MOCOPEE, programme de recherche sur le traitement des eaux usées
Le programme de recherche MOdélisation, Contrôle et Optimisation des Procédés d’Epuration des Eaux (Mocopée) constitue un espace de travail et d’échange entre scientifiques et opérationnels sur les questions relatives à la métrologie appliquée à l’épuration des eaux, à la modélisation du fonctionnement des procédés d’épuration et au contrôle commande des procédés de traitement.
Ce programme de recherche qui se réalise par phases quadriennales, la première phase démarrant au 1er février 2014, s’inscrit dans le contexte réglementaire du domaine du traitement des eaux résiduaires urbaines a largement évolué ces deux dernières décennies, et plus particulièrement encadré par l’application de la Directive Européenne sur les Eaux Résiduaires Urbaines (1991), la Directive Cadre sur l’Eau (2000) et plus récemment l’arrêté du 22 juin 2007, la Directive fille NQE (2008), le plan national d'action sur l'assainissement 2012-2018.
Cette situation normative a conduit à un accroissement significatif des exigences sur la qualité des eaux rendues au milieu naturel. Plus exactement, la restauration du bon état physico-chimique et chimique des masses d’eau superficielles, évalué sur la base de normes de qualités environnementales, suppose aujourd’hui que les apports en micropolluants et nutriments (C/N/P) dans le milieu naturel soient limités et maitrisés. Dans le cas des nutriments, cette limitation des apports au milieu passe notamment par une gestion efficace des eaux résiduaires urbaines. L’atteinte des objectifs réglementaires fixés par la Directive Cadre sur l’Eau suppose que les usines de traitement des ERU soient capables de maintenir en toutes circonstances des résiduels très faibles en carbone, azote (nitrate, nitrite, ammonium) et phosphore (phosphate, phosphore total) et cela quelles que soient les conditions de fonctionnement des installations.
Dans ce contexte, les principales agglomérations françaises ont conduit une politique de construction et de modernisation des ouvrages d’assainissement. Des technologies performantes pour le traitement physico-chimique et biologique des eaux résiduaires et des sous-produits ont été intégrées dans les usines d’épuration des principales agglomérations françaises : décantation lamellaire physico-chimique, décantation physico-chimique lestée, biofiltres, bioréacteurs à membranes, sécheurs thermiques, traitement biologique des jus par shunt des nitrites, etc. Si ces technologies intensives permettent de maintenir une haute qualité de traitement, leur pilotage nécessite en revanche un haut niveau d’expertise technico-scientifique.
Plus précisément, les récentes évolutions technico-réglementaires du domaine du traitement des ERU ont positionné les questions de la métrologie, du contrôle et de la commande des procédés d’épuration au cœur des problématiques industrielles. Etre capable de suivre et de piloter les procédés physiques et biologiques de traitement des ERU devient aujourd’hui un enjeu majeur. Outre l’évolution technico-réglementaire, le contexte économique de plus en plus contraint incite les industriels à travailler à l’optimisation du fonctionnement des procédés d’épuration. Il s’agit d’optimiser le fonctionnement des installations pour assurer des performances de traitement compatibles avec l’atteinte des objectifs réglementaires tout en maîtrisant les coûts d’exploitation. Cette question de la maîtrise des coûts d’exploitation est particulièrement saillante dans le cas des procédés d’épuration intensifs qui se caractérisent par des besoins en réactifs (coagulants / floculants / source de carbone / soude / etc.) et des besoins énergétiques (pompage / aération / etc.) plus importants que les procédés extensifs.
Dans ce contexte, le SIAAP, l'IRSTEA et l'Université Technologique de Compiègne, lancent le programme de recherche intitulé MOdélisation, Contrôle et Optimisation des Procédés d'Epuration des Eaux (Mocopée). Ce programme se veut constituer un espace de travail et d’échange pérenne entre scientifiques et opérationnels sur les questions relatives à la métrologie appliquée à l’épuration des eaux, à la modélisation du fonctionnement des procédés d’épuration et au contrôle commande des procédés de traitement. Un axe de recherche consacré aux procédés de traitement innovants (shunt des nitrates par exemple), pour lesquels les REX technico-scientifiques dressés à l’échelle industrielle sont encore limités, compléte les axes de recherche opérationnels.
Le programme Mocopée s'appuie sur des équipes de chercheurs exerçant dans cinq grands champs disciplinaires différents :
(1) métrologie,
(2) mathématiques (traitement des signaux / données),
(3) génie des procédés et contrôle de bio-procédés,
(4) modélisation des procédés d’épuration,
(5) biogéochimie du cycle de l’azote.
Le programme de recherche se décompose en phases quadriennales. Pour chacune de ses phases, un programme de recherche est défini en fonction des questions scientifiques et des problématiques industrielles émergentes. Ce mode de fonctionnement est équilibré puisqu’il présente l’avantage de pouvoir inscrire des actions sur le long terme et, par conséquent, de permettre d’avancer significativement sur des problématiques scientifiques pointues, tout en maintenant une souplesse et une capacité d’adaptation puisque les orientations scientifiques sont régulièrement discutées.
Le manque de liaison entre les scientifiques et les gestionnaires en charge de la mise en œuvre des directives nationales ou les industriels en charge du développement et de l’exploitation des installations industrielles est régulièrement pointé du doigt. Dans ce but, Irstea développe depuis les années 70 des travaux destinés à améliorer la conception et la gestion technique des stations d’épuration des eaux usées avec à une coopération privilégiée entre les services de l’état nationaux et territoriaux, des universités ou écoles d’ingénieurs, et des échanges techniques réguliers avec les constructeurs et exploitants des stations d’épuration. Avec le démantèlement de l’ingénierie publique, ces efforts de recherche, ainsi que ceux des laboratoires universitaires percolent plus difficilement vers les praticiens. La création d’un espace d’échanges au travers d’un programme de recherche commun contribue à renouer ces liens. Celui-ci rassemble des organismes scientifiques universitaires, centres de recherche appliquée, des entreprises travaillant en étroit partenariat avec la plus grosse structure publique de l’eau en île de France.
Ce programme de recherche, dont la première phase quadriennale a débuté au début de l'année 2014, rassemblent des équipes de recherche issues du monde universitaire (Laboratoire de Mathématiques Appliquées [UTC], Transformations intégrées de la Matière Renouvelable [UTC], Laboratoire Eau, Environnement et Systèmes Urbains, Ecole Polytechnique de Louvain [Belgique], Université Laval [Canada], ESSIE-Amiens), de centres de recherche (IRSTEA, SIAAP-Direction Développement Prospective) et des partenaires industriels (Envolure, Secomam).
Le programme scientifique plus largement décrit sur le site internet (www.mocopee.com) comporte d'ores et déjà une quinzaine d'actions de recherche réparties dans les 4 axes de recherche précédemment cités.
