Exemple d'application des STIC pour la télégestion des

Club In ’Tech - TELEMAC 1

Exemple d'application des STIC pour la télégestion des procédés

d'épuration: le projet européen TELEMAC

O.Bernard

COMORE

INRIA Sophia

Club In ’Tech - TELEMAC O.BERNARD INRIA-Sophia 2

Présentation de l’équipe INRIA

COMOREContrôle 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 optimalEpuration de l ’eau

Lutte biologiqueCroissance du phytoplancton

Club In ’Tech - TELEMAC 4

TELEMonitoring and AdvancedteleControl

of high yield wastewater treatment plants

TELEMAC

O.BernardINRIA Sophia


TELEMAC : présentation générale

Présentation générale

• 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



• Le projet TELEMAC propose un systèmemodulaire et fiable assurant le suivi et le contrôle à distance d ’unités de dépollution sans expertise locale



Centre detélésurveillance


• 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



Digestion anaérobie : problème fondamental

La fermentation anaérobie ?

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


Schéma simplifié de la digestion anaérobie

MATIERE ORGANIQUE COMPLEXE

Protéines Carbohydrates Lipides

Acides aminés, Sucres

PRODUITS INTERMEDIAIRES(Propionate, Butyrate etc)

Acétate Hydrogène, CO2

hydrolyse

acidogenèse

acetogenèse

methanogenèse

Acides Gras, Alcools

MethaneCO2



Acidogenèse:

DCO AGV + CO2

Methanogenèse:

AGV CH4 + CO2

• 2 étapes principales

Inhibition

rapide

lent

Bactériesacidogènes

Bactériesméthanigènes

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



Fonctionnement normal

Acidogenèse

Methanogenèse

CO2CH4

Vitesse deréaction

Acidité



Surcharge

Acidogenèse

Methanogenèse

CO2CH4

CO2CH4

CO2CH4

Procédé difficile à piloter

Vitesse deréaction

Acidité



• 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 détecterune panne• Transmettre ces informations à un expert

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



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

Mieux surveiller


Développer de nouveaux capteurs

0

200

400

600

800

1000

1200

360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460Time (h)

VFA

(mg/

l)

Titrimetric analyzer

Gas Chromatograficmeasurements

AnaSense: mesure AGV, bicarbonate et alcalinité


Valider l’information

r5 r10

TOC

pHSpectroTitri.

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 Pk V

KBic CO−

= −

=

r10 : à partir du bilan DCO

( )4in CH

dCOD D COD COD qdt

= − −

1 2

1 315

2 2 6

11 2

2

in in Mk kkD S S z q

k k kkwith S Sk

ζ

ζ

= + − −

= +

&

r12 : à partir d'observateurs

r12

réseaux de

capteurs


Estimer des variables clés

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

Mesures du CH4

en ligne Modèle

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

Prise e

n com

pte

de l ’in

certitu

de


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'informationac

tionn

eurs

capt

eurs

proc

édé

Supervision locale

Act

eurs

dis

tant

s

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

• M

• MAGV=9 g/l !

odèles dynamiques de l ’évolution du fermenteur

odèles valable en condition de fonctionnement anormal


Mieux comprendre la dynamique

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

Quel est le risque d’acidification ?



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

Etude du plan de phase



Evolution du Bassin d’attraction avec le taux de Dilution

Taux de dilution élevé

Marge de stability

Marge de stabilité =0

Séparatrice

Séparatrice

Risque

faible

Risque

élevé

Taux de Dilution faible



Estimation du risque associé à un mode de gestion

AG

V (m

mol

/l)

Temps (jours)

Ris

que

(%)

Temps (jours)


Mieux réguler et stabiliser

• Contrôle robuste… compatible avec la télégestion

• Basé sur les mesures en ligne de méthane

• Peu d’hypothèse sur l’alimentation



Sans contrôleur : boucle ouverte

Surcharge et acidification !



Avec contrôleur : boucle fermée

Pas d’acidification !


Entraîner un expert

Méthaniseur virtuel

• Tester des scenarii de panne

• Tester des lois de contrôle

• Tester les logiciels de télégestion...


TELEMAC : Conclusionac

tionn

eurs

capt

eurs

proc

édé

Supervision locale

avancée

Sup

ervi

sion

di

stan

te

Base de données,traçabilité

∑ −=i

iiin VVdt

dx

Programmes avancésExpert

Internet


TELEMAC : Conclusion

Expert

• 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

Internet


−=−=−−=

3313

232

2111

)()())((

)()(

xxxxxuxx

xxxsux i

µρµ

ρ

&

&

&

Merci de votre attention !


Les piles à combustible

Documents

Exemple d'application des STIC pour la télégestion des