Commande non linéaire appliquée sur un procédé de digestion anaérobie

Abstract

Ce travail nous a beaucoup intéressé car il s’inscrit dans une thématique environnementale qui est aujourd’hui d’actualité et plus encore nécessaire. Le contexte du sujet, les systèmes de digestion anaérobie et plus particulièrement le bioréacteur méthaniseur, est nouveau pour nous et s’éloigne des types de systèmes classiquement étudiés. Il nous a donc permis de concevoir l’utilisation des techniques de l’automatique dans des domaines très variées tel que les biotechnologies au service de l’environnement. La digestion anaérobie est un processus biologique complexe, qui fait intervenir des organismes vivants dont les caractéristiques évoluent dans le temps et qui peut facilement être déstabilisé. Pour l’éviter, il est nécessaire de le contrôler, ce qui peut se faire en utilisant un modèle qui contient les informations pertinentes sur les variables clés du système et qui décrit au mieux le comportement dynamique de ces dernières. Plusieurs modèles ont été proposés pour la digestion anaérobie, mais du point de vue de l’automatique, le modèle AM2 à deux étapes, développé dans le cadre du projet AMOCO reste le modèle le plus utilisé pour le contrôle et l’observation. Il est nécessaire de l’analyser mathématiquement en toute généralité, afin d’obtenir des informations qualitatives sur son comportement. Dans le cadre de cette étude, nous avons consacré les deux premiers chapitre a l’état de l’art des systèmes de digestion anaérobie et donner un aperçu sur les modèles mathématiques existants les plus utilisés et nous avons présenté le bioréacteur étudié. Dans le troisième chapitre, nous avons mené une étude mathématique générale du modèle AM2. Dans ce contexte nous avons analysé ses équilibres et son comportement qualitatif. Ce modèle à deux étapes de réactions biologiques (acidogénèse et méthanogénèse), peut avoir six points d’équilibres dont deux intéressant d’un point de vue pratique. Les résultats de simulation permettent d’appréhender le fonctionnement qualitatif et quantitatif du procédé. Enfin nous avons complété notre travail, par des stratégies de contrôle de la production du biogaz. Un contrôleur simple PID, utilisant la mesure du débit du biogaz a pu être validé, après avoir été testé en simulation sur le modèle AM2. Le contrôleur proposé s’est montré apte à réguler le débit du biogaz autour de la consigne voulus. Cependant les résultats obtenus présentent un léger écart autour de la consigne, alors une approche de commande a été développée, combinant une commande linéarisante et un régulateur PID, afin de piloter le system, les résultats obtenus avec ce dernier sont meilleur que le PID d’un point de vue stabilité et précession ; la loi de commande proposé a permis de réduire l’erreur de régulation Conclusion générale 65 de moitié et l’écart-type par 24, réduisant ainsi la variabilité du biogaz autour de la consigne désirée. Par ailleurs en vue d’approfondir la maitrise du bioprocédé, on a envisagé une nouvelle approche de commande basée sur le contrôle de la consommation du COD dans le but d’atteindre toujours l’objectif de débit de biogaz maximal, et cette dernière s’est montrée efficace. A travers les travaux et les calculs effectués par cette simulation, la modélisation et les différentes commandes choisies se sont montrées très performantes. Néanmoins un des points négatifs qu’on a déploré est l’absence du côté pratique à ce projet pour valider nos résultats. La contribution principale est sans nul doute, la régulation du débit du biogaz par le taux de dilution, les stratégies de contrôle se sont montrées efficace et contournes les problèmes liés à la digestion anaérobie et au modèle AM2. Beaucoup de perspectives relatives au contrôle et à l’observation des modèles AM2 sont ouvertes à la suite des travaux de cette étude. D’abord pour le modèle AM2, il serait important de synthétiser des observateurs pour estimer les informations nécessaires à la mise en œuvre de nouvelles stratégies de supervision en particulier, pour l’estimation du substrat disponible à l’entrée de la réaction méthanogène. Par ailleurs, dans la mesure où le contrôle des digesteurs anaérobies est un enjeu majeur, il serait intéressant de faire une synthèse des différents objectifs et résultats disponibles et de réaliser un état de l’art des techniques de contrôle ayant été validées sur pilotes et celles qui n’auraient pas encore été validées. Enfin, toutes les stratégies de commandes étudiées n’ont été testées qu’en simulation. Il serait important d’évaluer leur pertinence par l’implémentation pratique.