F orum JACQUES RICHALET - INGÉNIEUR CONSEIL

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1 F orum JACQUES RICHALET - INGÉNIEUR CONSEIL «La commande prédictive La régulation PID reste irremplaçable pour les applications simples. Mais pour les applications difficiles, il y a mieux : la commande prédictive PFC. Autrefois réservée à un clan de spécialistes, elle devient de plus en plus accessible. Elle tourne sur tous les matériels d automatismes, les outils sont là, la formation se met en place. Jacques Richalet, qui est le premier apôtre de cette technique en France, nous fait partager ici sa foi inébranlable en cette technique, à laquelle il est relativement facile d adhérer, moyennant un peu d ouverture d esprit Jacques Richalet est consultant, enseignant et formateur en automatique continue jacques.richalet@wanadoo.fr. Mesures. Lors d une journée organisée récemment à l Ira, plusieurs industriels sont venus témoigner sur l apport de la commande prédictive. Est-ce le signe que cette technique de régulation arrive à maturité? Jacques Richalet. Il n a pas fallu attendre cette réunion pour arriver à cette conclusion! On peut quand même tirer quelques enseignements de ces témoignages. Le premier, c est que la commande prédictive (PFC, Predictive Functionnal Control) est efficace, qu elle résout des problèmes inaccessibles au PID, et qu un peu partout elle améliore la performance des procédés industriels. Autre enseignement, vous avez pu voir, à la diversité des témoignages que la PFC s applique à tous les types d industries : la pharmacie, la chimie, la sidérurgie notamment, sans oublier la pétrochimie, bien entendu. Dans ces industries, on trouve la PFC aussi bien dans des grosses applications que dans des applications plus modestes mais critiques. On peut retenir enfin un troisième enseignement important : les témoignages étaient faits par des automaticiens des services de l entreprise, utilisateurs classiques de PID, travaillant sur sites, et de tous âges. Il n y avait pas de scientifiques académiques ou de spécialistes de haut niveau de sociétés d ingénierie. Mesures. Cela tendrait à dire que la partie est gagnée Jacques Richalet. Pas de triomphalisme!... Il reste du chemin à faire mais effectivement, la commande prédictive est en train d essaimer, de se banaliser. Plus ou moins vite suivant les secteurs. Elle ne nécessite pas de gros moyens, elle tourne sur les automates programmables et les Systèmes Numériques de Contrôle Commande (SNCC) que l on trouve dans toutes les unités de production. Mesures. Comment expliquez-vous ce succès? Jacques Richalet. La principale explication, et de loin, c est la modestie de la démarche. La commande prédictive a été conçue pour être accessible aux techniciens de production et de maintenance, utilisateurs de PID, moyennant un peu de formation, bien sûr. Pour se faire accepter par ces spécialistes, il ne fallait pas qu elle remette en cause leur manière de penser et de résoudre les problèmes. La PFC est facile à comprendre, facile à implanter, facile à régler. Elle s inscrit dans la continuité de la démarche habituelle du technicien. Mesures. Pourtant, ce n est pas l image que l on s en fait. Comme elle apporte une solution à des problèmes de régulation très complexes, longtemps restés sans solution, elle est classée dans les techniques de contrôle avancé. On imagine donc qu elle impose une grande expertise Jacques Richalet. et c est là qu est la surprise.! C est vrai que les processus instables, 28

