Dans l'assainissement, les capteurs (1) participent à l'auto-surveillance tant des réseaux de collecte des eaux usées et des stations d'épuration que des réseaux d'évacuation des eaux de pluie (lutte contre les inondations). Avec ses 3.000 km de réseau d'assainissement, ses 380 déversoirs d'orage, ses 70 stations de relèvement, ses 12 stations d'épuration (Step) et ses 15 bassins de rétention/infiltration, le Grand Lyon (1,36 millions d'habitants) dispose de 30 pluviomètres, de 26 stations de métrologie et de 77 capteurs de mesures qui permettent l'acquisition de 6, 7 millions de données validées chaque année pour l'élaboration des bilans réglementaires et d'exploitation. Mais mal positionnés ou encrassés, les capteurs contribuent à une perte de données.
Assurer la fiabilité des mesures pendant l'exploitation
La fiabilité de la mesure, et par conséquent la fiabilité du fonctionnement en temps réel et des prévisions, était justement au cœur des préoccupations des professionnels venus participer à la dernière session de formation de l'Office International de l'Eau (OIEau) "Les capteurs : vecteurs de l'optimisation des usines et des réseaux d'eau". Sur la station d'épuration de Reims Métropole mise en eau en juin 2002 (470.000 EH, 20 Mm3 d'eau traitée en 2011), trois agents travaillent à l'instrumentation en étroite collaboration avec d'autres qualifiés en automatisme et en informatique industrielle. Chaque année, ils effectuent plus de 200 interventions sur environ 150 points de mesures. Outre le moyen d'assurer le respect des valeurs réglementaires (2) , les capteurs participent à la régulation des procédés d'épuration. Ce qui oblige les instrumentistes à passer un temps considérable à la maintenance des capteurs. La surveillance du traitement biologique repose sur des sondes de mesure du potentiel Redox et de l'oxygène dissous, et des sondes d'ammonium en test sur l'une des files de traitement. Les premières nécessitent un nettoyage hebdomadaire, un contrôle trimestriel et le remplacement annuel du pont salin/électrolyte. Les secondes n'impliquent plus qu'un nettoyage et le remplacement de la capsule tous les 3 ans depuis le passage à une nouvelle technologie (sonde LDO). Tandis que les sondes d'ammonium nécessitent une vérification hebdomadaire de la mesure suivie d'un étalonnage si une dérive est observée, un nettoyage mensuel du capteur, et le remplacement de la cartouche une fois par an. Par ailleurs, deux analyseurs d'orthophosphates (PPO4) associés à un système de filtration (filtrax) servent à estimer l'adjonction nécessaire en sel de fer dans le bassin d'aération afin d'assurer une déphosphatation physico-chimique selon les niveaux de rejets autorisés et les rendements attendus. Et un analyseur d'ammonium vient compléter le dispositif. Sur la Step de Reims, 98% des capteurs transmettent leurs valeurs process via un réseau filaire. Ces données sont ensuite recueillies par l'automate programmable qui effectue les différentes tâches de régulation du procédé. Toutes ces données sont transmises au poste central de télégestion-exploitation-métrologie qui fait l'acquisition des données et les mémorise.
Utiliser les résultats des mesures pour évaluer la performance énergétique des installations
Des résultats de mesure les plus fiables possibles, c'est ce qu'espère Anne-Emmanuelle Stricker, ingénieur-chercheur à l'Irstea dans le domaine des eaux usées traitées par voie biologique, chargée de coordonner une étude sur l'évaluation énergétique comparée d'une cinquantaine de Step en exploitation réparties sur l'ensemble du territoire. "Parmi ses missions, l'Irstea est en charge d'évaluer les procédés, notamment quand une nouvelle technologie émerge, explique Anne-Emmanuelle Stricker. On qualifie la consommation énergétique par des indicateurs que l'on retrouve dans la littérature technique et scientifique ce qui permet d'effectuer des comparaisons. Mais le problème, c'est que les ratios que l'on trouve pour les installations françaises sont souvent plus élevés que ceux de la littérature, mais aussi que ceux figurant dans les bilans d'exploitation prévisionnels des constructeurs quand ils proposent ou vendent une installation aux collectivités maîtres d'ouvrage. En outre, pour un même procédé, on trouve une fourchette assez large de résultats selon les stations". Par exemple, selon l'expérience de l'Irstea pour la filière boues activées, la consommation spécifique de l'ensemble de la station se situe entre 0,7 et 1,2 kWh/m3 en France, contre de 0,3 à 0,7 kWh/m3 au niveau international. Ce qui fait bien sûr polémique...
Cette étude cofinancée sur fonds publics de l'Irstea et de l'Agence de l'Eau Rhône Méditerranée Corse, s'appuie sur les données issues de l'exploitation courante et de la supervision des installations : flux entrés/sortis de la Step, enregistrements de capteurs, puissances et temps de marche des moteurs, relevés des compteurs et sous-compteurs d'électricité, etc. Et elle se concentre sur les cinq principaux procédés intensifs actuellement exploités en France : trois procédés à cultures libres, la filière boues activées, les bioréacteurs à membrane et le réacteur biologique séquentiel ou SBR (Sequencing Batch Reactor) où toutes les étapes se passent de manière cyclique dans un même bassin ; et deux procédés à cultures fixées, le biofiltre et les cultures immergées fluidisées sur supports plastiques ou MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor).
La consommation énergétique totale est décomposée selon six postes principaux : filière eau, filière boue, traitement de l'air, traitement des graisses, bureaux et "divers". Chacun de ces postes est lui-même décomposé, pour arriver à quantifier ce qu'il représente en tant que pourcentage du ratio global. La filière eau, par exemple, est décomposée en postes de relevage, prétraitement (dégrillage, dessablage…), bassin tampon, recirculations, agitation, aération, et pompages divers (ajouts de réactifs, postes toutes eaux, ...). Le traitement d'air est quant à lui décomposé en désodorisation, ventilation, climatisation et chauffage.
Des corrélations entre les indicateurs de consommation énergétique et des paramètres de conception et de fonctionnement seront ensuite recherchées afin d'identifier et de hiérarchiser les facteurs explicatifs des écarts observés. Les premiers résultats sont attendus fin 2013.
