L’utilitaire DataClarity permet d’exploiter à fond les data des installations d’épuration

Le groupe de recherche BioCo de l’UGent a développé des nouvelles procédures pour améliorer la qualité et le contenu des données générées par les installations d’épuration. L’utilitaire DataClarity facilite la mise en carte des configurations et l’optimalisation du fonctionnement pour réduire la facture d’énergie. À cela s’ajoute la détection plus rapide des erreurs dans les données. Nous avons rencontré Eveline Volcke, professeure au Vakgroep Groene Chemie en Technologie, Faculté des sciences de bio-ingénierie à l’UGent.

Professor Eveline Volcke et son collaborateur scientifique Quan Le ont développé conjointement des nouvelles procédures en vue d’extraire plus d’informations des données de processus et d’optimaliser le fonctionnement des installations. Leur utilitaire DataClarity procure des données plus correctes et améliore la pertinence des informations. L’utilitaire est basé sur les principes de la réconciliation des données, ce qui revient à établir des bilans de masse et à les combiner avec les méthodes statistiques. Eveline Volcke : « les données à l’entrée doivent correspondre parfaitement aux données à la sortie du processus. »

Mesures plus précises et calcul des variables non-mesurables

DataClarity permet d’améliorer la précision des mesures relatives aux débits et concentrations. De plus, il procure des informations jusqu’à présent inaccessibles. « Nous pouvons désormais inférer par calcul de multiples variables non-mesurables », indique Eveline Volcke. « Par exemple, la durée de séjour de la boue. Et même l’efficience de l’aération : quantité d’air amenée dans l’installation, quantité absorbée ? Impossible de mesurer directement la quantité d’oxygène consommée par la nitrification et l’oxydation du carbone organique... Mais nous pouvons calculer ces variables non-mesurables à partir d’autres données. » DataClarity est compatible avec le système SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) intégré dans l’installation d’épuration, ce qui permet la mesure et le suivi en ligne. Via le système SCADA, les opérateurs disposent toujours des informations les plus actuelles.

Détection des anomalies

L’utilitaire permet en outre la détection rapide des anomalies dans les données. « La possibilité d’analyse intelligente fondée sur les bilans de masse nous a permis de constater, par exemple, que certains capteurs n’étaient pas ceux renseignés dans le système SCADA », évoque Eveline Volcke. « Nous avons même remarqué qu’il fallait apporter des modifications à l’installation, alors que les données n’avaient pas encore été mises à jour dans les fichiers. La révélation de ce potentiel de détection instaure d’emblée un climat de confiance dans les contacts avec les opérateurs et ingénieurs qui participent au processus de traitement. En réduisant l’incertitude au sujet des mesures, on remarque plus vite les incohérences dans les bilans de masse. Ainsi, nous avons constaté qu’une perte d’eau par évaporation était anormalement élevée dans une installation. Ou bien qu’un flux latéral n’avait rien de si négligeable... La pose d’un débitmètre supplémentaire est une solution envisageable pour déterminer le volume de plusieurs flux avec le degré de précision souhaité. Un avantage éminent de notre utilitaire est la capacité de prédire la plus-value des éventuelles mesures supplémentaires, envisageables pour accentuer le degré de précision et ouvrir la possibilité de calculer les variables non mesurables. »

Davantage de données signifie davantage d’informations

Avec la multitude de capteurs et instrumentation aujourd’hui, la collecte des données se réduit à une simple formalité. Toutefois, pour optimaliser le fonctionnement, encore faudrait-il exploiter pleinement ces flux de données. Mais à cet égard le chemin sera long, déplore Volcke : « Trop souvent les données restent sous-utilisées. » Pourtant, une analyse couplée avec les méthodes statistiques et les bilans de masse permettrait d’améliorer la précision des mesures, la détection des erreurs et le calcul des variables non-mesurables. « Nous avons besoin d’un maximum de données pour savoir comment fonctionne une installation à un moment déterminé», indique Volcke. « Par exemple, quelle est sa performance concernant la qualité de l’effluent, certes, mais également en fonction des divers paramètres de réglage, et par rapport à d’autres installations ? Par ailleurs, les données sont révélatrices de choses très utiles lorsqu’il s’agit de montrer pourquoi telle installation est plus efficiente que telle autre. »

