rapport de stage fi5
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Nom et prénom de l'élève ingénieur : AMADOU SALA ASSANE Bibata
Année / Spécialité : 2019/2020 EBE
Tuteur Polytech : GUITTONNEAU-COTTON Sylvie
Tuteur 2iE : SAWADOGO Boukary
Nom de l’organisme d'accueil : Veolia Eau Territoire Nord Bourgogne
Adresse postale : 8 route de Lyon, 89200 Avallon
Coordonnées téléphoniques : 03 86 34 94 61
Sous la direction de : GAUVRIT Nicolas,
Directeur des Opérations Veolia Eau Territoire Nord Bourgogne.
RAPPORT DE STAGE FI5
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia
du Territoire Nord Bourgogne
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
i
Bibata AMADOU SALA ASSANE – Mémoire pour l’obtention du diplôme d’ingénieur en Environnement-Bâtiment-Energie et du diplôme d’ingénieur en Eau et Assainissement – 2020.
A
Ma mère.
Aucun mot ne pourrait exprimer à leur juste valeur ma
reconnaissance.
Votre soutien, vos conseils et vos encouragements durant ces
longues années d’études m’ont fourni la force nécessaire
pour persévérer et relever les différents défis.
Que ce modeste travail récompense vos efforts.
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
ii
Bibata AMADOU SALA ASSANE – Mémoire pour l’obtention du diplôme d’ingénieur en Environnement-Bâtiment-Energie et du diplôme d’ingénieur en Eau et Assainissement – 2020.
Remerciements
Je tiens tout d’abord à remercier :
➢ Monsieur CHANUSSOT Thierry, Directeur du Territoire Nord Bourgogne ;
➢ Monsieur GAUVRIT Nicolas, Directeur des Opérations du Territoire Nord Bourgogne.
Merci de m’avoir donné l’opportunité d’exercer mon stage de fin de cycle au sein du Territoire
Nord Bourgogne. Votre accueil chaleureux, vos conseils et votre disponibilité m’ont été
indispensable pour mener à bien mes missions.
Plus particulièrement :
Mon tuteur entreprise, Monsieur GAUVRIT Nicolas, pour son suivi et pour m’avoir facilité
l’accès à l’ensemble des données nécessaires pour ce stage. Merci de m’avoir confié cette
mission de performance énergétique.
Monsieur VIGNIER et Madame BASTIEN pour leur disponibilité lors de la collecte de données.
Les MSL de Châtillon-sur-Seine et d’Avallon.
Mes remerciements vont également à l’endroit de Madame GUITTONNEAU-COTTON Sylvie,
en tant que tuteur académique, pour son suivi et ses conseils.
A Monsieur SAWADOGO Boukary pour avoir accepté d’être mon tuteur académique au niveau
de 2iE.
Enfin, je remercie tous ceux qui de près ou de loin ont contribué au bon déroulement de ce
stage.
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
iii
Bibata AMADOU SALA ASSANE – Mémoire pour l’obtention du diplôme d’ingénieur en Environnement-Bâtiment-Energie et du diplôme d’ingénieur en Eau et Assainissement – 2020.
Résumé
L’épuisement des ressources d’énergie fossile, le changement climatique, l’écologie,
les énergies renouvelables, autant de sujets qui animent l’actualité en ce 21ème siècle.
A travers la loi sur la Transition Energétique pour la Croissance Verte (TCEV) du 17 Août 2015,
la France a misé sur une transition vers une énergie plus verte, plus économe et durable. Cette
loi vise à diviser par 2 la consommation énergétique finale d’ici 2050 ainsi que les émissions
de gaz à effet de serre par 4 à travers :
➢ La sobriété avec la suppression des gaspillages et des surconsommations ;
➢ L’efficacité à travers un fonctionnement économe en énergie tout en maintenant les
mêmes performances ;
➢ L’utilisation des énergies renouvelables et de récupération.
Dans cette même lancée s’inscrit la loi de Programmation fixant les Objectifs de la
Politique Energétique (POPE). Elle vise comme objectif principal la limitation des dépenses
énergétiques. Plusieurs mesures pratiques ont été mise en place dans le cadre de cette loi
dont l’une d’elles concerne le dispositif des Certificats d’Economie d’Energie (CEE). Il permet
entre autres de bénéficier de primes lors du renouvellement de tout équipement par un
nouveau moins énergivore notamment dans les métiers de l’eau et de l’assainissement.
L’une des missions des services d’assainissement consiste à la dépollution des eaux à travers
des process qui permettent de garantir un rejet des eaux pour une meilleure conservation du
milieu récepteur. Le traitement des eaux usées nécessite des ouvrages qui le plus souvent
fonctionnent 24h/24 et 7j/7 notamment avec des processus biologiques qui consomment de
l’oxygène. Ce qui entraine une forte consommation énergétique et en fait ainsi l’un des
premiers postes de consommation énergétique au niveau des collectivités. Face à une
augmentation sans cesse croissante des coûts énergétiques et à un défi environnemental de
plus en plus contraignant, les acteurs du secteur de l’assainissement se doivent de revoir leur
plan en matière de performance énergétique à travers la mise en place de stratégies qui leur
permettront de relever ces nouveaux défis.
Mots clés : Unité de Dépollution, consommation énergétique, aération, optimisation
énergétique, réactifs, cloacothermie.
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
iv
Bibata AMADOU SALA ASSANE – Mémoire pour l’obtention du diplôme d’ingénieur en Environnement-Bâtiment-Energie et du diplôme d’ingénieur en Eau et Assainissement – 2020.
Abstract
The depletion of fossil energy resources, climate change, ecology, renewable energies,
all topics that animate the news in the 21st century.
Through Law on Energy Transition for Green Growth of August 17,2020, France has focused
on a transition towards green energy, more efficient and more sustainable energy. The main
aim of this law is to divide final energy consumption by 2 by 2050 and greenhouse gas
emissions by 4 though:
➢ Sobriety through the elimination of overconsumption;
➢ Efficiency through optimal operation while maintaining the same performance;
➢ The use of renewable and recovered energies.
In this same way is the Programming Law setting out the Objectives of the Energy Policy.
Its main objective is to limit energy expenditure. Several practical measures have been put in
place within the framework of this law, one of which concerns the system of Energy Economy
Certificates (EECs). This system makes it possible, among other things, to benefit from
bonuses when renewing any equipment by a new energy-efficient one, particularly in the water
and sanitation sectors.
One of the tasks of the sanitation services is to wastewater through processes that guarantee
a discharge of water for a better conservation of the receiving environment. The treatment of
wastewater requires equipments that usually work 24/7. However, this mode of operation leads
to high energy consumption and thus makes it one of the first places of energy consumption
at the level of the communities. In the face of rising energy costs and an increasingly stringent
environmental challenge, sanitation sector actors must reconsider their position and begin their
“energy revolution” through the implementation of energy strategies that will enable them to
attend these new challenges.
Keywords : Depollution unit, energy consumption, ventilation, energy optimization, reagents,
cloacothermal energy.
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
v
Bibata AMADOU SALA ASSANE – Mémoire pour l’obtention du diplôme d’ingénieur en Environnement-Bâtiment-Energie et du diplôme d’ingénieur en Eau et Assainissement – 2020.
Liste des abréviations
BA : Boues Activées
BF : Biofiltre
BRM : Bio-Réacteur à Membranes
Ca(OH)2 : Chaux éteinte (ou hydroxyde de calcium)
CEE : Certificat d’Economie d’Energie
CET : Centre d’Enfouissement Technique
DCO : Demande Chimique en Oxygène
DBO5 : Demande Biologique en Oxygène sur 5 jours
DOP : Direction des Opérations
ECS : Eau Chaude Sanitaire
EH : Equivalent habitant
FeCl3 : Chlorure ferrique
HSE : Hygiène Sécurité Environnement
IPE : Indice de Performance Energétique
IRSTEA : Institut national de Recherche en Sciences et Technologies pour l’Environnement
et l’Agriculture
MBBR: Moving Bed Biofilm Reactor
MES: Matières En Suspension
MVS : Matières Volatiles Sèches
NGL : Azote global
MSL : Manager de Service Local
NTK: Azote Kjeldahl
Pt: Phosphore Total
PAC: Pompe A Chaleur
SBR: Séquencing Batch Reactor
CEMAGREF: Ancienne appellation de l’IRSTEA
SIVOM : Syndicat Intercommunal à Vocation Multiple
TCO: Total Cost of Ownership
TRI : Temps de Retour sur Investissement
TNB : Territoire Nord Bourgogne
UDEP : Unité de dépollution (nouvelle appellation des stations d’épuration)
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
vi
Bibata AMADOU SALA ASSANE – Mémoire pour l’obtention du diplôme d’ingénieur en Environnement-Bâtiment-Energie et du diplôme d’ingénieur en Eau et Assainissement – 2020.
Table des matières
Remerciements .............................................................................................................................................ii
Résumé .......................................................................................................................................................... iii
Abstract ........................................................................................................................................................ iv
Liste des abréviations ................................................................................................................................. v
Liste des tableaux ...................................................................................................................................... viii
Table des illustrations ................................................................................................................................ ix
Introduction ................................................................................................................................................... 1
1ère partie : Présentation de la structure d’accueil .................................................................................. 3
A. Situation géographique de la structure d’accueil .......................................................................... 4
B. Objectifs/Missions ............................................................................................................................... 4
C. Politique HSE........................................................................................................................................ 5
2ème partie : Le déroulement du stage ....................................................................................................... 7
A. Méthodologie de travail ...................................................................................................................... 8
B. Recherche bibliographique ............................................................................................................... 9
I. La consommation énergétique au sein des UDEP ............................................................................. 9
C. Méthode d’optimisation énergétique au sein du Territoire Nord Bourgogne ......................... 12
I. Veolia Pumps ....................................................................................................................................... 12
II. Les Certificats d’Economie d’Energie (CEE) ...................................................................................... 13
III. L’optimisation des contrats d’énergie .................................................................................................. 15
D. Etude de l’optimisation de l’UDEP de Sainte-Colombe-Sur-Seine ........................................... 17
I. Présentation du site pilote .................................................................................................................... 17
II. La filière eau ......................................................................................................................................... 18
1. Le prétraitement .........................................................................................................18
2. Le traitement biologique .............................................................................................19
3. La clarification ............................................................................................................19
4. Le traitement tertiaire .................................................................................................20
III. La filière boues ..................................................................................................................................... 20
IV. Etat des lieux énergétique de l’UDEP de Sainte-Colombe-sur-Seine .............................................. 20
1. Bilan énergétique .......................................................................................................21
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
vii
Bibata AMADOU SALA ASSANE – Mémoire pour l’obtention du diplôme d’ingénieur en Environnement-Bâtiment-Energie et du diplôme d’ingénieur en Eau et Assainissement – 2020.
