L’industrie n’échappe en effet pas à la nécessité d’un outil industriel doté d’une efficacité énergétique optimisée pour la CVC, mais aussi à l’exploitation de la chaleur fatale et de la chaleur renouvelable : récupération de chaleur à différents niveaux des processus industriels, stockage, usage du potentiel solaire thermique ainsi que de l’utilisation de nouveaux combustibles.
Chaleur fatale, des enjeux importants
Lors du fonctionnement de certains procédés de production ou de transformation, l’énergie thermique produite n’est pas utilisée en totalité. On parle alors de « chaleur fatale », et pour citer quelques chiffres, l’industrie présente un potentiel de chaleur fatale de 109,5 TWh, soit 36 % de la consommation globale de combustibles, dont 52,9 TWh sont perdus à plus de 100 °C.
La chaleur fatale peut être utilisée en interne du site industriel pour répondre aux besoins propres à l’entreprise et souvent pour des besoins de chauffage, ou bien vendue en externe, pour répondre aux besoins de chaleur d’autres entreprises ou d’autres usagers par le biais le plus souvent d’un réseau de chaleur. Les sources de chaleur fatale recensées par l’ADEME sont pour 1/3 au niveau des fumées et des fours, 1/3 au niveau du refroidissement des compresseurs d’air et systèmes de froid et 1/3 au niveau des buées de séchoirs.
Les exemples d’exploitation de la chaleur fatale s’additionnent depuis quelques années, citons-en un qui a été soutenu par le fonds chaleur avec le site d’ArcelorMittal de Saint-Chély-d’Apcher qui constitue la seule unité de production française d’acier électrique à grain non orienté. L’acier produit est chauffé à plus de 1 000° pour lui conférer ses propriétés magnétiques. La chaleur produite est désormais récupérée et réutilisée au sein de l’usine à hauteur d’environ 9 GWh, pour les besoins du process industriel et le chauffage d’une partie des locaux. La chaleur récupérée restante, soit 3 GWh, est aussi redistribuée dans un réseau de chaleur pour le chauffage urbain, notamment pour gérer les pointes hivernales.
Solution CVC pour l’industrie : le chemin vers le bas carbone
« Pour proposer une solution de chauffage performante et remplacer des solutions carbonées gaz ou fioul, Intuis a axé sa R&D sur une gamme de PAC permettant de délivrer de la haute température jusqu’à 70 ° avec un COP très élevé, même en conditions de froid extrême jusqu’à -20° », introduit Éric Baudry, directeur des affaires publiques du groupe Intuis.
La compacité — la hauteur de la PAC Intuis HRC 80 est inférieure à 1 min 30 s —, le niveau sonore faible, mais aussi le savoir-faire made in France sont autant d’atouts pour la mise en place de ce type de solution, souligne l’expert. Couplée qui plus est à des installations photovoltaïques sur ombrières ou toitures, la solution constitue une alternative très pertinente dans l’urgence de plus en plus prégnante de décarbonation et d’efficacité énergétique du monde industriel.
Par ailleurs, et dans la même logique décarbonation, les solutions PAC reposent toutes sur le fluide R290, ce qui prend complètement en considération la réglementation européenne F-GAS, et il est distingué deux familles principales de systèmes.
D’une part, des PAC Air/Eau avec des puissances allant de 11 à 32 kW, mais aussi des PAC de la gamme HRC70 adaptées de plus fortes puissances allant de 40 à 80 kW, et qui sont cascadables jusqu’à 1,2 MW.
D’autre part, il y a au catalogue Intuis des solutions de PAC sur boucle d’eau avec une PAC dénommée UtCi 4 en 1 (Unité thermodynamique de confort individuel) qui assure le chauffage, le refroidissement, le traitement et renouvellement d’air et la récupération d’énergie thermique. La PAC sur boucle d’eau s’installe en façade d’un bâtiment et permet de faire gagner un étage tous les 5 étages, car elle ne nécessite pas de faux plafonds, ce qui représente un gain d’espace très important, notamment pour les projets de construction en neuf. La solution, en effectuant le transfert de calories des parois les plus chaudes pour chauffer les espaces plus froids, joue un rôle important dans la redistribution des énergies produites tout en s’adaptant en permanence au besoin de confort du local.
Comme le souligne Éric Baudry, « c’est donc une solution plutôt orientée bâtiment tertiaire au sein d’un site industriel ou bien encore pour du pur bâti tertiaire, l’exemple récent étant le siège de Canal+ qui en est équipé. » L’expert souligne également qu’Intuis est en phase d’étude avancée sur des solutions triple service chauffage, rafraîchissement et ECS.