2 est à la portée de tous» avec des retards purs, des contraintes en tous genres ne lui résistent pas! C est vrai aussi que la commande prédictive s appuie sur une théorie comportant des principes stricts. Mais, encore une fois, elle est facile à mettre en pratique, elle ne demande pas des puissances de calcul au-delà de celles que peuvent offrir un automate, elle est utilisable sur les matériels d automatismes les plus répandus. Permettez-moi d insister : elle a été pensée pour les techniciens de base en automatismes avec parfois des compromis difficiles. Mesures. N exagérez-vous pas un peu? Je vous renvoie à un colloque sur le contrôle avancé organisé par l Exera il y a une dizaine d années. A cette époque, les industriels présents indiquaient qu ils faisaient appel à des étudiants automaticiens pour déployer une application de commande prédictive, mais qu une fois le stagiaire parti, ils n avaient pas de relais pour faire vivre l application et revenaient à une commande classique, avec toutes ses limites. Les choses ont-elles changé? Jacques Richalet. Vous parlez d il y a dix ans. Et encore, à cette époque, déjà les industriels de la pétrochimie voire de la sidérurgie maîtrisaient bien leurs applications réalisées en commande prédictive. Mais depuis, on a fait pas mal de chemin! Il y a dix ans, souvenez-vous où en étaient les téléphones mobiles, Internet, l ADSL, la musique MP3 On peut dire que la PFC a connu une évolution de la même ampleur. Dans les services d automatismes mettant en œuvre de la commande prédictive, les techniciens ont maintenant le savoir-faire nécessaire, ils ont des outils et des méthodes pour la mettre en œuvre. La PFC n a plus ni pouvoir répulsif, ni pouvoir attractif, elle fait partie de l outillage que doit avoir tout technicien en régulation. C est un outil de plus, qui fait ce que le PID ne peut pas faire, mais il n y a dans la démarche factuelle aucun désir hégémonique et il faut se réjouir que d autres méthodes existent. Car la PFC a aussi ses limites. Encore une fois, celle-ci a été conçue pour l homme de base. Mesures. Malgré tout, elle est loin d être généralisée Quels freins subsistent? Jacques Richalet. J en vois principalement deux, et tous deux concernent le technicien de base. Dans bien des cas, pour que celui-ci ait accès aux dernières techniques de régulation, il faut que le responsable du service d automatismes (son chef de service) ne soit pas un obstacle au progrès, qu il ne fasse pas preuve de conservatisme. Le deuxième frein, et celui-ci est majeur, c est la formation. Il existe des cours de formation continue sur la commande prédictive mais cela ne suffit pas. Il faut que cette technique soit enseignée dans les lycées techniques, IUT et autres écoles, au même titre que le vénérable PID. Lorsque les jeunes entreront dans l industrie avec une compétence en commande prédictive, je pense que la partie sera définitivement gagnée. Mesures. Avant d évoquer ces points, voyons d un peu plus près comment se passe sa mise en œuvre. Vous avez dit que la PFC tourne sur les automates et SNCC du marché. Est-ce que les fournisseurs de ces matériels ont développé une offre en logiciels PFC? Jacques Richalet. Certains oui, d autres non. Mais ce n est pas le problème. Tous ces équipements se programment avec les langages IEC et plus particulièrement les langages à base de blocs de fonction. Tout utilisateur peut développer lui-même ses blocs spécifiques par assemblage de blocs de base. Mesures. On imagine que développer un bloc PFC ne doit pas être une sinécure Jacques Richalet. Détrompez-vous! Dans la littérature ou sur Internet, on trouve les équations des régulateurs PFC, exactement Le principe de la commande prédictive La commande prédictive repose sur l existence d un modèle mathématique du processus à piloter. Pour certains processus, les modèles sont dans le domaine public (c est le cas des échangeurs thermiques, par exemple). Pour d autres, il faut les fabriquer, soit en établissant les équations mathématiques des phénomènes qui régissent le fonctionnement du processus (on parle alors de modèle de connaissances), soit en appliquant des stimulis au processus et en recueillant les réponses du processus (on parle alors de modèle de représentation). Grâce à ce modèle et aux mesures faites sur le processus, le régulateur prédictif sait parfaitement à tout instant dans quel état se trouve le processus et comment il va évoluer en fonction de la commande appliquée. Le régulateur anticipe (d où le nom de commande prédictive ) l évolution du processus et anticipe la commande afin de maintenir le processus dans un état prédéfini en fonction des besoins (consignes) de l application. 29

