MOCOPEE

Le programme de recherche MOdélisation, Contrôle et Optimisation des Procédés d’Epuration des Eaux (Mocopée) constitue un espace de travail et d’échange pérenne entre scientifiques et opérationnels sur les questions relatives à la métrologie appliquée à l’épuration des eaux, à la modélisation du fonctionnement des procédés d’épuration et au contrôle commande des procédés de traitement.

Mocopée s'appuie sur des équipes de chercheurs exerçant dans cinq grands champs disciplinaires différents : (1) métrologie, (2) mathématiques (traitement des signaux / données), (3) génie des procédés et contrôle de bio-procédés, (4) modélisation des procédés d’épuration et (5) biogéochimie du cycle de l’azote.

Le programme se décompose en phases quadriennales. Pour chacune de ses phases, un programme de recherche est défini en fonction des questions scientifiques et des problématiques industrielles émergentes. Ce mode de fonctionnement est équilibré puisqu’il présente l’avantage de pouvoir inscrire des actions sur le long terme et, par conséquent, de permettre d’avancer significativement sur des problématiques scientifiques pointues, tout en maintenant une souplesse et une capacité d’adaptation puisque les orientations scientifiques sont régulièrement discutées.

Le manque de liaison entre les scientifiques et les gestionnaires en charge de la mise en œuvre des directives nationales ou les industriels en charge du développement et de l’exploitation des installations industrielles est régulièrement pointé du doigt. Dans ce but, Irstea développe depuis les années 70 des travaux destinés à améliorer la conception et la gestion technique des stations d’épuration des eaux usées avec à une coopération privilégiée entre les services de l’état nationaux et territoriaux, des universités ou écoles d’ingénieurs, et des échanges techniques réguliers avec les constructeurs et exploitants des stations d’épuration. Avec le démantèlement de l’ingénierie publique, ces efforts de recherche, ainsi que ceux des laboratoires universitaires percolent plus difficilement vers les praticiens. La création d’un espace d’échanges au travers d’un programme de recherche commun contribue à renouer ces liens. Celui-ci rassemble des organismes scientifiques universitaires, centres de recherche appliquée, des entreprises travaillant en étroit partenariat avec la plus grosse structure publique de l’eau en île de France.

Le programme Mocopée repose sur un consortium d'équipes de scientifiques appartenant à 7 organismes (Irstea [France], UTC [France], SIAAP-DDP [France], UPMC [France], LEESU [France], UCL (Belgique] et UL [Canada]), deux partenaires industriels (Envolure [France] et WatchFrog [France]) et un des principaux acteurs publics de l'eau en France (SIAAP).

« Le programme Mocopée propose des outils d’aide à la maîtrise et l’optimisation des procédés de traitement des eaux.

Les équipes du programme de recherche Mocopée, et notamment celles du Siaap (Colombes, Direction Développement Prospective), de l’université Laval (Canada-Québec) et d’Irstea (Lyon) travaillent à la construction de modèles de simulation du fonctionnement des procédés de traitement des eaux et des boues. Actuellement utilisés pour prédire le comportement de nos filières de traitement dans des situations inhabituelles ou pour mener des études visant à optimiser leur exploitation (limitation des consommations en énergie et réactifs, notamment), ces modèles constituent les briques indispensables à l’installation de l’intelligence artificielle en assainissement.

Après le modèle de simulation du fonctionnement des biofiltres (SimBio, voir newsletter XXX), le modèle SimDec, qui permet de simuler le comportement de nos décanteurs physico-chimiques, est né en ce début d’année 2016 de la collaboration fructueuse entre l’Université Laval et le Siaap.

Pour en savoir plus, retrouvez l’article technique « Modélisation du fonctionnement des décanteurs physico-chimiques lamellaires – Calibration et validation à l’échelle industrielle d’un modèle simple à une dimension » sur le site du programme Mocopée. »

Les équipes présentes (SIAAP, LEESU, Watchfrog) ont présenté les avancées du programme sur les mesures innovantes adaptées au suivi des eaux résiduaires urbaines (modèles biologiques et système Fluidion), des boues (analyses rhéologiques) et des matériaux membranaires. Le projet Valoéquiboue a également été presenté lors du congrès.

Les supports de présentation sont téléchargeables depuis le site MOCOPEE, rubrique actualités

Les travaux menés par le SIAAP et l'UTC, en collaboration avec l'UniLaSalle, sur l'évaluation du potentiel méthanogène des boues de STEP ont été publiés dans la revue L'Eau, l'Industrie et les Nuisances. L'article est temporairement accessible depuis le site du programme MOCOPEE : www.mocopee.com

Titre de l'article : "Le pouvoir méthanogène des boues urbaines - Cartographie des boues de STEP et réduction du temps de mesure par un couplage : expérimentation en réacteur/modélisation", par Guerin et al., 2016.

