Développement d'un service outillé permettant le suivi des performances des unités de méthanisation

Le constat qui en découle est le suivant : les procédés commercialisés en France sont, à ce jour, dépourvus d’outils de monitoring en mesure d’optimiser et sécuriser le fonctionnement des unités, qui s’avèrent, de fait, bien plus complexes à piloter que celles basées sur des rations majoritairement composées de maïs.

Fort de ce besoin latent, la société Biogas View a conçu un service outillé, associant les nouvelles technologies de l’information, permettant de suivre en temps réel tous les paramètres de fonctionnement et les indicateurs de performances qu’ils soient biologiques, techniques, énergétiques et financiers.

À l’issue d’une période d’observation de six mois de cette solution sur un site en fonctionnement, un bilan sur les avantages induits a été établi :

• Réduction de temps consacré par l’exploitant au suivi d’exploitation et suivi administratif : acquisition et traitement automatisé des données ; élaboration de rapport et de bilan automatique répondant aux obligations déclaratives ;
• Réduction des risques liés aux accidents biologiques ;
• Optimisation des performances de l’installation grâce à un pilotage proactif ;

Le projet d’innovation présenté ci-après vise donc à répondre aux besoins latents exprimés par les acteurs du marché de la méthanisation. Ces attentes ont été identifiées dans le cadre d’une étude de deux ans réalisée pour le compte de l’Ademe, dont l’objectif était la réalisation d’un audit de performance par un suivi technique, biologique et économique de onze installations de méthanisation. Cette étude a mis en exergue l’intérêt de développer un « service outillé » visant à optimiser et sécuriser la conduite des unités de méthanisation ainsi que de faciliter les échanges et interactions entre les partenaires associés au projet.

Déroulement du programme d’innovation

Après avoir réalisé une maquette, sous Excel, reflétant de manière simplifiée les fonctionnalités de l’outil visé, nous avons pu rédiger un cahier des charges techniques de la nomenclature des données brutes à relever, des solutions d’acquisitions à mettre en œuvre, de la base de données d’archivage et de centralisation des

données, et des fonctionnalités de la plateforme d'exploitation ad hoc.

À l'issue de la phase de conception de ces outils, l’étape suivante a consisté en la mise en œuvre d'un prototype au sein d'un méthaniseur en exploitation afin de valider la pertinence des choix techniques retenus. L'installation agricole de M. Alain Guillaume, située à Plélo (35) et mise en route début 2009, a donc été choisie. L’unité a été construite par AEB Méthafrance en partenariat avec Biogaz Hochreiter. Cette installation présente une technique particulière dite « tank-in-tank », à savoir deux cuves de digestion concentriques. Semi-enterré, le post-digesteur, encerclé par le digesteur, est surmonté d'un gazomètre et est alimenté par surverse. Le biogaz est valorisé par trois cogénérateurs dont un fonctionne en dual fuel.

À l'instar de la plupart des installations de méthanisation agricole, nous avons constaté que l’unité de GAZEA disposait d'une automatisation et d'une instrumentation sommaires ne répondant, en l’état, que très partiellement aux exigences d’un suivi d’exploitation efficace et performant, lequel impose le suivi de paramètres de fonctionnement et d'indicateurs de performances biologiques, techniques et énergétiques. Or, l'instrumentation initialement prévue sur une unité de méthanisation lors de sa construction relève principalement d'une réponse aux besoins du constructeur en matière de contrôle-commande, et non à ceux d'un suivi complet d’exploitation. À titre d’exemple, des sondes transmettent la température des digesteurs à un automate qui agit en conséquence sur une vanne ou une pompe pour maintenir cette température à une consigne donnée.

Il est à noter que la vocation de cette solution n’est pas de se substituer aux fonctions de contrôle-commande de l’automate mais s’inscrit au contraire dans une logique de complémentarité afin de pallier ses insuffisances en termes de suivi complet d’exploitation.

Description des paramètres nécessaires pour réaliser un suivi d’exploitation

Des analyses sur les matières entrantes doivent être réalisées en amont du projet pour valider les hypothèses de composition, de dimensionnement et de rendement et ainsi sécuriser le projet (TMS, BMP, ...). Pendant la période d’exploitation de l’unité, les analyses (réalisées sur le digesteur, sur le biogaz et sur les digestats) permettent de suivre son fonctionnement et donc d’adapter l’exploitation pour éviter les accidents biologiques, assurer une production maximale de biogaz et un digestat de qualité. Les analyses portant sur le digestat permettent d’adapter la quantité de digestat à apporter aux plantes afin d’être au plus près de leurs besoins. Les unités de méthanisation sont suivies à l’aide de plusieurs paramètres.

On distingue 3 types de paramètres :

• • Les paramètres imposés au système de fermentation : la charge organique, la température, le temps de séjour (résultante de la charge organique et du volume utile du réacteur).
• • Les paramètres de fonctionnement : reflètent l’état de fonctionnement du milieu de fermentation. Ils sont mesurés tout au long de l’expérimentation.
• • Les paramètres de performance : reflètent le niveau de production du scénario simulé. Ils sont calculés à partir des valeurs de suivi ; les comparaisons de performances se font à partir de la moyenne hebdomadaire.

