Club In Tech - TELEMAC 1 O.Bernard COMORE INRIA Sophia Exemple d'application des STIC pour la télégestion des procédés d'épuration: le projet européen

Club In ’Tech - TELEMAC 1

O.Bernard

COMORE

INRIA Sophia

Exemple d'application des STIC pour la télégestion des procédés

d'épuration: le projet européen TELEMAC

Club In ’Tech - TELEMAC O.BERNARD INRIA-Sophia2

COMORE

Contrôle et Modélisation

des Ressources Renouvelables

INRIA-SophiaCNRS-Villefranche

Dirigée par Jean-Luc Gouzé

Présentation de l’équipe INRIA


COMORE : Objectifs

Appliquer et développer des méthodes de l'automatique aux ressources vivantes exploitées, afin d'en améliorer la gestion.

•Modélisation•Estimation•Régulation•Contrôle optimal

Présentation de l’équipe INRIA

Epuration de l ’eau

Lutte biologiqueCroissance du phytoplancton

Club In ’Tech - TELEMAC 4

O.BernardINRIA Sophia

TELEMonitoring and Advanced teleControl

of high yield wastewater treatment plants

TELEMAC


• TELEMAC est un projet IST

• 15 partenaires et 7 pays

• Durée: 3 ans

• Budget total : 4.6 Millions € (Financé par l UE : 2.1 M€)

• Coordination : O.Bernard et B. le Dantec

Présentation générale

TELEMAC : présentation générale


• Le projet TELEMAC propose un système

modulaire et fiable assurant le suivi et le contrôle

à distance d ’unités de dépollution sans expertise

locale



Centre de télésurveillance



• Proposer un ensemble d'outils adaptables et modulaires afin de:

Objectifs généraux

– améliorer la qualité de la dépollution

– améliorer la fiabilité

– réduire le coût de traitement

– mieux valoriser les produits dérivés

• Téléporter l ’expertise



• Un procédé de traitement qui produit aussi de l'énergie… mais...

La fermentation anaérobie ?

Digestion anaérobie : problème fondamental


MATIERE ORGANIQUE COMPLEXE

Protéines Carbohydrates Lipides

Acides aminés, Sucres Acides Gras, Alcools

PRODUITS INTERMEDIAIRES(Propionate, Butyrate etc)

Acétate Hydrogène, CO2

MethaneCO2

hyd

roly

se

aci

dog

en

èse

ace

tog

en

èse

Schéma simplifié de la digestion anaérobie

meth

anogenèse


Acidogenèse:

DCO AGV + CO2

Methanogenèse:

AGV CH4 + CO2

• 2 étapes principales

Inhibition

rapide

lent

Bactéries acidogènes

Bactéries méthanigènes

DCO : Demande Chimique en Oxygène, AGV: Acides Gras Volatils



Acidogenèse

Methanogenèse

CO2

CH4

Acidité Vitesse deréaction

Fonctionnement normal



Acidogenèse

Methanogenèse

Acidité Vitesse deréaction

CO2

CH4

CO2

CH4CO2

CH4

Surcharge

Procédé difficile à piloter




• Procédé qui nécessite une certaine expertise

Mieux le surveiller

Mieux le stabiliser

Tenir compte des incertitudes pour fiabiliser le procédé

•De nouveaux capteurs•Valider l ’information• Estimer des variables clés• Combiner cette information pour détecter une panne• Transmettre ces informations à un expert

• Mieux comprendre sa dynamique• Mieux simuler sa dynamique• Proposer des stratégies de régulation• Entraîner un expert



Mieux surveiller

•De nouveaux capteurs•Valider l ’information• Estimer des variables clés• Combiner cette information pour détecter une panne• Transmettre ces informations à un expert


Développer de nouveaux capteurs

AnaSense: mesure AGV, bicarbonate et alcalinité

0

200

400

600

800

1000

1200

360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460

Time (h)

VF

A (

mg

/l)

Titrimetric analyzer

Gas Chromatograficmeasurements


r5 r10

TOC

pH

SpectroTitri.

