Les solutions WEG pour l’industrie de l’eau

Le monde connaît actuellement une baisse des ressources hydriques. Selon une étude publiée par le ministère de la Transition écologique, la ressource en eau renouvelable (provenant de l’eau de pluie et des cours d’eau entrants) a diminué de 14 % sur les périodes observée 1990-2001 et 2002-2018. Ce sont ainsi environ 34 milliards de m3 d’eau potable que la France perd chaque année. Dans le monde, l’accès à l’eau potable reste un problème majeur à l’heure actuelle et est confronté à l’augmentation de la demande en eau.  

Des infrastructures innovantes apportent des solutions permettant le dessalement de l’eau de mer, la collecte et le traitement de l’eau, sa distribution ainsi que le traitement des eaux usées. Ces solutions s’inscrivent de façon écologique et économique dans le cycle naturel de l’eau.

La désalinisation de l’eau

Quelques notions

L’une des solutions pour pallier cette situation de diminution ininterrompue des ressources en eau potable est le dessalement de l’eau de mer. En effet, les océans et mers, recouvrant les trois quarts de la surface de notre planète, deviennent des réservoirs quasi illimités. Des techniques modernes soutenues par des installations innovantes permettent de transformer l’eau salée en eau douce la rendant propre à la consommation.  

Avec ses 35 à 42 g/L de sel, l’eau de mer suit un long parcours commençant par son captage en mer par une unité de pompage. La deuxième étape est sa décantation dans des cuves de très grande taille. Les impuretés les plus denses sont ici déposées. L’eau est ainsi filtrée par une pompe de précharge avant d’être traitée dans l’unité de désalinisation. La dernière étape est le traitement des eaux usées avant rejet.

Trois techniques de désalinisation sont utilisées actuellement : la distillation, l’osmose inverse et l’électrodialyse. La distillation est la méthode la plus courante et couvre environ 75 % des installations. Elle nécessite une importante quantité d’énergie pour produire une eau conservant un goût peu satisfaisant. L’osmose inverse se développe de plus en plus en raison d’un coût d’investissement intéressant, une consommation d’énergie moins importante que pour la distillation. La qualité de l’eau est également meilleure avec le procédé d’osmose inverse. L’électrodialyse est seulement adaptée aux eaux à faible salinité.

Exemple d'une solution WEG

WEG propose une solution pour les usines de dessalement des eaux de mer telles que la station de Djerba ayant une capacité de traitement de près de 60 000m3/jour.

Une installation de 3 groupes électropompes, intégrant des moteurs WEG W50, assure le fonctionnement d’une station de pompage développant une puissance de 630 kw et un débit de 2400 m3/h. Des moteurs innovants de la gamme W60, économes en énergie et peu bruyants, permettent le fonctionnement des pompes haute pression utilisées lors du prétraitement de l’eau pour une puissance délivrée de 2040 kw.

La solution WEG va du captage de l’eau de mer jusqu’à la station de surpression.

Collecte de l’eau, traitement de l’eau

Quelques notions

Afin de la rendre propre à la consommation, l’eau collectée subit différents traitements.

En premier lieu, les gros déchets sont arrêtés par une grille. Un coagulant est ensuite ajouté à l’eau afin de produire les flocs (grumeaux de terre, poussières, matières résiduelles…). Les bassins de décantations reçoivent ces flocs avant qu’ils ne soient évacués. Les étapes suivantes sont la filtration de l’eau clarifiée (différentes techniques de filtrations sont possibles) et la désinfection de l’eau moyen de l’utilisation d’un gaz (ozone), du chlore et des ultraviolets. Le développement des micro-organismes durant le cheminement de l’eau jusqu’aux réservoirs où elle stockée est empêché par l’ajout de chlore.

Pour le captage en rivière en barrage et lac naturel, le traitement et le transport de l’eau, l’efficacité des installations est primordiale. Les différentes pompes et machines reçoivent des débits et subissent des pressions très variables, souvent forts (jusqu’à 160 000 m3/h). Qu’il s’agisse de pompes pour capter ou acheminer l’eau (pompes verticales, horizontales, de forage ou encore centrifuge), les meilleures performances, le plus haut rendement sont recherchés afin de limiter la consommation d’énergie et obtenir une meilleure rentabilité économique.

