Le zéro panne est une préoccupation importante de tous les utilisateurs de machines. Les traiteurs d'eau n?échappent pas à cette règle qui contribue fortement à atteindre les objectifs de qualité imposés par la réglementation. Pour atteindre ces objectifs, il ne suffit pas d'acheter des équipements fiables, il faut aussi les maintenir en bon état de fonctionnement pour qu'ils conservent une disponibilité opérationnelle optimum. Il ne s'agit plus aujourd'hui d'attendre la panne pour agir, mais d'intervenir de manière préventive pour éviter tout arrêt intempestif de l'installation.
Les traiteurs d'eau n’ont droit ni à la panne, ni à l’arrêt du service. D’où le besoin de maintenir en parfait état de fonctionnement l'ensemble de la chaîne de traitement. Pour ceci, les exploitants ont tout intérêt à abandonner les interventions curatives pour mettre en place une politique préventive de maintenance, basée sur des interventions systématiques ou mieux sur une approche conditionnelle avec une intervention déclenchée par un indicateur d'état du bien par critère d’usure. Seule cette approche permet d’intervenir avant l’arrêt total de l’équipement.
Pour assurer un fonctionnement sans faille à un coût acceptable, les pratiques empiriques ne suffisent plus. Ainsi, l’approche préventive nécessite la mise en place d’indicateurs capables de prévenir de l'arrivée de dysfonctionnements, de dérives ou encore l'intégration de compteurs de temps de fonctionnement afin de connaître l'état réel de la machine. Le choix des indicateurs de fonctionnement se révèle essentiel.
De plus, pour réduire les coûts d’intervention, il est également judicieux de prendre en compte le coût global de l’équipement, en tenant compte du coût d’achat, d’exploitation, mais aussi de maintenance. Pour gagner en performance, les concepteurs d'équipements s’inspirent de plus en plus de l’approche F.M.D. (Fiabilité, Maintenabilité, Disponibilité) mise au point par les secteurs du militaire, de l’électronique et du spatial.
Pour gagner en performance, les concepteurs d’équipements s'inspirent de plus en plus de l'approche F.M.D. (Fiabilité, Maintenabilité, Disponibilité) mise au point par les secteurs du militaire, de l'électronique et du spatial en l’appliquant aux équipements du secteur de l'eau.
Il s'agit, d’évaluer, dès la phase de conception de l’équipement :
- - le taux de panne de l’équipement (fiabilité),
- - le temps de réparation (maintenabilité),
- - le stock de pièces de rechange nécessaire (logistique de maintenance),
- - les modes de défaillance pour prévoir les méthodes de surveillance et de diagnostic des machines à mettre en œuvre (logistique maintenance).
Cette approche est aussi appliquée de plus en plus fréquemment au process dans sa globalité et intégrée dès la conception des usines de traitement. La méthode permet alors d’analyser la fiabilité de la ligne de traitement et de répertorier les points faibles pour lesquels il faudra adapter une méthode de surveillance appropriée. Cette démarche facilite la mise en place d’une approche préventive de la maintenance, basée sur des interventions systématiques ou, mieux, sur une approche conditionnelle dont l'intervention est déclenchée sur l’état du bien par critère d’usure.
Ce sont les équipements les plus vulnérables, c’est-à-dire les équipements électromécaniques (moteurs, agitateurs et pompes) qui les premiers se sont engagés dans cette approche.
L’électromécanique : les plus vulnérables
En station d’épuration, le fonctionnement régulier des aérateurs et des agitateurs est essentiel. Pour minimiser le risque de pannes, les constructeurs soignent avant tout la construction. TMI assure ainsi la robustesse de ses équipements en alliant simplicité de la conception et recours aux matériaux nobles ou aux composites. Pour ses aérateurs à vis hélicoïdale Fuchs, Isma met en œuvre des matériaux résistant à la corrosion. L'arbre creux, l’hélice à pas hélicoïdal, l’accouplement conique, la tôle anti-sucion et la visserie sont en acier inox. Le carter de protection est en polyester renforcé fibre de verre et résine. Les moteurs triphasés utilisés, de première qualité, sont choisis parmi les marques AEG, Loher, Siemens ou Leroy Somer. Ils sont à haut rendement et les roulements à billes, à graissage permanent et généreusement dimensionnés. La durée de vie des roulements est au minimum de 25 à 30 000 heures de marche. Chez Faivre, machines à commande numérique, postes à souder pulsés et stations de CAO en 3 dimensions de dernière génération permettent de fabriquer des machines de qualité à des tarifs compétitifs. Chez Europelec, l’absence de roulements ou d’accouplements immergés, souvent source de problèmes, est privilégiée. La maintenance régulière préventive sur site – souvent assurée par le personnel de l'exploitation – et sans déplacement de l'unité dans un atelier est également préconisée par plusieurs constructeurs tels Landia, R&O Dépollution ou encore Oloide.
