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La numérisation soutient la recherche sur le climat au Royaume-Uni

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Il y a environ 200 ans, des chênes ont été plantés dans cette forêt du Staffordshire pour fournir du bois à la flotte navale britannique. Puis est arrivée la révolution industrielle. L'acier a remplacé le bois et la forêt a été oubliée. Laissée à pousser sans être dérangée, elle a désormais une toute autre utilité : en tant que site de recherche pour le Birmingham Institute of Forest Research, l'expérience d'enrichissement en dioxyde de carbone à l'air libre, ou BiFor FACE. Ici, des scientifiques exposent des arbres matures à des niveaux élevés de CO2 pour étudier la manière dont les forêts peuvent réagir au changement climatique.

Le Dr Kris Hart, titulaire d'un doctorat en biogéochimie des sols et actuellement responsable des opérations chez BiFor FACE, explique : « Nous voulons comprendre comment l'augmentation relativement soudaine du CO2 atmosphérique, due aux émissions de combustibles fossiles, affecte la structure et le fonctionnement de l'écosystème forestier. Pour ce faire, nous exposons des échantillons de forêt aux niveaux de CO2 attendus d'ici 2050 et nous étudions tout, de la physiologie des arbres aux maladies, en passant par les plantes du sous-bois, les sols et les insectes, en gros, tous les niveaux imaginables. »

Cette approche globale repose sur un contrôle précis et une distribution régulière de CO2, ainsi que sur la collecte de données de haute qualité. Notre matériel et nos logiciels d'automatisation industrielle sont au cœur des deux.

Une mise à jour pérenne

Dans la forêt, les arbres sont regroupés en six rangées, chacune entourée de tours ouvertes qui permettent au vent, à la pluie et aux insectes de se déplacer librement sur le site. Trois des réseaux sont régulièrement exposés à des niveaux élevés de CO2 sous une forme très pure, qui provient de la digestion anaérobie des déchets alimentaires. Dans chacun de ces réseaux, une trentaine de points de distribution positionnés à différentes hauteurs émettent du CO2. Les trois autres tableaux servent de diagrammes de contrôle à des fins de comparaison.

Lorsque le projet a été lancé en 2017, un langage de programmation textuel fonctionnant sur PC a été choisi pour contrôler les instruments responsables du rejet de CO2 dans les réseaux. Au fil du temps, le système a commencé à montrer son âge et ses limites, ce qui a incité l'équipe de BiFor FACE à rechercher une alternative plus robuste et plus flexible, ce qui l'a amenée à faire appel à l'intégrateur de systèmes Transicon.

« Nous avons commencé par écouter attentivement les besoins des chercheurs », explique Jennifer Hughes, directrice générale de Transicon. « Il est rapidement devenu évident que la solution la plus efficace et la plus pérenne serait un système de contrôle industriel basé sur les technologies Siemens. »

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Il est rapidement devenu évident que la solution la plus efficace et la plus pérenne serait un système de contrôle industriel basé sur les technologies Siemens.
Jennifer Hughes, Directrice générale, Transicon

Intégration facile, mise en service rapide

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Les ingénieurs de Transicon ont assemblé un ensemble complet de technologies Siemens pour gérer le réseau de vannes, d'analyseurs de gaz, de capteurs de vent et d'autres instruments du site BiFor FACE, et pour collecter des données vitales. Au cœur se trouve le Simatic S7-1200 contrôleur logique programmable (PLC). En tant que cerveau du système, il traite des données en temps réel, telles que la configuration des vents, les précipitations et l'exposition au soleil, afin de déterminer la quantité de CO2 à émettre pour maintenir les niveaux spécifiés. Des blocs fonctionnels PLC de simulation ont également été développés sur le portail TIA (Totally Integrated Automation) de Siemens afin de reproduire les conditions de fonctionnement réelles afin de faciliter les tests du système.

Les capteurs et les actionneurs du site sont connectés à l'automate via Simatic ET 200SP, un système d'E/S modulaire qui permet de collecter des données et d'exécuter des commandes de manière fiable sur le terrain. Grâce à sa commutation statique, le système est exposé à une moindre usure mécanique, ce qui le rend plus robuste et moins sujet aux pannes. De plus, les modules peuvent être remplacés à chaud sans interrompre les opérations.

Siemens WinCC, une plateforme SCADA, supervise l'ensemble du processus et fournit aux chercheurs de BiFor FACE une vue claire et en temps réel de l'état du système. Les besoins de maintenance sont désormais plus faciles à identifier, ce qui permet un dépannage plus rapide et plus ciblé. L'une des principales innovations a été le développement d'un moteur de visualisation 3D, qui permet aux chercheurs de connaître la hauteur relative de tous les capteurs et de visualiser les réseaux sous plusieurs angles, soit une amélioration significative par rapport à l'interface de base du système précédent.

Grâce à Digital Twin capacités intégrées dans TIA Portal, les ingénieurs de Transicon ont pu simuler et tester le système avant de l'installer. Cela a rationalisé le processus d'intégration et raccourci le temps de mise en service en réduisant le besoin d'ajustements sur site. Et s'ils avaient besoin d'aide en cours de route, ils pouvaient s'adresser aux ingénieurs de Siemens pour obtenir de l'aide.

Un modèle pour les autres instituts de recherche

La nouvelle configuration correspond exactement à ce dont le Dr Kris Hart et son équipe avaient besoin. « L'expertise de Transicon nous a permis d'améliorer de manière significative la précision et la fiabilité de notre système de distribution de dioxyde de carbone, ce qui est absolument vital pour l'intégrité de nos recherches à long terme sur le changement climatique », déclare-t-il. De plus, l'installation peut être reproduite sur d'autres sites à travers le monde pour étudier l'impact de fortes concentrations de CO2 dans l'atmosphère.

C'était intentionnel, explique Jennifer Hughes : « La solution que nous avons développée fournit un plan pour des systèmes de contrôle expérimentaux fiables et cohérents qui pourraient être mis en œuvre dans le monde entier si les expériences FACE étaient étendues à d'autres sites à l'avenir. » Parce que si les résultats de BIfor FACE veulent façonner la politique climatique mondiale, ils devront être étayés par des données provenant d'autres forêts matures du monde entier.

Profils d'entreprises

BI pour FACE

Depuis 2017, le Birmingham Institute of Forest Research, Free Air Carbon Dioxide Enrichment, ou BiFor FACE, simule l'atmosphère prévue pour 2050 en pompant du CO₂ autour de chênes matures. En imitant l'environnement futur, les chercheurs peuvent comprendre comment on peut s'attendre à ce que les forêts réagissent à l'évolution de l'environnement. BiFor FACE est l'une des trois seules installations de ce type au monde et elle est réputée pour son design écologique.

BIfor FACE - Université de Birmingham

Transicon

Fondée en 1967 et basée au Queensway Business Park à Telford, au Royaume-Uni, Transicon s'est forgé une solide réputation dans la conception et la fabrication de systèmes de commande sur mesure. L'expertise de l'entreprise couvre les variateurs de courant alternatif, continu et les servomoteurs, ainsi que les systèmes PLC et SCADA. Transicon dessert un large éventail de clients industriels, travaillant au Royaume-Uni et à l'international.

Spécialistes de l'intégration de systèmes et de l'automatisation industrielle | Transicon