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Réaliser 30% d'économies d'énergie sur un poste qui représente jusqu'à 70 % des dépenses énergétiques, c'est possible ? Atlas Copco le pense et s'attache à convaincre constructeurs et exploitants de stations d'épuration d'opter pour la technologie à vis sur laquelle est basée sa nouvelle gamme de surpresseurs ZS, susceptible de générer une économie d'énergie voisine de 30% par rapport à un surpresseur traditionnel à lobes de type « Roots ». Explications.

Bien que le grand public l'ignore trop souvent, l'air comprimé est largement présent au sein des procédés. Mais tous les industriels le savent : bien peu d'usines seraient capables de fonctionner si l'utilité « air comprimé » venait à manquer. Une réalité que les exploitants de stations d'épuration ont intégré depuis longtemps : à la base de toute aération, l'air comprimé joue un rôle majeur au sein de leurs process, en filières eau comme en filières boues. C?est aussi un poste d'exploitation très important qui peut représenter jusqu'à 70% des coûts énergétiques d'une station d'épuration. C?est dire qu'en station d'épuration, outre le respect des normes de rejets qui dépend directement de ce process, toute démarche d'efficience énergétique passe nécessairement et avant tout par une analyse très fine du procédé aération pour que chaque kilowatt dépensé le soit de la façon la plus efficace possible. Cela passe bien évidemment par une surveillance très fine des équipements d'aération tels que les aérateurs, les diffuseurs, ou les agitateurs, mais aussi et surtout par des équipements moins visibles car situés plus en amont : les compresseurs et surpresseurs qui jouent un rôle clé au sein de chaque station d'épuration. Compresseurs et surpresseurs : un rôle clé au sein de chaque station d'épuration L?air basse pression, à la base de nombreux process, peut être généré par des technologies de compression reposant sur des principes différents : la compression dynamique, sur laquelle repose toutes les machines centrifuges, est basée sur une accélération de l'air à l'aide d'une roue, d'un passage dans un canal relativement étroit puis dans un diffuseur qui va diminuer brutalement la vitesse de l'air. La différence des énergies cinétiques va se traduire par une élévation de la pression. La compression volumétrique obéit à un principe différent, fondé sur une élévation de la pression obtenue en enfermant une quantité de gaz dans un espace clos et en en réduisant le volume : c'est le principe de la pompe à vélo. Beaucoup de technologies reposent sur le principe de compression volumétrique : palettes, anneaux liquide, vis, spirales ?etc. La plus répandue, au sein des stations de traitement des eaux usées, fait appel à la technologie à lobes appelée « Roots », introduite à la fin du 19ème siècle : elle met en oeuvre une paire de rotors synchronisés à deux ou trois lobes, tournant à l'intérieur d'un carter de forme ovale et entrainés par un moteur externe. La rotation des lobes entraîne l'air aspiré vers l'orifice d'échappement, sans réduction de son volume. C?est le refoulement de l'air, de la tuyauterie vers le surpresseur, qui provoque l'augmentation de la pression. Au fil des décennies, la technologie a bénéficié d'avancées successives, passage de 2 à 3 lobes, principalement pour réduire le niveau de pulsations, sans toutefois apporter d'amélioration du rendement énergétique. D?où le sentiment que cette technologie était arrivée à un palier. C?est en tout cas l'avis de Patrick Binjamin, d'Atlas Copco. Après avoir supervisé le service technique puis le service après-vente de la filiale française Atlas Copco Compresseurs, l'homme, aujourd'hui Chef de marché de la division basse pression du constructeur suédois, associe une expertise peu commune dans le domaine de l'air comprimé basse pression à une bonne connaissance du secteur de l'eau. Il explique : ?Nous pensons chez Atlas Copco que nous sommes à l'aube d'un changement de technologie de surpression en stations d'épuration. C?est une évolution probablement aussi importante que celle intervenue lors du passage du piston à la vis, il y a une trentaine d'années?. Ce qui est reproché à la technologie du lobe rotatif ? « Un rendement énergétique qui n?excède pas 60% sur une machine pour un taux d'utilisation variable de 60 à 100% selon les process?. Atlas Copco s'est donc penché sur le sujet en développant un compresseur adapté aux besoins du secteur de l'eau et caractérisé par un rendement plus compatible avec les enjeux environnementaux actuels. Résultat : une gamme de surpresseurs exploitant les avantages de la technologie à vis. Une gamme de surpresseurs exploitant les avantages de la technologie à vis En se basant sur les lois de la thermodynamique, Atlas Copco a identifié le moyen d'améliorer les rendements énergétiques de l'air basse pression en utilisant la compression interne au lieu de la compression externe. Ce choix technique a abouti au lancement en 2006 de la première gamme de surpresseurs ZS. Au plan technique, ce développement est issu de l'expertise d'Atlas Copco dans la technologie de la vis exempte d'huile. « Pour concevoir une machine adaptée au secteur de l'eau, l'enjeu était centré sur la meilleure façon d'adapter le taux de compression d'un étage à la basse pression » précise Patrick Binjamin. Les résultats sont là : la gamme ZS consomme en moyenne 30 % d'énergie en moins que les surpresseurs à lobes. Pour attester ce résultat, les performances énergétiques du nouveau surpresseur à vis ZS ont été comparées à celles d'un surpresseur tri-lobes par l'organisme allemand indépendant Technische Überwachungs-Verein (TÜV), conformément à la norme internationale ISO 1217 pour la mesure du débit d'air libre à la sortie de l'unité, qui devrait être validée au niveau européen courant 2011 pour le marché de la basse pression. « Il s'agit donc du débit réellement disponible, net de toute perte, et non du volume aspiré » souligne Patrick Binjamin. « Ces essais ont démontré, qu'à 0,5 bar, le ZS consomme 23,8 % de moins qu'un surpresseur tri-lobes. Et à 0,9 bar, l'économie d'électricité atteint 35 % ». Un chiffre qui ne devrait pas laisser insensible les exploitants de plus en plus nombreux à soigner le bilan énergétique de leurs process. D?autant que les atouts de la gamme ZS qui propose des surpressions de 300 à 1250 millibars ne s'arrêtent pas là. Ils sont également conçus pour fournir de l'air certifié zéro trace d'huile selon la norme ISO 8573-1 classe 0, un air dont la température est de l'ordre de 15° à 20° degrés inférieure à celui fourni par les modèles « Roots » ce qui permet de ménager les équipements placés en aval du surpresseur, notamment les membranes de diffuseurs. Par ailleurs, l'entretien est simplifié : pas de lignage moteur, pas de courroies des intervalles entre vidanges portés à 16 000 heures ou 2 ans. L?étage de compression est garanti 5 ans. Reste le surcoût que constructeurs et exploitants devront accepter de débourser pour alléger leurs coûts d'exploitation. Patrick Binjamin l'estime à 20% et évalue à moins de 2 ans en moyenne, le temps de retour sur investissement supplémentaire par rapport à une machine de type « Roots » : « un temps très court, eu égard à la durée de vie de ces machines ». En France, cette technologie qui implique un changement dans la façon d'aborder les investissements trouve un écho grandissant. Il est vrai que les traiteurs d'eau et les opérateurs ont tout à y gagner, tant sous l'angle des économies d'exploitation avec, à la clé, un moindre coût à répercuter sur la collectivité, que sous l'angle de la maîtrise de l'empreinte carbone. Vincent Johanet