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
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COMORE
Contrôle et Modélisation
des Ressources Renouvelables
INRIA-SophiaCNRS-Villefranche
Dirigée par Jean-Luc Gouzé
Présentation de l’équipe INRIA
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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
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O.BernardINRIA Sophia
TELEMonitoring and Advanced teleControl
of high yield wastewater treatment plants
TELEMAC
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• 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
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• Le projet TELEMAC propose un système
modulaire et fiable assurant le suivi et le contrôle
à distance d ’unités de dépollution sans expertise
locale
TELEMAC : présentation générale
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Centre de télésurveillance
TELEMAC : présentation générale
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• 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
TELEMAC : présentation générale
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• Un procédé de traitement qui produit aussi de l'énergie… mais...
La fermentation anaérobie ?
Digestion anaérobie : problème fondamental
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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
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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
Digestion anaérobie : problème fondamental
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Acidogenèse
Methanogenèse
CO2
CH4
Acidité Vitesse deréaction
Fonctionnement normal
Digestion anaérobie : problème fondamental
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Acidogenèse
Methanogenèse
Acidité Vitesse deréaction
CO2
CH4
CO2
CH4CO2
CH4
Surcharge
Procédé difficile à piloter
Digestion anaérobie : problème fondamental
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Digestion anaérobie : problème fondamental
• 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
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Digestion anaérobie : problème fondamental
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
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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
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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
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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
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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
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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
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Transmettre ces informations à un expert
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Transmettre ces informations à un expert
Interface WAP
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Digestion anaérobie : problème fondamental
Mieux stabiliser
• Mieux comprendre sa dynamique• Mieux simuler sa dynamique• Proposer des stratégies de régulation• Entraîner un expert
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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 !
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Etude de la stabilité et définition d’un indice de risque
Quel est le risque d’acidification ?
Mieux comprendre la dynamique
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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
Mieux comprendre la dynamique
Séparatrice
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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
Mieux comprendre la dynamique
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Mieux comprendre la dynamique
Estimation du risque associé à un mode de gestion
AG
V (
mm
ol/l)
Temps (jours)
Ris
que
(%)
Temps (jours)
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Contrôle robuste… compatible avec la télégestion
• Basé sur les mesures en ligne de méthane
• Peu d’hypothèse sur l’alimentation
Mieux réguler et stabiliser
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Sans contrôleur : boucle ouverte
Surcharge et acidification !
Mieux réguler et stabiliser
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Pas d’acidification !
Avec contrôleur : boucle fermée
Mieux réguler et stabiliser
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Entraîner un expert
Méthaniseur virtuel
• Tester des scenarii de panne
• Tester des lois de contrôle
• Tester les logiciels de télégestion...
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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
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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
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Merci de votre attention !
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Les piles à combustible