Maintenance prévisionnelle des sites de méthanisation : deux exemples concrets et concluants

Découvrez des méthodes et moyens de maintenance prévisionnelle adaptés à la méthanisation, permettant d'apporter des gains de disponibilité et une meilleure quiétude des exploitants.

Parole d'exploitant, « plus une panne est détectée tôt : moins elle coûtera, la réparation sera plus facile, et la période d'indisponibilité sera limité. » Si elle est anticipée, c'est encore mieux. C'est là tout l'objectif de la maintenance prévisionnelle.

La maintenance prévisionnelle : késako ?

La maintenance prévisionnelle, souvent dénommée maintenance prédictive (anglicisme), désigne une démarche de maintenance visant à anticiper et prévenir, par des actions de maintenance classique (réglages, entretien, remplacement, etc.), des pertes de performance, des dégradations ou des pannes d'équipements. Cela permet d'éviter d'arriver à un point de non-retour, avec des dégâts, réparations et indisponibilités qui seraient plus couteuses. La maintenance prévisionnelle, fait partie de la catégorie « maintenance préventive ». Elle se distingue de la sous-catégorie « maintenance préventive systémique » (action régulière sans condition préalable) par le fait qu'elle n'intervient que lorsque qu'une ou plusieurs conditions sont réunies.

Exemples :

• Maintenance préventive systémique : Le détartrage ponctuel d'un lave-vaisselle est requis par le système et ne dépend pas de l'état réel d'entartrage, c'est une maintenance non conditionnée.

• Maintenance prévisionnelle (ou maintenance « prédictive »): Les témoins d'usure des pneus sont un exemple de maintenance conditionnée à un état d'usure du matériel.

La maintenance prévisionnelle pour la méthanisation ?

La maintenance prévisionnelle est applicable à tous les domaines, et même à la vie quotidienne (cf. exemples ci-dessus). Il est donc tout à fait pertinent de l'envisager pour les installations de méthanisation, qui regroupent de nombreux équipements sensibles pour la disponibilité du process. Ainsi, les couteaux / broyeurs pour incorporer les intrants, les agitateurs et pompes pour mettre en mouvement la matière, les compresseurs / moteurs de l'épuration ou de la cogénération, sont autant de matériels qui, si en panne ou endommagés, pénalisent fortement le bon fonctionnement général, et donc la production et vente d'énergie.

La question se pose donc : existe-t-il des méthodes et moyens de maintenance prévisionnelle adaptés à la méthanisation, permettant d'apporter des gains de disponibilité et une meilleure quiétude des exploitants ?

GRDF, à travers son Appel à Projets « Dispositifs physiques et logiciels pour une supervision intelligente des installations de production de biométhane^[1] » lancé en 2020, a retenu deux lauréats proposant des solutions innovantes pour la maintenance prévisionnelle : les sociétés WAVELY^[2] et ECO-ADAPT^[3]. Ces dernières proposent des capteurs non intrusifs (i.e. qui ne nécessitent pas de démonter les équipements), qui sont donc facilement déployables, à un coût raisonnable au regard du gain potentiel à en tirer pour l'exploitant.

Des essais sur des sites de méthanisation agricole (injection) ont été financés pour contribuer à l'adaptation des solutions proposées par WAVELY et ECO-ADAPT au contexte de méthanisation agricole. Voici le retour d'expérience de ces essais.

WAVELY : surveillance du son et des vibrations pour détecter des anomalies

WAVELY propose une solution de capteurs intelligents pour détecter des anomalies sur les équipements mécaniques :

• Modul'ear, qui capte et permet d'analyser le signal sonore,

Un site de méthanisation agricole a accueilli les tests de ces capteurs sur différents équipements. Le Modul'ear a ainsi été testé sur :

• Le broyeur d'incorporation des intrants ;

Résultats : détection des impacts sur les couteaux d'indésirables comme les cailloux.

Perspectives : pourrait permettre d'anticiper le changement des couteaux en fonction du nombre d'impact et de l'évolution du spectre sonore mesuré.

Les pics orange dans l'encadré rouge traduisent des impacts sur les couteaux

• Sur le compresseur de l'épuration, pour détecter des régimes de fonctionnement anormaux ;

Résultats : le signal sonore du compresseur retranscrit bien les différentes singularités du cycle de fonctionnement ainsi que les divers régimes.

Perspectives : un travail d'apprentissage du capteur sur ces données permettrait d'identifier les anomalies et d'anticiper ainsi les pannes et dommages.

