Optimisation énergétique des stations de traitement des eaux usées par l'analyse KPI et les systèmes d'aide à la prise de décision

Dans le cadre de ses activités dans le domaine de l'évaluation environnementale durable et de la circularité (SUSTAIN), le Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST) vous informe que le projet « Energy optimisation of WAstewateR treatment plants through KPI analysis and Decision Support Systems » (EDWARDS) s'est terminé avec succès, avec le développement d'un système d'aide à la prise de décision capable de réduire la consommation d'énergie dans les usines de traitement des eaux usées. 

Cet outil innovant, appelé Shared Knowledge Decision Support System (SK-DSS), associe des indicateurs de performance clés, une logique floue, des connaissances spécialisées et l'intelligence artificielle afin de fournir aux opérateurs des suggestions au cas par cas.

EDWARDS est un projet de recherche financé par le Fonds National de la Recherche (FNR), dirigé par le LIST en partenariat avec l'Université du Luxembourg (Luxembourg) et l'Université de Valencia (Espagne). EDWARDS est le suivi du projet européen Interreg IVB intitulé « Innovative Energy Recovery Strategies in the urban water cycle » (INNERS), projet de stratégies innovantes de récupération d'énergie dans les usines de traitement des eaux usées qui s'est achevé en 2015.

INNERS visait à réduire la consommation d'énergie des stations d'épuration, qui consomment beaucoup d'énergie, notamment en faisant meilleur usage de l'énergie et de la chaleur présentes dans les eaux usées. L'accent a également été mis sur les étapes les plus énergivores du processus de traitement, à savoir la biologie, qui représente à elle seule plus de la moitié de l'énergie totale consommée par la station. 

Dans ce contexte, les usines de traitement des eaux usées (Waster Water Treatment Plants ou WWTP) sont des installations complexes, dans lesquelles une gestion efficace de l'énergie peut présenter des avantages pertinents pour l'environnement et l'économie. Aujourd'hui, les mégadonnées peuvent être utilisées pour une gestion plus efficace des stations de traitement, permettant une évaluation à haute fréquence et finalement une utilisation plus efficace des ressources. Pour ce faire, un support informatique a été nécessaire pour analyser l'énorme quantité de données générées par les capteurs présents dans les WWTP. 

Axe de recherche et résultats

Dans le cadre du projet EDWARDS, des recherches doctorales intitulées « A decision support system for energy saving in Waste Water Treatment Plants » (Système d'aide à la décision pour les économies d'énergie dans les stations de traitement des eaux usées) ont été menées par Dario Torregrossa au LIST, sous la direction du Dr. Joachim Hansen (Université du Luxembourg), du Dr. Georges Shutz et du Dr. Alex Cornelissen (RTC4Water), du Dr. Francesco Hernandez Sancho (Université de Valence) et de M. Ulrich Leopold (LIST).  Lorsque ces recherches doctorales ont débuté, une analyse documentaire a montré que, dans le domaine des WWTP, les quelques systèmes d'aide à la prise de décision disponibles étaient prometteurs, mais qu'il restait encore beaucoup d'améliorations à faire. En fait, ces outils étaient spécifiques à l'usine de traitement, axés principalement sur les paramètres liés au processus et (pour la plupart d'entre eux) fonctionnaient avec des données agrégées à basse fréquence (données annuelles). Cette thèse a proposé à la place le système d'aide à la prise de décision coopérative SK-DSS.

L'outil SK-DSS est générique à toutes les stations de traitement, c'est-à-dire capable de fonctionner simultanément avec de nombreuses WWTP et basé sur des indicateurs de performance clés. Le SK-DSS analyse les processus qui se produisent au sein des usines et fournit des solutions basées sur le cas par cas. De plus, cet outil d'aide à la prise de décision fournit une plate-forme permettant aux directeurs d'usine d'échanger des informations et de coopérer les uns avec les autres. La thèse de Dario a proposé le modèle SK-DSS, une application web, et des applications pour améliorer la performance énergétique de la pompe, des soufflantes et du biogaz. La description complète de cet outil peut être consultée en ligne dans les bases de données de l'Université du Luxembourg.

Le travail sur cette thèse s'est bien déroulé et les résultats ont été couronnés de succès puisque Dario Torregrossa a soutenu avec succès sa thèse de doctorat le 9 juillet 2018 à l'Université du Luxembourg. Félicitations à Dario !

Ce système d'aide à la prise de décision sera développé dans les prochaines années pour inclure une évaluation environnementale des performances des stations de traitement dans le modèle de prise de décision, dans le cadre des activités du LIST dans le domaine de l'évaluation environnementale durable et de la circularité, sous la supervision du Dr. Enrico Benetto.