Top Banner
P P P R R R O O O J J J E E E T T T I I I N N N D D D U U U S S S T T T R R R I I I E E E L L L A A A u u u d d d i i i t t t e e e a a a u u u e e e t t t t t t o o o u u u r r r s s s a a a é é é r r r o o o r r r é é é f f f r r r i i i g g g é é é r r r a a a n n n t t t e e e s s s à à à l l l a a a B B B n n n F F F Rapport soutenu le Mercredi 6 Février 2008 Par Marine SALAÜN et Eric MÜLLER B B B i i i b b b l l l i i i o o o t t t h h h è è è q q q u u u e e e n n n a a a t t t i i i o o o n n n a a a l l l e e e d d d e e e F F F r r r a a a n n n c c c e e e 1 ère année Master Pro STEP Génie de l’Environnement et de l’Industrie (GEI) IUP Génie de l’Environnement – Université Paris 7 2007-2008 Projet Industriel : UE 39U4GE42 Tuteur de stage M. Jean-Pierre FRANGI Directeur de l’IUP Génie de l’Environnement Université Paris 7 Paris (75) Maître de stage M. Bruno BONANDRINI Chef du service climatisation Bibliothèque nationale de France Paris (75)
21

Projet Indus Salaun Muller

Oct 21, 2015

Download

Documents

Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Projet Indus Salaun Muller

PPPRRROOOJJJEEETTT IIINNNDDDUUUSSSTTTRRRIIIEEELLL

AAAuuudddiiittt eeeaaauuu eeettt tttooouuurrrsss aaaééérrrooorrréééfffrrriiigggééérrraaannnttteeesss ààà lllaaa BBBnnnFFF

Rapport soutenu le Mercredi 6 Février 2008 Par

Marine SALAÜN et Eric MÜLLER

BBBiiibbbllliiiooottthhhèèèqqquuueee nnnaaatttiiiooonnnaaallleee dddeee

FFFrrraaannnccceee

1ère année Master Pro STEP Génie de l’Environnement et de l’Industrie (GEI) IUP Génie de l’Environnement – Université Paris 7

2007-2008

Projet Industriel : UE 39U4GE42

Tuteur de stage M. Jean-Pierre FRANGI Directeur de l’IUP Génie de l’Environnement Université Paris 7 Paris (75)

Maître de stage M. Bruno BONANDRINI Chef du service climatisation Bibliothèque nationale de FranceParis (75)

Page 2: Projet Indus Salaun Muller

Sommaire Fiche de position……………………………………………………….page I Photocopies conventions……………………………………………….page III à VIII Remerciements…………………………………………………………page IX Résumé & Abstract…………………………………………………….page X Introduction …………………………………………………………….page 1 I) Objectif : L’économie d’eau………………………………………....page 3

1) Circuit de refroidissement fermé…………………………………………....page 3 2) Récupération des eaux pluviales.…………………...…………….…………page 3 3) Osmose inverse……………………………………………………………...page 3 4) Déminéralisation par résines anioniques et cationiques………………….....page 3 5) Filet à brouillard………………………………………………………….....page 4

II) Etudes réalisées……………………………………………………..page 5

1) Remplacement des adoucisseurs…………………………………………….page 5

a) Etude économique de la société PERMO pour les adoucisseurs b) Etude économique de la société PERMO pour l’osmose inverse c) Conclusion

2) Filets à brouillard………………………………………………………........page 8

a) Méthodologie b) Bilan de fonctionnement c) Conclusion

Conclusion……………………………………………………………...page 12 Bibliographie & Webographie………………………………………….page 13 Annexes…………………………………………………………………page A à D

Page 3: Projet Indus Salaun Muller

Remerciements

Tout d’abord, nous tenons à remercier notre tuteur de stage Monsieur Bruno Bonandrini, chef du service climatisation à la BnF, qui nous a accueillis dans son équipe pour la réalisation de notre projet industriel.

Nous remercions également :

- Laurent Verchère, technicien en charge du traitement de l’eau - Michel Vial, gestionnaire énergie et fluides - Thibaut Le, technicien en charge des tours aéroréfrigérantes - Joël Alain, menuisier - la société de maintenance IDEX et plus particulièrement Philippe Vittupier

(responsable du service) et Franz (technicien) - les magasiniers du DMT (direction des moyens techniques)

pour leurs disponibilités, leurs renseignements, les coups de mains, le prêt du matériel et leur implication dans notre projet.

Merci aussi à Monsieur Jean-Pierre Frangi, directeur de l’IUP Génie de l’environnement et

industrie et tuteur IUP de notre projet, pour nous avoir mis en relation avec la BnF et nous avoir suivi tout au long de cette étude.