Zin

gas

CODin

r6

r8r9

r7

r4

r1, r2 r3

r12

r11

r1, r2 r3 : à partir de redondances physiques

r4 : à partir d'éq. algébriques

2

2

1

10

CH C

La Dig

apH

qCO K P

k V

KBic CO

r10 : à partir du bilan DCO

4in CH

dCODD COD COD q

dt

1 2

1 315

2 2 6

11 2

2

in in Mk kk

D S S z qk k k

kwith S S

k

r12 : à partir d'observateurs

r12

réseaux de

capteurs

Valider l’information


Estimer des variables clés

Capteur logiciel : combiner des mesures et un modèlepour estimer les variables non mesurées

Modèle

Mesures du CH4

en ligne

Estimation de la DCO sur 140 jours (méthaniseur 2000m3)

Prise e

n com

pte

de l ’

incert

itude


Combiner les informations pour estimer une panne

0 20 40 60 80 100 1200

2000

4000

6000

Temps (heures)

AGVs dans le réacteur (mg/l)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0 NULHOOO or T?

AGV/Qin20 40 60 80 100 120

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

?T

HOOO or T

ULN

20 40 60 80 100 120

A partir du gestionnaire d'états

A partir de règles expertes (floues)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

NULHOOOHO or T

pH/Qin

20 40 60 80 100 120

0 20 40 60 80 100 1204

5

6

7

8

9pH dans le réacteur

20

40

60Débit alimentation (l/h)

0 20 40 60 80 100 1200

TOXIQUE :appel d'un expert

distant


Gestion distribuée de l'informationa

ctio

nn

eu

rs

cap

teu

rs

pro

céd

é

Supervision locale

Act

eu

rs d

ista

nts

Base de données, traçabilité

i

iiin VVdt

dx

Programmes avancésExpert

XML

XML

Internet

XML XML XML

PlantML : format d'échange de données

Formalisme dédié aux WWTP

Fonctions de télégestion


Transmettre ces informations à un expert


Transmettre ces informations à un expert

Interface WAP



Mieux stabiliser

• Mieux comprendre sa dynamique• Mieux simuler sa dynamique• Proposer des stratégies de régulation• Entraîner un expert


Mieux représenter la dynamique de ce système complexe

• Modèles dynamiques de l ’évolution du fermenteur

• Modèles valable en condition de fonctionnement anormalAGV=9 g/l !


Etude de la stabilité et définition d’un indice de risque

Quel est le risque d’acidification ?

Mieux comprendre la dynamique


Etude du plan de phase

Bassin d’attraction du point de fonctionnement NORMAL

Marge de

stabilité ?

Bassin d’attraction du point d ’acidification

Acides Gras Volatils

Bio

mas

se m

étha

nogè

ne

FonctionnementnormalAcidification

Bassin d’attraction du mode

de fonctionnement normal


Séparatrice


Evolution du Bassin d’attraction avec le taux de Dilution

Taux de Dilution faible

Taux de dilution élevé

Marge de stability

Marge de stabilité =0

Séparatrice

Séparatrice

Risque

faibl

e

Risque

élev

é




Estimation du risque associé à un mode de gestion

AG

V (

mm

ol/l)

Temps (jours)

Ris

que

(%)

Temps (jours)


Contrôle robuste… compatible avec la télégestion

• Basé sur les mesures en ligne de méthane

• Peu d’hypothèse sur l’alimentation

Mieux réguler et stabiliser


Sans contrôleur : boucle ouverte

Surcharge et acidification !



Pas d’acidification !

Avec contrôleur : boucle fermée



Entraîner un expert

Méthaniseur virtuel

• Tester des scenarii de panne

• Tester des lois de contrôle

• Tester les logiciels de télégestion...


TELEMAC : Conclusiona

ctio

nn

eu

rs

cap

teu

rs

pro

céd

é

Supervision locale

avancée

Su

perv

isio

n

dis

tan

te

Base de données, traçabilité

i

iiin VVdt

dx

Programmes avancésExpert

Internet


TELEMAC : Conclusion

Expert

Internet

• Un ensemble d ’outils pour mieux surveiller et contrôler des méthaniseurs

• Permettre une gestion à distance par des experts

Rendre la méthanisation possible, même pour des sites isolés

Créer les conditions optimales pour la valorisation du biogaz


3313

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Merci de votre attention !


Les piles à combustible

Documents

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