Les avancées scientifiques sur la caractérisation de la matière organique des eaux résiduaires urbaines par fluorescence 3D ont été présentées lors du colloque international European Geosciences Union organisé à Vienne (17-22 avril 2016). Télécharger ici le resumé ainsi que le poster exposé.

Les travaux sur l'évaluation des émissions de protoxyde d'azote sur les procédés de dénitrification par biofiltration, menés par l’IRSTEA et le SIAAP ont été publiés dans la revue internationale STOTEN (Science of the Total Environment). L’article est temporairement accessible sur le site du programme Mocopée depuis la rubrique « Actualités ». Vous pouvez également consulter l'article ci-dessous.

La loi sur la transition énergétique pour la croissance verte dessine, pour le milieu du siècle, les grands objectifs du nouveau modèle énergétique français. Plus sobre et plus durable, le système prévoit, entre autres, une réduction de 40% des émissions de gaz à effet de serre et une diminution de 20% de la consommation énergétique, cela à l’horizon 2030. Dans le même temps, la réglementation encadrant le traitement des eaux a largement évolué ces deux dernières décennies. L’application de la Directive sur les Eaux Résiduaires Urbaines (DERU, 1991) et la Directive Cadre sur l’Eau (DCE, 2000) ont conduit à un accroissement significatif des exigences quant à la qualité des eaux rendues au milieu naturel. Des technologies performantes pour le traitement physico-chimique et biologique des eaux résiduaires et des sous-produits ont donc été intégrées dans nos usines d’épuration. Si ces technologies intensives permettent de maintenir une haute qualité de traitement, leur fonctionnement génère une consommation énergétique de plus en plus importante. Dans ce contexte de haute performance à faible coût énergétique, le SIAAP a mis au cœur de ses préoccupations les problématiques liées à la dépense énergétique et à l’impact environnemental de ses stations d’épuration. C’est dans cet objectif que de nombreux travaux du programme Mocopée, menés ces dernières années, portent sur la réduction de l’empreinte environnementale des procédés de traitement. Les résultats obtenus permettent aux exploitants de définir, de manière intégrée, les actions de réduction à mettre en œuvre. Pour plus d’information, la Direction du Développement et de la Prospective a rédigé une synthèse sur les leviers d’action potentiels pour l’optimisation énergétique des stations d’épuration. Cette synthèse, intitulée « Stratégie d’optimisation énergétique au sein d’une station d’épuration. Cas du Siaap » vient de paraître dans la revue Techniques Sciences et Méthodes (n°5 – 2016). L’article est temporairement accessible sur le site du programme (www.mocopee.com) depuis la rubrique « Actualités ».

Le Siaap et le programme Mocopée parlent d'intelligence artificielle lors du colloque de l'ASTEE

Le colloque annuel de l'ASTEE avait pour thème l'intelligence numérique au coeur des services publics. A cette occasion, les équipes du programme de recherche Mocopée et celles du Siaap sont intervenues pour présenter les actions R&D engagées pour accompagner le développement de l'intelligence artificielle dans la gestion de l'assainissement francilien. Vous trouverez plus d'informations ainsi que les supports de présentation sur le site du programme Mocopée (www.mocopee.com).

Présentations faites dans le cadre du colloque :
(1) Vers le développement de l'intelligence artificielle dans la gestion des installations du Siaap.
(2) Mocopée, un programme pour construire les outils nécessaires à l’optimisation et la maîtrise des STEP.
(3) Modèles de prédiction du fonctionnement des ouvrages. Des outils pour optimiser les STEP d’aujourd’hui et exploiter les STEP de demain.
(4) Optimisation du traitement biologique de l'azote : vers une réduction des intermédiaires réactionnels (nitrite et protoxyde d'azote).

Le Festival Futur en Seine expose des outils novateurs de suivi de la qualité des eaux, déjà sur les bancs d'essais du programme Mocopée

Passer d'une évaluation de la composition de nos effluents à une évaluation de son impact sur l'environnement, un défi à venir... Dans cette optique, des outils novateurs sont étudiés par le Siaap, via son programme de recherche Mocopée. La FrogBox, développée par Watchfrog, est notamment étudiée sous toutes ses coutures. Dans ce cas, ce sont des têtards et des alevins qui nous alertent de la présence d'une toxicité trop importante en émettant de la lumière fluorescente lors qu’ils subissent une perturbation endocrinienne, liée à la présence de micropolluants dans les eaux. Il s'agit d'une approche novatrice qui préfigure ce que seront dans un futur proche les outils de suivi et de contrôle de nos systèmes de traitement.

