« Il est construit autour d'une problématique industrielle. Nous avons identifié de grands enjeux, des verrous scientifiques et techniques. Il y a une volonté de rompre les frontières entre recherche académique et industrielle et profiter de la complémentarité de vision », s'enthousiasme Vincent Rocher, responsable du service expertise et prospective du Siaap qui coordonne le projet avec l'Irstea et l'Université de technologie de Compiègne (UTC). Le syndicat dépense chaque année environ 30 millions d'euros en réactifs et autant en achat d'électricité. « Nous devons être performants pour atteindre le bon état des eaux préconisé par la DCE mais nous avons aussi besoin de limiter l'impact économique et environnemental de l'exploitation », ajoute Vincent Rocher. Le programme s'articule autour de quatre axes d'action complémentaires : la métrologie, la modélisation, le contrôle-commande et les concepts innovants. En métrologie, il s'agit de construire de nouveaux outils pour redonner un caractère opérationnel au suivi : mesurer les émissions de nitrites ou de N2O dont l'impact environnemental est élevé, mais aussi mieux caractériser la matière organique. Pour cette problématique, le programme s'appuie sur le savoir-faire de la société AMS Envolure. Elle a conçu le kit Enverdi-DBO permettant d'obtenir l'équivalent de la DBO5 en seulement deux jours et redonnant ainsi un caractère opérationnel à cette mesure devenue principalement réglementaire. Pour cela, AMS Envolure utilise un réactif transformé lors de la dégradation de la matière organique par les bactéries. Réduit, il devient fluorescent et permet ainsi de mesurer l'activité respiratoire des cellules bactériennes. « Nous avons miniaturisé la mesure grâce à des microplaques et des lecteurs de fluorescence adaptés. Cela nous permet d'augmenter la température d'incubation et d'accélérer la réaction métabolique. D'où l'obtention d'un résultat en deux jours seulement », explique Mathieu Muller, responsable scientifique et technique chez AMS Envolure. La technique n'a pas encore obtenue d'accréditation Cofrac mais a été validée scientifiquement notamment au sein des usines du Siaap qui souhaite désormais aller plus loin. « Il s'agit de caractériser finement le type de matière organique en fonction de sa biodégradabilité », précise Mathieu Muller. Par exemple, connaître la DBO rapidement biodégradable peut aider au pilotage de la dénitrification. Dans l'axe modélisation, plusieurs outils ont déjà été développés : SimBio, qui modélise le fonctionnement des biofiltres, SimDec pour les décanteurs et SimMem pour les bioréacteurs à membranes (BRM). « Avant de passer à l'échelle industrielle, ils nous permettent de tester des optimisations de procédés comme les pratiques d'aération ou l'injection de méthanol. Ils s'enrichissent petit à petit des résultats de la recherche », détaille Vincent Rocher. Ils sont aussi utilisés pour tester de nouveaux systèmes de contrôle-commande. Une réflexion a été lancée autour de l'injection de méthanol, source de carbone indispensable lors de la dénitrification. Si la dose n'est pas suffisante, on peut observer l'émission de nitrites en sortie, un paramètre très défavorable dans le cadre de la DCE. L'UTC et la société Alien SAS ont donc étudié comment mieux mesurer précisément en temps réel les rejets de nitrites et proposer un système de contrôle-commande en boucle fermée. « Pour l'instant, la commande en boucle ouverte est basée sur une règle chimique. On ajoute le méthanol en fonction de la concentration d'azote en entrée. Là, nous développons une commande sans modèle qui permettra de réguler l'apport de méthanol en fonction des concentrations de nitrites enregistrées en sortie », détaille Stéphane Mottelet, chercheur à l'UTC. La commande sans modèle est un outil émergent qui permet de réaliser une commande à boucle fermée très simple et facile à régler contrairement aux boucles PID (Proportionnel, intégral, dérivée). « Nous l'avons déjà testé sur SimBio et cela fonctionne très bien. Mais cela reste une simulation. Il faudra valider les résultats sur un pilote », prévient-il. Enfin, le dernier axe du projet permettra de développer des concepts innovants. Le Siaap travaille déjà avec Watchfrog pour tester sa technique de détection des micropolluants par une analyse de la toxicité sur le vivant et non par analyse chimique et voir comment l'intégrer à un suivi opérationnel. « Ce dernier axe sera encore plus développé dans la prochaine phase de Mocopée à partir de 2018 », assure Vincent Rocher. Le programme va bientôt achever sa première phase de quatre ans (2014-2017)  mais l'objectif est bien de le rendre pérenne sur le long terme. Il bénéficie d'un budget annuel d'environ 1 million d'euros apportés par le Siaap et ses partenaires ainsi que par des financements externes (bourses de thèse et appels à projets). Pauline Rey-Brahmi