Exemple d'une solution WEG

La captation de l’eau de rivière nécessite un long processus pour la rendre potable.

Au cours de ce processus, différentes pompes fonctionnant avec des moteurs basse tension sont utilisées telles que les plus grosses pompes des stations de traitement de l’eau : les pompes basses et aussi les pompes de lavage et les pompes de recyclage. Leur fonctionnement peut être en vertical et en horizontal. Lors du traitement de l’eau, les pompes permettent la réalisation des procédés de filtration et de recyclage. Elles sont également utilisées pour le lavage des filtres fonctionnant selon des périodicités programmées.

Le niveau d’efficacité énergétique compris entre 92 et 94 % des moteurs WEG W22 est un atout majeur afin de diminuer les consommations d’énergie. Ce niveau d’efficacité répond, par exemple, aux standards britannique WIMES spécifiques au secteur de l’eau. L’évolution constante des classes de rendement (allant jusqu’à IE5) offre toujours plus d’efficacité pour les moteurs triphasés.

Système de distribution d’eau

Quelques notions

La distribution de l’eau comprend plusieurs étapes. Ces différentes étapes se nomment “l’adduction de l’eau”. Le système de distribution de l’eau débute par son pompage et son captage en milieu naturel. Viennent ensuite son transport et également son stockage. Enfin, l’eau pure et propre à la consommation arrive jusqu’à nos robinets. 

Afin de rendre propre à la consommation l’eau collectée, des infrastructures équipées de pompes de surpression et de moteurs à induction moyenne tension  et de moteurs synchrones économes en énergie ainsi que des processus, qui ne cessent d’évoluer, sont mis en place par des entreprises privées tout aussi bien que par les collectivités. La qualité de l’eau est ainsi toujours plus fiable. 

Les évolutions des installations ont également pour objectif de pallier le manque d’eau de plus en plus important en mettant en œuvre des solutions limitant la perte et/ou le gaspillage de ce liquide précieux dont l’homme a besoin pour vivre.

Exemple d'une solution WEG

 L’adduction de l’eau en Tunisie est un enjeu majeur tant pour la consommation courante par l’homme que pour l’agriculture. Des solutions innovantes permettent également de recharger des nappes phréatiques dans des secteurs critiques. 

WEG a été choisie pour fournir les moteurs moyenne tension alimentant les pompes horizontales de la station de Béjaoua en Tunisie. Dans ce projet, il s’agissait de transporter dans le canal Majerda près de 500 millions de mètres cubes d’eau par an en provenance de plusieurs barrages pour l’acheminer vers différentes villes dont Tunis. 

La SECADENORD, Société d’Exploitation du canal et des Eaux du Nord, s’appuyant sur les produits WEG dont 2 moteurs moyenne tension, participe grandement à l’adduction de l’eau en améliorant les processus de pompage de la station de Béjaoua. L’installation actuelle d’une puissance électrique de 4400 Kw offre à chaque pompe un débit de 2 m3/seconde. Le contrôle de la puissance de pompage est effectué grâce aux démarreurs progressifs moyenne tension SSW7000 utilisant la toute dernière technologie.

Cette technologie fournit une commande de démarrage/arrêt et une protection pour les moteurs triphasés à induction et synchrones de moyenne tension.

Traitement des eaux usées

Quelques notions

La collecte et le traitement des eaux usées augmentent chaque année partout dans le monde. Les enjeux écologiques autour de l’eau, de son utilisation et de sa qualité sont de plus en plus élevés. La consommation urbaine et industrielle de l’eau tend à en dégrader significativement sa qualité originelle. De nombreux déchets liés à nos appareils ménagers, à nos sanitaires, à l’agriculture et à nos industries polluent les eaux rejetées à défaut d’un traitement adapté.

Les stations d’épuration permettent le traitement des eaux usées qui, selon leur provenance, sont plus (eaux industrielles) ou moins (eaux domestiques) difficiles à traiter. Les matières en suspension, des matières organiques, azotées et phosphorées sont ici traitées afin de limiter la pollution des effluents finaux.

