La station d’épuration, angle mort de la digitalisation industrielle
Dans beaucoup d’usines, la ligne de production est instrumentée au capteur près. Les temps de cycle remontent en supervision, la maintenance se planifie sur données, les indicateurs s’affichent en temps réel dans l’atelier.
Puis on traverse la cour. Et la station de traitement des effluents tourne encore au réglage figé lors de sa mise en service, avec un relevé manuel une fois par jour sur un cahier posé près de l’armoire.
Ce décalage a une explication simple. Il a aussi un coût que peu de sites ont réellement chiffré.
Une installation qu’on ne regarde que quand elle dysfonctionne
La filière eau n’est pas un centre de profit. Elle ne sort aucune pièce, elle n’améliore aucun rendement commercial. Elle existe parce qu’un arrêté préfectoral l’impose.
Cette position de contrainte réglementaire explique l’angle mort. Tant que les analyses de rejet restent conformes, personne n’ouvre le sujet.
Le problème est que l’installation coûte cher pendant ce temps. Dans les collectivités, les stations d’épuration figurent parmi les premiers postes de consommation électrique, autour du cinquième de la facture communale. Côté industriel, le raisonnement est identique dès que le site traite ses propres effluents.
Le paradoxe mérite d’être souligné. C’est l’un des rares équipements où la donnée existe déjà. Débitmètres, sondes, compteurs horaires, la plupart des filières en sont pourvues depuis leur construction. Elle n’est simplement pas exploitée.
L’aération, le poste où se joue la facture
Dans une filière biologique, l’essentiel de la consommation vient d’un geste très simple. Souffler de l’air en continu dans plusieurs centaines de mètres cubes d’eau pour alimenter en oxygène les bactéries qui dégradent la matière organique.
Les ordres de grandeur sont sans appel. Selon les installations, l’aération représente entre quarante et quatre-vingts pour cent de la consommation totale d’une station. Dans la majorité des cas, elle dépasse la moitié à elle seule.
Ce constat ne dépend pas de la technologie de l’ouvrage. Que la cuve soit coulée en béton ou montée en acier, comme le propose Apro Industrie avec les bassins d’aération boulonnés, ce sont les surpresseurs et les diffuseurs qui consomment, pas les parois. Le choix du contenant joue sur le délai de chantier et sur la tenue à la corrosion. Le pilotage, lui, se joue ailleurs.
Et c’est précisément là que les écarts deviennent vertigineux. Une étude de l’Irstea publiée en 2017, portant sur trois cent dix stations françaises, situe la consommation moyenne des installations à boues activées autour de trois virgule deux kilowattheures par kilogramme de DBO5 éliminée. Avec une dispersion allant de un virgule cinq à six virgule huit.
Un facteur quatre et demi entre les extrêmes, à procédé comparable. La même étude relève que les stations françaises consomment sensiblement plus que leurs homologues étrangères. Elle conclut que toute installation peut a priori être optimisée.
Autrement dit, l’écart ne vient pas de la technologie disponible. Il vient de la façon dont on s’en sert.
Ce que révèle un simple sous-comptage
Beaucoup de sites ne connaissent qu’un seul chiffre, celui de la facture globale. Impossible dans ces conditions de savoir où part l’énergie.
Poser des compteurs par poste change immédiatement la conversation. Surpression, pompage, brassage, déshydratation, chauffage des locaux. L’investissement est modeste et l’installation se fait sans arrêter la filière.
Les résultats sont souvent brutaux. Une aération qui tourne à plein régime la nuit alors que l’effluent n’arrive plus depuis huit heures. Une pompe de recirculation en fonctionnement continu par sécurité, réglée ainsi un jour par un exploitant qui n’est plus dans l’entreprise. Un poste de chauffage oublié dans un local technique.
On ne pilote pas ce que l’on ne mesure pas. C’est l’un des premiers principes de l’usine connectée. Il s’applique rarement au bâtiment situé au fond de la parcelle.
Piloter l’aération plutôt que la subir
Le réglage historique repose sur une horloge. Des cycles de marche et d’arrêt calés une fois pour toutes, généralement sur l’hypothèse de charge maximale.
Cette hypothèse se vérifie quelques jours par an. Le reste du temps, l’installation souffle plus d’air que nécessaire. Elle paie donc pour un besoin qui n’existe pas.
L’alternative est connue depuis longtemps et reste sous-déployée. Une sonde à oxygène dissous immergée dans le bassin, une mesure d’ammonium ou de nitrates pour affiner, des variateurs de fréquence sur les surpresseurs. Puis une boucle de régulation qui ajuste le débit d’air à la charge réellement présente.
La donnée remonte alors en supervision. Elle s’archive, se compare d’une semaine sur l’autre, se croise avec les volumes entrants. On sort du réglage figé pour entrer dans le pilotage, exactement comme sur une ligne de production.
Une réserve s’impose toutefois. Instrumenter sans entretenir les sondes ne sert à rien. Une sonde encrassée renvoie une mesure fausse. Or une régulation qui s’appuie sur une mesure fausse fait plus de dégâts qu’une absence de régulation. Le plan de maintenance métrologique fait partie du projet, pas de ses options.
La maintenance prédictive existe aussi dans la filière eau
Les diffuseurs à fines bulles s’encrassent lentement. Un dépôt biologique se forme, les perforations se réduisent, la perte de charge augmente.
Le surpresseur compense sans rien dire. Il force davantage, consomme davantage. La dérive s’installe pendant des mois avant que quiconque ne constate un problème.
Suivre la pression de refoulement suffit à voir venir. C’est un indicateur unique, lisible, qui déclenche un nettoyage au bon moment plutôt qu’à date fixe ou après incident.
La même logique vaut pour les pompes de relevage avec le courant absorbé, pour les ponts racleurs avec le couple moteur, pour les agitateurs avec l’analyse vibratoire.
Rien d’exotique dans tout cela. Ce sont les capteurs les plus banals du marché, souvent déjà présents dans l’usine et fournis par les mêmes constructeurs.
Par où commencer sans tout reconstruire ?
Le premier geste ne coûte rien. Faire l’inventaire de l’instrumentation déjà en place. Beaucoup de sites découvrent qu’ils possèdent des sondes non raccordées à la supervision. Ou raccordées mais dont personne ne consulte jamais l’historique.
Vient ensuite le sous-comptage énergétique, qui donne la carte du terrain et hiérarchise les actions suivantes.
La régulation d’aération arrive en troisième position, parce qu’elle porte l’essentiel du gisement et qu’elle s’appuie sur les deux étapes précédentes pour être dimensionnée correctement.
Enfin l’intégration dans les outils existants.
Une station qui remonte ses alarmes dans la GMAO du site et ses courbes dans la supervision générale cesse d’être un univers parallèle géré par une seule personne.
Le plus frappant dans ce chantier reste qu’il ne réclame presque aucune technologie nouvelle. Les capteurs existent, les variateurs aussi, les superviseurs tournent déjà quelques dizaines de mètres plus loin. Il manque surtout la décision de traiter la filière eau comme un procédé à part entière.