2. La consommation en oxygène ...................................................................................22
3. Les indicateurs de performance énergétique .............................................................23
V. Propositions d’optimisation énergétique ............................................................................................. 28
1. Réduction de la consommation en oxygène ...............................................................28
E. Perspectives ....................................................................................................................................... 29
I. Optimisation des réactifs ..................................................................................................................... 30
II. Récupération de chaleur des eaux usées .......................................................................................... 31
Conclusion .................................................................................................................................................. 35
Bibliographie............................................................................................................................................... 38
Annexes ....................................................................................................................................................... 40
Annexe 1 : Diagramme de Gantt ................................................................................................................ 41
Annexe 2 : Taux de charge (Données de 2019) ........................................................................................ 42
Annexe 3 : fréquence des analyses ............................................................................................................ 43
Annexe 4 : rendements épuratoires ............................................................................................................ 44
Annexe 5 : Evolution des charges massique et volumique en 2019 ........................................................ 45
Annexe 6 : Suivi des indices de performance énergétique en 2019. ........................................................ 46
Annexe 7 : Bilan des consommations énergétiques de l’UDEP de Ste Colombe-sur-Seine .................. 47
Annexe 8 : Relevé bathymétrique ............................................................................................................... 48
Annexe 9 : Couplage sonde O2 et sonde rédox ......................................................................................... 49
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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Bibata AMADOU SALA ASSANE – Mémoire pour l’obtention du diplôme d’ingénieur en Environnement-Bâtiment-Energie et du diplôme d’ingénieur en Eau et Assainissement – 2020.
Liste des tableaux
Tableau 1: Exemples de primes CEE ...................................................................................15
Tableau 2: charges admissibles et seuils de rejet .................................................................17
Tableau 3: valeurs repères pour la charge massique et la charge volumique (Cemagref) ....25
Tableau 4: Gain d'énergie potentielle ...................................................................................29
Tableau 5: Masse de réactifs consommée ...........................................................................30
Tableau 6: Gain optimisation des réactifs .............................................................................31
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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Bibata AMADOU SALA ASSANE – Mémoire pour l’obtention du diplôme d’ingénieur en Environnement-Bâtiment-Energie et du diplôme d’ingénieur en Eau et Assainissement – 2020.
Table des illustrations
Figure 1: Territoire Nord Bourgogne ...................................................................................... 4
Figure 2: Organigramme Territoire Nord Bourgogne ............................................................. 5
Figure 3: Synthèse consommation énergétique des systèmes à "cultures libres" (IRSTEA,
2015) ....................................................................................................................................10
Figure 4: Consommation énergétique par poste (IRSTEA, 2015) .........................................10
Figure 5: Consommation énergétique par usage significatif (Veolia, 2017) ...........................11
Figure 6: TCO renouvellement d'une pompe de forage selon les propositions des fournisseurs
.............................................................................................................................................13
Figure 7: TRI selon les propositions des fournisseurs lors du renouvellement d'une pompe de
forage. ..................................................................................................................................13
Figure 8: Baisse de la consommation énergétique entre 2019 et 2020 suite à l'installation de
nouveaux surpresseurs ........................................................................................................15
Figure 9: Structure tarifaire des contrats d'énergie ...............................................................16
Figure 10: Suivi Eveler de l'UDEP de Sainte-Colombe-sur-Seine .........................................16
Figure 11: Situation géographique de l'UDEP de Sainte Colombe-sur-seine ........................17
Figure 12: Synoptique de l’UDEP de Sainte-Colombe-sur-Seine ..........................................18
Figure 13: Première estimation de la consommation énergétique par filière .........................21
Figure 14: consommation énergétique du traitement biologique ...........................................22
Figure 15: Evolution du ratio kWh/m3....................................................................................23
Figure 16: Evolution du ratio kWh/kg DCOéliminée ..............................................................24
Figure 17: Evolution du ratio kWh/kg DBO5 éliminée .................................................................25
Figure 18: Evolution de la charge massique en 2019 ...........................................................26
Figure 19: Evolution du taux de boues dans le bassin aéré en 2019 ....................................26
Figure 20: Influence du taux de boue sur les besoins en oxygène (Veolia, 2006) .................27
Figure 21: Besoin en ECS et potentiel énergétique. .............................................................32
Figure 22: Principe de récupération de chaleur des eaux usées (Source : SuisseEnergie) ..33
Figure 23: techniques de récupération de chaleur des eaux usées (SuisseEnergie). ...........33
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
1
Bibata AMADOU SALA ASSANE – Mémoire pour l’obtention du diplôme d’ingénieur en Environnement-Bâtiment-Energie et du diplôme d’ingénieur en Eau et Assainissement – 2020.
Introduction
L’eau, source de vie, est une ressource indispensable à toute forme de vie. Elle est au
centre de toutes les activités anthropiques dont la production d’eau potable, les process
industriels…
L’accroissement de la population et l’urbanisation à l’échelle mondiale ont eu pour
conséquences une augmentation de la consommation en eau et donc une plus grande
quantité d’eaux usées. Sur un volume d’eau d’environ 33 milliards de m3 prélevé dans le milieu
naturel, seuls 6 milliards de m3 sont consommés. Dans ce volume consommé, l’eau potable
représente 24% dont seul 7% est utilisé pour les usages alimentaires (Source. Agences de
l’eau). Le reste est réparti au niveau des autres besoins dont les sanitaires, les lave-
vaisselles… Ces eaux usées représentent donc un très grand volume qui ne saurait être
retourné au milieu naturel sans traitement préalable.
D’où la nécessité de mettre en place des systèmes capables de traiter ces eaux usées et de
restituer une eau épurée au milieu naturel : les unités de dépollution.
La construction de ces unités était à l’origine guidée par des objectifs épuratoires sans la prise
en compte des questions énergétiques. Au fil des décennies, la question de la pollution de l’air
et de l’effet de serre sont devenus de plus en plus problématiques, nécessitant des mesures
de plus en plus urgentes et ciblées.
La consommation énergétique au sein des unités de dépollution dépend principalement
de la technologie mise en place, des consignes de fonctionnement ainsi que de l’exploitation
faite par l’exploitant. Plusieurs types de procédés ont été mis en place dont le procédé par
boues activées. Très majoritaire en France, ce système de traitement repose sur un processus
de dégradation biologique des polluants en présence de micro-organismes et d’oxygène. Des
efforts sont de plus en plus fournis pour réduire la facture énergétique notamment lors du
renouvellement du matériel par un équipement moins énergivore. D’après une étude menée
par l’IRSTEA, l’aération biologique représente près de 57% de la consommation énergétique
globale des stations. L’optimisation de ce dispositif peut donc s’avérer intéressant pour la
réduction les dépenses énergétiques tout en maintenant la qualité et la fiabilité du traitement
mis en place.
S’inscrivant dans le cadre d’une démarche de performance énergétique au sein des
unités de dépollution de Veolia du territoire Nord Bourgogne, ce stage d’une durée de 6 mois
aura pour missions principales le déploiements des outils de performance énergétique
développés par l’entreprise et la réalisation d’audits énergétiques des UDEP du territoire.
Ce rapport est structuré comme suit :
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
2
Bibata AMADOU SALA ASSANE – Mémoire pour l’obtention du diplôme d’ingénieur en Environnement-Bâtiment-Energie et du diplôme d’ingénieur en Eau et Assainissement – 2020.
➢ La première partie sera consacrée à une présentation de l’entreprise, son domaine
d’activité, ses missions ainsi que sa politique en matière d’hygiène et de sécurité au
travail ;
➢ La seconde partie présentera le déroulement du stage et s’articulera autour des points
suivants :
• Une recherche bibliographique portant sur la consommation énergétique au
sein des UDEP ;
• Une présentation des outils de performance énergétique mis en place au sein
du Territoire Nord Bourgogne ;
• Une étude portant sur l’UDEP de Sainte-Colombe-sur-Seine. Elle sera axée
autour de son bilan énergétique suivi par des propositions d’optimisation ;
• Le dernier point présentera deux perspectives : l’une portant sur l’optimisation
des réactifs et l’autre portant sur une perspective nouvelle, innovante et
écologique à savoir la récupération de chaleur des eaux usées : la
cloacothermie
➢ Une conclusion viendra clore le rapport en présentant une synthèse des résultats
obtenus et servira de cadre pour un regard critique sur l’ensemble du travail réalisé.
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
3
Bibata AMADOU SALA ASSANE – Mémoire pour l’obtention du diplôme d’ingénieur en Environnement-Bâtiment-Energie et du diplôme d’ingénieur en Eau et Assainissement – 2020.
1ère partie : Présentation de la
structure d’accueil
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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Bibata AMADOU SALA ASSANE – Mémoire pour l’obtention du diplôme d’ingénieur en Environnement-Bâtiment-Energie et du diplôme d’ingénieur en Eau et Assainissement – 2020.
A. Situation géographique de la structure d’accueil
Multinationale française et chef de file mondial des services collectifs, Veolia intervient dans
les domaines de l’eau, de l’énergie et des déchets. Créé en 1853, l’entreprise a évolué au fil
des années tout en changeant de nom, passant de la Compagnie Générale des Eaux à Veolia
en 2003. Son organisation repose sur 550 services locaux répartis sur 67 territoires.
Situé en région Bourgogne-Franche-Comté, le Territoire Nord Bourgogne s’étend sur le
département de l’Yonne et le Nord des départements de la Nièvre et de la Côte d’Or. Il
regroupe 4 services locaux à savoir Villeroy, Auxerre, Châtillon-sur-Seine et Avallon qui est le
siège du territoire.
