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Des stations d'épuration optimisées
Des stations d'épuration optimisées
Acteur international, Xylem conçoit, fabrique et installe les technologies nécessaires à la gestion de l’eau dans sa globalité. Cette société accorde une attention particulière à l’innovation et aux technologies intelligentes, qui s’appuient sur l’intelligence artificielle et le jumeau numérique.
À Cuxhaven en Allemagne, une station d’épuration de 400.000 équivalents habitants est parvenue à réduire sa consommation d’énergie de 30 %, soit 1,2 million de kWh, représentant une économie de 330.000 €. Une coquette somme en ces temps de crise énergétique qui tire son origine de la mise en place d’un jumeau numérique...
« Nous avons mis en place une réplique virtuelle qui reflète parfaitement l’objet physique qu’est la station d’épuration, explique Victor Philippon, Spécialiste des réseaux d’eau et d’eaux usées chez Xylem. Pour le construire, les données historiques de la station d’épuration sont récupérées et analysées. Elles représentent une durée d’au moins un an. Cela permet de prendre en compte les différentes variables, comme les phénomènes de saisonnalité, la qualité de l’eau en entrée et en sortie, le pilotage, etc. Cet ensemble aide le jumeau numérique à comprendre les habitudes de fonctionnement de l’infrastructure. Cette phase d’apprentissage aide le jumeau à déterminer de quelle manière le pilotage pourrait être amélioré, optimisé. Ensuite pour l’alimenter, des capteurs mesurent et remontent les données à différents intervalles (généralement de 5 à 15min). Xylem va vérifier la qualité et la fiabilité des données fournies par les capteurs existants. Le cas échéant, nous complétons le dispositif en installant des capteurs supplémentaires. » Cette solution va prendre en compte les contraintes et les priorités de l’exploitant. Ainsi, l’utilisateur peut souhaiter se mettre au seuil de qualité réglementaire, par exemple en termes d’effluents rejetés, ou bien se donner des objectifs plus ambitieux.
Une fois le jumeau numérique déployé (ce qui prend généralement entre six mois et un an), il est installé directement sur le serveur du client. Avec « Smart Traitement Optimisé », deux modes de fonctionnement sont disponibles. L’un consiste en une aide à la décision, c’est-à-dire que le jumeau numérique va donner des recommandations, que l’utilisateur est libre de suivre ou non. Le jumeau recommande le réglage adéquat du processus de traitement afin d’assurer la conformité tout en minimisant les coûts d’exploitation.
La solution est capable de prédire les conditions d’exploitation pour s’affranchir de l’inertie des procédés (impact climat, débit/charge entrante, température, etc.). L’autre mode de fonctionnement est un pilotage direct, où le jumeau numérique sera connecté au SCADA ou au PID de la station afin de contrôler directement les équipements pilotables.
Le jumeau s’autoévalue et, en cas d’écart, redonne la main à l’utilisateur
« Le jumeau est doté d’un système breveté permettant de « s’autoévaluer », précise Victor Philippon. C’est-à-dire qu’il va estimer en pourcentage la fiabilité de ses prédictions et partager son évaluation à l’utilisateur. Si par exemple une charge entrante polluante est très différente de celles observées durant la phase d’apprentissage, le jumeau numérique sera capable d’indiquer qu’il s’écarte des scénarii connus, que son pourcentage de fiabilité baisse et invite le client à repasser en pilotage manuel. »
Cette solution Xylem vue est bien sûr couplée avec l’expertise des agents de Xylem qui accompagnent les utilisateurs tout au long du cycle de vie de l’outil. Ils sont soucieux des contraintes métiers, et possèdent une expertise en termes d’équipement et de process.
« L’objectif consiste véritablement à minimiser les impacts économiques et écologiques liées aux surconsommations énergétiques et à l’utilisation de produits chimiques, affirme Victor Philippon. L’enjeu est aussi d’assurer une qualité d’eau rejetée conforme à la réglementation, pour in fine, mieux préserver la ressource en eau. »
C’est avec cette ambition que Xylem développe depuis 2019 son offre de jumeau numérique, suite à l’acquisition de la société Aquatune. Cette société spécialisée déploie déjà des jumeaux numériques de stations depuis plus de 15ans. À ce jour, un tel jumeau numérique de stations d’épuration est déployé sur une quarantaine de sites, majoritairement en Allemagne, mais aussi aux Pays-Bas et en Belgique. En outre, il faut rappeler que l’offre digital twin de Xylem s’étend à bien d’autres domaines et assets, comme Smart Réseau Optimisé qui est un jumeau numérique, modèle temps réel et prédictif, au service des réseaux d’assainissement. SAM Pro est une autre offre de jumeau numérique d’optimisation temps réel et de maintenance prédictive. Basée sur la surveillance de l’état de machines tournantes (moteurs, pompes, compresseurs, etc.), elle permet de réduire la consommation d’énergie, augmenter la durée de vie de l’équipement et améliorer la productivité de l’équipement en rendant « visible l’invisible ».