Ce prototype innovant a été exposé au carreau du Temple dans le cadre du festival Futur en Seine à Paris du 9 au 12 juin 2016

Valérie Pécresse, Présidente du Conseil régional d'Ile-de-France, intéressée par la Frogbox developpée par WatchFrog

Le protoxyde d’azote est un puissant gaz à effet de serre destructeur de la couche d’ozone. Son potentiel de réchauffement est équivalent à 320 fois celui du dioxyde de carbone et sa durée de vie est d’environ 120-150 ans (GIEC, 2007). Sa concentration atmosphérique est passée de 275 à 320 ppb en un siècle et continue de croître, avec une augmentation annuelle de 0,8 ppb. Principalement d’origine naturelle, il est également émis par les procédés de traitement des eaux usées pendant les processus de nitrification et de dénitrification de l’azote.

Actuellement, le facteur d’émission directe (3,2 g N2O/EH/an équivalent à 0,035% de la charge entrante en azote), utilisé pour quantifier les émissions du secteur du traitement biologique des eaux résiduaires urbaines et recommandé par le GIEC, provient de données acquises sur une seule station d’épuration à boues activées d’Amérique du Nord (Czepiel et al., 1995).

Concernant les émissions de N2O par les procédés à biomasse fixée, le groupe de travail de l’ASTEE (Bilan GES des Services d’eau et d’assainissement de 2013) estime que le faible nombre de données actuelles ne permet pas de proposer un facteur d’émission spécifique à ces procédés. Les facteurs in situ d’émission de protoxyde d'azote pour les procédés de biofiltration doivent être quantifiés et les conditions dans lesquelles ces émissions sont favorisées mieux définies.

C'est dans ce contexte que les équipes d'Irstea ont engagé une action de recherche dont le but est d’estimer les facteurs d’émission de N2O pour deux types de biofiltres : nitrifiants et dénitrifiants. Les résultats de ces travaux, menés en collaboration avec les équipes du Siaap sur les unités de traitement biologique de Seine Aval (station d'épuration d'Achères), ont été synthétisés dans deux articles scientifiques publiés dans les revues "Science of the total environment" et "Water Research".

Full-scale post denitrifying biofilters: sinks of dissolved N2O? - STOTEN 2016

N2O emissions from full-scale nitrifying biofilters - WR 2016

Ces deux articles sont temporairement accessibles depuis le site du programme (www.mocopee.com), rubrique « Actualités ».

Traiter les jus issus du traitement des boues sur des ouvrages dédiés est aujourd’hui une solution privilégiée pour éviter de retourner un flux trop important d’azote et de carbone en tête de station. Le recul sur les procédés de traitement des jus est moins important que celui que nous pouvons avoir sur les procédés conventionnels des traitements des eaux. Cela est particulièrement vrai lorsqu‘il s’agit de procédés relativement nouveaux, tels que le shunt des nitrates ou le procédé Anammox.

Dans ce contexte, une journée d'échanges impliquant des scientifiques du programme MOCOPEE, des exploitants du SIAAP et des membres de la DDP, s'est tenue au sein de la Cité de l'Eau et de l'Assainissement du SIAAP le 28 juin 2016. A cette occasion, les résultats obtenus dans le cadre de l'étude du procédé SHARON de Seine Grésillons (IRSTEA-Lyon, UPMC, SIAAP) et de l'étude du traitement des jus par BRM de Seine Aval (IRSTEA-Antony, SIAAP) ont été partagés et discutés entre scientifiques et opérationnels. Les équipes de Suez qui étudient le procédé ANAMMOX ont également présenté les résultats obtenus dans le cadre de l'exploitation d'un pilote R&D installé sur le site Seine Amont (Valenton).

Les supports de présentation sont disponibles en téléchargement sur le site du programme MOCOPEE (www.mocopee.com), rubrique actualités.

Le séminaire annuel du programme MOCOPEE aura lieu le 22 novembre à la Cité de l'Eau et de l'Assainissement du SIAAP à Colombes (92).

Sortie d'ouvrage : "Qualité microbiologique des eaux en agglomération parisienne. Des eaux usées aux eaux de Seine".

Les travaux pilotés par l'UTC et les équipes d'ALIEN-SAS et du SIAAP sur la commande des injections de méthanol en dénitrification biologique sont évoqués par Stéphane Mottelet, chercheur à l'UTC. Mathieu Muller, responsable scientifique et technique chez AMS-Envolure, évoque quant à lui les travaux entrepris dans le programme Mocopée sur les méthodes innovantes de caractérisation de la matière organique présente dans les eaux résiduaires urbaines (kit Enverdi).

Vous trouverez cet article en téléchargement sur le site Mocopée (www.mocopee.com), rubrique "actualités".