Figure 1: Territoire Nord Bourgogne
B. Objectifs/Missions
Veolia Eau s’est donnée pour mission l’accès à tous à une eau et à un assainissement de
qualité au cœur des enjeux d’écologie humaine et d’aménagement des territoires. Le Territoire
Nord Bourgogne compte 50 installations de production d’eau potable, 14 usines de dépollution
avec comme domaines d’interventions :
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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Bibata AMADOU SALA ASSANE – Mémoire pour l’obtention du diplôme d’ingénieur en Environnement-Bâtiment-Energie et du diplôme d’ingénieur en Eau et Assainissement – 2020.
➢ Le captage de la ressource en milieu naturel ;
➢ Le traitement et le stockage de l’eau potable ;
➢ La distribution de l’eau potable ;
➢ La collecte des eaux usées ;
➢ La dépollution des eaux usées ou industrielles ;
➢ Le suivi du milieu naturel.
Pour accomplir ces missions, le territoire dispose d’une équipe de 55 agents répartis sur
l’ensemble du territoire. L’organigramme se présente comme suit :
Figure 2: Organigramme Territoire Nord Bourgogne
C. Politique HSE
La politique de prévention santé et sécurité de Veolia repose sur 5 principaux piliers :
➢ L’implication de l’ensemble de la ligne managériale ;
➢ La formation de l’ensemble des collaborateurs ;
➢ L’amélioration de la communication et du dialogue ;
➢ L’amélioration de la gestion de la gestion des risques ;
➢ Le suivi des performances de la santé sécurité.
Dans le domaine de la production et distribution d’eau potable et d’eau de process, de la
collecte et du traitement des eaux usées, de l’accueil et du service aux consommateurs, la
politique managériale de l’entreprise lui a permis de disposer des certifications suivantes :
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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Bibata AMADOU SALA ASSANE – Mémoire pour l’obtention du diplôme d’ingénieur en Environnement-Bâtiment-Energie et du diplôme d’ingénieur en Eau et Assainissement – 2020.
➢ ISO 9001 : 2015 en ce qui concerne les exigences des systèmes de management de
la qualité ;
➢ ISO 14001 : 2015 pour le respect de l’environnement ;
➢ ISO 50001 : 2011 pour le management de l’énergie.
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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Bibata AMADOU SALA ASSANE – Mémoire pour l’obtention du diplôme d’ingénieur en Environnement-Bâtiment-Energie et du diplôme d’ingénieur en Eau et Assainissement – 2020.
2ème partie : Le déroulement
du stage
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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Bibata AMADOU SALA ASSANE – Mémoire pour l’obtention du diplôme d’ingénieur en Environnement-Bâtiment-Energie et du diplôme d’ingénieur en Eau et Assainissement – 2020.
A. Méthodologie de travail
Basée au sein de la DOP à Avallon, j’avais en charge de reprendre les missions de mon
prédécesseur. Ces missions consistent principalement à :
➢ M’occuper du montage, de la transmission et du suivi des dossiers de CEE auprès de
notre partenaire ;
➢ Procéder à un bilan énergétique sur les UDEP du TNB en vue de connaitre le matériel
énergivore et prioriser les opérations de renouvellement.
Le travail que j’ai pu accomplir tout au long de ce stage repose sur une méthodologie de
collecte et de traitement des données (Cf. Annexe 1). Cette collecte de données a nécessité
des échanges avec les responsables des 4 services locaux pour recueillir le maximum de
données sur les unités dont ils ont la gestion.
La démarche mise en place pour la réalisation de ce travail se décline comme suit :
➢ Une recherche bibliographique
Elle a consisté à rechercher dans la bibliographie les travaux qui portent sur la
performance énergétique au sein des unités de dépollution ;
➢ Une identification des outils de performance énergétique du TNB au travers de la
documentation disponible et des échanges avec les personnes en charge de la
question énergétique au sein du territoire ;
➢ L’identification et l’étude d’un site pilote ;
Pour cela, il a fallu faire un tri parmi les différentes UDEP du TNB. Ce tri était basé sur :
• la disponibilité des données ;
• l’état des lieux du site pour pouvoir faire une comparaison entre l’état actuel du
site et l’état optimisé (car entre 2019 et 2020, l’UDEP d’Avallon par exemple a
vu sa capacité augmenter avec la mise en service d’un nouveau bassin
d’aération) ;
• l’accessibilité du site.
Cette étude va donc se focaliser sur :
• le diagnostic énergétique de l’UDEP en question en recensant les données
relatives à la puissance des équipements ainsi que de leur temps de
fonctionnement ;
• le choix des indices de performances énergétiques qui permettront de situer la
consommation énergétique du site pilote en fonction des données présentes
dans la littérature ;
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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Bibata AMADOU SALA ASSANE – Mémoire pour l’obtention du diplôme d’ingénieur en Environnement-Bâtiment-Energie et du diplôme d’ingénieur en Eau et Assainissement – 2020.
• la consommation en réactifs.
La période de confinement due à la crise sanitaire du Covid 19 ayant quelque peu retardé mes
débuts sur le terrain, la première partie du stage a été consacrée aux CEE et à l’identification
des outils de performance énergétique mis en place au sein du TNB. Une fois le confinement
levé, j’ai pu passer à l’identification et à l’étude du site pilote choisi notamment à travers une
visite sur site. Cette visite m’a permis de recueillir les données relatives au fonctionnement de
l’UDEP, les caractéristiques des équipements et d’échanger avec l’exploitant.
Cette étude sera suivie par des propositions de pistes d’optimisation selon les résultats de ce
premier diagnostic énergétique.
B. Recherche bibliographique
Cette recherche bibliographique va s’intéresser aux différentes études qui ont été menées sur
la consommation énergétique des UDEP. Elle permettra de confronter les résultats qui seront
obtenus suite à l’étude du site pilote à ceux présents dans la littérature.
I. La consommation énergétique au sein des UDEP
Anciennement appelées Stations d’Epuration, les UDEP permettent de traiter les eaux usées.
Plusieurs types de systèmes existent avec des procédés de traitement reposant
principalement sur la technologie de l’étage secondaire :
➢ BA : Boues activées ;
➢ SBR : réacteur biologique séquentiel ;
➢ BRM : bioréacteurs à membranes ;
➢ BF : biofiltres ;
➢ MBBR : lits fluidisés sur supports plastiques.
Les BA, SBR et BRM sont dits des « cultures libres » car la biomasse épuratrice est maintenue
sous forme de flocs dans l’eau à traiter. Les BF, MBBR sont quant à eux considérés comme
des « cultures fixées » car la biomasse épuratrice colonise la surface d’un solide sous forme
d’un lit bactérien.
Une étude menée par l’IRSTEA permet d’appréhender la question de consommation
énergétique au sein des UDEP. Elle a reposé sur la méthodologie suivante :
➢ Une collecte des données tant au niveau national qu’au niveau international ;
➢ Une analyse détaillée des consommations selon le type de procédé.
Pour étudier les consommations selon les différents procédés, un indicateur spécifique a été
choisi : le kWh/kg DBO5 éliminée. Cet indicateur renseigne sur la consommation énergétique
selon la charge à traiter.
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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Bibata AMADOU SALA ASSANE – Mémoire pour l’obtention du diplôme d’ingénieur en Environnement-Bâtiment-Energie et du diplôme d’ingénieur en Eau et Assainissement – 2020.
Figure 3: Synthèse consommation énergétique des systèmes à "cultures libres" (IRSTEA, 2015)
La tendance, tant sur le plan national qu’international, permet de voir que les systèmes à BA
sont moins énergivores que les SBR et les BRM. Cependant, les valeurs françaises sont
supérieures à celles de la bibliographie. Cela peut s’expliquer par les différences liées au
fonctionnement des UDEP (dimensionnement, taux de charge…) et aussi à une
règlementation très exigeante en matière de performance épuratoire en France.
Cette même étude a permis de faire un état des lieux de la consommation énergétique au sein
des UDEP en fonction du type de traitement.
L’état des lieux des consommations par poste dans le cas du procédé par boues activées a
permis de faire la synthèse ci-dessous :
Figure 4: Consommation énergétique par poste (IRSTEA, 2015)
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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Bibata AMADOU SALA ASSANE – Mémoire pour l’obtention du diplôme d’ingénieur en Environnement-Bâtiment-Energie et du diplôme d’ingénieur en Eau et Assainissement – 2020.
Selon cette étude, le poste le plus consommateur est la filière Eau avec près de 80% de la
consommation énergétique globale. Au sein de cette filière, le poste le plus énergétique est
celui de l’aération biologique avec près de 57% de la consommation énergétique de la filière
Eau.
Dans cette même lancée, une étude interne a été menée au sein de Veolia en vue d’une
maîtrise de la consommation énergétique au sein des UDEP. L’exemple étudié portait sur une
UDEP à BA munie d’une aération à fines bulles et fonctionnant à faible charge.
Figure 5: Consommation énergétique par usage significatif (Veolia, 2017)
De cette étude, il ressort que la biologie est le poste le plus consommateur d’énergie.
En effet, le fonctionnement de ce poste repose en grande partie sur les surpresseurs qui
fournissent l’oxygène nécessaire à l’épuration biologique avec des consignes d’aération au
niveau bassin biologique qui la plupart du temps restent les mêmes durant toute l’année. De
même, les UDEP sont pour la plupart surdimensionnées. Or ce surdimensionnement a pour
conséquence une surconsommation énergétique de certains équipements ce qui entraine par
là des surcoûts financiers.
Tous relèvements Tous prétraitements Biologique Traitement de l’air Utilités électriques Déshydratation
Cible 2016 (kWh/an)
Référence
Mesurée 2016 (kWh/an)
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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C. Méthode d’optimisation énergétique au sein du Territoire
Nord Bourgogne
I. Veolia Pumps
Les pompes représentent un poids significatif sur la facture d’énergie et représentent un enjeu
économique et environnemental majeur. Elles représentent environ 60% de la facture
énergétique des collectivités avec une consommation électrique de 30% à 95% du coût
complet d’une pompe.
En France, au niveau de Veolia, environ 5000 pompes sont renouvelées chaque année, soit
une consommation électrique annuelle globale 1,6 GWh correspondant à un montant d’environ
180 millions d’euros par an (Veolia, 2018). L’entreprise souhaite donc s’engager avec ses
fournisseurs pour réduire le coût global de ses achats notamment ceux liés aux pompes en y
intégrant le facteur énergétique. L’outil « Veolia Pumps » s’inscrit dans ce cadre et représente
donc un instrument d’aide à la décision.
