1. Contact

Contact : marcello.serrao(AT)enpc.fr

Adresse professionnelle :

• Leesu, École des Ponts ParisTech, 6-8 avenue Blaise Pascal, Champs-sur-Marne, F-77455
• SIAAP – Direction Innovation, 5-7 boulevard Louis Séguin - 92700 Colombes

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2. Thèmes de recherche

Modélisation et contrôle des procédés : modélisation intégrée des processus de traitement des eaux usées municipal en couplant des modèles phénoménologiques avec des modèles basés sur l’analyse des données pour objectif d’aller vers la gestion de l’assainissement intelligent et intégré à l’échelle d’une agglomération.

3. Recherches en cours

Le traitement des eaux usées urbaines est confronté à de nombreux défis, tels que l’urbanisation, la croissance démographique, les effets du changement climatique, mais aussi la transition vers une gestion durable basée sur une économie circulaire avec une valorisation des matières et de l’énergie (starre). En outre, la réglementation établit des normes de performance strictes en fonction de l’état écologique du fleuve et de la gestion de l’eau à l’échelle du système urbain. De plus, des solutions doivent être trouvées pour contrer les menaces émergentes, telles que la présence croissante de micro-plastiques, d’agents pathogènes et d’hormones. La stratégie de gestion durable de l’eau appelle désormais une approche intégrée prenant en compte le réseau de transport des égouts, les stations d’épuration et l’environnement naturel des eaux réceptrices.

Afin de faire face à ces pressions, l’industrie des eaux usées a introduit de technologies innovantes pour le traitement et le contrôle soutenu par des processus chimiques et biologiques - par exemple l’utilisation de coagulants et de floculants, de recirculation des eaux traitées et des boues et le contrôle d’aération. Les progrès réalisés dans l’instrumentation numérique et la modélisation des processus ont conduit à de nouvelles stratégies de contrôle, rendu le traitement plus rapide et pour un large éventail de polluants, mais aussi plus complexe à contrôler et à prédire.

La modélisation de processus utilisant des modèles phénoménologiques est capable de les simuler et peut être utilisée pour la conception et l’optimisation. En raison des simplifications nécessaires pour modéliser des processus complexes, en particulier les processus biologiques (BAF, BRM) largement appliqués dans de nombreuses stations municipales européennes, ces modèles sont beaucoup moins applicables pour un contrôle en temps-réel et pour la prédiction. Des méthodes basées sur l’analyse de données utilisant des techniques d’IA peuvent combler les lacunes et fournir une puissance d’extrapolation précise.

L’objectif de cette recherche est de concevoir une approche hybride intégrant des modèles mécanistes avec des analyses de données basées sur des techniques d’IA pour créer un jumeau numérique hybride du traitement des eaux usées, en particulier pour des processus biologiques. Ce jumeau numérique sera capable de détecter les changements de conditions et d’adapter les performances de traitement en fonction des résultats modélisés des données collectées dans la station d’épuration. Il sera alors un outil d’aide au contrôle et à l’optimisation des procédés d’une starre. À plus long terme, cela peut être intégré avec un modèle de rivière et un modèle de réseau d’assainissement.

Les principaux objectifs sont:

• Le développement d’un modèle phénoménologique intégré des procédés de traitement des eaux usées basé sur des unités précédentes modélisées, qui est calibré et validé pour l’application des décanteurs chimiquement améliorés et de la biofiltration.
• Le développement d’un système de contrôle intelligent qui fusionne le modèle phénoménologique avec une approche d’analyse des données - un jumeau numérique hybride; utile comme outil d’aide à la décision pour le contrôle et l’optimisation des processus basés sur des prédictions précises.

Cette thèse, encadrée par Bruno Tassin et Peter Vanrolleghem (ModelEAU - Université Laval) en collaboration avec le SIAAP, s’inscrit dans le programme de recherche MOCOPEE dans l’axe 2 de ce programme «modélisations des procédés-contrôle-commande».

L’association W-SMART collabore à cette étude en fournissant une plateforme internationale de partage de connaissances sur les systèmes de gestion de l’eau qui sont sécurisés, résilients et durables.

4. Enseignement actuel

5. Responsabilités collectives

6. Parcours professionnel

Production, majoritairement depuis 2008, sur HAL-ENPC, classée par type