Page 4: Projet Indus Salaun Muller

Résumé

Notre projet industriel s’est déroulé à la BnF (Bibliothèque François Mitterrand) sous la responsabilité de Monsieur Bonandrini, chef du service climatisation. Notre sujet de stage "Audit eau et tours aéroréfrigérantes" a comporté deux axes de travail. Le premier a consisté à réaliser une étude technique de remplacement des adoucisseurs actuellement en place. A savoir que l’eau adoucie produite alimente le circuit de refroidissement des tours aéroréfrigérantes. Deux possibilités ont été étudiées : le renouvellement à l’identique ou la mise en place d’osmoseurs. Pour le dernier cas, grâce à l’eau osmosée produite, une réduction des purges de déconcentration aurait permis d’alléger la facture d’eau. Cependant, les coûts d’exploitation élevés nous ont poussés à écarter ce procédé. Le remplacement des adoucisseurs par d’autres appareils du même type est donc préconisé. Le deuxième sujet de travail a concerné la réduction des consommations d’eau. Sur ce point, nous avons voulu innover en mettant en place des filets à brouillard sur les tours aéroréfrigérantes. L’idée est de récupérer une partie de l’eau contenue dans le panache de vapeur. Grâce à la mobilisation des équipes de la BnF et à notre persévérance, ce projet a pu aboutir par la pose de 3 toiles.

Abstract

Our industrial project took place in the BnF (Bibliothèque François Mitterrand) under the responsibility of Mr Bonandrini, leader of the air conditioning service. Our topic probation “Water audit and cooling towers "had two working axes.

The first one consists in realizing a technical study in order to replace the softeners

currently in use. Taking into account that the produced softened water feeds the cooling circuit, two possibilities were studied: the renewal in the identical or the implementation of osmosers. For the last case, a reduction of the purges of deconcentration would have allowed to relieve the water bill, thanks to the produced osmosed water. However, the high operating costs has encouraged us to push aside this process. The softeners replacement by other devices of the same type is thus recommended.

The second working subject is the reduction of the consumptions of water. In this instance, we wanted to innovate by setting up fog nets on the towers. The idea is to recover a part of the water that is contained in the steam plume. Thanks to the mobilization of the BnF’s team and our perseverance, this project has been able to succeed by the installation of three nets.

Page 5: Projet Indus Salaun Muller

Introduction Dans un contexte général de protection de l’environnement, la BnF a récemment entamé une politique de développement durable. Parmi plusieurs sujets, une réflexion sur la problématique de l’eau a été retenue et engagée en vue de réaliser des économies. C’est à ce titre que nous sommes intervenus à la bibliothèque François Mitterrand.

Notre projet industriel intitulé "Audit eau et tours aéroréfrigérantes" se focalisera plus particulièrement sur l’eau utilisée par le circuit de refroidissement de ces tours. Deux sujets de travail seront traités. Le premier consistera à mener une étude sur le remplacement des adoucisseurs d’eau. Quant au deuxième, il fera l’objet d’une innovation par la pose de filets à brouillard sur une tour aéroréfrigérante. Mais avant de vous faire part de notre travail, nous souhaitons tout d’abord vous présenter l’établissement qui nous a accueillis.

La Bibliothèque nationale de France se compose de six sites :

4. Sablé (72) (réparation des ouvrages abîmés) 5. Bibliothèque musée de l’opéra Garnier - Paris (archives sur tous les spectacles montés depuis trois siècles) 6. Centre technique de Bussy Saint Georges (94) (études et essais sur papier en laboratoire) Description du bâtiment de la Bnf Tolbiac

1. Tolbiac - Paris (fond patrimonial)

2. Cardinal de Richelieu - Paris (collections spécialisées)

3. Bibliothèque de l’Arsenal - Paris (Fonds anciens d’imprimés d’histoire et

de littérature)

Figure 1 : Plan de la BnF

Page 6: Projet Indus Salaun Muller

Le bâtiment se compose d’un socle, enfoncé dans le sol et évidé dans sa partie centrale pour y loger un jardin, et de 4 tours hautes de 80 m.

Ces tours sont composées d’acier, de verre et de bois. Par leur disposition, l’architecte, Dominique Perrault, a voulu représenter 4 livres ouverts.

Dans les niveaux inférieurs se trouvent les salles de lecture, le stockage des ouvrages et documents, les ateliers de traitement des documents et de gestion du dépôt légal et la plupart des équipements techniques.

Dans l’évidement central du socle, un jardin de plus d’un hectare est aménagé avec près de 250 arbres. Ils ont été préparés en forêt depuis plusieurs années.

Les tours comportent 18 étages. Les 7 premiers sont occupés par les bureaux de

l’administration protégés par des volets de bois mobiles. Les 11 autres renferment les réserves d’ouvrages protégés par des volets de bois fixes.

Pour consulter les documents de la BnF, un espace est réservé au public et un autre est dédié à la recherche. Au total, une surface de 40 000 m² de salles de lecture permet un accueil de 3700 lecteurs. La bibliothèque comptabilise environ 8000 visiteurs par jour.

La construction de la BnF a coûté 1,2 Milliards d’euros, et son budget de fonctionnement

annuel est compris entre 180 et 230 millions, soit le dixième du budget du ministère de la culture.

La Bibliothèque nationale de France est un Etablissement Public à caractère Administratif (E.P.A), placé sous la tutelle du ministre chargé de la culture. Son siège est à Paris.

Un E.P.A est doté de la personnalité juridique et de l’autonomie financière. Il est placé sous la tutelle de l’Etat et soumis aux règles de la comptabilité publique. Un ordonnateur (président, administrateur général ou directeur général) prescrit l’exécution des recettes et des dépenses. Particularité d’un E.P.A : • Son personnel auquel s’appliquent les règles de la fonction publique est composé notamment

d’agents des corps de l’Etat. • Il est obligatoirement doté d’un comptable public responsable personnellement et

pécuniairement des opérations qu’il effectue, et sous le contrôle de l’inspection générale des Finances et éventuellement des corps de contrôle compétents.