C’est une interface d’échange entre les exploitants et les fournisseurs qui a comme
objectifs de:
➢ Fournir à l’exploitant une vue instantanée des économies théoriques sur le coût
complet d’exploitation ;
➢ Contribuer à la baisse des consommations énergétiques ;
➢ Formaliser la prescription des pompes au travers d’un outil web en vue de standardiser
le parc ;
➢ Diminuer le nombre de fournisseurs.
Aussi, il permet de visualiser selon l’offre proposée par le fournisseur :
➢ Le coût total de possession (TCO) ainsi que les économies possibles sur une période
d’étude (7 ans en moyenne) ;
➢ Le Temps de Retour sur Investissement (TRI) ;
➢ La consommation énergétique annuelle avec les coûts qui lui sont associés.
Le choix de la pompe s’effectue alors en prenant en considération tous ces facteurs.
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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Figure 6: TCO renouvellement d'une pompe de forage selon les propositions des fournisseurs
Figure 7: TRI selon les propositions des fournisseurs lors du renouvellement d'une pompe de forage.
II. Les Certificats d’Economie d’Energie (CEE)
C’est l’une des mesures phares de la loi POPE de 2005 visant à encourager les économies
d’énergie.
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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Au sein du Territoire Nord Bourgogne, ce dispositif permet d’obtenir des primes lors des
opérations d’achats et de renouvellement de tout matériel qui satisfait un certain nombre de
conditions :
➢ Installation de variateurs de vitesse d’une puissance >25 kW quel que soit le moteur à
classe minima IE3 (moteur neuf ou existant) ;
➢ Renouvellement des pompes d’une puissance >375 kW pour les moteurs IE3, quelle
que soit la puissance pour les moteurs IE4 ;
➢ Renouvellement de surpresseur d’air par des surpresseurs à vis d’une puissance >18
kW ;
➢ D’installation de LED ;
➢ De récupération de chaleur issue de compresseurs d’air pour chauffer un autre local.
L’objectif étant de remplacer les équipements énergivores par ceux qui le sont moins.
Pour avoir accès à ce dispositif, Veolia travaille avec un partenaire qui se charge de toutes les
opérations et lui reverse le montant correspondant à l’opération effectuée. Une fois le devis
établi par le fournisseur, l’entreprise le transmet à son partenaire qui évaluera l’intérêt ou non
du dossier soumis et établira un accord de prix en cas de dossier éligible. Il faudra alors
transmettre dans les plus brefs délais le dossier complet (factures, bons de commande,
attestation de mise en service…).
Pour ma part, en tant que relai énergie du TNB, mon travail consiste à :
➢ Contacter les MSL pour recenser les différentes opérations d’achats d’équipements et
identifier ceux qui sont éligibles au dispositif CEE ;
➢ Contacter notre partenaire pour une demande d’éligibilité ou non en lui fournissant le
devis de l’équipement en question. Une fois la confirmation obtenue, le reste du dossier
est constitué au fur et à mesure jusqu’à la mise en service ;
➢ Veiller dans la mesure du possible à ce que les équipements qui seront choisis soient
éligibles au dispositif CEE. Car au-delà des primes, ceux éligibles permettent de
réduire la consommation énergétique du site d’installation.
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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Tableau 1: Exemples de primes CEE
Descriptif de l'opération Montant de
l'opération Date butoir
Montant de
la prime
Achat de 2 variateurs de 55 kW 23 070 € c'est la date limite de dépôt des dossiers au
près du partenaire. Elle est de 9 mois à partir
de la date de facturation en cas d'installation
en interne et celle sur le bon de commande si
l'installation est effectuée par un fournisseur
externe.
10 093,60 €
Achat d'un surpresseur à vis et du
variateur associé 6 926,40 € 3 463,20 €
Achat de 2 pompes immergées de
18,5 kW 5 924,46 € 3 395,12 €
Figure 8: Baisse de la consommation énergétique entre 2019 et 2020 suite à l'installation de nouveaux surpresseurs
III. L’optimisation des contrats d’énergie
A travers l’outil « Veolia Pumps », il est possible de visualiser les gains énergétiques potentiels
induits par le renouvellement d’un équipement. Or ce gain ne saurait être effectif sans un suivi
post-installation de l’équipement en question. D’où l’outil « EVELER ».
Cet outil permet de visualiser les consommations énergétiques associées à certaines
installations et de recevoir des notifications en cas de dépassement des puissances
souscrites.
Une fois l’équipement installé, un coup d’œil sur l’interface permet de voir la baisse ou non de
la consommation énergétique, de choisir une période d’observation qui sera à comparer avec
la même période de fonctionnement que les anciens équipements. Cette période est au
minimum d’environ 2 ans. Dès lors qu’une diminution est constatée, nous pouvons procéder à
Anciens surpresseurs Nouveaux surpresseurs
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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une réduction des puissances souscrites. Celle-ci dépend de la tarification à laquelle le site
est soumis.
Figure 9: Structure tarifaire des contrats d'énergie
Figure 10: Suivi Eveler de l'UDEP de Sainte-Colombe-sur-Seine
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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D. Etude de l’optimisation de l’UDEP de Sainte-Colombe-Sur-
Seine
I. Présentation du site pilote
Située non loin de la Seine et d’une capacité de 14 000 EH, l’UDEP de Sainte-Colombe-sur-
Seine traite les eaux provenant des communes de Sainte-Colombe-sur-Seine, Châtillon-sur-
Seine, Vix et Montliot et Courcelles. Elle est exploitée par Veolia Eau avec un débit journalier
admissible de 2550 m3/j. Le rejet étant situé en zones sensibles à l’eutrophisation, les normes
admissibles au sein de l’UDEP et celles à respecter pour le bon état du milieu de rejet sont
résumées dans le tableau ci-dessous :
Tableau 2: charges admissibles et seuils de rejet
Débit
(m3/j) Entrée de l'UDEP Sortie de l'UDEP
2550
Capacité épuratoire (kg/j) Seuils max. de rejet (mg/l) Rendement épuratoire (%)
DBO5 DCO MES NTK Pt DBO5 DCO MES NGL Pt DBO5 DCO MES NGL Pt
840 2 150 1 150 180 32 15 50 20 10 1 95 90 95 80 87
Figure 11: Situation géographique de l'UDEP de Sainte Colombe-sur-seine
UDEP de Sainte-Colombe-sur-Seine
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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C’est une station à BA, fonctionnant à très faible charge avec un traitement biologique
composé d’une dénitrification et d’une déphosphatation. Elle fonctionne selon le schéma de
principe suivant :
Figure 12: Synoptique de l’UDEP de Sainte-Colombe-sur-Seine
II. La filière eau
1. Le prétraitement
Le dégrillage
Son rôle est de retirer tous les éléments grossiers, flottants ou non des effluents en entrée de
station. Ce qui permettra de protéger les ouvrages en aval notamment les pompes. Il a une
capacité de 350 m3/h avec compactage et ensachage des refus. Ces derniers sont envoyés
en CET de classe 2.
Le dessableur/déshuileur
Il sert à retirer les sables et les graisses des eaux. C’est un ouvrage combiné
dessableur/déshuileur cylindro-conique de 5 m de diamètre. Il est équipé d’une turbine
aératrice et d’un racleur de flottants. L’extraction des sables s’effectue par air lift puis ils sont
dirigés vers un classificateur.
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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2. Le traitement biologique
Le bassin d’aération
Constituant l’un des ouvrages les plus importants au sein d’une station, le bassin d’aération
permet d’abattre la pollution dissoute à l’aide de bactéries contenues dans les « boues
biologiques ».
Au sein de l’UDEP de Sainte-Colombe-sur-Seine, ce bassin est composé de trois zones
distinctes :
➢ La zone d’anoxie d’un volume de 55 m3.
➢ La zone d’anaérobie
Elle permet d’effectuer une auto-oxydation des boues. Ce qui pousse les micro-
organismes à puiser dans leur réserve d’oxygène pour leur activité et leur reproduction
(respiration endogène). Cette zone est de 330 m3.
➢ La zone d’aération
Ici, l’aération est assurée par des aérateurs à fines bulles placés au fond du bassin et
dispose d’un volume de 3015 m3. Dans cette zone se fait l’injection du chlorure ferrique
afin d’éliminer le phosphore. En plus de l’oxygénation, ce bassin est brassé. Ce
brassage permet une mise en contact des bactéries et de la pollution en vue de
favoriser le traitement.
3. La clarification
Indispensable maillon de la chaine de traitement dans une station d’épuration et constituant la
dernière étape du processus d’épuration, le clarificateur permet l’élimination des matières
polluantes par simple décantation.
Il doit donc remplir trois (3) fonctions essentielles :
➢ Retenir le maximum de particules en suspension ;
➢ Concentrer les boues avant leur réintroduction dans le bassin d’aération ;
➢ Occuper un minimum de place.
Les boues issues de cette étape de traitement sont soit recirculées (en vue de maintenir une
flore microbienne vivante suffisante au niveau du bassin d’aération), soit extraites. La station
dispose d’un clarificateur cylindrique à fond plat de 2 230 m3. Les boues décantées sont
évacuées dans une bâche munie de 4 pompes :
➢ 2 pompes de recirculation qui véhiculent les boues au niveau de la zone anoxie ;
➢ 2 pompes d’extraction qui acheminent les boues à la table d’égouttage.
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4. Le traitement tertiaire
A ce niveau, le traitement vise une élimination complémentaire de tous les éléments
indésirables (pesticides, détergents...). Le but étant d’améliorer la qualité de l’eau restituée au
milieu naturel.
L’eau, une fois clarifiée, passe par un poste de relèvement intermédiaire. Elle sera ensuite
acheminée au niveau de la partie basse du lit de sable en traversant la couche filtrante de bas
en haut. Ainsi, les particules sont retenues et l’eau filtrée est évacuée gravitairement vers le
canal de comptage.
III. La filière boues
La filière de traitement des boues se compose de 2 principaux ouvrages :
➢ Une table d’égouttage
Les boues issues de la recirculation (ou de l’aération) sont préalablement floculées par
ajout de polymère avant leur passage sur la table d’égouttage. La siccité moyenne
obtenue en sortie de ce dispositif est de 5%.