3 Elle est depuis longtemps dans le pétrole «Dans la distillation pétrolière, la commande prédictive est opérationnelle dans les raffineries du monde entier, où elle est complètement banalisée. C est «comme par hasard» le secteur qui a été un des tout premiers à s automatiser, celui où la concurrence a toujours été très forte et où les marges opérationnelles dans les années 70 étaient très faibles. Dans d autres industries, la pression concurrentielle est arrivée plus tard. Mais elle est là aujourd hui et les industriels doivent trouver des solutions pour gratter des gains de productivité. La commande prédictive va s imposer d elle-même Partout, la clé de la réussite, c est comme toujours les hommes, leur volonté d aller de l avant et leur niveau de connaissances. On revient, encore et toujours, à la formation» de la même manière que l on trouve les équations du PID. Les utilisateurs n ont qu à programmer ces expressions dans leur langage préféré et le tour est joué. Dans Scilab (développé par l Inria), qui est équivalent à Matlab mais avec l avantage d être disponible en OpenSource, on trouve des blocs PFC tout faits. Mesures. Certains vont encore plus loin. A la journée de l Ira, on a vu aussi qu il existait des packages métier intégrant de la commande prédictive Jacques Richalet. Vous faites allusion à la présentation de Schneider Electric, qui a développé un système complet destiné aux techniciens de climatisation. La commande prédictive est intégrée dans un automate. Pour La PFC n est pas seule! «Il y a quelques années, le Ministère de l Industrie a publié un document listant les techniques les plus connues. On parlait aussi à cette époque de logique floue, de réseaux de neurones. On mettait tout dans le même sac, certains survendaient leur technique (prétendant qu elle avait réponse à tout), on était en pleine confusion. A l époque, pour expliquer le contexte dans lequel se trouvait l industriel, j évoquais l image du lion et des gazelles. Le lion a un troupeau de gazelles devant lui, il a faim, il en repère une et y court après. Chemin faisant, il en voit une plus appétissante, jette son dévolu sur celle-ci et laisse mettre en œuvre le système, l installateur d un système de climatisation doit simplement entrer les paramètres physiques du système, la régulation (avec commande prédictive) se charge du reste. C est l approche métier qui respecte la compétence locale des fournisseurs associée à la démarche de cette commande. On peut imaginer que les ateliers logiciels de programmation des automates comporteront bientôt ces blocs de fonction PFC métier, donc ciblés sur des applications bien précises, un peu à la manière de ce que l on voit pour les variateurs de vitesse (commandes de levage, de reprise à la volée, de déroulement/enroulement de bobines, etc.). Il faut avancer aussi dans ce sens. Mesures. Est-ce que ce n est pas déjà le cas. PFC est aujourd hui proposé par l ensemble des fournisseurs de systèmes de process Jacques Richalet. Là, par contre, il faut faire la part des choses! Ces fournisseurs proposent la plupart du temps un PFC pour des applications spécifiques, notamment le Pétrole et ses distillations à soutirage multiple. Dans l industrie, on ne travaille pas qu avec des commandes multivariables. La PFC est une commande monovariable extensible à deux variables manipulées. Le secteur qui s ouvre est celui des industries à base d échanges thermiques du type chimie, pharmacie, agroalimentaire, chauffage, four, climatisation, etc. Les offres en commande prédictive des grands fournisseurs de systèmes d automatismes, dans l ensemble, ne semblent pas destinées à ce type de commande Ils y viendront sans doute car les industries chimiques ou pharmaceutiques partir la précédente. Et ainsi de suite. A la fin, il rentre épuisé sans n en avoir attrapé aucune. L industriel était exactement dans la situation du lion. Heureusement, la situation s est assainie, les techniques trop difficiles à appréhender n ont pas franchi le cap de la recherche industrielle, celles