C.E.O.
La ville de Toulon consomme environ 20 millions de m³ d'eau par an, qui sont produits par trois usines de traitement :
— l'usine de Dardennes, située à 5 km au nord-ouest de la ville, sur la commune de Revest-les-Eaux,
— l'usine de Saint-Antoine, installée dans les quartiers ouest,
— l'usine de La Valette, construite dans la banlieue nord-est.
Cette dernière couvre, à elle seule, environ 50 % des besoins. Son alimentation en eau brute provient d’une station de pompage située à environ 50 km au nord-est, près de la commune de Carcès.
L’eau est acheminée à La Valette par l'intermédiaire d'un canal, puis d'un aqueduc qui dessert au passage une autre usine de traitement à Carnoules (figure 1).
Cet article décrit plus précisément la station de pompage de Carcès et son récent dispositif d’automatisation.
[Photo : Échelle : 1/200 000 Fig. 1. – Plan de situation des usines de Carcès-Carnoules-La Valette.]
La station de pompage de Carcès prélève son eau brute dans un barrage, d’une capacité maximale de 8 millions de m³, alimenté par deux rivières : l’Issole et le Caramy. Cette eau est ensuite élevée à une hauteur de 100 m environ vers un bassin de mise en charge du canal. La production maximale de la station, compatible avec la capacité du canal, est théoriquement de 1 200 l/s. Elle est assurée par un ensemble de huit pompes organisées de deux manières (figure 2) :
[Photo : Fig. 2. – Schéma hydraulique de l'usine de Carcès.]
— pompage direct dans le barrage par une pompe P7 de 700 l/s vers une conduite commune de diamètre 1 100,
— pompage en deux étages, par l’intermédiaire d'une galerie d’aspiration de 200 m³ qui est alimentée toute l’année par l’Issole et par une source locale, avec un appoint fourni en été par le barrage grâce à une pompe P8 à débit variable de 500 à 1 000 l/s. Les autres pompes P1 à P5 de 300 l/s et P6 de 500 l/s puisent dans cette galerie et refoulent vers la conduite de diamètre 1 100.
Elle a été assurée en juillet 1984 par la Compagnie des eaux et de l’ozone chargée de l’exploitation. L’objectif principal était d’obtenir un fonctionnement totalement autonome, avec une programmation horaire des débits de refoulement, tout en associant plusieurs dispositifs de surveillance et de commande à distance. La production étant variable en fonction des tranches horaires et de la saison (35 000 à 100 000 m³/j), on a
[Photo : Photographie de l'armoire automate Merlin-Gérin PB 400]
Défini un certain nombre de débits théoriques compatibles avec les besoins et les possibilités. Sur les huit pompes disponibles, cinq ont été automatisées, les autres étant conservées en secours.
Configuration et fonctions du système
L’ensemble est géré par un automate Merlin-Gérin PB 400 (figure 3).
Parmi les différentes fonctions réalisées, nous retiendrons :
- - la programmation à l'avance du débit de sortie avec contrôle des tranches horaires fixées par E.D.F. ;
- - la commande en créneaux des pompes P4, P5, P6, P7 et la surveillance de la pompe P3 ;
- - la régulation du niveau de la galerie d’aspiration par action sur la vitesse de la pompe P8 ;
- - la surveillance du débit de sortie ;
- - la consignation des états en temps réel ;
- - l'édition des journaux d’états, de défauts et de données.
Pour les dialogues homme-machine, l’automate a été doté de plusieurs périphériques (figure 4) :
- - sur le plan local : une console DEC VT 102 avec imprimante DEC LA50 (recopie d'écran) et une deuxième imprimante du même modèle (consignation des états) ;
- - à l’usine de La Valette : une console de même type avec recopie d’écran.
La communication entre l’usine et l’automate est réalisée sur demande par une liaison modem 1200 bauds sur le réseau commuté P.T.T.
Pour la partie consacrée à la télésurveillance, plusieurs dispositifs ont été mis en œuvre :
- - la liaison modem vers La Valette décrite précédemment ;
- - une télé-alarme locale transmettant, sur le réseau commuté P.T.T., des messages en clair vers le personnel d’astreinte ;
- - une liaison radio-téléphone à appel automatique assurée entre la station et les véhicules de service.
Conduite de l’installation
Toutes les commandes de programmation et de visualisation sont accessibles par les consoles de Carcès et de La Valette ; l’opérateur peut programmer le fonctionnement de la station jusqu'à soixante-douze heures à l’avance par pas de temps d’une demi-heure et dans la gamme de débits allant de 100 à 1 200 l/s par pas de 100 l/s. La programmation s’effectue en remplissant un ou plusieurs tableaux correspondant chacun à une journée calendaire (0 h à 23 h 30), et en notant simplement le débit désiré en regard de l’heure prévue. Après validation, l’automate choisit, en fonction des pompes disponibles, l'association la mieux adaptée au débit demandé, puis calcule les heures de marche et d’arrêt de chaque groupe ; il tient également compte des puissances souscrites selon les tranches E.D.F. Si le débit désiré ne peut être réalisé, l'opérateur en est avisé, et la validation est refusée.
Si la programmation est correcte, il peut connaître le planning de fonctionnement des pompes en appelant le tableau correspondant, à raison d’un tableau par demi-journée.