➢ Un filtre presse à plateaux
Les boues provenant de la table d’égouttage font l’objet d’un conditionnement minéral
avant leur introduction dans le filtre presse. Ce conditionnement consiste à mélanger
les boues avec du chlorure ferrique (8 à 10%) et de la chaux (environ 35%). Les boues
en sortie du filtre seront stockées avant leur départ en épandage.
IV. Etat des lieux énergétique de l’UDEP de Sainte-Colombe-
sur-Seine
Avant tout processus d’optimisation, un état des lieux de l’UDEP doit être effectué. Ce qui
permettra de dresser une carte des consommations énergétiques de la station, d’en tirer les
postes les plus énergivores et de proposer une méthodologie d’optimisation lorsque celle-ci
est possible.
Pour ce faire, je me suis basée sur la méthodologie suivante :
➢ Réaliser un bilan global à travers l’estimation de la consommation des différents
équipements de la station ;
➢ Choisir des indicateurs qui nous permettront de mieux appréhender la performance
énergétique au sein de cette UDEP.
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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1. Bilan énergétique
Dans l’optique d’avoir une vision globale de la consommation énergétique de cette station, j’ai
procédé à une collecte de données. Cette collecte de données consiste à référencer les
différents équipements de la station et les caractéristiques suivantes :
➢ Les puissances nominales des équipements ;
➢ Leur temps de fonctionnement (tf);
➢ La tension de fonctionnement (U);
➢ L’intensité à l’aide d’une pince ampérométrique (I) ;
➢ Le facteur de puissance (cosϕ).
Une fois ces données recueillies, nous pouvons dresser un bilan des consommations des
différents équipements en utilisant la formule ci-dessous :
𝑬𝒄𝒐𝒏𝒔𝒐𝒎𝒎é𝒆 = 𝑼 × 𝑰 × 𝒄𝒐𝒔𝝓 × √𝟑 × 𝒕𝒇
Compte tenu du temps de l’absence de certaines données, il sera pour l’heure impossible
d’utiliser cette formule.
Pour estimer cette consommation selon les données disponibles, la formule ci-dessous a été
utilisée :
𝑬𝒄𝒐𝒏𝒔𝒐𝒎𝒎é𝒆 = 𝑷𝒏 × 𝒕𝒇 × 𝟎, 𝟖𝟓
Avec : Pn : puissance nominale de l’équipement
tf : le temps de fonctionnement de l’équipement
0,85 : facteur de minoration
A l’aide de la formule précédente, une première estimation des consommations énergétiques
de la station a été obtenue. Cependant, seules les données du traitement biologique ont pu
être analysé finement. (Cf . Annexe 7 )
Figure 13: Première estimation de la consommation énergétique par filière
Autres 34%
Traitement biologique
66%
Consommation énergétique par filière
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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D’après la figure 13, le traitement biologique représente à lui seul près de 66% de la
consommation globale de la station. Le traitement biologique prend en compte les postes
suivants :
➢ L’aération ;
➢ L’agitation ;
➢ La recirculation ;
➢ L’extraction des boues ;
➢ Le dégazage ;
➢ L’injection du chlorure ferrique.
Les détails sont représentés dans la figure14.
Figure 14: consommation énergétique du traitement biologique
Ici, la biologie (l’aération et l’agitation) couvre plus de la moitié de la consommation
énergétique globale de la station (61%). Ce constat se rapproche des résultats obtenus par
l’IRSTEA et l’étude interne de Veolia.
D’où la recherche de techniques en vue d’optimiser ces postes sans pour autant nuire à la
qualité de l’effluent rejeté.
2. La consommation en oxygène
Comme vue précédemment, l’aération représente près de 43% de la consommation
énergétique globale de la station. Cette consommation est liée au fonctionnement des
surpresseurs. Pour mieux appréhender cette partie du traitement, un bilan sur la quantité
d’oxygène aurait pu être effectué.
Cependant, la sonde O2 de la station était en panne lors de mon passage sur site et fera l’objet
d’un renouvellement. Ce qui a rendu impossible toute étude approfondie sur ce paramètre.
L’aération au sein de l’UDEP est asservie aux seuils haut et bas de la sonde rédox.
Cette consommation en oxygène fera donc l’objet d’une étude théorique suivie par une
proposition d’optimisation en fonction de la charge massique cible.
Aération43%
Agitation18%
Recirculation4%
Consommation énergétique par poste
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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3. Les indicateurs de performance énergétique
Pour ces indicateurs, le choix s’est porté sur 4 indicateurs. Ils permettront d’évaluer le domaine
de charge de la station (Cf. Annexe 5) ainsi que la consommation énergétique par rapport au
volume et à la charge en polluants reçus en tête de station (Cf. Annexe 6). Ces ratios seront
comparés à des ratios de référence préconisés en interne. Cependant ces références étant
données à titre indicatif, l’objectif sera de faire un état des lieux actuels et d’affiner ces ratios
en fonction de l’installation.
➢ L’énergie consommée par rapport au volume d’effluent entrant (kWh/m3)
Le volume d’effluent entrant au sein de la station est un paramètre qu’elle subit. Il
dépend du volume reçu et ce dernier est variable d’année en année.
Figure 15: Evolution du ratio kWh/m3
➢ L’énergie consommée par rapport à l’élimination de la charge polluante (kWh/kg
DCOéliminée)
Ce ratio nous indique la quantité d’énergie consommée pour le traitement de la
pollution entrante. La DCO a été choisie car elle est d’une fréquence et d’une fiabilité
d’analyse supérieure par rapport à la DBO5 et est donc plus appropriée pour
caractériser la charge polluante.
L’étude de ce ratio sur 2 années montre globalement un dépassement de la valeur de
référence. Cette dernière est de 1,3 kWh/kg DCOéliminée alors qu’elle est de 2 kWh/kg
DCOéliminée en 2018 et 1,7 kWh/kg DCOéliminée en 2019.
Un premier pic en Janvier 2018 peut s’expliquer par une panne au niveau de la
conduite d’amenée d’air des surpresseurs au bassin d’aération. Cependant, sur 2
Evolution du ratio kWh/m3
Ratio
kW
h/m
3
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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années consécutives, un pic s’observe pendant le mois d’Août. Ces pics sont dus à
l’arrivée d’une faible charge entrante en DCO contrairement aux mois précédent et
suivant. Un suivi de cette charge sera effectué avec un contrôle sur la valeur de l’année
2020.
La baisse de ce ratio de 2018 à 2019 peut s’expliquer par la mise en place de nouveaux
surpresseurs. Ces derniers sont moins énergivores que leurs prédécesseurs. Le ratio
de 2020 sera donc déterminant car il permettra d’avoir un premier aperçu de l’impact
du renouvellement des surpresseurs.
Figure 16: Evolution du ratio kWh/kg DCOéliminée
➢ Le ratio kWh/kg DBO5 éliminée
La DBO5 est l’unité de référence pour caractériser la charge organique en ce qui
concerne les aspects règlementaires. Elle doit donc être systématiquement étudiée et
indiquée.
La moyenne annuelle obtenue en 2018 est de 6,1 kWh/kg DBO5 éliminée, celle de 2019
est de 4,5 kWh/kg DBO5 éliminée pour une référence de 3,2 kWh/kg DBO5 éliminée .
Comparé aux résultats de l’IRSTEA, ces valeurs sont élevées. Notons cependant que
ce ratio a connu une baisse entre 2018 et 2019 consécutive à la mise en place des
nouveaux surpresseurs. Pour mieux appréhender la baisse de ce ratio, celui de 2020
sera à surveiller de près. Il renseignera sur la tendance d’évolution du ratio.
Ratio k
Wh
/kg D
CO
élim
inée
Evolution du ratio kWh/kg DCOéliminée
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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Tout comme l’évolution du ratio kWh/kg DCOéliminée, l’évolution du ratio kWh/kg
DBO5éliminée montre 2 pics notables. D’où le fait de voir si l’arrivée de la même faible
charge se répète cette année.
Figure 17: Evolution du ratio kWh/kg DBO5 éliminée
➢ La charge massique Cm
La charge massique ou domaine de charge représente le ratio quantité de DBO5 en
kilogramme par rapport à la masse de biomasse présente dans le bassin d’aération :
kgDBO5/ kgMVS.
Ce facteur définie le fonctionnement de la biologie au sein d’une station.
Tableau 3: valeurs repères pour la charge massique et la charge volumique (Cemagref)
Charge Forte Moyenne Faible Très faible
Charge massique (Kg DBO5/kg MVS.j) ˃ 0,5 0,2 – 0,5 0,1 – 0,2 ˂ 0,1
Charge volumique (kg DBO5/m3.j) ˃ 1,3 0,6 – 1,3 0,4 – 0,6 ˂ 0,4
Traitement de l’azote + ++++
Traitement du carbone + ++ +++ ++++
+ FAIBLE ++ MOYEN +++ BIEN ++++ TRES BIEN
L’évolution de la charge massique tout au long de l’année 2019 est résumée sur la
figure 18.
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
RA
TIO
(K
WH
/KG
DB
O5
ÉLI
MIN
ÉE)
MOIS
Evolution du Ratio (kWh/DBO5 éliminée)
2018
2019
2020
Référence(kWh/DBO5éliminée)
Ra
tio
kW
h/k
g D
BO
5 é
lim
iné
e
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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Elle montre que la station respecte son domaine de charge avec une moyenne
annuelle de 0,02 kgBDO5/kgMVS pour une référence fixée à 0,08 kgDBO5/kgMVS. Ce
qui implique une bonne performance en matière de traitement de l’azote et du carbone.
Figure 18: Evolution de la charge massique en 2019
➢ Le taux de boue
Ce taux représente la concentration en matières en suspension au niveau du bassin
d’aération. Cette concentration doit être adaptée à la charge polluante en vue de
respecter la charge massique de fonctionnement. Elle doit être maintenue inférieure à
4 g/l pour les effluents urbains afin d’éviter des risques de sous aération, des dépôts,
des surconsommations énergétiques ou encore un déséquilibre nutritionnel.
Figure 19: Evolution du taux de boues dans le bassin aéré en 2019
0,00
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
Cm
(kg
DB
O5
/kgM
VS.
j)
Mois
Charge massique
Cm(kgDBO5/kgMVS.j)
RréférenceCm(kgDBO5/kgMVS.j)
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
Tau
x d
e b
ou
es
(g/l
)
Mois
Taux de boues dans le BA
[boues] BA(g/l)
Valeur cible[boues] BA(g/l)
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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L’analyse de ce taux de boue montre qu’il varie tout au long de l’année avec des
valeurs dépassant la référence fixée. Nous avons une moyenne de 4 g/l pour une
valeur cible fixée à 3,1 g/l. Toutefois, les cinétiques de nitrification étant plus faibles
quand la température diminue, il convient de maintenir un taux de boues plus important
en hiver.