En revanche, Intuis ne propose pas de solutions pour ce qui est du froid industriel, du froid commercial ou mobile, car il y a des acteurs spécialisés en France qui ont un savoir-faire précis et une forte expérience sur ce sujet.
Dans l’industrie, le froid fait son « show »
« Les projets se multiplient pour des solutions de remplacement des systèmes existants, mais aussi pour mettre en place des systèmes de récupération des énergies fatales. Ce que nous proposons, ce sont, la plupart du temps, des modules de transfert de chaleur Eau/Eau ou Air/Eau qui peuvent permettre de produire de l’eau glacée mais aussi de l’eau à très haute température à 80-85° et au-delà », présente Christian Laude Bousquet, responsable des ventes pour la région Auvergne-Rhône-Alpes pour Carrier France.
Les solutions de transfert énergétique ont un principe simple : on refroidit d’un côté ce qui a besoin d’être refroidi et on réchauffe de l’autre. Les solutions peuvent se décliner dans différents domaines, notamment l’automobile, l’agroalimentaire, et l’industrie pharmaceutique où, par exemple, a été installé un groupe froid et la récupération d’énergie permettant de produire de l’eau à 85° pour répondre aux besoins de chaud en substitution d’une chaudière gaz. Autre exemple avec les tours aéroréfrigérantes, où l’on peut venir refroidir de quelques degrés pour valoriser, là encore, de l’eau à 85°.
Il est ainsi possible de valoriser aussi bien des énergies de chaleur naturelle telles les eaux de nappes ou encore les sondes géothermiques que les chaleurs résiduelles des datacenters, des refroidisseurs, ou de process industriels variés, et de produire de l’eau jusqu’à 85° avec un COP suivant les régimes d’eau de 3 à 5 en configuration monobloc.
Suivant l’amplitude des delta T, plusieurs machines peuvent être installées en série pour délivrer ensuite une puissance de chaud sur un réseau de chaleur, par exemple.
Christian Laude Bousquet précise que ces projets peuvent être aidés à la fois au travers des fiches CEE Industries, mais aussi du fonds chaleur, notamment lorsque l’usage de la chaleur industrielle récupérée est source pour un réseau de chaleur locale. Avec des aides cumulées qui peuvent représenter une part non négligeable du budget d’investissement.
Du fuel à la biomasse avec cogénération, à la papeterie Gemdoubs, à Novillars (Doubs)
Le projet situé sur le site de la papeterie repose sur une chaudière biomasse du fabricant danois AET, associée à son système avancé de combustion et d’épuration des fumées, et d’une turbine à vapeur reliée à la papeterie.
L’objectif qui était poursuivi était double : fournir près de 215 000 tonnes de vapeur auparavant produites avec des combustibles fossiles, et produire de l’énergie verte à hauteur de 153 GWh/an. Le tout alimenté avec du bois récupéré dans un rayon de 100 km au maximum autour de la centrale. La vapeur est utilisée par la papeterie pour ses procédés de fabrication.
Autre exemple avec le projet Green Valley Energie (GVE) qui devrait être opérationnel courant 2024, pour la dernière usine de France qui fabrique du papier journal, Norske Skog Golbey. Située dans les Vosges, avec, là encore, une cogénération biomasse AET utilisant, cette fois, du bois de recyclage ou bois déchet issu des déchetteries de la région. Avec un objectif premier de décarbonation et une économie de 210 000 tonnes d’émission CO2 par an, mais également une réduction de la dépendance au gaz naturel pour le site papetier, et un accompagnement dans son développement de nouvelles activités sur le site et notamment la fabrication de box en carton recyclé.
De l’importance de la régulation et de la compréhension des besoins de froid ou de chaud
« La régulation des systèmes est un élément clé des solutions délivrées, la compréhension des enjeux de l’industriel l’est également. Le profil de charge du process industriel sur l’année, ou SEPR, est ainsi un point important, autrement dit la connaissance de la saisonnalité ou bien de la constance des besoins est un point déterminant pour une bonne régulation », souligne l’expert de Carrier.
La proximité du centre de recherche de Montluel et de l’usine de fabrication qui y est associée est aussi un point clé pour gérer toutes les dimensions des projets industriels rencontrés.
Pour le froid, la gamme Carrier permet de répondre à des besoins allant de quelques kilowatts à plusieurs mégawatts, notamment avec une gamme de compresseurs centrifuges à palier magnétique à très haut rendement, afin de réduire à la source la consommation liée à la production d’eau glacée.
En termes d’exemples d’usage de ces solutions groupe froid, citons l’industrie microélectronique ou encore les besoins en froid urbain.
Des projets en rénovation qui, dans un contexte de hausse forte des énergies, sont en effervescence, avec des enjeux étendus et une réflexion forte sur l’aspect énergétique globale du site.
Jean-François Moreau