont l’utilisation est très répandue. Cette étude, à caractère exploratoire, se distingue de celles s’étant déjà intéressées à ces thèmes par le fait qu’elle vise les IEP de petite taille où l’application des bonnes pratiques relatives à la gestion et aux opérations avec les SHS est susceptible d’être limitée par le manque de ressources. Les résultats montrent, entre autres : qu’au cours d’une même année, il y a d’importantes différences dans l’état de la contamination des SHS utilisées entre les IEP à l’étude; que des concentrations non négligeables de bromate et de chlorate peuvent être retrouvées dans l’eau distribuée par les IEP utilisant les SHS pour le traitement de l’eau; que les pratiques de gestion et d’opérations avec les SHS diffèrent entre les IEP; et qu’il existe des lacunes dans l’application des bonnes pratiques relatives à la gestion et aux opérations avec les SHS dans les IEP à l’étude. / This master’s thesis presents the results of a study that aims to document the state of the intrinsic contamination by inorganic contaminants (bromate, chlorite, chlorate and perchlorate) of sodium hypochlorite solutions (SHS) used for drinking water disinfection and to evaluate the presence of such contaminants in the water of nine small municipal drinking water systems (DWS) of Quebec. The thesis also paints a picture of the management and operational practices with the SHS implemented in the DWS under study. The study is of great interest because this is the first time this topic has been studied in Quebec, given that SHS are products which are widely used in water treatment. The study is distinct from previous studies which have addressed this topic, because it focuses on small DWS where the application of guidelines for management and operation with SHS is likely to be limited by a lack of human and technical resources. The main results were the following: There are significant differences in the state of SHS contamination between the DWS under study; non-negligible concentrations of bromate and chlorate can be found in water distributed by DWS which use SHS for water disinfection; management and operations practices with SHS are different from one DWS to another; and, there are gaps in the application of the guidelines for management and operations with SHS in small DWS.

L'eau est un vecteur important pour la transmission de maladies infectieuses. Les méthodes classiques utilisées pour évaluer la qualité microbiologique de l'eau sont cependant inaptes à garantir l'absence de tous les microorganismes pathogènes. Le développement de nouvelles méthodes moléculaires permettant la détection rapide, sensible, spécifique et abordable de ces microorganismes pourrait diminuer le nombre de cas d'infections reliées à la consommation d'eau potable. Ce mémoire décrit la démarche empruntée pour adapter, utiliser et comparer des méthodes microbiologiques classiques à bord du laboratoire mobile Atlantis (LMA) lors d'une campagne de surveillance de la qualité l'eau en région éloignée. Nous élaborons ensuite sur le processus permettant le transfert technologique de deux méthodes moléculaires ciblant deux indicateurs de contamination fécale, Escherichia coli et les entérocoques. Les résultats de ces recherches permettent de conclure que le LMA pourra jouer un rôle prometteur pour la surveillance des maladies infectieuses d'origine hydrique.

Según la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura, el desperdicio del agua representa uno de los problemas sociales más graves en la actualidad, considerando la escasez de este recurso. A nivel global, cerca de la mitad del agua destinada a diversas actividades se pierde, empeorando en los países en vías de desarrollo. El problema específico sitúa el desperdicio del agua en los hogares de Lima Metropolitana, donde la mayoría de personas con acceso al recurso hídrico lo usan irresponsable dentro de los hogares y se muestra la falta de consciencia ambiental. Se estudiaron propuestas de diseño en Korea del Sur y Colombia con diferentes planteamientos para reducir el consumo del agua, mientras otros se enfocan en concientizar, respondiendo a los factores sociotécnicos y culturales de entornos con otras necesidades. Por eso, Thinkblue es un contenedor pensado para los hogares limeños que permite la reutilización de aguas residuales en el baño para promover la optimización y el uso responsable del recurso. Los estudios inductivos ahondaron en la percepción de la problemática del agua y las costumbres existentes en el ámbito doméstico para determinar los requerimientos de diseño para la primera propuesta formal. Adicionalmente, los estudios de validación permitieron determinar el grado de inserción funcional, emocional y socionatural de la propuesta de diseño en los hogares de Lima Metropolitana

Ce mémoire décrit l'utilisation d'un laboratoire mobile (Atlantis) permettant d'évaluer directement sur le terrain la qualité microbiologique de l'eau consommée par les populations locales. Des procédures de préparation et de validation de milieux de culture ont été adaptées afin de permettre l'utilisation autonome du module de microbiologie Atlantis. La qualité microbiologique de l'eau de sources naturelles consommée par les communautés Cries de la Baie James a été évaluée en comparant deux méthodes basées sur la culture pour la détection des indicateurs de contamination fécale et environnementale. Atlantis a également été conçu pour favoriser le transfert technologique, entre autres le transfert de tests diagnostiques basés sur la détection de l'ADN des parasites pathogènes transmis par l'eau. Le séquençage de gènes conservés chez les Eucaryen a été effectué dans le but de dresser le portrait phylogénétique des protozoaires fréquemment retrouvés dans l'eau de consommation.