Sur les pompes, l’obstruction conduit à des échauffements, à des frottements, à des grippages... entraînant de graves désordres pouvant menacer la continuité du service. Pour ne pas atteindre le seuil de rupture, une surveillance étroite de ces équipements s’impose. Actuellement, la solution la plus courante consiste à comptabiliser les heures de fonctionnement de la machine pour pouvoir déclencher périodiquement une intervention de maintenance préventive. Cette approche ne permet pas de surveiller l'état réel du roulement ou de l’entraînement. Elle conduit trop souvent à une intervention précoce sur
Salmson réduit la maintenance sur ses stations de pompage
Un des gros problèmes rencontrés sur les stations de pompage est l'engorgement et l'obstruction des pompes par des matières en suspension. Celles-ci sont en général protégées par des paniers dégrilleurs, mais en assainissement, leur entretien est dangereux et insalubre. Pour éviter ces désagréments, Salmson a mis au point Emuport, une station de relevage propre et autonome, à système de séparation de solides. Prête à poser, elle est construite en PEHD (Polyéthylène Haute Densité) et dotée d'un système automatique qui élimine le dégrillage. L’équipement possède 2 réservoirs séparateurs de solides avec sphères de sectionnement et clapets dégrilleurs spéciaux, et d'un réservoir collecteur. Comment fonctionne-t-elle ? La station recueille à la sortie du collecteur les effluents (eaux usées solides et liquides mélangés). Les matières solides sont retenues à l'intérieur des réservoirs séparateurs par les clapets dégrilleurs placés au refoulement des pompes qui ont fonction de filtrage. Lorsque les pompes sont arrêtées, les eaux usées ainsi filtrées continuent à travers la pompe à contre-courant et aboutissent dans le réservoir collecteur commun. Lorsque les pompes démarrent, les eaux sont à nouveau pompées de manière à refouler les matières solides et à les évacuer vers la conduite de refoulement. À noter que les deux pompes submersibles sont installées en fosse « sèche ».
une pièce en bon état, ou au contraire tardive suite à la rupture de pièces en plein fonctionnement avec les conséquences que l'on connaît.
Les fabricants de pompes se sont penchés très tôt sur ce problème. Aujourd’hui, la plupart d’entre eux ont intégré des systèmes de surveillance au sein de leurs entraînements. Ainsi, chez Busch, le Système de Surveillance Autonome, baptisé SDI, s’adapte sur les pompes à vide de toutes marques et communique avec les services maintenance. Grâce à l'intégration de capteurs, le système SDI surveille un grand nombre de paramètres liés à la pompe : niveaux, vibrations, pressions, seuil d’encrassement, température (gaz, huile, liquide). Il communique les informations au service maintenance par SMS ou Internet. Le système permet également de détecter des événements transitoires qui, n’apparaissant que ponctuellement, ne seraient pas détectés autrement mais qui sont tout de même le reflet d'un dysfonctionnement. La maintenance devient préventive et conditionnelle.
Chez Grundfos, des capteurs thermiques placés dans les bobinages du stator permettent de protéger le moteur contre la surchauffe. Lui aussi placé dans le moteur, le capteur d’humidité détecte les fuites et coupe la pompe avant que le moteur ne subisse de dommage. Une approche similaire est adoptée par Flygt sur sa pompe N qui est équipée en série d’un système de détection de fuite. Plus complet, le système MAS 711 de Flygt est un système de surveillance conçu pour mémoriser, enregistrer et présenter rapidement et simplement les données de fonctionnement d'une pompe. Partie intégrante du système de pompage, il contribue à réduire les coûts d’exploitation en facilitant l'entretien et en garantissant en même temps un maximum de sécurité. MAS 711 surveille la température du moteur de la pompe, les infiltrations, les vibrations, l’intensité absorbée et la puissance d’alimentation. Les données mémorisées, essentielles pour l'installation, l'entretien et la maintenance de la pompe sont synchronisées toutes les deux heures avec les données correspondantes dans l’unité de base. Un mode aperçu rapide donne à l’opérateur une vue d’ensemble de l’état de la pompe. En cas de déclenchement d'une alarme, un témoin rouge ou jaune en informe l’opérateur. À ceci s’ajoute une fonction « boîte noire » consultable en cas de défaillance de la pompe.
