Métallurgie : Big Data et gros fours font bon ménage

Les industriels électro-intensifs n’ont pas attendus le réchauffement climatique pour s’intéresser à l’efficacité énergétique. C’est le cas de la métallurgie. Pour ses étapes d’aciérie bien sûr (fusion, affinage, recyclage), mais aussi pour la métallurgie extractive (première transformation du minerai), dont les fours impressionnent par leurs dimensions et puissance. Ces équipements très onéreux sont déjà conçus pour être très efficaces, et évoluent désormais peu dans leur design. Prochaine étape pour en réduire encore la consommation énergétique : le Big Data.

 

Métallurgie : une industrie lourde mais subtile

Rappelons brièvement le procédé de la pyrométallurgie, l’une des transformations du minerai brut, généralement extrait sous forme d’un oxyde en alliage, prêt à l’usage pour les aciéristes ou industries chimiques. La « réduction » (au sens chimique, qui consiste à éliminer l’oxygène en le faisant réagir avec du carbone) s’effectue en chauffant le minerai à très haute température (entre 1400 et 1800 °C environ), souvent dans des fours à arcs électriques de plus de 10 mètres de diamètre, affichant plusieurs dizaines de mégawatt de puissance (20 à 80 MW voire plus), et fonctionnant en continu.

Dans le principe, la conduite de ces fours consiste à analyser le minerai entrant (qualité, composition) puis, en fonction du cahier des charges, à ajuster les paramètres procédés (quantités de réducteur, puissance de chauffe instantanée…). En pratique, c’est bien plus compliqué ! D’abord, il n’est pas aisé de connaître précisément la composition ponctuelle du minerai. Ensuite, il y a plusieurs électrodes dans un four, qu’il faut parfois gérer individuellement pour bien répartir l’énergie. De plus, hormis les objectifs énergétiques, le procédé peut devenir instable, ce qui pose des enjeux de sécurité pour le personnel, et le risque de produire un alliage hors spécifications.

 

Peu d’informations techniques mais beaucoup de savoir-faire

Il suffit d’installer quelques capteurs pour monitorer tout cela direz-vous. Certes. Mais là encore, la pratique complique la donne. Il est quasiment impossible d’instrumenter l’intérieur de l’enveloppe réfractaire à cause des températures élevées. De plus, les forts courants et les arcs électriques provoquent des champs électromagnétiques qui compliquent les mesures électriques. Enfin, les capteurs s’encrassent, ainsi que le four lui-même, dont le comportement évolue avec le temps et l’usage. L’intérieur du four serait ainsi une boîte noire ? Pas complètement : certains capteurs de température déportés (plusieurs centaines), des données électriques (résistance, réactance…) et des informations sur l’alliage de sortie (composition, température de coulée) permettent de déduire l’état de fonctionnement des fours. Sans oublier les compétences et l’expérience des métallurgistes, qui savent non seulement conduire leurs fours, mais aussi détecter les situations à risque.

 

Un four 4.0, et toujours des métallurgistes

Reste que certaines situations sont découvertes tardivement, et que l’optimisation énergétique s’avère bien souvent trop fine et/ou trop complexe pour relever uniquement de l’instinct des équipes, fussent-elles brillantes et expérimentées. Certains métallurgistes utilisent des systèmes experts qui croisent les paramètres électriques et la composition du minerai avec des règles métiers. Mais il reste encore compliqué de formaliser des connaissances peu répertoriées, qui relèvent du savoir-faire, et sont souvent spécifiques à un couple minerai/équipement.

Une solution pointe pourtant : le Big Data. Les données existantes sont en effet suffisantes pour construire des modèles statistiques permettant de prédire les comportements d’un four donné. Les résultats sont prometteurs, avec par exemple la prédiction d’un événement probable à 70%, 10 minutes avant son occurrence. Pas de quoi cependant automatiser la conduite à court terme : l’avis du métallurgiste restera prépondérant pendant encore longtemps. A l’instar des boîtiers automobiles, il faut plutôt voir ces outils comme des aides à la conduite. Attention, vous entrez dans une zone de contrôle !

 

Maîtrisez vos centrales de traitement d’air !

Saviez-vous que la CTA – Centrale de Traitement d’Air – fait partie des équipements les plus complexes à maîtriser dans les usines ? Ce système autorégulé est parfois perçu comme une « boîte noire », et il n’est pas aisé d’en jauger les performances énergétiques. Pourtant, avec des outils adéquats, vos équipes sont en mesure de les optimiser. Il ne faudrait surtout pas passer à côté de cette opportunité.

C’est pourquoi une application web métier est indispensable pour le suivi et l’optimisation énergétique de vos centrales de traitement d’air. En effet, les CTA sont exploitées pour atteindre des niveaux de qualité d’air exigeants dans les ateliers (poussières, humidité, température…). Pour cela, elles sont constituées de nombreux éléments contrôlant automatiquement divers paramètres de l’air (température, hygrométrie, pression…). Ces derniers sont si nombreux qu’identifier des pertes ou des dérives est très complexe. Les dysfonctionnements passent donc souvent inaperçus ! D’autre part, les équipes n’ont pas les mêmes expériences et pratiques de conduite, ils ne ciblent pas les mêmes problèmes. L’animation de l’énergie permettra ainsi une plus grande efficacité sur le terrain.

 

La centrale de traitement d’air : complexe ou systémique ?

Bien sûr, la CTA n’est pas un mystère. Cependant son fonctionnement repose sur un “chemin thermodynamique de l’air” qui détermine les traitements successifs à effectuer sur l’air extérieur et/ou intérieur, afin de l’amener à la qualité souhaitée au point de soufflage.