• Les prévisions de recettes et de dépenses sont présentées sous la forme d’un budget qui doit être approuvé par les autorités de tutelle.

• Les dotations budgétaires présentent, en ce qui concerne les dépenses, un caractère limitatif. • Le financement est généralement assuré sur fonds publics (subventions, conventions…). • Présence d’un contrôle financier.

Page 7: Projet Indus Salaun Muller

I. Objectif : L’économie d’eau Dans cette partie, nous allons exposer toutes les solutions qui ont été envisagées au début de notre projet industriel pour réduire la consommation d’eau de la BnF. Certaines idées ont tout de suite été écartées car irréalisables techniquement. Deux en particulier, plus prometteuses seront détaillées plus loin dans ce rapport.

1) Circuit de refroidissement fermé

Tout d’abord, nous avons voulu connaître l’utilité des tours aéroréfrigérantes de type ouvert à voie humide (cf. Annexe II) par rapport au type fermé. L’avantage de ce dernier est l’absence de perte d’eau due à l’évaporation. Cependant, son inconvénient est sa capacité de refroidissement qui est étroitement liée à la température extérieure. Or à la BnF l’eau à la sortie des tours ne doit jamais excéder une température de 30°C sous peine de voir les compresseurs de l’ensemble climatisation / chauffage se mettre en défaut et s’arrêter. En été, en cas de canicule, il serait donc impossible à un système fermé de respecter cette consigne. Ainsi, le choix des tours aéroréfrigérantes ouvertes à voie humide est donc justifié puisque l’évaporation permet d’obtenir une température de l’eau inférieure à celle de l’extérieur. Cette voie d’économie d’eau est donc d’emblée écartée.

2) Récupération des eaux pluviales La bibliothèque François Mitterrand ainsi que son esplanade couvre une surface au sol d’environ 60 000 m2. A première vue, le potentiel pour récupérer de l’eau de pluie est donc énorme. Avec 600 mm de précipitations en moyenne par an, un calcul simpliste nous donne un volume à récupérer de 36 000 m3. Cependant, des pertes liées à l’évaporation et l’humidification des zones de collecte sont à prendre en compte. La BnF a déjà eu une réflexion sur ce sujet. Pour le stockage, des bâches souples pourraient être installées dans le vide sanitaire. Avant son injection dans le circuit de refroidissement, un traitement par filtration de l’eau de pluie serait toutefois à prévoir afin d’éliminer les matières en suspension et diverses particules. Un réseau de canalisations devra aussi être créé. Vu l’ampleur de la tâche, de telles études ne peuvent pas être menées durant un projet industriel mais peuvent faire l’objet d’un stage.

3) Osmose inverse L’osmose inverse est un système de purification de l’eau contenant des matières en solution

par un système de filtrage très fin qui ne laisse passer que les molécules d’eau. Ce système nous permettrait de faire des économies d’eau au niveau des purges de déconcentration. Les purges sont faites lorsque l’eau est trop chargée en minéraux, avec ce procédé l’eau sera pure, donc ne contiendra plus de minéraux, la nécessité de déconcentrer l’eau des tours sera donc réduite. Cette voie d’économie d’eau a été retenue, son étude sera détaillée dans le chapitre suivant.

4) Déminéralisation par résines anioniques et cationiques L’objectif est identique aux osmoseurs : réduire la quantité de minéraux afin de limiter leur concentration dans les tours. Cette technique a tout de suite été écartée car se pose le problème du stockage au sein de la BnF d’acide chlorhydrique et de soude nécessaires à la régénération des résines.

Page 8: Projet Indus Salaun Muller

5) Filet à brouillard Lorsque les tours aéroréfrigérantes sont en fonctionnement, l’excès de chaleur est évacué par le souffle d’air chargé de vapeur et de gouttelettes d’eau. Chaque année, environ 35 000 m3 d’eau sont évacués par cette voie. L’idée est d’en récupérer une partie à l’aide de filet à brouillard en s’inspirant de la technique déployée au Chili. Celle-ci consiste à tendre des filets sur des flancs de montagnes en zones reculées dans le but de capter de l’eau destinée à la consommation humaine.

Photo 1 : Filets à brouillard du Chili

Page 9: Projet Indus Salaun Muller

II. Etudes réalisées

1) Remplacement des adoucisseurs

La BnF dispose de trois adoucisseurs de marque CILLIT type Reflex C460-22 qui ont l’âge de la BnF c'est-à-dire environ 12 ans. Les adoucisseurs devront être remplacés à plus ou moins court terme. Dans l’optique de les remplacer et celui du développement durable, M. Bonandrini a demandé d’étudier leur remplacement par d’autres procédés pour pouvoir faire des économies sur l’eau.

