Des maths pour des stations d'épuration maîtrisées

Les stations d'épuration sont des systèmes dynamiques, soumis à d'importantes variations. La modélisation sert à décrire mathématiquement les réactions en simplifiant les phénomènes. Une fois calés, les modèles deviennent de précieux outils d'aide à la décision pour une épuration fiable et performante dans le temps.

Les principaux modèles utilisés à Irstea sont ceux de la famille ASM (Activated Sludge Model) décrivant le traitement biologique du carbone, de l’azote et du phosphore dans les eaux usées. Une fois intégrés à des logiciels de simulation, ils doivent être calés pour chaque station d'épuration avant de pouvoir faire des prévisions précises pour des événements particuliers : variation de qualité et de flux des eaux usées, épisodes pluvieux, pannes d’équipements, etc.

Caler les paramètres d’un modèle, c’est-à-dire vérifier son aptitude à décrire le fonctionnement réel observé, nécessite d'avoir des données de fonctionnement fiables et très détaillées de l’installation. En général, ces données proviennent de stations pilotes. À Irstea les chercheurs privilégient une autre voie unique en son genre. Elle consiste à suivre différents paramètres biologiques et physiques sur le long terme via des capteurs installés directement dans la station d'épuration. Les données nombreuses viennent en complément de celles fournies par le dispositif de supervision enregistrant tous les événements sur les appareils (pompes, vannes, surpresseurs, etc.).

 

Un premier suivi de 22 mois réalisé dans une station d'épuration de Toulouse a permis de caler le modèle ASM pour le traitement de l'azote par boues activées. Cette étape importante garantit que le modèle reflète au mieux la réalité de la station d'épuration ; il devient alors un véritable outil de recherche pour améliorer la performance et la gestion des procédés.

La démarche scientifique développée sur les stations à boues activées s'est ensuite étendue aux bioréacteurs à membranes (BAM). Apparues en France au début des années 2000, ces technologies en plein essor aujourd'hui suscitent encore de nombreuses interrogations. Des travaux menés sur plusieurs stations réelles ont démontré que les modèles ASM étaient applicables aux BAM. En ajoutant un modèle décrivant la filtration par les membranes, les chercheurs espèrent évaluer et réduire les besoins énergétiques de ce nouveau procédé.