qui faisaient beaucoup de bruit pour pas grand-chose ont été refusées par le marché. Pour autant, il faut se réjouir que la commande prédictive ne reste pas seule en lice. Les industriels qui ont un problème à résoudre peuvent ainsi comparer et apprécier la différence». en ont besoin pour tenir leur rang dans la compétition internationale. Pour résumer, je dirais que le terme de commande prédictive est connu de tout le monde mais derrière il faut voir de quel type de commande il s agit et pour quel type de problème : un problème un outil! Mesures. La commande prédictive est à la portée de tous. Mais pour la mettre en œuvre, il faut disposer d un modèle mathématique du procédé. Est-ce que la principale difficulté n est pas là? Jacques Richalet. Non et oui! Il existe en effet des modèles tout faits, disponibles dans le domaine public. C est par exemple le cas des réacteurs/échangeurs utilisés dans de très nombreuses industries. Les modèles mathématiques sont dans le domaine public. Pour s adapter au cas par cas, il suffit d entrer les paramètres géométriques du réacteur et les coefficients d échanges thermiques. Dans ces conditions, comme on n a pas à passer du temps sur la création du modèle, la mise en place d une commande prédictive se fait très rapidement. J évoquais voilà quelques instants Scilab, qui comporte des blocs de fonction PFC. Avec l aide de Claude Gomez de l Inria, et un groupe de professeurs des sections BTS-Cira, un ouvrage est actuellement en préparation, dans lequel les lecteurs pourront trouver une cinquantaine d algorithmes de modélisation et de commande. Ceux-ci seront dans un cédérom joint à l ouvrage. Mesures. Mais quand le modèle n existe pas Jacques Richalet. Et bien il faut le créer! Et il y a deux façons d arriver au résultat. Il y a d abord le modèle boîte noire, qui consiste à appliquer des signaux de test à l entrée, de récupérer les réponses et d imaginer ensuite les équations mathématiques qui permettent d établir les relations entre les entrées et les sorties. L intérêt de cette approche est que l on n a pas besoin de grandes connaissances scientifiques sur le processus. Un premier inconvénient, c est que ce modèle n est pas capitalisable : sur un autre processus, même de nature identique, il faut tout recommencer. Il y a un deuxième inconvénient, qui tient au fait qu il faut appliquer des signaux de test sur le processus. Les producteurs, qui doivent veiller à la bonne marche de leurs unités, n apprécient pas du tout que l on vienne appliquer des signaux de tests sur leur bébé. Et puis il y a le modèle de connaissances. Là, on a besoin de jus de cerveau, il faut in- 30

4 vestir du temps. Le gros avantage de ce type de modèle est qu il est complètement capitalisable d une application à l autre. De plus, comme ce modèle est maîtrisé, il n y a pratiquement pas d essai de validation à réaliser et la nuisance pour le producteur est donc insignifiante (les durées des arrêts pour les essais sont beaucoup moins nombreux et de plus courte durée). De plus, comme la charge de l unité est prise en compte dans le modèle, la commande est physiquement adaptative aux conditions de marche. L intérêt d établir un modèle de connaissance va bien au-delà des besoins de la commande prédictive. Ce type de modèle permet en effet de bien comprendre les phénomènes qui entrent en jeu dans le processus. Lorsqu on veut ensuite l utiliser pour mettre en pratique une commande prédictive à base de ce modèle, on peut être amené à le simplifier. Le niveau de simplification dépend de l environnement et du contexte de la production. Mesures. Qui doit réaliser le modèle? L automaticien ou le spécialiste du process? Jacques Richalet. Vous touchez là au cœur du problème. Pour réaliser les modèles des processus, il faudrait que les gens aient une double formation, tant en génie des procédés qu en automatique. En attendant, chacun se débrouille. Dans certains cas, les modèles sont réalisés par des spécialistes du processus qui viennent à l automatique, dans d autres il est pris en charge par des automaticiens