La BnF consomme 50 000 m3 d’eau par an pour leur réseau d’eau de process. Deux tiers de cette eau sont perdus par évaporation à la sortie des tours aéroréfrigérantes. Le tiers restant est perdu au niveau des purges de déconcentration. Le système d’adoucisseurs permet d’adoucir l’eau de la ville avant son utilisation dans le réseau d’eau des tours. Le principe de l’adoucissement de l’eau est de remplacer les ions calcium Ca+ responsables de la dureté de l’eau par des ions Na+ contenus dans les résines de l’adoucisseur. Les adoucisseurs fonctionnent sur un échange d’ions au niveau des résines. Cependant cette eau adoucie n’est pas pure, elle contient encore des minéraux, notamment du Na+. Cette concentration en minéraux dans l’eau du réseau joue sur les purges de déconcentration. La modification du système d’adoucisseurs, par un procédé physico-chimique permettant d’obtenir de l’eau pure, et non plus simplement adoucie, permettrait éventuellement de faire des économies de perte d’eau au niveau de la déconcentration des tours. Le procédé étudié en remplacement des actuels adoucisseurs est l’osmose inverse.

Dans notre étude de remplacement des adoucisseurs, nous avons tout d’abord recherché des entreprises à contacter pour obtenir des informations, ainsi que des devis pour les remplacer par de nouveaux adoucisseurs ou des osmoseurs inverses. Nous avons commencé par contacter CILLIT étant donné que les adoucisseurs actuels sont de cette marque. Puis M. Frangi nous a orienté vers la société PERMO. Et la BnF nous a parlé de la société CIBA qui s’occupe actuellement des analyses de l’eau sur leur site (cf. Annexe I).

Ces trois sociétés nous ont donné des informations sur les adoucisseurs et l’osmose inverse. Nous avons également contacté la société INFILCO qui n’a pas donné suite à notre requête.

Pour étudier, si le remplacement des adoucisseurs par un procédé d’osmose inverse

s’avérerait rentable, nous allons comparer le coût de ces deux systèmes grâce aux informations fournies par la société PERMO. Lors d’un entretien téléphonique avec M. Vasseur de cette société, nous avons pu envisager différents scénarii pour la mise en place d’osmoseurs inverses. Celle-ci est envisageable à deux endroits sur les circuits d’eau :

- en remplacement des adoucisseurs : l’idée est d’injecter une eau quasiment pure dans le circuit de refroidissement. Ainsi, avec une eau exempte de minéraux, le phénomène de concentration dans les tours aéroréfrigérantes sera fortement diminué et de ce fait les purges de déconcentration seront par la même occasion réduites.

- au niveau des purges de déconcentration : tout en gardant les adoucisseurs en entrée de circuit, un osmoseur peut être mis en place au niveau des purges de déconcentration, le but étant de récupérer les eaux chargées en minéraux, de les filtrer et de les réinjecter dans le circuit. Actuellement, les eaux purgées vont directement à l’égout.

Page 10: Projet Indus Salaun Muller

M. Vasseur nous a dit qu’il n’existait pas d’installation de ce type pour cette dernière méthode. En effet, en raison des caractéristiques des eaux de purges, les risques de colmatage des membranes sont très forts. Ces eaux sont très chargées en minéraux, en poussière (dû au lavage de l’air dans les tours) en brome et en chlore. Ces deux derniers éléments sont aussi des agents dégradants pour les membranes. Si toutefois, un osmoseur devait être mis en place, il faudrait tout une série de filtres pour éliminer les particules indésirables ce qui augmenterait considérablement le coût de l’installation. Celle-ci nécessiterait de plus un suivi accru de la maintenance pour détecter justement les colmatages. Une membrane dans ces conditions aurait donc une durée de vie assez courte et son remplacement (2000 euros) augmenterait les coûts. Il nous reste donc deux possibilités, soit le remplacement des adoucisseurs actuels par d’autres adoucisseurs, soit leur remplacement par des osmoseurs inverses. Nous allons comparer le coût de revient d’un adoucisseur à celui d’un osmoseur inverse.

a) Etude économique de la société PERMO pour les adoucisseurs :

ADOUCISSEUR

Quantité Coût unitaire Durée de vie (an)

Coût sur un an (€/an) Observations

Coût appareil hors fourniture et main

d'œuvre 3 appareils 8 700 € 12 2 175

On garde une base de trois adoucisseurs pour ne pas

diminuer les performances actuelles

Coût fourniture 47 000 kg 0.24 €/kg 1 11 280 Sels regénérants pour adoucir l’eau

Coût eau perdue 1 320 m3 2,08 €/m3 1 2 746

330 régénérations nécessaires par an

consomment 4 m3 d’eau chacune soit 1 320 m3/an

Eau consommée 50 000 m3 2,08 €/m3 1 104 000 La BnF consomme 50 000 m3 d’eau par an.

Analyses chimiques 1 28 000 Prix total de toutes les

analyses chimiques d’eau sur le site pour une année

Prix de revient annuel 1 148 201 Total de tous les coûts à

l’année Soit prix du

m3d’eau adoucie 2,96 €

Tableau 1 : Récapitulatif de l’étude PERMO pour le remplacement des adoucisseurs par d’autres

adoucisseurs.

