1.4 Etat de l'art de l'observation et de la commande
1.4.2 Commande de la digestion anaérobie
Les applications de la digestion anaérobie ne s'arrêtent pas au traitement de l'eau. Les
industries agro-alimentaires, vinicoles et bien d'autres l'utilisent pour résoudre des
pro-blèmes très variés. Par exemple, la réduction des boues et le traitement de la vinasse entre
autre. Ceci implique que les buts de commande dépendent des applications particulières.
Ainsi, dans le domaine du traitement de l'eau, parmi les objectifs ciblés on peut citer entre
autre : la régulation de la pollution en sortie, la stabilisation du procédé, l'optimisation de
la production de méthane et la régulation du pH. Pour atteindre ces objectifs, la plupart
des techniques de commande connues ont été explorées. Dans [Vanrolleghem, 1994;
Bas-tin et Van-Impe, 1995; Steyer et al., 1995], un résumé des techniques alternatives pour la
commande des bioprocédé est présentée : commande non-linéaire linéarisante, adaptative,
robuste, optimale, oue. Une autre technique intéressante à considérer est la commande
L/A proposée par [Lakrori, 1989]. Son principe repose sur des transformations
logarith-miques et exponentielles des variables pour prendre en compte les contraintes physiques
des bioprocédés (telles que la positivité des variables et la saturation des actionneurs), ce
qui est illustré par la gure 1.10.
ℜ ℜ ! ! "# $# % " $ & ! "# $# % & $ "
Fig. 1.10 Principe de la technique L/A
Les transformations logarithmiques permettent de passer des variables de l'espace de
travail réel (espace contraint) vers un espace de travail ctif (espace non contraint). Dans
cet espace ctif, la conception de n'importe quel correcteur classique est possible. Les
transformations exponentielles permettent de revenir des variables de l'espace ctif vers
l'espace réel. Ainsi, un correcteur PI numérisé est représenté par l'expression suivante :
U
k=U
k−1+K
i(Y
k−1−Y
k) +K
p(Y
k∗−Y
k) (1.56)
avec K
iet K
ples coecients intégral et proportionnel respectivement.
L'équation (1.57) correspond à la forme L/A du PI exprimée par (1.56). Les sommes
ont été remplacées par des produits, les soustractions par des divisions et les produits par
des exponentielles.
U
k=U
k−1µ
Y
k−1Y
k¶
Kiµ
Y
∗ kY
k¶
Kp(1.57)
avec :
K
p= 1
1 +α
ln¡
umax u∗¢
ln³
y∗ y∗+∆´ (1.58)
K
i= αK
poù :
y est la variable de mesure ;
y
∗la consigne pour laquel l'actionneur arrive à son état de saturation ;
u
maxla valeur maximale de la commande ;
u
∗la valeur de la commande à l'équilibre ;
∆ l'écart entre la variable de mesure et la consigne et
α est un coecient qui tient compte de l'amortissement.
Ainsi, les termes ∆et αdeviennent les paramètres de réglage de ce correcteur qui est
appelé PI L/A. Cette méthode de réglage a été proposé par [Béteau et al., 1991].
Techniques de commande de la digestion anaérobie en RPA
Dans ce paragraphe nous présentons un état de l'art de la commande de la digestion
anaérobie dans le domaine du traitement de l'eau. Vu qu'il existe une grande quantité
d'articles publiés dans ce domaine, seulement quelques travaux particuliers pour les RPA
et pour les RLF seront résumés dans les tableaux 1.2 et 1.3. De plus, nous allons décrire
brièvement la stratégie intégrée proposée par [Soehartanto et al., 1999] car cette dernière
sera améliorée dans nos travaux de recherche.
En eet, dans [Soehartanto et al., 1999] l'auteur a proposé une stratégie intégrée qui
combine diérentes lois de commandes, à savoir, l'ajout de bicarbonate et le taux de
dilution pour proter de leurs avantages en minimisant leurs inconvénients. L'approche
L/A, proposé par [Lakrori, 1989], a été employée pour la mise en ÷uvre des lois de
commande. Un système de supervision basé sur le modèle de la limite de stabilité a été
mis en place pour détecter le moment le plus adéquat pour appliquer soit la commande
par l'ajout de bicarbonate, soit la commande par le taux de dilution, soit aucune des
deux. Le principe est résumé dans la gure 1.11 :
Fig. 1.11 Principe de la stratégie intégrée
Les surfaces sont déterminées par le modèle de stabilité décrit dans le paragraphe
1.3.1. La logique de commutation des actions de commande se resume comme suit :
Lorsque une perturbation est détectée, la variable 1/T est initialisée et l'action b
incest appliquée.
Si la surface supérieure est traversée par 1/T, l'action D est appliquée et l'action
b
incest arrêtée.
Si la première surface du milieu est traversée, l'action b
incest à nouveau appliquée
etD arrêtée.
Si la deuxième surface du milieu est traversée, les deux actions sont arrêtées et le
système travaille avec les conditions d'équilibre.
L'avantage principal de cette stratégie est qu'elle combine les points forts de
chaque action de commande ; mais il s'agit d'une stratégie de commande de type
boucle ouverte puisque la loi de commutation est prédéterminée, elle ne peut pas
être recongurée en fonction des variables indicatrices de l'évolution du procédé. Par
ailleurs, la stratégie intégrée provoque une commutation chahutée des contrôleurs.