Mathematical analyses indicated that significant possibilities exist for load shifting projects on a Large Potable Water Utility (LPWU) in South Africa. A primary concern remained, i.e. whether the load variation would have an effect on the water quality. Extensive simulation and testing were initiated in order to prove that the load shift will not affect the water quality. In South Africa, the highest standard for drinking water is the Blue Drop award. The LPWU has received this award multiple times and strives to maintain it. An investigation was launched to determine if this load shifting project would have an effect on the quality standards to which the utility holds (SANS 241 (2011)). The LPWU has over 3000 km of pipelines to supply potable water to the industrial heartland of the country as well as millions of domestic users. The LPWU network is the longest pumping network in the world and is still expanding. The investigation included a simulation of a pumping simulation package to determine how the system would react to the changes. In this simulation, the load reduction in terms of Mega litre per day (Ml/day) was established. Results were compared to the normal operating parameters of the Water Treatment Works (WTW). The mathematical analysis in this investigation concluded that an evening peak load shift of 24.5 MW is achievable. This dissertation will emphasise the necessity of a detailed investigation. The investigations and simulation will determine that the volume of water is well within the operating parameters of the WTW. Studies were done on each area of the plant. In-depth conversations with WTW personnel revealed that the reduction of the volume of water in question will not have an effect on the water quality. Further, it was established that it would be possible to use the sumps of the water treatment works to achieve the desired load shift. By using the sumps of the WTW, a load shift can be done without stopping any process in the WTW with the exception of disinfection at the Booster Pump Stations (BPS), where the balancing reservoirs were used as buffer capacity. The investigation shifted to establish whether stagnant water and a change in dosage would have an effect on the water quality in regard to the reduction and recovery load. As expected, the water never became stagnant at any moment due to the fact that only a small portion of the load was reduced. The water quality and dosage report of the water utility was used and compared to normal operations. The planned load shift had no effect on any aspects of the water quality. The project is feasible and will reach the set targets without affecting the water quality. / MIng (Mechanical Engineering), North-West University, Potchefstroom Campus, 2015

Mathematical analyses indicated that significant possibilities exist for load shifting projects on a Large Potable Water Utility (LPWU) in South Africa. A primary concern remained, i.e. whether the load variation would have an effect on the water quality. Extensive simulation and testing were initiated in order to prove that the load shift will not affect the water quality. In South Africa, the highest standard for drinking water is the Blue Drop award. The LPWU has received this award multiple times and strives to maintain it. An investigation was launched to determine if this load shifting project would have an effect on the quality standards to which the utility holds (SANS 241 (2011)). The LPWU has over 3000 km of pipelines to supply potable water to the industrial heartland of the country as well as millions of domestic users. The LPWU network is the longest pumping network in the world and is still expanding. The investigation included a simulation of a pumping simulation package to determine how the system would react to the changes. In this simulation, the load reduction in terms of Mega litre per day (Ml/day) was established. Results were compared to the normal operating parameters of the Water Treatment Works (WTW). The mathematical analysis in this investigation concluded that an evening peak load shift of 24.5 MW is achievable. This dissertation will emphasise the necessity of a detailed investigation. The investigations and simulation will determine that the volume of water is well within the operating parameters of the WTW. Studies were done on each area of the plant. In-depth conversations with WTW personnel revealed that the reduction of the volume of water in question will not have an effect on the water quality. Further, it was established that it would be possible to use the sumps of the water treatment works to achieve the desired load shift. By using the sumps of the WTW, a load shift can be done without stopping any process in the WTW with the exception of disinfection at the Booster Pump Stations (BPS), where the balancing reservoirs were used as buffer capacity. The investigation shifted to establish whether stagnant water and a change in dosage would have an effect on the water quality in regard to the reduction and recovery load. As expected, the water never became stagnant at any moment due to the fact that only a small portion of the load was reduced. The water quality and dosage report of the water utility was used and compared to normal operations. The planned load shift had no effect on any aspects of the water quality. The project is feasible and will reach the set targets without affecting the water quality. / MIng (Mechanical Engineering), North-West University, Potchefstroom Campus, 2015