Page 11: Projet Indus Salaun Muller

b) Etude économique de la société PERMO pour l’osmose inverse :

OSMOSEUR INVERSE

Quantité Coût unitaire Durée de vie (an)

Coût sur un an (€/ an) Observations

Coût appareil hors fourniture et main

d'œuvre 1 appareil 35000 € 12 2 917 Un osmoseur d’une capacité

de 20 m3/h

Coûts fourniture 1 8 000 Filtres en amont de l’osmoseur

Remplacement des membranes 50 membranes 700 € 3 8 750

Prévoir trois remplacements sur 12 ans car le 1er

remplacement aura lieu au bout de trois ans.

Eau consommée 51 250 m3 2,08 €/m3 1 106 600 41 000 m3 d'eau osmosée + 10 250 m3 d'éluât *

Analyses chimiques 1 28 000

On part du principe que le traitement chimique ne sera pas différent pour l’osmose

inverse Prix de l’électricité 1 - Pas de données

Prix de revient annuel 154 267

Soit prix du m3d’eau osmosée 3,01 €

Tableau 2 : Récapitulatif de l’étude PERMO pour le remplacement des adoucisseurs par un

osmoseur inverse. * Avec ce système, le volume d’eau purgée pourrait passer de 16000 à 7000 m3. Ainsi le rapport de concentration passerait de 3 à 7 ce qui correspondrait à une diminution de la consommation d’eau de 50 000 m3/an à 41 000 m3/an. Cependant le rendement de l’osmose inverse est de 75%, il faut donc ajouter 25% du volume d’eau à traiter en entrée pour palier à la perte d’eau, ce qui correspond à un volume d’éluât de 41 000 * 0,25 = 10 250 m3 Ceci donnerait un volume total d’eau consommée en osmose inverse de 41 000 + 10 250 = 51 250 m3

Cette étude se base essentiellement sur les renseignements donnés par la société PERMO car elle nous a fourni une étude complète et exploitable. Les renseignements pris auprès de la société CILLIT ne sont pas exploitables, car ceux-ci partaient d’un rendement d’osmose de 10 % seulement. La société CIBA nous a fourni un devis pour de nouveaux adoucisseurs consultable en Annexe III.

c) Conclusion

Pour cette étude nous n’avons pas obtenu d’autres devis nous permettant de comparer le système d’adoucisseurs actuellement en place à un nouveau système d’osmoseurs inverses. Cependant en discutant avec M. Vasseur, celui-ci nous a fait comprendre que le système d’osmose inverse n’est pas applicable à ce type d’installation, la principale raison étant que le débit d’eau mis en jeu est trop important. L’osmose inverse est actuellement utilisée dans des entreprises de pharmaceutique et d’agroalimentaire, car ces domaines nécessitent une eau pure. Ce qui n’est pas indispensable dans le cas de tours aéroréfrigérantes.

Page 12: Projet Indus Salaun Muller

À l’heure actuelle, le système d’adoucisseurs est donc le plus rentable. Si la BnF veut faire des économies d’eau, il faut réfléchir à remplacer les tours aéroréfrigérantes, ou du moins une partie, par un autre système tel que des dry-coolers. Un tel changement permettrait de réduire la quantité d’eau utilisée.

2) Filet à brouillard Les tours aéroréfrigérantes évacuent les 3

2 de l’eau adoucie produite à la BnF ce qui

représente un volume annuel d’environ 35 000 m3. La quantité d’eau perdue étant la plus importante à cet endroit, les efforts d’économie doivent donc se porter à ce niveau. Dans cette logique, nous avons proposé à la BnF la mise en place de filets à brouillard (voir échantillon en Annexe) dans le but de capter la vapeur d’eau et les micro-gouttelettes contenues dans le flux d’air évacué. Cette idée novatrice proposée par M. Frangi a séduit M. Bonandrini qui nous a donné carte blanche pour la tester.

a) Méthodologie

Tout d’abord, il a fallu trouver un fournisseur pour la toile. En cherchant sur Internet, nous avons retrouvé la société qui a installé les filets à brouillard au Chili. Il s’agit de la S.A. BOUILLON, située à Caudry (59). Après avoir obtenu un échantillon et après maints échanges téléphoniques, une toile de 3 x 10 mètres nous a été gracieusement livrée à la BnF. La question de la pose est ensuite venue. Des critères d’installation se sont tout de suite imposés :

Pas de perte de la capacité de refroidissement de la tour donc pas de réduction du flux d’air par obstruction

Résistance au vent Surface de contact maximale avec le panache de vapeur

En concertation avec le service climatisation, la solution de panneaux inclinés a été retenue.

Schéma 1 : Possibilités d’implantation de filets à brouillard (Vue en coupe)

TOUR AEROREFRIGERANTE

FILETS A BROUILLARD SUR CHASSIS

3575 mm

Page 13: Projet Indus Salaun Muller

Pour la réalisation des châssis destinés à recevoir et à tendre les toiles, nous avons tout d’abord pensé à une structure en bois, ce matériau étant facile à travailler. Mais pour cela nous avions besoin des services de la menuiserie de la BnF. Le chef-menuisier était prêt à collaborer avec nous, cependant, sa charge de travail ne lui permettait pas d’être disponible avant la fin de notre projet industriel.