qui se font aider par les spécialistes de la discipline. Fort heureusement, au niveau éducatif, les choses bougent, il y a un effort pour délivrer une connaissance en génie des procédés et en automatique. On progresse, on finira par réaliser le vieux rêve de la Conception Généralisée, c est-à-dire de la conception simultanée du processus et de l automatique Ce rêve est déjà réalisé depuis le milieu des années 50 dans l avionique, il le sera un jour dans le domaine de la production industrielle. Mesures. Vous venez de souligner la nécessité d impliquer les services process et automatique de l entreprise. En général, ces services ne travaillent pas ensemble. En pratique, qui choisit d implanter la PFC? Jacques Richalet. Compte tenu de l environnement concurrentiel dans lequel évoluent la plupart des entreprises, personne ne peut se payer le luxe de refuser d optimiser une Aujourd hui, bien des entreprises maîtrisent parfaitement cette technique, mais elles n aiment pas trop en parler, pour des raisons de concurrence Le robot rentre l ouvrier sort La fin des gourous? La commande prédictive est encore très jeune. Elle est encore trop entre les mains des experts et sociétés spécialisées. Mais cela va changer estime Jacques Richalet, prenant en exemple le PID. «En 1942, Ziegler et Nichols (les pères de la fameuse méthode éponyme de réglage des PID) étaient deux ingénieurs américains qui se baladaient dans les centrales thermiques pour régler les PID. Pour la commande prédictive, on en est là aujourd hui. «La banalisation d une nouvelle discipline, ça prend du temps. La mise sur pied d un enseignement académique prend beaucoup de temps. Il faut du temps ensuite pour que les jeunes formés à la discipline s affirment dans l industrie. Mais, petit à petit, les choses se mettent en place «Aujourd hui, bien des entreprises maîtrisent parfaitement cette technique, mais elles n aiment pas trop en parler, pour des raisons de concurrence». régulation ou une production sans s exposer à une sanction du marché. PFC n est pas une condition suffisante (quelle prétention ce serait!) mais peut être nécessaire et permettre à nos entreprises d être plus performantes (par exemple en diminuant la dispersion de leur production) et d être donc mieux armées pour résister à la concurrence de la Chine ou de l Inde. Il me semble que du fait de ce contexte, l initiative du déploiement de la modélisation et de la Commande Avancée doit revenir au directeur de production Mais l attitude de certains producteurs est parfois consternante. Ils refusent le progrès technique, mais surtout ils ne font pas le lien entre l économique et la technique. Les gestionnaires ne voient pas les économies que peut apporter la technique. Combien savent qu en diminuant la variance d une production, on peut définir de nouveaux objectifs de performances? Combien raisonnent encore en dépenses, et non en retour sur investissement? Mesures. Est-ce que la décision d implanter peut venir de la base? Jacques Richalet. Oui, quand même. La PFC n est pas seulement un moyen d améliorer une performance. C est aussi une technique pour résoudre des problèmes difficiles, sans solution. Sur certains réacteurs chimiques, il faut tenir la température à mieux que ±1 C «Vieille crainte dans l industrie manufacturière. Les protocoles d essai sur processus continus se font de préférence la nuit. Les unités sont calmes, moins de personnel dans la salle de commande, et les chefs dorment. Discuter avec les opérateurs, librement et sans contrainte, est très riche d enseignement. «Un jour, un opérateur curieux, inquiet, et un peu agressif m a demandé : C est quoi, encore, ce que vous allez nous installer? Je commençai alors par expliquer en termes tout simples, qu en fait, ce type de commande sait en permanence, comme un vieil opérateur, que s il met de 2 m 3 /h de gaz en plus dans son four, la température augmentera de 3 C dans 20 minutes. Grâce à cette connaissance, et en attendant que les 20 minutes soient écoulées pour faire une petite correction si nécessaire, il pilote son unité, efficacement