Mesurer à bon escient

Selon Eveline Volcke, à notre époque les données sont omniprésentes, encore faut-il trier et faire les bonnes analyses. « Plus de données ne signifie pas plus d’informations. Le nombre de mesures est parfois même excessif, une source de coûts inutiles ! Mais le plus grave sans doute, c’est de passer à côté des mesures cruciales. En fait, avant de collecter des données, il faut prendre le temps de réfléchir pour déterminer le type d’informations utiles. Par exemple, on peut souhaiter transformer une installation pour réduire son empreinte carbone, en procédant à une comparaison des divers scénarios, basée sur une modélisation du processus. Mais pour réaliser le modèle numérique, il faut des données fiables. Si les données ne sont pas en cohérence avec les bilans de masse, le modèle numérique donnera un faux résultat. Aussi faut-il d’abord réconcilier les données avant de les intégrer dans le modèle numérisé ou de les utiliser comme base dans la prise de décisions. »

En dialogue avec les exploitants des installations, nous déterminons les informations requises, avant de les traduire en variables-clés, qui seront mesurées ou calculées avec la précision souhaitée. La description de l’installation est une étape importante dans le processus. « Le lay-out est mis en carte et les données sont analysées », dit Volcke. « Quelle est la configuration de l’installation, que dois-je savoir de son fonctionnement ? Un exercice très intéressant, car il permet d’anticiper beaucoup de choses. Nous discutons avec les opérateurs et leur apportons notre expertise et nos outils d’analyse. Cela nous permet de répondre aux questions de fond : mesurons-nous les variables apportant les informations souhaitées ? Pourrait-on obtenir les mêmes résultats à moindre coût, c’est-à-dire avec moins de mesures ? Les informations disponibles sont-elles fiables et précises ? Le résultat est un concept de projet optimal. Il s’agit d’une proposition de mesures (complémentaires) apportant les informations requises par le client, un bon compromis entre, d’une part, les coûts occasionnés par les éventuelles mesures supplémentaires et, d’autre part, la précision des mesures et le calcul des variables non-mesurables. » (Illustration 4)

Potentiel et perspectives

Actuellement, DataClarity est opérationnel dans des installations aux Pays-Bas et en France. On peut mentionner aussi les coopérations académiques, renforcées en particulier avec l’université d’Uppsala, Suède. « Toutefois, nous souhaitons en plus mettre notre expérience au service des entreprises industrielles de Belgique », précise Volcke. « Le projet est important en raison des exigences toujours plus strictes applicables aux installations d’épuration. La qualité de l’effluent n’est plus le seul critère. Aujourd’hui, les stations doivent tenir compte de la consommation en énergie, empreinte carbone et durabilité. Les stations se spécialisent toujours plus dans le rôle de producteur de matières premières évoluant vers des usines de récupération des ressources. Et on constate une tendance à adapter les configurations pour récupérer les nutriments. La législation actuelle en Allemagne prescrit déjà un certain pourcentage de récupération du phosphore. Pour savoir si une installation va répondre à cette exigence, il faut pouvoir dire quels sont les intrants et les extrants dans chaque unité. La réconciliation des données facilite la prise des décisions en vue de répondre aux nouvelles exigences, au-delà de la qualité de l’effluent. La réconciliation des données permet d’adapter les configurations en connaissance de cause. Les possibilités d’application ne sont pas limitées au seul domaine de l’épuration des eaux. De tels utilitaires ont déjà apporté la preuve de leur efficacité dans l’industrie des procédés physico-chimiques. Et pour l’instant nous étudions les possibilités de notre utilitaire DataClarity pour la détection des fuites d’eau dans les réseaux de distribution. »

À propos d’Eveline Volcke

Eveline Volcke est titulaire d’un diplôme d’ingénieur civil en chimie, délivré en 1999 et d’un doctorat en sciences biologiques appliquées, technologie de l’environnement, 2006, UGent. Professeure au Vakgroep Groene Chemie en Technologie et experte dans le domaine de l’épuration des eaux par voie biologique. Son groupe de recherche BioCo est spécialisé dans le process engineering, conception et régulation de processus efficientes et durables par combinaison de la technique de modélisation basée sur la physique et des techniques expérimentales. Pendant ces 20 dernières années, Eveline Volcke a développé une vaste expertise dans le domaine des processus innovants d’élimination de l’azote et réduction des émissions de gaz à effet de serre dans les installations, réacteurs à boue pour stations compactes d’épuration et dans le domaine de la réconciliation des données. Eveline Volcke a signé plus de 100 publications dans les revues peer-reviewed (voir https://users.ugent.be/~evolcke/). Eveline Volcke a été invitée à de nombreux congrès scientifiques internationaux en tant que conférencière et a participé, en tant qu’auteure et éditrice, à divers manuels renommés sur le thème de l’épuration des eaux. Eveline Volcke est reconnue comme fellow de l’IWA (International Water Association). Eveline Volcke est notamment co-présidente du comité du programme de l’IWA World Water Congres (prochaine édition en 2022, voir worldwatercongress.org/) et membre du groupe de direction de l’IWA pour ce qui concerne le domaine « Digital Water ».