Nous devions trouver un autre moyen. L’acier ne nous convenait pas car trop cher à l’achat. La solution du PVC a ensuite été évoquée. Abordable d’un point de vue prix, facile à monter, nous avons donc opté pour ce matériau. IDEX, société de maintenance à la BnF, nous a donc fourni des tubes en DN 40, des coudes 45°, de la colle et des tasseaux en bois. Pour ce qui est de l’outillage, le magasin de la BnF nous a approvisionné en boulons, perceuse, scie et autre matériel de sécurité (gants, masque facial contre la légionnelle).

C’est donc durant notre dernière semaine à la BnF que nous avons réalisé trois châssis en PVC de 2x2 mètres sur lesquels nous avons tendu un filet à brouillard. Avec l’aide d’un technicien IDEX, ces toiles ont ensuite été montées dans une des quatre tours aéroréfrigérantes de la T1, la fixation ayant été réalisée latéralement à l’aide de bastaings 60x80 mm eux-mêmes vissés sur la tuyère d’évacuation. Un renfort a été réalisé à l’aide de câbles d’acier pour assurer une meilleure résistance au vent.

Afin de quantifier l’eau susceptible d’être récupérée, chaque toile a été équipée d’une gouttière raccordée à un bac. Les photos ci-après illustrent la réalisation et la mise en place des toiles :

Photo 2 : Assemblage des tubes PVC

Photo 3 : Collage des tubes PVC

Photo 4 : Détails des fixations de la toile sur bois et PVC

Photo 5 : Détails des fixations de la toile sur bois et PVC

Page 14: Projet Indus Salaun Muller

b) Bilan de fonctionnement

A l’heure où nous rédigeons ce rapport, le premier bilan de fonctionnement des toiles nous a été communiqué par la BnF. En sept jours, 20 litres d’eau ont été collectés par filet pour un temps de fonctionnement total de la tour aéroréfrigérante de 32 heures ce qui fait une récupération de 0.625 l/h. Ce chiffre est à comparer au débit d’évaporation des tours qui avoisine les 2000 l/h (35 000 m3 évacués par an en 17 600 heures de fonctionnement).

Photo 6 : Détail gouttière de récupération

Photo 7 : Filet à brouillard sur châssis

Photo 8 : Hissage d’une toile sur le toit

Photo 9 : Tour aéroréfrigérante

Photo 10 : Toiles (x2) fixées dans la tour

Photo 11 : Dispositif de récupération d’eau dans la tour

Page 15: Projet Indus Salaun Muller

Imaginons maintenant la pose de 6 filets sur chacune d’entre elles (8 au total), nous pourrions espérer récupérer sur une année: 0.625 x 6 x 17 600 = 66 000 litres soit 66 m3 ce qui représente un peu moins de 0.2 % de la quantité d’eau évaporée. Autant dire que c’est négligeable.

Une analyse de conductivité a aussi été faite sur l’eau récupérée. Elle est de 915 µS/cm or celle de l’eau qui circule dans les circuits de refroidissement est de 1600 µS/cm. Quant à l’eau évaporée, sa conductivité est d’environ 50 µS/cm. Cela signifie donc que l’eau récupérée par les toiles provient approximativement à 60 % d’un entraînement vésiculaire et que les 40 % restants sont issus de l’évaporation. Sur ce dernier point, l’air évacué par les tours qui a une saturation en eau proche de 100 %, atteint donc son point de rosée lorsqu’il arrive au contact des filets à brouillard.

c) Conclusion

Il est trop tôt pour tirer des conclusions définitives sur cette expérience. De l’eau a été récupérée mais pas en quantité suffisante pour espérer pour le moment un déploiement à grande échelle. Le test mériterait d’être prolongé pour voir si les toiles réagiraient de la même façon dans d’autres conditions climatiques et avec des inclinaisons différentes.

Mais au-delà du fait que les filets à brouillard retiennent de l’eau, cette étude et plus particulièrement les mesures de conductivité nous ont permis de mieux comprendre le mécanisme de diffusion de la bactérie Légionnelle. Comme n’importe quelle particule, celle-ci serait restée dans les circuits d’eau si l’évaporation avait été le seul phénomène rencontré. Or nous avons constaté, grâce à la conductivité, que de l’eau sous forme liquide était aussi évacuée. Et c’est justement dans ces aérosols que la Légionnelle peut gagner l’atmosphère environnante des tours aéroréfrigérantes et contaminer d’éventuelles personnes fragilisées si ses populations étaient mal maîtrisées.

Page 16: Projet Indus Salaun Muller

Conclusion

Ce projet industriel a été très enrichissant tant du point de vue personnel que professionnel. Tout d’abord, il nous a permis de mieux connaître le fonctionnement de la BnF ainsi que les locaux. Il nous a ensuite révélé les difficultés qui peuvent intervenir lors du déroulement d’une étude technique à savoir les problèmes d’approvisionnement de matériel, de coordination entre services, de budget et de gestion du temps.