KSB a également implanté depuis plusieurs années des capteurs dans ses pompes pour améliorer la détection des points chauds et des fuites. Depuis deux ans, KSB propose Pump Expert S, un boîtier de surveillance du fonctionnement et de communication destiné aux entraînements de pompes centrifuges. Il recueille les données numériques et analogiques des capteurs situés sur la pompe (température de palier, vibration, marche à sec), les traite et les envoie par l’intermédiaire d'un bus de terrain (Profibus DP en série, autre à la demande) à un poste de commande où l'on pourra visualiser l’état de fonctionnement de la pompe. Sur chaque paramètre mesuré, l'état de fonctionnement est représenté par un cadran (valeur numérique) et un système tricolore (vert, orange, rouge). Les valeurs seuil sont ajustables et si deux valeurs de fonctionnement sont à l’orange, l'ensemble passe au rouge.
Pour compléter ces informations, il peut être judicieux, notamment pour les stations de pompage, d’encadrer les pompes de débitmètres pour disposer en permanence d'un état de l’écoulement. Une exploitation de ces données au niveau du contrôle de process permet de détecter l’obstruction des pompes.
Autre organe clé, mais exigeant en tâches de maintenance et parfois même vulnérable : le capteur.
Un organe clé : le capteur
Dans la régulation de process, le capteur est un organe essentiel. C'est par la mesure qu'il réalise, que le système de contrôle-commande pilote les vannes, l’aération, ajoute le
La communication : un élément clef, souvent mal sécurisé
Dans les process liés au captage, au traitement et à la distribution de l'eau, les liaisons numériques reliant les automates, les capteurs et les superviseurs sont très souvent exposées à un environnement électrique sévère. Westermo propose toute une gamme de systèmes de communication durcis immunes aux phénomènes destructeurs de surtension transitoires (fortes inductions de tensions liées au flash électromagnétique de la foudre) et de courant « de boucle » (situation apparaissant lorsque la différence de potentiel des terres de part et d’autre du lien de communication atteint des niveaux élevés de plusieurs centaines de volts, ce qui se produit lorsqu’une des terres doit absorber un impact de foudre). Ces produits participent à la qualité de service globale des installations en améliorant drastiquement la fiabilité des réseaux de communication.
Westermo propose par ailleurs une large gamme de produits permettant de déployer des réseaux de terrain de différents types :
- Liaison série : RS422/RS485 ou bus Profibus sur câble cuivre, via des liaisons radio 5 km (bande libre), voire plusieurs dizaines de km (bande louée) ou encore via des câbles fibre optiques.
- Réseau Ethernet : switchs industriels durcis, convertisseur FO, modems SHDSL « DDW-100 » permettant de créer des liens cuivre haut débit (paire téléphonique) allant jusqu’à 13 km entre les appareils communiquant et le réseau Ethernet local. Ceci permet d'abaisser les coûts de déploiement en évitant le recours systématique à la fibre optique.
- Accès distant : modem téléphonique RTC, modem GSM, solutions de connexion GSM/GPRS « M2M », modem ADSL, modem ligne privée (jusqu’à 25 km), modem ligne louée France Telecom.
Le conditionnement nécessaire au traitement contrôle la qualité du rejet. Depuis déjà quelques années, les capteurs s'autocontrôlent. Reliés à un outil de supervision, ils sont capables de fournir une indication très précise sur leur état.
Cependant, même en état de marche, les capteurs nécessitent souvent des interventions de maintenance. Tout d'abord, ils doivent être étalonnés régulièrement, notamment lorsque le site s’est engagé dans une démarche de certification ISO 9001 version 2000 ou ISO 10012 version 2003 fixant les recommandations sur le système de management respectivement de la qualité et de la mesure dans l’entreprise. L'instrumentation de process doit alors être intégrée dans un plan de maintenance global et une démarche métrologique est à envisager.