Two projects are documented within this MEM Report: I. The first project examined what was learnt involving the critical infrastructure in the aftermath of natural disasters in the Canterbury region of New Zealand – the most prominent being the series of earthquakes between 2010 and 2011. The project identified several learning gaps, leading to recommendations for further investigations that could add significant value for the lifeline infrastructure community. II. Following the Lifeline Lesson Learnt Project, the Disaster Mitigation Guideline series was initiated with two booklets, one on Emergency Potable Water and a second on Emergency Sanitation. The key message from both projects is that we can and must learn from disasters. The projects described are part of the emergency management, and critical infrastructure learning cycles – presenting knowledge captured by others in a digestible format, enabling the lessons to be reapplied. Without these kinds of projects, there will be fewer opportunities to learn from other’s successes and failures when it comes to preparing for natural disasters.

En los distritos de Puente Piedra, San Martín de Porres y Miraflores se evaluó el nivel de cobre y de pH en 30 muestras de agua potable obtenidas del grifo de cada lugar analizado, con el fin de verificar si se encontraba dentro de los límites permisibles dados por el Reglamento de la Calidad del agua para Consumo Humano, la NTP (Norma Técnica Peruana) N° 214.003 y por la OMS (Organización Mundial de Salud), se eligió al cobre por tratarse de un metal que tiene un escaso o nulo control sanitario en el agua de consumo humano. Para llevar a cabo este estudio se tomaron 30 muestras de agua potable de consumo humano de la siguiente manera: 10 muestras provenían del distrito de Puente Piedra, 10 muestras del distrito de San Martín de Porres y 10 muestras del distrito de Miraflores; se cuantifico por el método espectrofotométrico de absorción atómica de flama, y se midió el pH por el método potenciométrico. Se encontró que la concentración del ion cobre no fue detectable en las muestras de los tres distritos, lo que indica que no exceden la concentración máxima permisible dada por el Reglamento de la Calidad del agua para Consumo Humano (2 mg Cu/L) la Norma Técnica Peruana N° 214.003 (1 mg Cu/L) y la Organización Mundial de la Salud (2 mg Cu/L). El promedio aritmético de pH de las muestras provenientes de Puente Piedra fue de 7,730, el promedio aritmético de pH de las muestras provenientes de San Martín de Porres fue de 7,543 y el promedio aritmético de pH del total de muestras provenientes de Miraflores fue de 7,453; valores que están comprendidas en el rango de valor máximo recomendable dado por el Reglamento de la Calidad del agua para Consumo Humano (pH 6,5 – 8,5), y por la Norma Técnica Peruana 214.003 (pH 6,5 – 8,5). Palabras clave: Agua potable, agua de consumo humano, concentración de cobre. / --- In Puente Piedra, San Martín de Porres and Miraflores districts the level of copper and pH was evaluated in 30 water samples obtained from the tap from each place analyzed in order to verify whether copper was within the permissible limits given by Regulation of Water Quality for Human Consumption, the NTP (Standard Technical Peruvian) N° 214.003 and WHO (World Health Organization), it was decided to select copper because of its little or no sanitary control in water for human consumption. This study was carry out taking 30 samples of water for human consumption as follows: 10 samples from Puente Piedra, 10 samples from San Martín de Porres and 10 samples from Miraflores; it was quantified by atomic absorption spectrophotometry flame, and the pH was measured by the potentiometric method. It was found that the concentration of copper ion was not detectable in samples from the three districts, indicating that no exceed permissible levels given by the Regulation of Water Quality for Human Consumption (2 mg Cu / L), the Standard Technical Peruvian N° 214.003 (1 mg Cu / L) and the World Health Organization (2 mg Cu / L). The pH arithmetic average of samples from Puente Piedra, San Martín de Porres and Miraflores were 7,730, 7,543 and 7,453, respectively. It values are within the maximum range recommended by the Regulations of the Water Quality for Human Consumption (pH 6,5 – 8,5), and the Standard Technical Peruvian N° 214.003 (pH 6,5 – 8,5). Keywords: water for human consumption, copper concentration.