Concernant l’étude sur les adoucisseurs, cette technique de traitement de l’eau reste encore la plus adaptée aux particularités de la climatisation de la BnF car moins onéreuse à l’achat et en maintenance que les osmoseurs. C’était l’hypothèse de départ de Monsieur Bonandrini et nous l’avons conforté sur ce point. Il a par ailleurs obtenu une étude chiffrée pour l’achat de nouveaux adoucisseurs. Au cours de cette étude, nous n’avons donc pas fait de réelle avancée sur les économies d’eau en terme de quantité. Toutefois, en analysant les factures d’eau, nous espérons avoir fait diminuer leur montant. En effet, nous avons signalé à M. Vial que la BnF paye actuellement la taxe assainissement sur l’eau qui est évaporée. Un coefficient de minoration peut être appliqué et une convention est en cours de signature entre la BnF et le SIAAP. Une économie de 0.87 € HT/ m3 est à prévoir sur les 35 000 m3 évaporés soit environ 30 500 € par an.

Pour ce qui est des filets à brouillard, notre motivation n’a pas eu d’égal lorsque Monsieur Bonandrini nous a donné son accord pour leur installation sur le toit de la BnF. A l’heure actuelle, nous avons vu dans le chapitre précédent que nous n’avons suffisamment de données pour dire si cette étude est concluante. L’objectif d’économiser de l’eau n’est donc pas tout à fait atteint. Cependant, ce qui est encourageant, c’est que de l’eau a été récupérée et cela en a surpris plus d’un. Des tests supplémentaires permettraient peut-être d’améliorer le rendement des toiles. Nous restons donc en contact avec M. Bonandrini qui décidera de l’éventuelle poursuite de l’expérience.

Ce test des filets à brouillard étant faite, nous sommes désormais persuadés que la réelle façon de limiter la consommation d’eau de ville est la récupération d’eau de pluie. Cela pourra donc faire l’objet d’un prochain projet industriel ou stage.

Page 17: Projet Indus Salaun Muller

Bibliographie

Lavoisier, Traitement des eaux de refroidissement, édition TEC & DOC, collection AQUAPROX, 2006

Webographie

Filets à brouillard http://www.bouillon-sa.fr http://www.esj-lille.fr/atelier/js/js00/a4.htm

Traitement de l’eau http://www.permo.tm http://www.ciba.com http://www.cillit.tm.fr http://www.infilco.fr

Tours aéroréfrigérantes http://www.drire.gouv.fr

Page 18: Projet Indus Salaun Muller

Annexe I : Contacts

• Bibliothèque Nationale de France François Mitterand Quai François Mauriac 75706 Paris Cedex 13

M. Bruno BONANDRINI Chef du service de climatisation Téléphone : 01.53.79.40.94 ; courriel : [email protected]

• IUP Génie de l’Environnement Université Denis Diderot - Paris 7 Case Postale 7071 2 place Jussieu 75251 Paris Cedex 05

M. Jean-pierre FRANGI Directeur de l’IUP Téléphone : 01.44.27.55.98 ; courriel: [email protected]

• Société PERMO 103, rue Charles-Michels 93206 Saint Denis Cedex

M. Jean VASSEUR Téléphone : 02.32.63.32.32 ; courriel: [email protected]

• Société CILLIT 15 a, Avenue de l'Europe Schiltigheim - B.P. 80045 67013 STRASBOURG CEDEX

M. Josselin BLAY Téléphone : 01.43.90.64.20

• Société CIBA Cité Internationale 44 Quai Charles de Gaulle 69463 Lyon Cedex 06

M. Jean-Pierre DE LEECK Technico-commercial Téléphone : 01.30.30.20.88 ; courriel : [email protected]

• Société INFILCO 23 rue du professeur Victor Pauchet 92420 VAUCRESSON – France

M. Marc DUCHAMP Téléphone : 01.47.95.88.24 ; Courriel : [email protected]

• Société BOUILLON S.A 226, rue de la République BP 90003 59541 CAUDRY Cedex - France

M. Arnaud BOUILLON Téléphone : 03.27.85.22.66 ; courriel : [email protected]

Page 19: Projet Indus Salaun Muller

Annexe II : Tours aéroréfrigérantes Les tours aéroréfrigérantes ont pour fonction d'évacuer vers le milieu extérieur la chaleur issue de systèmes de refroidissement (climatisation ou procédé industriel) en pulvérisant de l'eau chaude dans un flux d'air. Cette circulation d'air permet de refroidir l'eau par vaporisation d'une partie de l'eau pulvérisée. Cette vapeur d'eau est parfois visible sous la forme d'un panache au dessus de la tour. Dans le cas de la BnF, il existe deux réseaux de tours aéroréfrigérantes qui assurent le refroidissement des condenseurs de la production thermofrigorifique. Chaque réseau est équipé de quatre tours aéroréfrigérantes de type ouvert à contre courant et à tirage forcé.

1) Principe de fonctionnement d’une tour aéroréfrigérante à voie humide, de type ouvert à contre courant.