Une étude d’optimisation sur ce facteur peut être envisagée dans l’optique de faire
baisser ce taux avec un maintien du taux de 4 g/l en hiver et un taux minimum de l’ordre
de 3 g/l en période tempérée.
Au regard des différents constats, il ressort que l’UDEP de Sainte-Colombe-sur-Seine peut
être considérée comme étant une UDEP énergivore. Le choix des ratios kWh/m3, kWh/
DCOéliminée et kWh/kg DBO5 éliminée a permis de voir que ceux de la station sont supérieurs aux
préconisations internes. De même, le valeur moyenne du ratio kWh/kg DBO5 éliminée obtenue
est supérieure à celle de l’IRSTEA.
Le taux de boues dans le bassin d’aération est légèrement supérieur à la valeur cible. Or
d’après une étude interne menée sur des UDEP, une augmentation de 1 g/l de ce terme
entraine une augmentation d’environ 10% de la demande en oxygène. Ce qui aura pour
conséquence une augmentation de la consommation énergétique.
Figure 20: Influence du taux de boue sur les besoins en oxygène (Veolia, 2006)
100%
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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L’étude a fait ressortir qu’il y a un potentiel d’optimisation de l’énergie qui peut être mis en
place. Cette optimisation doit se faire sans pour autant mettre en péril le procédé de traitement
car étant lié en grande partie au processus biologique.
V. Propositions d’optimisation énergétique
L’optimisation consiste à améliorer les performances de la station tout en réduisant les coûts
de fonctionnement sans pour autant nuire aux performances de traitement actuelles.
Pour ce faire, je vais m’intéresser au poste le plus énergivore de l’UDEP à savoir l’aération.
Les données de l’année 2019 serviront de base pour l’étude d’optimisation énergétique.
1. Réduction de la consommation en oxygène
L’optimisation consistera à étudier la réduction de la consommation en oxygène et des temps
de fonctionnement.
Le manque de temps et de certaines données a constitué une limite aux solutions qui seront
proposées.
Pour déterminer la consommation théorique actuelle en oxygène, en absence des données
réelles, nous avons eu recours à la formule suivante (Source. CEMAGREF) :
𝑸𝑶𝟐 = 𝒂′𝑳𝒆 + 𝒃′𝑺𝒗 + 𝑪′𝑵à 𝒏𝒊𝒕𝒓𝒊𝒇𝒊𝒆𝒓 − 𝑪′′𝑵à 𝒅é𝒏𝒊𝒕𝒓𝒊𝒇𝒊𝒆𝒓
Avec
QO2 = besoin journalier en oxygène en kg/j
a’ = quantité d’oxygène nécessaire pour oxyder 1 kg de DBO5 (kgO2 / kg DBO5)
Le = quantité de DBO5 à éliminer en kg/j
b’ = quantité d’oxygène nécessaire au métabolisme endogène de 1 kg de MVS (kgO2
/ kgMVS)
Sv = masse de MVS dans le bassin d’aération (kg MVS)
C’ = Taux de conversion de N-NH4 en N-NO3 (kgO2/kg N-NH4 nitrifié)
C’’ = Taux de conversion de N-NO3 en N-N2 (kgO2/kg N-NO3 dénitrifié)
Nà nitrifier = Flux d’azote à nitrifier (kg/j)
Nà dénitrifier = flux d’azote à dénitrifier (kg/j)
Avec une concentration moyenne annuelle en boues dans les bassins de 4 g/l, nous obtenons
une consommation d’environ 883 kgO2/j.
Or pour réduire cette consommation d’oxygène, le seul terme sur lequel nous pouvons agir est
la consommation endogène ce qui correspond au terme « b’Sv » dans la formule. Cette
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consommation endogène étant liée à la concentration en boues dans le bassin aéré,
l’optimisation consistera alors à recalculer cette même quantité d’oxygène avec la
concentration cible en boues. A partir de ce résultat, nous déterminerons le gain potentiel
d’énergie suite à la diminution de la consommation en oxygène. Le résultat est présenté dans
le tableau ci-dessous.
Tableau 4: Gain d'énergie potentielle
Le tableau ci-dessus montre qu’il est possible de réaliser un gain énergétique. La
consommation énergétique annuel sera réduite d’environ 22% représentant ainsi un coût
d’environ 5 000€. La maitrise du taux de boues dans le bassin aéré est donc essentielle.
En effet, un relevé bathymétrique du bassin d’aération, réalisé en 2019, a révélé une
importante sédimentation des boues au fond du bassin (Cf. Annexe 8). Une maintenance est
prévue dans les prochains mois pour extraire les boues accumulées au fond du bassin et
procéder au changement de certaines rampes d’aération. A l’issue de cette maintenance, nous
aurons la consommation réelle en oxygène ainsi que le taux de boues du bassin. Une fois les
données réelles recueillies, le calcul précédent sera à reprendre pour estimer le gain réelle
réalisable.
La réduction de la fourniture en oxygène s’accompagnera d’une diminution du temps de
fonctionnement des surpresseurs.
Pour permettre un bon suivi de ce facteur au sein du bassin, le fonctionnement de la sonde O2
sera couplé à celle de la sonde rédox. Ce couplage permettra d’affiner les consignes d’aération
(Cf. Annexe 9).
E. Perspectives
Cette partie va s’articuler autour de deux points :
➢ Une optimisation des réactifs
Les réactifs constituent un poste assez couteux au sein des UDEP. Les quantités qui
sont utilisées sont pour la plupart supérieures à celles nécessaires. Il s’agira donc de
recueillir la consommation actuelle en réactifs de l’UDEP de Sainte-Colombe-sur-
Seine, d’estimer les quantités optimales ainsi que le gain potentiellement réalisable ;
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➢ S’intéresser à la cloacothermie qui consiste à récupérer la chaleur perdue au niveau
des réseaux d’assainissement.
I. Optimisation des réactifs
Au sein de l’UDEP, nous avons 2 principaux postes de consommation de réactifs :
➢ La déphosphatation physico-chimique à l’aide du FeCl3 au niveau du bassin
d’aération ;
➢ L’utilisation de polymère, de chaux éteinte Ca(OH)2 et de FeCl3 au niveau du traitement
des boues.
Nous allons nous intéresser au FeCl3 et à la Ca(OH)2. En ce qui concerne la consommation
de polymère, nous disposons de peu de données. Le tableau ci-dessous résume la
consommation de ces réactifs au cours de l’année 2019 :
Tableau 5: Masse de réactifs consommée
2019
Déphosphatation physico-
chimique Traitement des boues
FeCl3 (kg) FeCl3 (kg) Ca(OH)2 (kg) Siccité (%)
13 272 57 195 77 535 28
Pour déterminer les consommations nécessaires selon les caractéristiques de l’UDEP, nous
avons procédé à de nouveaux calculs. Ils consistent à recalculer les quantités de réactifs
nécessaires selon :
➢ La quantité de phosphore à éliminer ;
➢ La nature de l’effluent.
En ce qui concerne la quantité de phosphore à éliminer, nous avons déterminé celle de FeCl3
à introduire selon la quantité de phosphore à précipiter. Cette dernière a été calculée à partir
de la formule suivante (Source. CEMAGREF) :
𝑷à 𝒑𝒓é𝒄𝒊𝒑𝒊𝒕𝒆𝒓 = 𝑷𝒆𝒏𝒕𝒓é𝒆 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒃𝒍𝒆 − 𝑷𝒂𝒔𝒔𝒊𝒎𝒊𝒍é − 𝑷𝒔𝒐𝒓𝒕𝒊𝒆 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒃𝒍𝒆
Avec
Pentrée soluble = environ 85% du phosphore total en entrée
Passimilé = environ 1,4% de la DBO5 éliminée
Psortie soluble = valeur limite de rejet en Pt (environ 1 kg/j)
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Avec le % en poids de fer dans le réactif utilisé et en prenant comme hypothèses, pour le
conditionnement des boues, les recommandations de l’arrêté préfectoral portant sur la création
de la station d’épuration de Sainte-Colombe-sur-Seine à savoir :
➢ Injection du chlorure ferrique à environ 8 à 10% ;
➢ Injection de lait de chaux à environ 35% ;
Nous obtenons les quantités de réactifs suivantes :
Tableau 6: Gain optimisation des réactifs
2019
Déphosphatation physico-
chimique Traitement des boues
FeCl3 (t) FeCl3 (t) Ca(OH)2 (t)
Consommation réelle 13,3 57,2 77,5
Consommation estimée 13,3 13,3 46,2
Economie (€) 0 5 355 2 820
Au vu des résultats obtenus, il apparait que nous avons une surconsommation de réactifs au
niveau du traitement des boues. Cependant, même avec ces quantités consommées, la siccité
préconisée qui est de 35% n’a pas été atteinte. Cette dernière est en moyenne de 28% sur
l’année avec un maximum à 31% pendant la période estivale. La prochaine étape à ce niveau
sera de voir si une réduction de la quantité en réactifs peut être mise en place tout en atteignant
la siccité préconisée.
II. Récupération de chaleur des eaux usées
La règlementation thermique devient de plus en plus contraignante exigeant une certaine
performance énergétique des bâtiments tant sur le plan du chauffage, d’isolation, de l’ECS, de
la ventilation… Malgré ces exigences et des bâtiments de plus en plus performants sur le plan
énergétique, il demeure un poste de consommation qui reste incompressible et en sensible
augmentation : l’eau chaude sanitaire.
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Figure 21: Besoin en ECS et potentiel énergétique.
Avec des exigences de plus en plus croissantes, les systèmes de chauffage évoluent de plus
en plus vers des réseaux à basses températures qui peuvent faire appels à des sources plus
faibles ou intermittentes comme le solaire ou encore la récupération de chaleur au niveau des
eaux usées. Chaque année, de millions de kilowatts d’énergie thermique sont perdues via les
canalisations d’eaux usées. Ce qui constitue une fuite énergétique importante.
