Comment les jumeaux numériques transforment le traitement des eaux usées grâce à l'optimisation en temps réel

Les installations de traitement de l'eau font face à des défis croissants : durcissement des réglementations, ressources limitées, transitions de main-d'œuvre. Aux municipalités et aux industries qui cherchent à rendre leurs opérations plus efficaces, la technologie des jumeaux numériques apporte une solution qui optimise les performances en temps réel.

Les jumeaux numériques sont des représentations virtuelles d'actifs physiques associées à des données en temps réel. Contrairement aux systèmes de contrôle traditionnels, les jumeaux numériques se connectent directement aux équipements d'une installation tout en intégrant des sources de données externes, telles que les prévisions météorologiques ou les prix de l'énergie. Cette approche globale permet aux installations de passer de paramètres opérationnels statiques à une optimisation dynamique qui s'adapte à l’évolution des conditions.

Les jumeaux numériques vont au-delà de simples modèles de simulation. Ils génèrent des informations exploitables en traitant en continu les données provenant de l’environnement physique et en appliquant l'intelligence artificielle pour déterminer les points de consigne opérationnels optimaux. 

Complétant les systèmes traditionnels de contrôleurs logiques programmables (PLC) par des systèmes avancés d'intelligence artificielle (IA), les jumeaux numériques surmontent les limites des technologies des années 1970 et permettent aux opérateurs de créer des solutions de traitement véritablement réactives.

Les solutions digitales Hubgrade de Veolia intègrent plus de 170 ans d'expertise en traitement des eaux usées dans des modèles prédictifs qui anticipent les défis avant qu'ils ne se posent et permettent de prendre des mesures concrètes.

Un appui aux connaissances des opérateurs
Bien que reposant sur une technologie sophistiquée, les jumeaux numériques renforcent l'expertise humaine. Ils traduisent des algorithmes complexes en paramètres d’exploitation familiers, faciles à comprendre pour les opérateurs.

Cette approche prend d'autant plus de valeur que la relève professionnelle se fait moins nombreuse. En intégrant les connaissances institutionnelles dans les systèmes opérationnels, les jumeaux numériques assurent la continuité et soutiennent les transitions de main-d'œuvre tout en permettant aux opérateurs de se concentrer sur la surveillance du système plutôt que sur les réglages manuels.

La technologie couvre l'ensemble du cycle de l'eau, optimisant à la fois les réseaux d'assainissement et les stations d'épuration en tant que système intégré. Cette approche holistique maximise le volume d'eau correctement traitée tout en minimisant les dérivations et les débordements d'égouts – des problèmes auxquels sont confrontées nombre d'installations en Amérique du Nord et en Europe.

Pour les municipalités, les jumeaux numériques garantissent la conformité réglementaire en maintenant des performances constantes. Pour les clients industriels soucieux des dépenses, cette technologie assure des économies mesurables. Les organisations engagées dans le développement durable sont satisfaites de la réduction de leurs consommations de produits chimiques, d'énergie et d’émissions de gaz à effet de serre.

Des résultats concrets
La station d’épuration de Køge-Egnens au Danemark illustre l'impact de la technologie des jumeaux numériques. Cette installation rencontrait deux défis majeurs : optimiser l'élimination de l'azote et accroître la capacité hydraulique lors des épisodes pluvieux sans procéder à une extension coûteuse.

Suite à la mise en œuvre de la solution Hubgrade Wastewater Plant Performance de Veolia, le système de jumeau numérique a permis d'augmenter la capacité hydraulique de 35 à 60 % tout en améliorant l'élimination de l'azote. L'installation a également réduit sa consommation d'électricité de 35 % et sa consommation de produits chimiques de 60 %, réalisant ainsi des économies d'exploitation substantielles tout en assurant une meilleure protection de l'environnement.

Aux Pays-Bas, la station d’épuration d’Ede était confrontée à une charge accrue occasionnant des non-conformités avec les normes européennes de rejets. Prévoyant une augmentation de 20 % de la charge à traiter sur cinq ans, le service public exploitant devait soit procéder à une extension, avec une troisième ligne de traitement, soit trouver une autre solution d'optimisation.

Mise en œuvre sur l'installation, la solution Hubgrade Wastewater Plant Performance a permis d'éviter une extension coûteuse. Ce système holistique, basé sur les données, a remplacé le contrôle en ligne par PLC pour optimiser en temps réel l'efficacité du procédé.

Ainsi, la station a pu assurer la conformité des rejets, en deçà des normes de qualité imposées par l'UE, réduire son impact environnemental en diminuant la teneur en azote total et en phosphore de l’effluent, minimiser ses dépenses d'exploitation en énergie et en produits chimiques et, en évitant la construction d'une nouvelle ligne de traitement, économiser plus de 10 millions d'euros d’investissement. Le système a permis d’accroître la capacité hydraulique de 40 % et de réduire de 35 % la teneur en azote total de l’effluent, alors même que la charge de la station a augmenté de 38 % en 10 ans.

Une optimisation répondant à de multiples objectifs
Les jumeaux numériques excellent à équilibrer des priorités concurrentes, aidant les opérateurs à trouver le parfait compromis entre la qualité du traitement, les coûts opérationnels et l'impact environnemental. Le système évalue en permanence les conditions pour déterminer l'exploitation optimale – ce niveau de complexité dépasse les capacités humaines, d'autant que les opérateurs sont pris par de multiples responsabilités.

Plutôt que de simplement maintenir un statu quo opérationnel, les jumeaux numériques identifient les possibilités d'ajustements en vue d’économiser des ressources sans compromettre les performances. Lorsque les conditions changent, par exemple à l'approche d'un évènement pluvieux, le système se prépare plusieurs heures à l'avance afin de maximiser la capacité de traitement.

L'avenir du traitement des eaux usées
La technologie des jumeaux numériques offre un outil puissant face aux défis réglementaires, opérationnels et environnementaux que rencontrent les installations de traitement des eaux usées. Grâce à des répliques virtuelles reliées aux données en temps réel, les opérateurs peuvent optimiser les performances, réduire les coûts et améliorer la conformité sans investissements majeurs.

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