Au vu de l’ensemble des paramètres à suivre, on se rend compte de la complexité pour un exploitant agricole de mettre en place un suivi d’exploitation exhaustif et proactif.

Description de la solution technique développée

Acquisition des données

La réalisation d’un suivi efficace et réactif d'une installation de méthanisation passe nécessairement par la récupération et la centralisation des données d’exploitation brutes, relatives à chaque site. Cette récupération peut être automatique ou manuelle en fonction des équipements de mesure disponibles sur site. Il est donc important de proposer la mise en œuvre de deux solutions complémentaires pour répondre à ces besoins :

• – Mise à disposition d’un support mobile type tablette tactile embarquant une application dédiée permettant la saisie des données brutes par l’exploitant et leur transfert automatique vers la base de données dédiée.
• – Adaptation d'un module d’acquisition automatisé permettant le relevé des données brutes et leur transfert vers la base de données dédiée, sans intervention de l'exploitant.

Ces deux solutions ont été conçues pour répondre à l'ensemble des configurations possibles et travailler si besoin de concert pour la récupération des données d’exploitations brutes nécessaires au suivi. Elles sont synchronisées à une seule et même base de données, élément central de l’outil de suivi.

Base de données (stockage et contrôle)

La base de données constitue le cœur du système. Elle a été conçue pour intégrer et centraliser les données spécifiques aux unités de méthanisation. Ce système crée ainsi un guichet unique pour l’accès aux données recueillies par le module d’acquisition, par l’outil de saisie ou ajoutées par nos soins (caractérisation laboratoire des intrants par exemple). Il est déporté et hébergé dans un datacenter administré par un prestataire spécialisé garantissant le plus haut niveau de sauvegarde des données et de confidentialité.

Application de saisie

Pour la majorité des installations de méthanisation, l’acquisition des paramètres nécessaires à la réalisation du suivi n'est pas intégralement automatisable. Comme décrit précédemment, certaines variables relèvent de l’estimation de l’exploitant (intrants et volume de digestat traité par exemple) ou sont accessibles par lecture directe sur une instrumentation dépourvue de sortie (régulateur de température basique). Il est donc primordial de proposer un outil complémentaire de récupération guidée pour ces données essentielles. Cet outil devait conjuguer fiabilité et ergonomie.

Dans ce but, en s’appuyant sur les nouvelles technologies d’information et de mobilité, nous mettons à disposition de chaque exploitant un support mobile de type tablette tactile sur lequel est embarquée une application dédiée permettant la saisie des variables nécessaires et leur transmission à la base de données.

Le caractère mobile de cet outil offre la possibilité à l’exploitant d’agir sur le

formulaire depuis n’importe quel emplacement de son site en évitant par la même occasion la multiplication des supports et la perte d'information à la recopie.

Plateforme d’exploitation :

La plateforme de supervision et d’exploitation des données a été conçue pour offrir une solution ouverte et universelle capable de prendre en charge l’hétérogénéité des infrastructures de production d’énergie sans frein lié à la technologie, à la typologie des infrastructures, aux interfaces, ou aux langages de communication utilisés par les équipementiers. Cet objectif a imposé la conception d'une structure logicielle purement orientée objet particulièrement flexible et évolutive.

Résultats fonctionnels :

— Visualisation des données d’exploitation et indicateurs de performances

• * Graphiques et tableaux de bord dynamiques
• * Construction d’indicateurs personnalisés
• * Détection aisée des éventuelles dérives biologiques ou énergétiques
• * Alertes mails personnalisées

— Optimisation de la productivité

• * Rapports d’exploitation périodiques automatiques
• * Rapports répondant aux obligations déclaratives : DREAL ; DDPP (outil de traçabilité favorisant l’agrément sanitaire et l'élaboration du plan de fertilisation) ; ADEME ; ANSES etc.

— Gestion du plan de maintenance

• * Rappel configurable pour la maintenance préventive

— Communication et transmission vers les parties prenantes du projet

• * Plateforme collaborative : accès multi-utilisateurs
• * Réalisation des bilans
• * Détermination des indicateurs pertinents
• * Mise en relation avec une équipe d’experts pour répondre aux besoins

— Archivage des données

• * Hébergement des données sur un serveur sécurisé
• * Analyses comparatives avec des périodes antérieures

Conclusion

À l’issue de six mois d'utilisation de la solution Methassur sur le site de Gazea, les

valeurs ajoutées suivantes (cf. schéma ci-contre) ont pu être identifiées.

Ainsi, cette innovation s'inscrit dans une démarche d’outil « d'aide à la décision » en offrant un cadre et un référentiel commun dédié à l’évaluation de la performance et ce, quelles que soient les technologies employées.

En effet, la plateforme d’exploitation dispose d'indicateurs calculés, standardisés et universels, présentés, entre autres, sous la forme de tableaux de bord, permettant ainsi d’évaluer en temps réel le degré de performance des unités et d’en déduire les gisements d’amélioration potentiels. En outre, la centralisation et l’archivage numérisé des analyses des matières entrantes et sortantes instaure de fait une traçabilité réglementaire à même de favoriser les agréments sanitaires ainsi que les procédures d’homologation du digestat. Lesquelles constitueront à l'avenir une démarche stratégique pour les exploitants aux fins de diversifier leurs sources de revenus.