Plusieurs niveaux de traitement sont utiles depuis la collecte des eaux jusqu’à son rejet. Durant le prétraitement, un dégrillage, un déshuilage et un dessablage sont réalisés. Lorsque le flux dépasse la capacité de traitement de la station d’épuration, le surplus d’eau collecté est acheminé vers un bassin de pollution pour être traité ultérieurement.  La deuxième étape est un traitement biologique utilisant des micro-organismes pour l’absorption des matières organiques. Enfin, les dernières étapes sont le dégazage, la clarification et la décantation de l’eau. Ainsi épurée, elle répond aux normes européennes et participe à une meilleure gestion de cet élément liquide précieux.

A chaque étape, des installations, telles que différentes pompes, sont utilisées. Ces installations connaissent des débits souvent très importants (selon la taille de la station d’épuration) et leur bon fonctionnement, une faible maintenance et une faible consommation énergétique sont primordiaux pour respecter les objectifs environnementaux croissants.

Exemple d'une solution WEG

Les surpresseurs sont des installations générant des volumes d’air importants à faible pression (1 à 4 bars). Ils sont utilisés pour l’aération des bactéries aérobies lors du traitement biologique, deuxième étape du traitement des eaux usées. Ces appareils sont une source de dépense forte (jusqu’à 70 % du coût total) en termes d’énergie.

L’amélioration de leur efficacité est donc recherchée pour limiter la consommation énergétique. Des moteurs électriques à haut rendement ainsi que des variateurs de vitesse innovants permettent à ces équipements de réduire leur dépense d’énergie, d’augmenter leur productivité et de gagner en durée de vie tout en réduisant les coûts de maintenance.

Pouvant fonctionner en présence de conditions sévères (fonctionnement 24h/24, 7j/7 – températures jusqu’à plus de 45), le système de refroidissement ainsi que la carcasse des moteurs triphasés WEG assurent un débit d’air optimum et des joints de paliers spécifiques prolongent la durée de vie des moteurs (40 000 heures).

Cas concret pour le traitement des eaux usées

SAMAE, le système public de l’eau au Brésil, a investi dans le remplacement et l’acquisition d’équipements électriques WEG, tels que des moteurs électriques, des panneaux et des variateurs de fréquence, ainsi que dans l’installation du WEG Motor Scan, capteur récemment lancé destiné à la surveillance périodique des moteurs électriques.

Il collecte les données et les envoie au cloud : cela permet des décisions plus rapides et plus précises, principalement en cas de maintenance prédictive, garantissant ainsi une efficacité accrue et une durée de vie plus longue du moteur électrique

Ces configurations ont pu amener des résultats satisfaisants :

dans une des stations de pompage, le volume d’eau traitée est passé de 60 à 80 litres par seconde
dans une autre station de pompage, la durée de fonctionnement en heures de pointe a été réduite de 15 à 6 heures par semaine. La demande totale d’énergie électrique hebdomadaire est passée de 20 496 kWh à 16 218 kWh, ce qui représente une économie d’environ 42% par litre d’eau traitée

D’autre part, l’une des pompes a éliminé la nécessité d’un fonctionnement à haute vitesse et a réduit les heures de fonctionnement de 149 à 105 heures par semaine.

Logiciel de contrôle pour les applications de pompage

Les entraînements de fréquence WEG sont équipés d’un logiciel dédié et spécialisé pour les applications de pompage. Pump Genius, associé à un variateur de fréquence CFW500 ou CFW11, permet la configuration et la surveillance de systèmes entiers.

Il assure un contrôle précis de la pression et du débit tout au long du cycle de traitement, en commençant par l’eau brute et son utilisation, puis par le traitement des eaux usées.

Les fonctionnalités du Pump Genius

Les modes de fonctionnement

Contrôle une pompe à l’aide d’un variateur de fréquence qui pilote la vitesse en fonction des besoins de l’utilisateur

Commande de deux pompes ou plus, chaque pompe étant entraînée par son convertisseur de fréquence respectif.

Commande de deux pompes ou plus entraînées par un convertisseur de fréquence.