Défis

Les ingénieurs de SUEZ conçoivent et construisent de grandes stations d'épuration, de production d'eau potable et de dessalement qui reposent sur des réseaux de canalisations complexes, des stations de pompage et des réservoirs de stockage. Ces systèmes doivent fonctionner dans des conditions d'apport d'eau très variables, allant du fonctionnement normal aux pics de débit critiques, mais brefs, lors d'orages.

La conception d'un système de transfert de l'eau implique plusieurs objectifs fortement liés et concurrents, tels que :

• la sélection des diamètres de tuyauterie et des configurations de pompe qui équilibrent les performances hydrauliques, le coût de construction et la consommation d'énergie ;
• la minimisation de l'impact environnemental et des émissions de CO₂ associées ;
• assurer un fonctionnement sûr lors d'événements transitoires tels que des coupures de courant soudaines ;
• l'ajustement des stratégies de contrôle pour éviter un fonctionnement instable, comme des cycles de démarrage-arrêt excessifs de la pompe.

Le système doit être optimisé non seulement pour les pics de débit, mais aussi pour la distribution du débit opérationnel à long terme sur l'ensemble de l'année. La majeure partie du temps de fonctionnement s'effectue à des débits faibles et moyens.

Solutions

Alexandre Lecorneur et Pedro Fonseca de SUEZ ont décrit comment le couplage de Wolfram System Modeler avec Wolfram Language permet de puissants flux de travail d'optimisation lors de la conférence de System Modeler en 2026.

Pour faciliter les premières décisions d'ingénierie et réduire les risques liés aux projets, SUEZ utilise la technologie Wolfram comme environnement de modélisation central au niveau du système pour représenter les réseaux hydrauliques, les stations de pompage et les architectures de contrôle dans un seul modèle exécutable.

System Modeler est l'environnement de simulation système principal permettant de modéliser l'architecture complète de transfert d'eau, notamment :

• les flux de réseau entrants,
• les réservoirs et les cuves,
• les sections de pipeline longues et courtes,
• les stations de pompage à vitesse variable,
• les dispositifs de protection tels que les réservoirs de régulation,
• l'architecture de contrôle associée.

Dès les premières étapes de la conception, System Modeler permet de créer un modèle hydraulique paramétré et rapide, dans lequel les diamètres des canalisations et les configurations des pompes sont considérés comme des variables de conception. Les principaux indicateurs de performance, tels que la consommation d'énergie (OPEX), les coûts de construction (CAPEX) et l'empreinte carbone, sont calculés directement à partir de ce modèle.

Pour réaliser des études de conception à grande échelle, le modèle de System Modeler est couplé aux flux de travail numériques et d'optimisation de Wolfram Language. Cette intégration permet l'exécution automatique du modèle des milliers de fois, autorisant ainsi l'optimisation multi-objectifs des diamètres de tuyauterie et des configurations de systèmes.

Outre les performances en régime permanent et à long terme, System Modeler permet également de simuler des scénarios transitoires, comme l'arrêt complet de plusieurs pompes. L'inertie des pompes, le comportement des moteurs et la dynamique des canalisations sont pris en compte pour évaluer le risque de pressions inférieures à la pression atmosphérique et d'effondrement des conduites, ainsi que pour étudier les mesures d'atténuation telles que les réservoirs de régulation.

Pour finir, le même modèle System Modeler est enrichi d'une logique de contrôle pour réguler les niveaux des réservoirs et le fonctionnement des pompes. Des simulations couvrant jusqu'à 20 jours de données d'entrée réelles s'exécutent en moins d'une minute, identifiant les instabilités de contrôle et optimisant les paramètres du contrôleur, lesquels sont ensuite optimisés automatiquement grâce Wolfram Language.

Avantages

En utilisant System Modeler comme plateforme centrale unifiée de simulation de systèmes, SUEZ peut :

• optimiser les diamètres des tuyaux et les configurations des pompes en fonction du coût total du cycle de vie et de l'impact environnemental,
• comparer rapidement les différents modèles de pompes et les stratégies de fonctionnement multi-pompes,
• identifier et atténuer les risques hydrauliques tels que les conditions de vide après l'arrêt de la pompe,
• valider et optimiser les architectures de contrôle avant la mise en service.

L'étroite intégration entre System Modeler et Wolfram Language permet une optimisation automatisée à grande échelle et des études paramétriques, transformant les modèles de systèmes en ressources d'ingénierie réutilisables pour la prise de décision en matière de conception et d'exploitation, tout en réduisant considérablement les efforts de dépannage par rapport aux tests sur place.