D’où la cloacothermie. Ce terme désigne la récupération de chaleur au niveau des eaux usées.
En effet, les eaux usées constituent environ 20% de la consommation énergétique totale au
sein des ménages. Elles circulent avec des températures qui oscillent entre 10°C et 20°C selon
les saisons. Si l’idée d’utilisation des eaux usées peut susciter des interrogations, il est
important de souligner qu’elles ne serviront qu’à chauffer l’ECS et le système de chauffage.
Elles ne seront en aucun cas directement en contact avec le réseau de chaleur.
Le principe est simple. Un échangeur de chaleur, contenant un fluide caloporteur (eau
glycolée…) est disposé le long des conduites d’eaux usées. Cet échangeur transportera les
calories qui lui sont communiquées vers une PAC pouvant porter des températures allant
jusqu’à 60°C. Cette énergie récupérée peut servir au chauffage ou à la climatisation. L’eau
usée ainsi séparée de son énergie reprend son bout de chemin dans le système
d’assainissement.
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Figure 22: Principe de récupération de chaleur des eaux usées (SuisseEnergie)
Trois techniques de récupération peuvent être mises en place :
➢ Au niveau des bâtiments à fortes consommations d’eau ;
➢ Au niveau des canalisation d’eaux usées
➢ Au niveau de la station d’épuration.
Figure 23: techniques de récupération de chaleur des eaux usées (SuisseEnergie).
Pour déterminer la faisabilité d’un tel système, il est nécessaire de procéder à certaines
vérifications :
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➢ Le débit d’eau nécessaire
Pour des raisons techniques, le débit du canal est pris égal au débit journalier moyen
par temps sec (Q) avec un minimum de 15 l/s.
𝑸 (𝒍. 𝒔−𝟏) = 𝑷𝒖𝒊𝒔𝒔𝒂𝒏𝒄𝒆 𝒕𝒉𝒆𝒓𝒎𝒊𝒒𝒖𝒆 𝒓𝒆𝒒𝒖𝒊𝒔𝒆
𝟑𝟐
La puissance thermique requise correspond à la puissance nécessaire pour couvrir les
besoins de chauffage du bâtiment. Celle-ci doit être au minimum de 150 kW pour que
le système soit rentable.
➢ Le potentiel énergétique de la canalisation
𝑷𝒖𝒊𝒔𝒔𝒂𝒏𝒄𝒆 𝒅′é𝒄𝒉𝒂𝒏𝒈𝒆 𝒎𝒂𝒙𝒊𝒎𝒂𝒍 (𝒌𝑾) =𝑫é𝒃𝒊𝒕 𝒋𝒐𝒖𝒓𝒏𝒂𝒍𝒊𝒆𝒓 𝒎𝒐𝒚𝒆𝒏 𝒑𝒂𝒓 𝒕𝒆𝒎𝒑𝒔 𝐬𝐞𝐜(𝒍. 𝒔−𝟏)
𝟖
Il faut aussi noter que la canalisation ou la station d’épuration doit être à proximité (maximum
300m) du lieu de consommation de chaleur.
L’un des exemples (parmi tant d’autres) de réussite de la mise en place de ce système est le
centre de formation des cheminots suisses situé à Morat en Suisse. Pendant plus de 20 ans,
les bâtiments de ce centre ont été raccordés à un système de chauffage centralisé qui utilise
l’énergie récupérée des eaux usées. Ainsi près de 48% des besoins ont pu être couverts.
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Conclusion
L’optimisation énergétique constitue un long travail nécessitant l’acquisition d’une grande
quantité de données. En effet, l’analyse sommaire que j’ai effectué tout au long de ce stage a
pour but l’étude de la faisabilité de la mise en place d’une procédure d’optimisation énergétique
au sein des stations d’épuration. Ce qui a permis de faire ressortir les points suivants :
➢ La politique d’optimisation est une « culture » déjà présente au sein de l’entreprise à
travers les différents outils de suivi des stations et l’attention particulière qui est portée
sur le choix de matériels moins énergivores lors des renouvellements ;
➢ Le bilan énergétique de l’UDEP pilote montre une station énergivore. En effet, le choix
d’indicateurs de performance énergétique a permis de comparer les valeurs de cette
station à ceux existants dans la littérature. Ce qui a permis de constater en une
première lecture la faisabilité de mise en place d’une procédure d’optimisation ;
➢ Les solutions d’optimisation énergétique proposées permettent d’avoir un gain annuel
d’environ 22%. Ce qui correspond à un gain financier d’environ 5000 €.
Cette solution repose sur une optimisation au niveau du traitement biologique qui
demeure le cœur du processus de traitement. Une étude approfondie sur site est
nécessaire pour confirmer ces premiers résultats.
Cette étude consistera principalement en une réduction du taux de boues et du temps
de fonctionnement des surpresseurs. La manipulation de ces paramètres sera suivie
d’analyses des paramètres de suivi règlementaire (DBO5, DCO, azote et phosphore)
et microbiologiques (flore bactérienne du bassin biologique) pour s’assurer de
n’impacter en aucun cas la qualité des rejets ;
➢ L’absence d’une sonde O2 fonctionnel n’a pas permis d’étudier la consommation réelle
d’oxygène du système biologique. Dès lors que la nouvelle sonde sera mise en place,
il faudra l’asservir à la sonde rédox. L’analyse des données des 2 sondes permettra de
mieux voir les périodes où l’aération est excessive et ainsi pouvoir agir sur les temps
de fonctionnement des surpresseurs ;
➢ L’utilisation des réactifs représente un autre poste pouvant être optimisé notamment
au niveau du traitement des boues. L’étude des consommations actuelles comparées
à celles estimées (par rapport aux préconisations de l’arrêté préfectoral portant sur la
création de l’UDEP de Sainte-Colombe-sur-Seine) permet de voir que cette
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consommation peut être réduite de près de 77% au niveau du FeCl3 et d’environ 40%
en ce qui concerne la chaux éteinte. Cependant, malgré l’utilisation actuelle de grande
quantité de réactifs, la siccité préconisée de 35% n’est pas atteinte. Celle atteinte au
sein de la station est d’environ 28% sur l’année 2019 avec un maximum de 31%. Il
serait d’autant plus intéressant d’avoir des boues moins liquide permettant ainsi réduire
le coût du transport.
Une étude sur site permettra de voir la possibilité de réduire les quantités utilisées à
travers la réduction du débit des pompes d’injection tout en s’assurant du respect de
la siccité des boues en sortie du filtre presse ;
➢ La cloacothermie est un système qui permettra de valoriser la chaleur issue des eaux
usées. Cette chaleur perdue demeure une ressource gratuite inexploitée. Son coût
d’investissement peut s’avérer important mais son coût d’exploitation est quant à lui
faible. Elle s’avère plus rentable pour des immeubles d’habitation, d’industries… et pas
pour des maisons individuels.
Les premiers résultats issus de cette étude sommaire montrent l’existence d’un potentiel
d’optimisation. Ils pourront servir de base pour une future étude détaillée. Aussi, cette
procédure et ces propositions d’optimisation peuvent être appliquées à d’autres sites.
De plus le contrat signé avec le SIVOM de Châtillon sur Seine arrivant à terme en 2022, des
réflexions sont en cours sur la thématique énergie ainsi que sur la réutilisation des eaux en
sortie de l’UDEP.
Toutefois, il ne suffit pas d’optimiser pour juste répondre à une contrainte énergétique. Pour
qu’une optimisation soit pérenne et efficace, il faut qu’une collaboration soit mise en place
entre les différents acteurs intervenant dans le suivi des unités de dépollution. A cette fin, il
convient que tous comprennent le bien-fondé de l’optimisation énergétique ainsi que les
enjeux qui entourent la question énergétique.
Le manque de temps ainsi que la pandémie du Covid 19 ont quels que peu limité la collecte
des données de l’UDEP de Sainte-Colombe-sur-Seine. Au-delà de cette contrainte, ce
mémoire m’a permis de mettre en place une méthodologie de travail et de travailler en
autonomie.
Ce qui a nécessité la collecte de l’ensemble des données relatives aux UDEP du TNB, de les
analyser avant de faire le choix de l’UDEP qui a fait l’objet de la présente étude. La plupart
des données que j’ai recueillies sont issues des fichiers Sandre ainsi que d’une visite sur site
qui m’a permis d’échanger avec l’exploitant. Des choix ont été faits ainsi que des hypothèses
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en vue de l’exploitation optimale de ces données. Des remises en question ont été nécessaires
tout au long de ce travail pour arriver à un résultat intéressant et exploitable. La gestion des
données au sein de la DOP ainsi que la disponibilité des supérieurs et collaborateurs a
grandement contribué à la rédaction de ce mémoire.
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Moselle. Sciences de l’ingénieur. 2016.
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d’épuration? Sciences Eaux & Territoires, IRSTEA, 2012, p. 60-63.
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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Annexes
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Annexe 1 : Diagramme de Gantt
Prise de contact
Confinement Covid 19
Recherche bibliographique
Conf-Call : Démo module Efficacité Energétique
Conf-call : Point Energie Réactive Joigny
Conf-call : Point Energie Nord Bourgogne
Suivi dossiers CEE
Conf-call : Point sur l’avancement du stage avec Mme GUITTONNEAU
Conf-call : Smartsheet Efficacité Energétique
Conf-call : Point Energie avec le DOP
Retour au bureau
Etude des différents UDEP du TNB
Etude des méthodes d’optimisation énergétique des UDEP
Conf-call : Point Energie avec le MSL de Châtillon-sur-Seine
Point Energie avec le MSL d’Avallon
Point d’avancement avec le DOP
Conf-call : Point Energie avec le MSL de Villeroy
Conf-call : Point Energie avec le MSL d’Auxerre
Conf-call : Point CEE
Visite UDEP Avallon
Choix du site à étudier
Visite UDEP Ste Colombe-sur-Seine
Point d’avancement avec le DOP
Traitement des données
Point d’avancement avec le DOP
Rédaction
Arrêt maladie
Préparation de la soutenance avec le DOP
Envoi du rapport écrit
Préparation de la soutenance avec le DOP
Présentation orale
Stage portant sur la performance énergétique au sein du TNB
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Annexe 2 : Taux de charge (Données de 2019)
La charge organique moyenne reçue au sein de l’UDEP de Ste Colombe-sur-Seine représente 25% de sa capacité nominale. La charge hydraulique quant à
elle est en moyenne de 63% et près de 196% en charge maximale.