Compte tenu des technologies très pointues appliquées à l’instrumentation de process, la réalisation des prestations associées nécessite des compétences techniques, des outils et des procédures spécifiques qu'il peut être difficile de mettre en œuvre par les opérateurs de maintenance des sites de traitement des eaux non aguerris à la métrologie.
Pour simplifier l'étalonnage de ses électrodes, NéoSENS a lancé en 2006 le NéoLINE 300, un analyseur d’oxygène dissous pour ultra-traces, issu du monde nucléaire. Le capteur Microsystème jetable de NéoSENS est associé à un électrolyseur qui génère automatiquement des seuils d’oxygène très précis et permet l’étalonnage automatique en ligne et en continu du capteur. Ainsi, la fonction d'étalonnage est réalisée sans intervention humaine et le capteur jetable réduit la maintenance à une simple opération de remplacement effectuée en quelques secondes tous les six mois.
Autre exemple, la sonde d’oxygène dissous S14 de Züllig, dont NéoSENS est le représentant exclusif en France, dispose d’un système unique d’électrodes autonettoyantes sans membrane : les électrodes ouvertes sont érodées en permanence par une pierre abrasive, ce qui permet une utilisation de plusieurs semaines sans maintenance et sans nettoyage, dans les milieux les plus encrassants. La robustesse et la fiabilité de la sonde S14 de Züllig séduisent tout particulièrement les exploitants de stations d’épuration industrielles.
Par ailleurs, pour aider les opérateurs dans cette tâche, plusieurs fabricants ont développé des prestations de services sur les thèmes de la formation, de la maintenance et de la requalification des capteurs. Ainsi, avec W@M, CompuCal et Installed Base Assistant, Endress+Hauser assure la traçabilité structurée de l'instrumentation de process via Internet et la gestion des activités d'étalonnage. Par ailleurs, Endress+Hauser propose un service de gestion ou encore de prestation d’étalonnage sur site ou en laboratoire. Avec son contrat « Garantie étendue », E+H prend en charge les contrôles fonctionnels, la mise en service, les frais de dépannage, les pièces de rechange et, en option, les pièces d’usure, les consommables, l’étalonnage et la réactivité de l'intervention. Hach Lange propose également des offres similaires.
ment un service à la carte très complet intégrant maintenance préventive, dépannages curatifs, prestations de requalification, formations spécifiques.
Mais au-delà des services proposés par les constructeurs, il faut veiller à exploiter correctement les données du process qui permettent de visualiser toute dérive.
Exploiter les données du process pour détecter les dérives
L'exploitation des signaux provenant des capteurs, les temps de fonctionnement des équipements, sont autant d'indications qui peuvent être exploitées par les techniciens de maintenance pour déclencher leurs interventions dès lors qu’elles sont centralisées sur un PC de commande.
Ces signaux historiés servent à dresser des indicateurs de tendances qui, s’ils dépassent certains seuils, déclenchent une intervention. La mise en réseau des équipements d'un même site facilite grandement cette approche. Ce qu’a réalisé ETDE, filiale électricité et maintenance de Bouygues Construction pour le compte du SIAAP à l’usine Seine-Grésillons, actuellement en cours de mise en route, en est une illustration parfaite. La généralisation des automatismes, l'implantation d'une supervision mobile et flexible et l'implantation d'un outil de GMAO a permis d’optimiser l’efficacité des opérations de maintenance en programmant les interventions et en favorisant la remontée des informations.
LES EAUX PLUVIALES
Récupération, gestion, réutilisation
Par James CHERON et Alix PUZENAT
Format 16 x 24 cm - 128 pagesISBN 2-900086-51-5
Prix public : 34 €
Depuis un siècle, les ressources sont de plus en plus polluées et/ou gaspillées. Les formes diverses de pollutions : agricoles, industrielles, liées aux comportements des hommes, créent une menace insidieuse pour la ressource. À partir de ce constat, les auteurs s’intéressent dans cet ouvrage à une meilleure gestion et une bonne utilisation des eaux de pluie.
Avant ruissellement sur les sols et les surfaces imperméabilisées, les eaux de pluie collectées sur les toitures représentent une possibilité importante d’utilisation avant leur rejet au milieu naturel.