De plus, le polynôme pour modéliser la limite de stabilité est très complexe. Pour
éviter les inconvénients d'une telle stratégie de commande intégrée, nous allons
pro-poser une extension de cette dernière en faisant appel aux principes de la commande oue.
Le tableau 1.2 présente quelques travaux concernant la commande de la digestion
anaérobie en RPA. Nous avons constaté à partir de cette étude bibliographique que la
commande non linéaire présente des avantages dans le sens où les non linéarités des
pro-cédés peuvent être considérées. Ceci donne comme résultat des expressions plus proches
de la réalité. Son principal inconvénient est que parfois des mesures coûteuses sont
deman-dées, et à ce moment là, de nombreuses estimations de paramètres ou de variables sont
nécessaires, au détriment des performances. Pour éviter ces incertitudes, les techniques
où le modèle du procédé n'est pas nécessaire [Soehartanto et al., 1999; Sanchez et al.,
2001] deviennent très intéressantes. Nous allons reprendre le sujet de la commande de la
digestion anaérobie au chapitre 5.
Auteur Objectifs Technique de
commande Mesures Entrée de com-mande
[Dochain, 1995] Régulation de
la DCO Linéarisationexterne Substrat Taux de dilu-tion
[Béteau, 1992] Régulation du
bicarbonate Linéarisationexterne Bicarbonate Taux de dilu-tion et ajout de
bicarbonate
[Hermosillo
et al., 1995] Régulation dela DCO Linéarisationexterne Substrat Taux de dilu-tion
[Mailleret et
Bernard, 2001] Régulation dela DCO Commande Li-néarisante Méthane Taux de dilu-tion
[Simeonov et
Stoyanov, 2003] Régulation dubiogaz et du
substrat
Linéarisation
aux intervalles
d'entrée
Biogas, DCO Taux de
dilu-tion
[Béteau, 1992] Régulation du
bicarbonate L/A Bicarbonate Taux de dilu-tion et ajout de
bicarbonate
[Giraldo-Gomez et
Duque, 1998]
Régulation du
pH Commandeoue pH, DCO Débit d'entrée
[Soehartanto
et al., 1999] Régulation dubicarbonate,
production du
méthane
Stratégie
inté-grée bicarbonate Taux de dilu-tion, ajout de
bicarbonate
[Sanchez et al.,
2001] Régulation dubicarbonate,
production du
méthane
Stratégie
inté-grée intelligente Bicarbonate Taux de dilu-tion, ajout de
bicarbonate
Tab. 1.2 Etat de l'art: techniques de commande pour les RPA
Techniques de commande pour les RLF
Dans le tableau 1.3 nous présentons une série des travaux existant en ce qui concerne
la commande de la digestion anaérobie en réacteur à lit uidisé. Sans être exhaustif, cet
état de l'art permet d'avoir une idée des tendances de la communauté scientique à ce
sujet.
Nous constatons à partir de cette analyse des recherches actuelles que les avantages
et inconvénients des techniques non-linéaires pour la commande de la digestion anaérobie
en RLF sont les mêmes que pour le cas des RPA. Concernant les autres techniques, la
commande oue est de plus en plus utilisée, l'un de ses avantages étant la simplicité de
sa mise en ÷uvre et bien sûr l'utilisation de la connaissance empirique des opérateurs.
Dans ce contexte, un de nos objectifs sera d'exploiter les avantages de la commande oue
en vue de construire une stratégie de commande eciente pour maîtriser un procédé si
complexe que la digestion anaérobie.
Auteur Objectifs Technique de
commande Mesures Entrée de com-mande
[Hilgert et al.,
2000] Régulation dutaux du
pro-duction de gaz
Commande
adaptative et
robuste
Biogaz Débit d'entrée
[Steyer et al.,
1999] Diminution dela DCO en
sor-tie et
augmen-tation du
sub-strat d'entrée
Analyse des
perturbations
en entrée
pH, méthane Débit d'entrée
[Estaben et al.,
1997] Réduction de laDCO Commandeoue pH, Biogaz Débit d'entrée
Seok [2003] Stabilisation
d'un procédé
de traitement
d'éuents de
de-icing
Adaptative
hybride (Online
-O-line)
Propionate,
biogaz, pH Taux de dilu-tion
[Hawkes et al.,
1995] Supervision etcommande des
surcharges
or-ganiques
Reseaux de
neurones Bicarbonate Débit d'entrée
[Holst et al.,
1995] Stabilisationdu procédé
étudie
Systèmes
ex-perts pH, méthane,concentration
d'hydrogène
Débit d'entrée
[Polit et al.,
1995] Diminution dela DCO Commandeoue Méthane Débit d'entrée
[Muller et al.,
1997] Stabilisation,détection
d'en-trées toxiques
et diminution
de la DCO
Commande
oue Biogaz,pH Débit d'entrée
Tab. 1.3 Etat de l'art: techniques de commande pour les RLF
Dans le document
Stratégies de commande intégrée intelligente de procédés de traitement des eaux usées par la digestion anaérobie
(Page 46-50)