2019 UDEP Ste Colombe-Sur-Seine
Débit moyen (m3/j)
Débit max (m3/j)
Débit min (m3/j) Débit
admissible (m3/j)
Taux de charge moyen
(%)
Taux de charge max
(%)
Taux de charge min
(%) Débit (m3/j)
1600 5003 604 2550 63% 196% 24%
Charge moyenne (kg/j)
Charge maximale (kg/j)
Charge min (m3/j)
Charge admissible
(kg/j)
Taux de charge moyen
(%)
Taux de charge max
(%)
Taux de charge min
(%)
MES 325 658 61 1 150 28% 57% 5%
DCO 601 1562 210 2 150 28% 73% 10%
DBO5 209 397 89 840 25% 47% 11%
NTK 77 129 45 180 43% 72% 25%
Pt 10 22 4 32 30% 68% 13%
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Annexe 3 : fréquence des analyses
2 types d’analyses sont effectuées par un laboratoire externe :
➢ 1 bilan partiel ;
➢ 1 bilan complet qui portera sur l’ensemble des paramètres.
Paramètres Fréquence minimale de prélèvement par
an
Cas général en entrée et en sortie de l'UDEP
Débit 365
pH 24
MES 24
DBO5 12
DCO 24
NTK 12
NH4 12
NO2 12
NO3 12
Pt 12
Cas général en sortie Température 24
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Annexe 4 : rendements épuratoires
Dans l’ensemble, l’UDEP respecte les normes de rejets auxquelles elle est soumise. Les rendements minimales observés le sont sur une moyenne journalière.
Sortie UDEP
Rendement moy.(%)
Rendement max.(%)
Rendement min.(%)
Normes de rejet
min.(%) Concentration
moy. (mg/l) Concentration
max. (mg/l) Concentration
min. (mg/l) Seuil max de rejet (mg/l)
UDEP Ste Colombe-Sur-Seine
MES 5,4 8,8 2,2 20 98% 99% 91% 95%
DCO 43,2 34 10 50 93% 96% 84% 90%
DBO5 6,2 3 3 15 97% 99% 94% 95%
NGL 6,1 12,2 3,31 10 86% 95% 43% 80%
Pt 0,3 0,68 0,08 1 97% 99% 89% 87%
< à la norme de rejet
≥ à la norme de rejet
Normes de rejet
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Annexe 5 : Evolution des charges massique et volumique en 2019
Mois Débit (m3/j)
Volume bassin
aéré (m3)
Flux de DBO5 (kg/j)
Flux de MES (kg/j)
[boues] bassin
aéré (g/l)
Part de MVS/MES
(%)
Cv (kgDBO5/m3)
Cv cible (kgDBO5/m3)
Cm (kgDBO5/kgMVS)
Cm cible (kgDBO5/kgMVS)
Janvier 2110 3400 223 649 4,5 70 0,07 < 0,4 0,02 0,08
Février 2180 3400 146 318 4,5 70 0,05 < 0,4 0,01 0,08
Mars 2412 3400 240 490 4,4 70 0,09 < 0,4 0,02 0,08
Avril 1378 3400 205 826 4,3 70 0,06 < 0,4 0,02 0,08
Mai 1383 3400 316 850 4,3 70 0,08 < 0,4 0,03 0,08
Juin 887 3400 242 911 5,0 70 0,06 < 0,4 0,02 0,08
Juillet 761 3400 216 1309 3,8 70 0,07 < 0,4 0,02 0,08
Août 720 3400 89 326 3,4 70 0,03 < 0,4 0,01 0,08
Septembre 819 3400 205 1102 3,9 70 0,07 < 0,4 0,02 0,08
Octobre 1094 3400 171 1095 3,4 70 0,05 < 0,4 0,02 0,08
Novembre 1852 3400 267 1023 3,3 70 0,08 < 0,4 0,03 0,08
Décembre 3603 3400 188 342 3,3 70 0,08 < 0,4 0,02 0,08
Moyenne 1600 3400 209 770 4 70 0,07 < 0,4 0,02 0,08
≤ à la valeur cible
> à la valeur cible
Valeur cible
Performance énergétique au sein des UDEP Veolia du Territoire Nord Bourgogne, France.
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Bibata AMADOU SALA ASSANE – Mémoire pour l’obtention du diplôme d’ingénieur en Environnement-Bâtiment-Energie et du diplôme d’ingénieur en Eau et Assainissement – 2020 .
Annexe 6 : Suivi des indices de performance énergétique en 2019. Ce suivi des IPE de l’année 2019 montre :
➢ la charge massique de fonctionnement de l’UDEP est respectée ;
➢ la concentration des boues dans le bassin aéré reste supérieur à la valeur cible ;
➢ les ratios kWh/kg DCOéliminée et kWh/kg DBO5 éliminée sont supérieurs aux références avec un pic maximal au mois d’Août. En analysant les données 3
ans auparavant, il ressort que ce pic s’observe à partir de 2018. Il est dû à une faible charge en entrée de l’UDEP. Ce qui entraine une surconsommation
énergétique.
Volume (m3)
Energie consommée
(kWh)
Ratio (kWh/m3)
Référence (kWh/m3)
Ratio (kWh/kg
DCOéliminée)
Référence (kWh/kg
DCOéliminée)
Ratio (kWh/DBO5
éliminée)
Référence (kWh/DBO5
éliminée)
[boues] bassin
aéré (g/l)
Cible [boues]
bassin aéré (g/l)
Cm (kgDBO5/ kg MVS)
Référence Cm
(kgDBO5/kg MVS)
UDEP Sainte-
Colombe-sur-Seine
Janvier 65 417 31 410 0,5 0,7 1,5 1,3 4,8 3,2 4,5 3,1 0,02 0,08
Février 61 043 24 884 0,4 0,7 2,4 1,3 6,5 3,2 4,5 3,1 0,01 0,08
Mars 74 775 25 336 0,3 0,7 1,5 1,3 3,6 3,2 4,4 3,1 0,02 0,08
Avril 41 337 28 092 0,7 0,7 1,4 1,3 4,7 3,2 4,3 3,1 0,02 0,08
Mai 42 864 27 674 0,6 0,7 0,9 1,3 2,9 3,2 4,3 3,1 0,03 0,08
Juin 26 604 30 431 1,1 0,7 1,8 1,3 4,2 3,2 5,0 3,1 0,02 0,08
Juillet 23 602 28 753 1,2 0,7 1,6 1,3 4,4 3,2 3,8 3,1 0,02 0,08
Août 22 323 21 746 1,0 0,7 3,8 1,3 8,2 3,2 3,4 3,1 0,01 0,08
Septembre 24 576 20 853 0,8 0,7 1,4 1,3 3,4 3,2 3,9 3,1 0,02 0,08
Octobre 33 925 20 553 0,6 0,7 1,1 1,3 4,1 3,2 3,4 3,1 0,02 0,08
Novembre 55 561 21 687 0,4 0,7 1,1 1,3 2,8 3,2 3,3 3,1 0,03 0,08
Décembre 111 702 24 174 0,2 0,7 1,7 1,3 4,4 3,2 3,3 3,1 0,02 0,08
Bilan 583 729 305 593 0,7 0,7 1,7 1,3 4,5 3,2 4,0 3,1 0,02 0,08
≤ à la valeur de référence ou à la valeur cible
> à la valeur de référence ou à la valeur cible
Valeur cible ou valeur de référence
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Bibata AMADOU SALA ASSANE – Mémoire pour l’obtention du diplôme d’ingénieur en Environnement-Bâtiment-Energie et du diplôme d’ingénieur en Eau et Assainissement – 2020 .
Annexe 7 : Bilan des consommations énergétiques de l’UDEP de Ste Colombe-sur-Seine
Ce premier bilan permet d’avoir un premier aperçu des postes de consommation énergétique. Cependant, les seules données du traitement biologiques sont
exploitables. Celles des autres filières ne sont soient pas disponibles ou pas exploitables. La consommation calculée à partir des données obtenues représente
près de 69% de la consommation énergétique annuelle.
Filières de traitement Conso/filière
(kWh/an) %
Conso/filière (kWh/an)
% Consommation
annuelle (kWh/an)
Traitement physique Dégrillage 0 0
381 0,12%
305 593
Dessableur/Déshuileur 381 0,12%
Traitement biologique
Agitation 55766 18,2%
200805 65,71%
Aération 130473 42,7%
Recirculation 12559 4,1%
Physico-chimie 144 0,0%
Extraction des boues 1532 0,5%
Bassin tampon 0 0,0%
Dégazage 331 0,1%
Clarification Clarificateur 1866 0,61% 1866 0,61%
Traitement des boues
Table d'égouttage 575 0,19%
8145 2,67%
Filtre presse - -
Préparation réactifs 3595 1,18%
Conditionnement des boues 3975 1,30%
Ventilation
Local déshydratation - -
- -
Local surpresseur - -
CTA - -
Bâtiment d'exploitation Lumière - -
- -
Chauffage - -
Total 211 197 69%
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Bibata AMADOU SALA ASSANE – Mémoire pour l’obtention du diplôme d’ingénieur en Environnement-Bâtiment-Energie et du diplôme d’ingénieur en Eau et Assainissement – 2020 .
Annexe 8 : Relevé bathymétrique Réalisé en Juillet 2019, ce relevé bathymétrique réalisé grâce à un drone a permis de cartographier la sédimentation des boues au fond du bassin d’aération. Suite à ces mesures, la hauteur de sédimentation moyenne obtenue est de 0,37m avec un volume minimum de sédiment mesuré estimé à 181m3.
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Bibata AMADOU SALA ASSANE – Mémoire pour l’obtention du diplôme d’ingénieur en Environnement-Bâtiment-Energie et du diplôme d’ingénieur en Eau et Assainissement.
Annexe 9 : Couplage sonde O2 et sonde rédox
Ce couplage consiste à mettre sur un même graphe la courbe rédox et celle de O2 comme le
montre la figure ci-dessous. Il permettra de voir les plages d’aération et celles d’arrêt de
l’aération, d’estimer la consommation en oxygène ainsi que le degré d’oxydation du bassin.
Cela permettra de mieux piloter les phases d’arrêt et de fonctionnement des surpresseurs.
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