et sans inquiétude. «Intéressé, il posait plusieurs questions, son attitude changeait, et puis il déclara : «- Eh bien, mais votre truc, c est ce que je fais depuis toujours! «- Mais oui : on a écrit un programme dans l automate qui fait comme vous, mais à chaque instant, et par conséquent la régulation est bien meilleure. «- D accord, c est bon mais vous auriez pu faire ça plus tôt, au lieu que je m embête à reprendre en manu chaque fois que leur régulateur se plante. J ai autre chose à faire! «La charge de travail ne diminue pas mais, au lieu de courir après une température, l opérateur gère désormais son unité. Il n a rien à craindre pour son emploi, son rôle évolue». 31

5 Parole d expert! «Nous sommes les leaders mondiaux dans notre secteur et nous n utilisons pas la PFC. C est bien la preuve qu elle est inutile.... Quelques années plus tard, cette grande entreprise a été vendue par appartements, certes pour beaucoup d autres raisons, mais si le raisonnement précité était érigé en culture d entreprise, je n en ai été qu à moitié étonné!» (sinon la réaction ne se fait pas ou mal) et seule la commande prédictive permet d atteindre ce résultat. Bon nombre des applications réalisées portent justement sur ces régulations présumées impossibles Mais, il existe de plus en plus dans les usines, des techniciens qui sont sensibles à l aspect économique d une production et se font forts de convaincre leur hiérarchie de l intérêt de réaliser une modélisation et de déployer une automatique plus performante. S ils sont capables de démontrer les effets de cette commande sur les indicateurs de production (par diminution de la dispersion de la production), la hiérarchie, même la plus timorée, ne peut résister longtemps! Cela suppose quand même que les techniciens aient une ouverture d esprit suffisante, L intérêt des références? Bof «Il est préférable d avoir des références que de ne pas en avoir. Mais croire qu elles vont ouvrir toutes les portes est bien naïf. Voici en effet comment se passe l entretien avec un utilisateur potentiel, propriétaire d une unité d un type qui a déjà été piloté, ailleurs, par PFC. «On présente en détail la procédure, les étapes, les rôles des différents participants, l implantation de la commande, les résultats techniques et économiques, les temps de retour sur investissement (très courts), sans oublier la grande satisfaction du producteur et des opérateurs qui ont déjà mis en œuvre la technique. «On vous écoute avec attention, on pose quelques questions de politesse, mais en fait, la décision est déjà prise. D y et qu ils osent sortir des sentiers battus. C est une question d état d esprit. Et de formation, sans doute aussi. Mesures. La formation, justement, venonsy. Où en est-on? Jacques Richalet. Résumons : la technologie des automates est maintenant performante, la technique de commande a fait ses preuves, la question est dès lors : Qui va appliquer cette technique? Beaucoup reste à faire, mais on progresse. Pour faire de la commande avec un modèle de connaissance dynamique, il faut d une part avoir une approche d automaticien, c est-à-dire une approche système, et d autre part il faut une bonne connaissance de la physique du processus, des bilans matière, des échanges thermiques, des équations de transfert, etc. Le problème, c est que la physique des processus n est généralement pas enseignée dans une approche système et que les gens formés dans ce domaine n ont pas de notion d automatique. Inversement, on n apprend guère les lois de la physique des processus à ceux qui reçoivent une formation en automatique, ou si peu. Un groupe mixte enseignants, utilisateurs, offreurs est en place et avance. Les académies de Besançon, de Grenoble, de Lyon (rejointes ensuite par l Académie d Aix-Marseille) se sont mises d accord pour que les professeurs d automatique des sections BTS-Cira de ces académies reçoivent la bonne parole de la démarche de la modélisation dynamique et de la commande prédictive. aller ou de ne pas y aller. Si pour des raisons diverses, non objectives, votre interlocuteur