rapport de stage fi5

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.


ii


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.


iii


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.


iv


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.


v


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)


vi


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


vii


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


viii


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


ix


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


1


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 :


2


➢ 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.


3


1ère partie : Présentation de la

structure d’accueil


4


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 :


5


➢ 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 :


6


➢ 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.


7


2ème partie : Le déroulement

du stage


8


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 ;


9


• 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.


10


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)


11


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)


12


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.


13


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.


14


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.


15


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


16


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


17


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


18


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.


19


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.


20


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.


21


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


22


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


23


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


24


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


25


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


26


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)


27


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%


28


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


29


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 ;


30


➢ 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)


31


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.


32


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.


33


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 :


34


➢ 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.


35


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


36


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


37


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.


38


Bibliographie

SADOWSKI, A.G. Méthode de calcul d’une filière de traitement : Boues activées – très faible

charge- nitrification et dénitrification traitement du phosphore. ENGEES, Mars 2002. 103 p.

MÜLLER et al. L’énergie dans les stations d’épuration. Berne :Office Fédéral de

l’Environnement des Forêts et du Paysage,1996. 257 p.

AZIMI, ROCHER. Stratégie d’optimisation énergétique au sein d’une station d’épuration. Cas

du Siaap. TSM Numéro 5, 2016, p. 17-33.

AMORCE. Gestion des boues de station d’épuration. Série technique DT 52, Novembre 2012,

p. 3-29.

Ministère de l’agriculture, de l’alimentation, de la pêche et des affaires rurales. Traitement du

phosphore dans les petites stations d’épuration à boues activées. Document technique

FNDAE n°29_a, Octobre 2002, p. 9-24.

Ministère de l’agriculture, de l’alimentation, de la pêche et des affaires rurales. Traitement du

phosphore dans les petites stations d’épuration à boues activées. Document technique

FNDAE n°29_b, Octobre 2002, p. 26-37.

Ministère de l’agriculture et de la pêche. Insufflation d’air fines bulles : application aux stations

d’épuration en boues activées des petites collectivités. Document technique FNDAE N°26,

2002, p. 7-26.

PERRAUDIN, L. Copil Energie Territoire Nord Bourgogne. 2019.

Ministère de l’agriculture, de l’alimentation, de la pêche et des affaires rurales. Prédiction des

capacités d’oxygénation en eau claire des systèmes d’insufflation d’air. Document technique

FNDAE n°31, Septembre 2003, p. 3-7.

DUCHENE et al. Réflexion sur les paramètres de qualité exigés pour les rejets de stations

d’épuration. Ingénieries N°29, Mars 2002, p. 59-67.

EPNAC. Ouvrages de traitement par boues activées : guide d’exploitation. Janvier 2015, 85 p.


39


J.P. Canler et al. La réduction des boues par voie biologique par le procédé MycET. Document

technique FNDAE N°39, Mars 2013, p. 8-13.

IRSTEA, Agence de l’eau Rhône Méditerranée Corse. Consommation énergétique du

traitement intensif des eaux usées en France : état des lieux et facteurs de variation.

Décembre 2017, 117 p.

FNDAE. Application des énergies renouvelables à la potabilisation et à l’épuration des eaux

usées. Document Technique FNDAE N°23, 1999.

ENGREF, Office international de l’eau. La consommation énergétique dans le secteur de

l’assainissement. Février 2008, 37 p.

Aurèle de Mallard. Réhabilitation de la station de traitement des eaux usées de Corny-sur-

Moselle. Sciences de l’ingénieur. 2016.

NGUYEN, Dinh-Huan. Optimisation de la conception et du fonctionnement des stations de

traitement des eaux usées. Thèse pour l’obtention du titre de docteur de l’Université de

Lorraine : Université de Lorraine : 2014. 211 p.

J.P. Tabuchi, A. Héduit. Vers une plus grande autonomie énergétique des stations

d’épuration? Sciences Eaux & Territoires, IRSTEA, 2012, p. 60-63.


40


Annexes


41

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 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


Traitement des données


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


42


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%


43


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


44


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


45


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


46


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


47


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%


48


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.


49

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.

rapport de stage fi5

Documents