Fonctionnement en créneaux
Le choix des débits par pas de 100 l/s a été volontairement conçu pour assurer une souplesse de fonctionnement importante. Bien que les débits nominaux des pompes soient de 300, 500 et 700 l/s, les débits intermédiaires ont été réalisés en faisant fonctionner les pompes en créneaux par cycles marche-arrêt consécutifs ; ces créneaux sont calculés en choisissant un nombre entier de cycles pour couvrir toute la durée d’un même débit, avec toutefois une durée supérieure à une heure.
Exemple :
— Besoins : Q = 800 l/s
H début = 18 heures
H fin = 20 heures
Q6 et Q7 disponibles.
[Photo : Architecture générale du système]
- Calcul :
Q7 = 700 l/s pendant 100 %
(18 heures-20 heures)
Q6 = 500 l/s pendant 20 %
(18 heures-18 h 12,
19 heures-19 h 12).
Il est important de noter que ce fonctionnement en créneaux s’applique parfaitement au contexte local, par le fait que le canal fait office d’amortisseur (filtre haute fréquence) et qu’en conséquence, les débits arrivant aux usines de Carnoules et de La Valette sont pratiquement constants.
Changement automatique de pompes
Si, pendant l’exécution d’un programme de pompage préalablement calculé, une pompe se trouve être en défaut, l’automate choisit une autre association, de façon à obtenir le débit désiré. Si ce débit n’est pas accessible, il choisit automatiquement le débit inférieur le plus élevé possible.
Surveillance des démarrages
Le programme de pompage est établi par l’automate avec un démarrage par heure au maximum. Si ce programme est perturbé par des coupures E.D.F. (cas fréquents en été), l’automate prend en charge la surveillance du nombre de démarrages de chaque moteur par calcul de son image thermique. Il peut ainsi augmenter la fréquence dans les limites imposées par le constructeur. Si à la suite de démarrages répétés, une pompe se trouve momentanément mise hors circuit par l’automate, celui-ci choisit automatiquement une configuration de remplacement qu’il abandonne lorsque les conditions redeviennent normales.
Régulation du niveau de la galerie
L’automate gère la régulation de la hauteur de la galerie de plusieurs manières : en hiver, l’alimentation de la galerie est assurée gravitairement par l’Issole et la source locale ; la galerie reste alors toujours pleine ; par contre, en été, cette alimentation est insuffisante et c’est la pompe à vitesse variable P8 qui fournit le complément.
Si le débit de refoulement est inférieur au régime minimum de la pompe (500 l/s), la régulation est de type « tout ou rien » ; si le débit est supérieur à 500 l/s, la régulation est continue et de type « PID ».
Surveillance du débit de sortie
Le débit de refoulement est contrôlé de manière continue par un débitmètre à ultrasons. Sa mesure est comparée au débit théorique programmé.
Si la différence sort d’une fourchette de tolérance, l’automate en avertit immédiatement l’opérateur.
Consignation des états
Tous les états et défauts importants sont consignés en temps réel sur l’imprimante, et permettent ainsi une surveillance permanente du processus. Si l’opérateur est absent, ces défauts sont simultanément retransmis par les dispositifs de télésurveillance à son véhicule et à son domicile, ou à l’usine de La Valette où une permanence continue est assurée.
Journaux de bord
Trois types de journaux peuvent être édités sur demande :
— le journal des états (marche pompe, sélection auto…),
— le journal des défauts (défaut pompe, débit incorrect, coupures E.D.F.…),
— le journal des données.
Ce dernier permet de regrouper toutes les valeurs numériques et analogiques importantes : débit de sortie, niveau barrage, niveau galerie, vitesse P8, turbidité, temps de verrouillage des pompes, heures des tranches E.D.F... Tous ces journaux sont ensuite utilisés pour l’élaboration des différentes statistiques de production.
Horloge « temps réel » et sauvegarde de l’automate
Toute la programmation et le fonctionnement des groupes sont basés sur une horloge en temps réel interne. De façon à être en parfaite conformité avec les tranches horaires E.D.F., cette horloge est remise à l’heure chaque matin à 6 heures, lors de l’apparition des heures pleines. Pendant la journée, toutes les autres heures de changement de tarif sont enregistrées pour le jour suivant. La programmation est donc effectuée en tenant compte de ces heures réelles. Notons cependant que les impulsions de changement de tarif de l’E.D.F. ont toujours priorité pendant l’exécution du programme.
Pour se prémunir contre les différentes perturbations du réseau, l’automate est secouru en permanence par un onduleur, lequel assure à la fois le fonctionnement de l’horloge interne, mais permet également de consigner tous les incidents intervenus sur le réseau et d’en tenir compte pour corriger le déficit de production.
CONCLUSION ET PERSPECTIVES D’AVENIR
L’ensemble de l’automatisation de la station a permis de supprimer les postes de travail de nuit et de week-end, et surtout d’augmenter la souplesse et la régularité de la production, ce qui autorise un fonctionnement plus continu des usines de Carnoules et de La Valette et facilite ainsi le traitement de l’eau.
Dans un avenir proche, la marche de la station sera programmée en tenant compte des différentes usines de production de la ville de Toulon et de sa banlieue. Les périodes et les débits de production de chaque unité seront choisis de façon à utiliser au maximum les heures où l’énergie est la moins onéreuse ; cela impliquera de répartir au cours de la journée et de manière judicieuse les volumes d’eau stockée dans les différents réservoirs et de maîtriser leur interconnexion.