ne veut pas bouger, pour des tas de mauvaises raisons (manque de formation, inaptitude à voir l intérêt que présente une technique du point de vue économique), alors vient la phrase, souvent entendue : Ce que vous avez fait ailleurs est sans doute très bien, mais mon cas est totalement différent, beaucoup plus difficile car très particulier. «C est vrai que toute unité a ses particularités, qu il faut toujours aborder un problème avec une prudente modestie. Mais quand même Dans certains cas, le départ à la retraite de certaines personnes est une source de progrès...» Mesures. A quelle échéance? Jacques Richalet. Une partie est déjà faite : former les professeurs à la modélisation et à la commande prédictive. J ai trouvé des gens compétents, enthousiastes, passionnés, dynamiques, et très sympathiques, ce qui incite à l optimisme. Très vite, ils ont su comment ils allaient organiser l enseignement de leurs étudiants : modélisation et identification la première année, PFC et travaux pratiques la seconde année. J ai déjà eu des échos très favorables de mise en œuvre auprès de leurs élèves et le message passe bien. Dès 2007, il y aura des questions sur la commande prédictive dans les travaux pratiques des examens. Ces professeurs ont bien compris les enjeux. Certains d entre eux ont discuté avec leurs collègues professeurs de physique afin d établir une cohérence entre les cours de physique/chimie et les cours d automatique. En conjuguant ces cours avec ceux de la commande prédictive, les TS Cira auront donc un autre bagage lorsqu ils intégreront un site industriel. Mesures. Pouvez-vous donner une estimation du nombre des étudiants concernés. Jacques Richalet. Entre 600 et 700 BTS-Cira sortent par an. Ils auront une connaissance de base et sauront que s ils ont des problèmes dont la solution va au-delà du PID, il existe des solutions. Ambition modeste peut être, mais fondamentale. L important, c est de démarrer. La grande question est désormais de savoir comment cet enseignement va pouvoir être généralisé dans l ensemble de l Hexagone, dans toutes les académies. Bien entendu, il ne faut pas être totalitaire, l automatique est un champ très vaste, il n est pas envisageable que tout soit enseigné partout, le contenu de l enseignement peut varier d une académie à l autre, d un lycée à l autre, en fonction de l affinité des enseignants. Mais si on pouvait arriver à ce que 250 élèves sortent chaque année en connaissant les rudiments de la commande prédictive, cela voudrait dire qu à l horizon de 3 à 4 ans, on en aurait au moins un dans les principales usines de production en France. La partie serait définitivement gagnée Je pense pouvoir dire que nos voisins européens, avec lesquels je travaille, n en sont pas encore là ; la commande avancée est enseignée, mais pas aux techniciens! La commande prédictive, c est donc peutêtre un atout pour la France. Propos recueillis par Jean-François Peyrucat 32

6 A l Ira, un réacteur d échanges thermiques à la disposition des industriels Les industriels qui veulent mettre en place une commande prédictive sur une unité de production existante doivent demander des arrêts de production afin de caler le modèle du processus et les réglages du régulateur prédictif. C est évidemment une énorme contrainte. Dans certains cas (les processus que l on ne peut pas arrêter), c est tout simplement hors de question Et quand la chose est envisageable, le directeur de production n est en général pas très chaud. Face à ce contexte, l automaticien/ instrumentiste est sous stress et peut être tenté de limiter le nombre d essais de validation. L Institut de Régulation d Arles (Ira), qui a été un des tout premiers organismes de formation à proposer des stages sur la commande prédictive, a vite compris qu il existait un réel besoin afin de permettre aux industriels de mettre au point leurs commandes prédictives avant de les implanter sur les processus réels. Ce besoin l a conduit à développer un réacteur permettant de simuler physiquement des échanges thermiques. Ce réacteur a été conçu suffisamment