Une tour aéroréfrigérante humide est un échangeur de chaleur « air/eau » dans lequel l'eau à refroidir est en contact direct avec l'air ambiant. L'eau chaude est pulvérisée en partie haute de la tour aéroréfrigérante et ruisselle sur un corps d'échange. L’air traverse le système de ruissellement et est rejeté dans l'atmosphère. Le refroidissement s'effectue principalement par évaporation de l’eau ; l'efficacité du système est liée à la conception et à l’entretien de la tour aéroréfrigérante ainsi qu’aux conditions atmosphériques (température et humidité). Les tours aéroréfrigérantes classiques sont constituées de différents éléments. Elles contiennent un système de distribution d’eau (rampe de pulvérisation) dont le rôle est de disperser de manière uniforme l’eau sous forme de gouttelettes sur le packing, ou corps d’échange, qui est un ensemble de feuille obtenu par collage et sur lequel se fait le transfert thermique entre l’air et l’eau (il permet d’augmenter les échanges air/eau). Elles contiennent aussi un pare-gouttelettes installé en sortie d’air de la tour pour retenir l’entraînement des gouttelettes d’eau par l’air. Le ventilateur (tirage forcé) assure un écoulement continu d’air à contre-courant pour refroidir l’eau. Il peut être situé en partie haute ou basse de la tour. Les tours ont dans leur partie basse un bassin pour récupérer l’eau refroidie avant de retourner vers le procédé à refroidir.

Schéma 2 : Tour à circuit ouvert à contre-courant.

Page 20: Projet Indus Salaun Muller

2) Appoint et purge de déconcentration. La réfrigération humide est basée sur le contact direct entre l’air et l’eau à refroidir. Ce contact conduit une partie de l’eau à l’évaporation, tandis que l’autre partie est réinjectée vers le procédé à refroidir. L’évaporation de l’eau dans la tour entraîne la concentration en sels minéraux dans l’eau en recirculation. Les purges de déconcentration sont indispensables, afin d’éviter la tendance à la corrosion, à la formation de dépôt par précipitation et de permettre aux réactifs chimiques injectés d’être efficaces.

3) Le risque de légionelle.

La legionella est une bactérie d'origine hydrotellurique de la famille des Legionellaceae dont la plus connue est Legionella pneumophila qui est à l’origine de la maladie infectieuse : la légionellose. La bactérie se développe dans des eaux réchauffées et dans un milieu organique favorable à leur développement (station thermale etc.) riche en fer, zinc, aluminium. Les tours aéroréfrigérantes peuvent être à l’origine de la prolifération de legionella car les circuits utilisés en climatisation sont des milieux favorables au développement de la bactérie compte tenu de la température de l’eau et du contact avec l’air. Les bactéries legionella peuvent coloniser l’eau des tours puis être véhiculées dans l’air extérieur via l’entraînement de l’aérosol de micro-gouttelettes. L’air saturé de vapeur d’eau crée un nuage visible à la sortie des tours aéroréfrigérantes par voie humide. Ce nuage appelé « panache » est constitué :

- De vapeur d’eau : quantité d’eau évaporée pour assurer le refroidissement. - De gouttes entraînées ou entraînement vésiculaire : l’entraînement vésiculaire est défini

comme étant de fines particules d’eau entraînées dans l’atmosphère par la circulation de l’air dans la tour.

Ce sont ces gouttelettes entraînées qui possèdent la même composition que l’eau du circuit, et donc sont susceptibles de véhiculer les bactéries. Il existe différentes actions correctives en fonction du seuil de concentration en légionelles (UFC/l soit Unités Formant Colonie par litre d’eau) :

- si >1 000 UFC/l (ou présence de flore bactériologique interférente empêchant la détermination de la concentration en légionelles), il faut mettre en œuvre des actions correctives pour abaisser la concentration en légionelles et vérifier sous deux semaines que la concentration est revenue sous le seuil d’action.

- Si > 100 000 UFC/l, il faut arrêter immédiatement le fonctionnement du système de refroidissement, vidanger, nettoyer et désinfecter l’ensemble du circuit, informer l’inspection des installations classées et effectuer des contrôles tous les quinze jours pendant 3 mois (en cas de dépassement du seuil de 10.000, nouvel arrêt de l’installation)

Cependant pour éviter le dépassement de ces seuils, il existe à l’heure actuelle des traitements de l’eau permettant d’endiguer le phénomène (même s’il existe un risque que les bactéries deviennent résistantes à ceux-ci), tels que les chocs chlorés ou thermiques, les ultraviolets, l’ozone, l’ionisation par cuivre argent etc.

Page 21: Projet Indus Salaun Muller

Annexe III : Devis CIBA (extraits)

ADOUCISSEURS TRIPLEX

A REGENERATION AUTOMATIQUE VANNES 2930

3X525 L

[…]

3 TABLEAU RECAPITULATIF DES PARAMETRES DE FONCTIONNEMENT

PARAMETRES

Nombre d'adoucisseur 3 Type Régénération contre-courant

Débit nominal (m3/h) 2 x 22 Type de résine Sulfonique gel

Volume de résine (l) 525 Capacité d'échange (°/l) 6

Cycle de production (m3) 105 Taux de régénération (g NaCl/l résine) 150

Charge volumique (vol/vol.h) 41,9 Perte de charge totale (bar) <1

Durée de la régénération (mn) 90 Consommation de sel (kg) 80

[…]

6 CONDITIONS DE VENTE

6.1.PRIX de vente ciba MONTANT GLOBAL (sans résines)……………………………… 14 565 € HT 1575 litres de résine cationique forte S1467 (ITEM 0355652)…….2157,75 € HT Options: - analyseur de dureté (ITEM 0274922)………………………………..3 429 € HT […]