• Les soupapes de sécurité des digesteurs, pour détecter leurs ouvertures et ainsi informer l'exploitant, si l'événement est fréquent, d'un problème de réglage ou de surproduction ;

Résultats : le capteur doit être placé proche des soupapes pour détecter le bruit d'ouverture dans le bruit ambiant de la zone.

Perspectives : la certification ATEX^[4] du capteur permettrait de l'installer au plus près des soupapes afin d'en détecter plus facilement l'ouverture. Alternative : si placé hors zone ATEX, apprendre au capteur à discriminer les bruits ambiants des bruits d'ouverture de soupape.

Cette application semble très intéressante pour permettre aux Producteurs de corriger plus rapidement ces situations.

En conclusion, la solution Modul'ear de WAVELY détecte le signal sonore des machines. Toutefois, un travail d'apprentissage (« machine learning ») adapté à ce type de site est encore nécessaire pour détecter dans ces signaux les anomalies et leur(s) cause(s), et aider ainsi l'exploitant à vérifier le matériel et anticiper les pannes et casses dommageables pour l'installation. Le besoin de faire certifier ATEX le capteur est confirmé, afin de maximiser le potentiel d'utilisation sur les sites de méthanisation.

Contact WAVELY : Michael BERNARD – Directeur des opérations – michael.bernard@wavely.fr

ECO-ADAPT : surveillance de la consommation électrique et diagnostic des machines tournantes à partir du signal électrique

ECO-ADAPT est spécialisée dans l'analyse des signaux et consommation électrique afin d'optimiser l'exploitation d'une installation et d'adopter une démarche de maintenance prévisionnelle :

• La gamme Power-Adapt permet la mesure, l'analyse et l'optimisation de la consommation d'électricité,

• Predict-Adapt est une solution de maintenance prévisionnelle pour machines tournantes électriques, basée sur l'analyse du signal électrique.

Ces solutions sont complétées d'une interface présentant le suivi de performance de la machine et le diagnostic d'éventuelles anomalies. Elles sont en cours de test sur deux sites de méthanisation agricole.

Power-Adapt peut économiquement se substituer dès à présent aux traditionnels compteurs électriques : associé à des capteurs de courant toriques (transformateurs), ce boitier permet de connecter 6 équipements triphasés ou 18 équipements monophasés pour mesurer leur consommation électrique. Cette solution a été jugée très intéressante par l'exploitant, car facile à mettre en œuvre et utile pour suivre et optimiser les consommations électriques des équipements énergivores.

Predict-Adapt est quant à lui testé sur les machines tournantes du site : compresseurs et pompes. Sur l'une de ces dernières, une amorce de défaillance a été détectée (et sa nature identifiée) suite à une dérive par rapport à la référence définie par le capteur intelligent. Cette identification a permis d'anticiper une panne importante de la pompe qui aurait mis en arrêt l'installation pendant plusieurs dizaines d'heures. Concernant les compresseurs, le premier retour d'expérience a permis d'adapter l'algorithme de traitement du signal pour faire face à la grande variabilité des points de fonctionnement et ainsi permettre de détecter d'éventuelles anomalies futures

Suivi d'une dégradation d'accouplement arbre moteur / charge sur plusieurs mois. Le déclenchement d'une alerte a permis de réaliser une intervention avant défaillance.

Contact ECO-ADAPT : Matthieu PETERSCHMITT – Directeur développement – contact@eco-adapt.com

Je suis Producteur de Biométhane, que retenir de ce retour d'expérience ?

1. La maintenance prévisionnelle est recommandée pour la méthanisation car elle permet d'anticiper des pannes fortement pénalisantes sur les équipements critiques : pompes, compresseurs, broyeurs, moteurs, agitateurs, etc.

2. Diverses solutions existent sur le marché. Les capteurs non intrusifs ont l'avantage d'être facile à mettre en œuvre, pour un coût jugé raisonnable.

3. WAVELY et ECO-ADAPT proposent ce type de solution, dont les essais sur sites de méthanisation agricole démontrent leur bon fonctionnement ; pour certaines applications, des développements complémentaires sont nécessaires pour répondre complètement au besoin.

4. Un intérêt de la filière sur ces solutions innovantes pourrait encourager ces acteurs à développer une offre spécifique pour la méthanisation.

Nota bene : GRDF remercie WAVELY, ECO-ADAPT, et les Producteurs de biométhane ayant accueilli les essais, pour leur précieuse implication.

---

[1] https://innovation.grdf.fr/challenge/show/2

[2] https://wavely.fr/

[3] https://www.eco-adapt.com/?lang=fr

[4] Certification ATEX = équipement qualifié pour être utilisé dans un environnement à risque d'ATmosphère EXplosive (ATEX)