Après un exposé de la méthode retenue, les données indispensables pour évaluer les usages possibles sont présentées. L’étude et les commentaires portent sur les approches, parfois très anciennes, qui ont concerné la gestion des eaux de pluie depuis plusieurs millénaires. Des exemples de réalisations récentes montrent le poids des règlements et textes administratifs. À partir des études de cas présentées, l’importance des calculs économiques et leurs simulations permettent, bien souvent, la prise de décision. Les perspectives sont examinées : des réticences de tous ordres doivent encore être levées.
Le frein apporté au développement de ces techniques vient principalement d'une application du principe de précaution si poussée qu'elle en devient parfois excessive et paralysante.
Editions JOHANET :
60, rue du Dessous des Berges - 75013 ParisTél. 01.44.84.78.78 - Fax 01.42.40.26.46Internet : www.editions-johanet.comE-mail : info@editions-johanet.com
Les 150 vues du logiciel de supervision développées par ETDE permettent d’avoir une vue globale de l’usine, mais aussi de chacun de ses équipements. « En cliquant sur l’un des bâtiments du site, on peut recenser chacun des équipements qui le composent, explique Jean-Henri Choyer, ingénieur travaux chez ETDE. On peut aussi zoomer sur n’importe lequel de ces équipements pour disposer d’un diagnostic très précis de son état. » Sur l’usine Seine-Grésillons, il est ainsi possible de disposer d’informations provenant de n’importe lequel des 4 500 points physiques qui ont été câblés.
Actemium, filiale de Vinci Energies, a mis en œuvre un dispositif comparable sur la station de Pierre-Bénite, dans l’agglomération lyonnaise, avec la construction d’une nouvelle unité de traitement tout en assurant la continuité de gestion des effluents. Des dispositifs originaux de contrôle-commande évolutifs y ont été développés : boîtes à boutons virtuelles accessibles depuis des ordinateurs portables, mur d’écran LCD, ainsi que le couplage de la supervision avec une gestion de la maintenance assistée par ordinateur qui permet d’intervenir très en amont de la panne en assurant la continuité de l’exploitation.
La télégestion joue un rôle similaire lorsque les ouvrages sont isolés. « Elle présente l’immense avantage de gérer en permanence et de façon très souple une grande quantité de sites répartis », explique-t-on chez Lacroix Sofrel. Le poste central contrôle l’ensemble du réseau. Il est capable de récupérer les informations provenant de postes locaux implantés à proximité des équipements surveillés, même sur des sites isolés ou dépourvus d’énergie, et de fournir une visualisation précise de l’état de chaque machine. Il est ainsi possible d’obtenir à distance des bilans de fonctionnement qui facilitent le bon entretien et la maintenance préventive des équipements.
Couplée à un outil de supervision, la télégestion permet de gérer et de surveiller à moindre coût un nombre quasi illimité d’ouvrages.
exemple en est fourni par la communauté urbaine de Lille qui gère l'assainissement de 85 communes (1,2 million d’habitants) et qui s'est dotée d’un système de supervision global pour l'ensemble de ses 400 ouvrages : 288 stations de pompage, 29 stations d'épuration, 11 bassins de stockage, 5 vannes, 27 stations de mesure de débit et 20 pluviographes. Le projet CAURALI, comme Contrôle Automatisé du Réseau d’Assainissement Lillois, a été mis en place par un groupement composé d’Automatismes Seguin pour la partie électricité et automatismes et d’Amber Technologies pour la supervision et l'informatique. Trois serveurs redondants alimentent en données brutes une base de données centralisée sur Oracle. Elle génère chaque jour le stockage de 4 millions d’enregistrements élémentaires, soit un volume de données de 70 Go/an.
La communication avec les automates locaux s'effectue principalement par l’intermédiaire du réseau téléphonique commuté via des postes locaux de télégestion de Sofrel, Perax ou encore Napac. Ces données sont ensuite retraitées au sein de la base de données.
L'opérateur d’exploitation dispose, via le logiciel de supervision Topkapi d’Areal, de tendances, de rapports de synthèse et de fonction de gestion d’astreinte.
Schneider Electric, qui a récemment racheté Napac, développe également des solutions packagées dédiées au secteur de l'eau visant à optimiser et sécuriser le fonctionnement des équipements : 3S control (Solution Surpression Schneider), co-développée avec Veolia Eau pour optimiser la gestion des pompes en assurant une visibilité totale des équipements et SPS Control dédié aux stations de pompage.