flexible pour s adapter un peu à tous les cas de figure d échanges thermiques que l on rencontre dans l industrie. Ce réacteur, qui vient d être officiellement intronisé, a déjà une histoire, que nous conte Joëlle Mallet, chargée du développement de l automatique avancée à l Ira, et à ce titre très impliquée dans l exploitation du réacteur. L histoire démarre en 2002, au moment de l organisation (par l Ira) des journées Advantic sur la commande avancée et ses applications dans les PME/PMI. A cette époque, la nécessité de disposer d un réacteur d échanges thermiques est mise en évidence. Le besoin est d autant plus urgent qu un an plus tôt, l accident de l usine d AZF de Toulouse avait entraîné la destruction du réacteur de l école de chimie proche de l usine. Autre concours de circonstances, en 2003, l Ira a été victime des inondations dans la région et il a donc fallu remonter les maquettes de travaux pratiques. A ce momentlà, Jacques Richalet a suggéré d imaginer un réacteur suffisamment flexible pour qu il puisse travailler avec différents types d industries chimiques. Un réacteur d occasion est alors acheté, à l initiative de Joëlle Mallet. Philippe Trichet étudie l unité mais il fait vite le constat que le réacteur en question ne permet pas de faire grand-chose sur le plan pédagogique. Thierry Nati s attelle alors à la lourde tâche de le transformer afin de réduire son inertie thermique (réduction de la masse métallique, augmentation du coefficient d échange et du rapport surface d échange/volume). Le réacteur est profondément modifié. L Ira fait appel aux Ets Bertho pour réaliser les modifications mécaniques. Le but de ce réacteur est de simuler des échanges thermiques, par exemple l emballement d une réaction chimique. Il est possible de chauffer de l eau (avec une résistance électrique), de réaliser des injections d eau chaude ou d eau froide dans un circuit pour réchauffer ou refroidir un fluide. Le réacteur comporte 39 vannes manuelles qui permettent de changer la configuration des circuits d écoulement des fluides et de reproduire des situations rencontrées dans des contextes industriels. Le réacteur est bien entendu surtout utilisé en accompagnement ou en prolongement de formations suivies à l Ira. Mais pas seulement. Les industriels peuvent également acheter des heures d utilisation et de prestations des spécialistes de l Ira sur place. L Ira peut ainsi valoriser ce réacteur. Ce réacteur présente un fond plat et un dôme bombé. Il comporte une virole cylindrique de 316 mm de diamètre interne et de 400 mm de hauteur, soit un volume de 31,4 litres. Une double enveloppe couvre la totalité de la virole cylindrique ; elle présente une surface d échange de 0,40 m 2. On trouve également un agitateur constitué d une hélice tripale (d Agitec) entraînée par un motoréducteur à la vitesse de 68 t/min. Le réacteur est intégré dans un banc comprenant de très nombreux équipements : - 3 pompes centrifuges Ebara (dont une équipée de garnitures pour eau à 110 C), - 1 cumulus de 50 litres et de 5 kw (régulation de la température de l eau jusqu à 95 C), - 1 groupe froid Carrier de 5 kw équipé de sa console de programmation, - 1 réchauffeur en ligne et son gradateur de puissance de 5 kw fournis par Vulcanic (afin de simuler l exothermicité de réactions chimiques) - 1 circuit d eau de barrage avec circulateur pour la garniture mécanique de l agitateur, - 3 échangeurs à plaque Alfa Laval d une surface d échange de 0,16 m 2, - 4 vannes droites de régulation Samson équipées de positionneurs intelligents, - 4 débitmètres à turbines avec leurs convertisseurs fournis par System C Industries, - 13 sondes de températures (Pt100) équipées soit de convertisseurs intelligents et d afficheurs, soit de relais à seuil, fournies par Loreme et Thermo-Est, - 2 détecteurs de niveau fournis par Vega, - 2 pressostats numériques fournis par Endress+Hauser, Environ 20 k d instrumentation de process et 16 k de matériels électriques ont été investis sur le réacteur. Les constructeurs ont bien sûr pratiqué des tarifs préférentiels J-F P 33