« Les étapes sont simples – chauffage, refroidissement, lavage…– mais sont toutes liées et concourent à ajuster les paramètres de l’air en totale coordination. Les batteries froides serviront à refroidir ou déshumidifier, et les laveurs à humidifier. La CTA offre ainsi plusieurs façons d’obtenir un même résultat, la difficulté réside dans la stabilisation de la configuration la plus performante.» explique Stéphanie Hoarau, Chef de projet efficacité énergétique.

 

Toujours quelque chose à faire

On pourrait penser qu’une fois bien paramétrée, la CTA atteindra puis maintiendra efficacement ses objectifs. C’est sans compter sur les inévitables dérives des sondes, vannes bloquées ou passantes, erreurs et saisies de consignes incohérentes… sans parler des événements exogènes comme la variation des conditions extérieures ou dans l’atelier.

« Le problème réside justement dans l’orientation objectifs  d’une CTA : elle cherche à satisfaire la consigne, et pourra l’atteindre même en mode dégradé, au détriment de sa consommation énergétique. Et même si l’on détecte une anomalie, via ses interfaces, encore faut-il savoir séparer la cause des symptômes. Un air chaud et sec sera humidifié puis refroidi. Si l’air est trop froid en sortie, pour cause de vanne trop ouverte par exemple, des batteries chaudes en aval pourront entrer en jeu. Pas facile de diagnostiquer d’un seul coup d’œil ce problème depuis la supervision ! » précise Stéphanie Hoarau.

 

La data à la rescousse !

Alors comment évaluer ce qui se passe vraiment dans votre CTA ? En collectant un maximum de données sur son fonctionnement, y compris (et même surtout) sur ses sous-systèmes.

« A partir des caractéristiques techniques de tous les composants d’une CTA, nous pouvons construire un modèle de fonctionnement théorique et une banque de situations combinant les données d’entrées (comme les conditions extérieures et consignes) et l’état précis des sous-systèmes : consigne sur telle vanne, niveau de température après tel équipement… On peut ensuite comparer avec la réalité, en temps réel, pour chercher d’éventuelles incohérences et alerter en cas d’écarts » dévoile Stéphanie Hoarau.

 

Les bénéfices du monitoring énergétique des CTA

Les gains potentiels sont significatifs car ils permettent d’échapper à des situations qui durent :

  • les surconsommations sont évitées,
  • la qualité de l’air est améliorée,
  • les coûts de maintenance sont réduits, car les durées de fonctionnement en mode dégradé diminuent (lorsqu’un équipement dysfonctionne, ses voisins vont chercher à compenser).

 

L’application CTA de Vertuoz Industri.e fonctionne déjà. Elle permet en un coup d’œil de savoir tout ce qui se passe dans votre CTA, et surtout de résoudre des problèmes « indétectés » auparavant. Alors on l’ouvre, cette boîte noire ?

Vertuoz participe au premier MOOC pour se former au Smart Building

Afin d’accompagner la transition numérique des bâtiments et des territoires, la Smart Buildings Alliance for Smart Cities (SBA) et le Cnam ont collaboré pour donner naissance au 1er MOOC francophone dédié au Smart Building. Les professionnels de la filière pourront ainsi monter en compétence sur les technologies et services associés du Smart Building et de la Smart City pour appréhender toutes les nouvelles notions liées à l’évolution des métiers.

MOOC Smart Building

 

Ce MOOC gratuit est le fruit d’un travail collectif réunissant les expertises métiers de la SBA et expertises scientifiques du Cnam. Il permet à l’ensemble des acteurs de la chaîne de valeur du bâtiment de comprendre les enjeux et les perspectives des nouvelles technologies et des usages émergents pour des bâtiments connectés. L’objectif est d’acquérir un socle technique de base afin de dialoguer avec les experts et de développer son projet de bâtiment intelligent.

Jean-Christophe Bourgeois, Directeur de l’innovation et de l’IOT chez Vertuoz animera au cours de la 3è semaine thématique intitulée Les TIC (les Technologies de l’Information et de la Communication) au service du bâtiment et du territoire, une session sur les bénéfices engendrés par les nouveaux services déployés via les nouvelles technologies auprès des promoteurs, des gestionnaires et des occupants.

Catherine Cousinard, Chief digital officer pour la BU France BtoB chez ENGIE interviendra sur le sujet « l’intérêt des objets connectés dans le bâtiment ».

Ce MOOC se déroule sur 6 semaines du 25 février au 7 avril 2019. Chaque semaine comporte un thème :

  • Enjeux et perspectives du bâtiment connecté et communicant
  • Nouveaux modèles, nouvelles approches
  • Les TIC au service du bâtiment et du territoire
  • Gestion des données et confiance numérique
  • Exemples de mises en œuvre
  • Évolution des métiers liés au Smart Building/ smart territoire

Chacun de ces 6 thèmes sera approfondi par des vidéos de cours exposant une thématique, suivi d’un témoignage d’expert, ainsi que d’un quiz pour faire le point sur ses acquis. Les inscrits auront accès à tous les contenus dès l’ouverture du MOOC et le conserveront après sa fermeture. Pour chaque séquence, des discussions sont ouvertes sur le forum. Un test final QCM permet l’obtention de l’attestation de suivi avec succès.

Notions-clés abordées
💼 Quels métiers émergent au sein de la filière du bâtiment et de la construction ?
🛠 Quel rôle stratégique joue le Smart Building dans la transition écologique et énergétique ?

 

Je m’inscris au MOOC maintenant