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20181106090711 Dominique Schaad Freigestellt

« Espèces industrielles » en voie d’évolution

Comme un organisme vivant, toute entreprise est sans cesse poussée à adapter son utilisation des ressources face à des changements d'environnement, de contexte.

L'amélioration permanente de la performance énergétique est une stratégie fondamentale de Metalcolor SA pour réduire ses coûts de production.

De 8000 t en 2004, la production annuelle de Metalcolor SA a passé à 16000 aujourd'hui, alors que l'entreprise divisait par trois, à production égale, ses besoins en gaz.

Un concept d'optimisation des opérations pensé collectivement permet à Metalcolor SA de tirer le meilleur de ses outils de production.

Une isolation en polyuréthane permettra d'économiser en énergie, le temps de son utilisation, des milliers de fois le coût énergétique de sa fabrication.

Dans l'usine II de swisspor Romandie SA, à Châtel-St-Denis, tout commence par un mélange vaguement mousseux à mouler très vite en plaque, et qui dégage une chaleur convoitée pour une récupération plus précoce qu'actuellement.

Jusqu'à 20 tonnes de linge et de vêtements suivent quotidiennement les différents itinéraires, largement automatisés, de tri, lavage, séchage et finitions de la Blanchisserie du Léman.


Les cinq étapes ci-après sont prometteuses pour la mise en oeuvre d’une production zéro émission.

TROISIÈME ÉTAPE : TRANSFORMATIONS DE PROCESSUS
De nombreux procédés peuvent aussi être modifiés de façon à nécessiter des températures moins élevées, et donc à consommer moins d’énergie. Si elles valent parfois la peine, ces modifications peuvent cependant coûter cher et comporter des risques, raison pour laquelle on sent en l’occurrence une certaine réticence. « On n’y touche pas, ça a toujours fonctionné comme ça » ou « Ne change rien aux paramètres, mon prédécesseur les avait réglés comme ça » sont autant d’arguments fréquents et compréhensibles. Transformer les processus pour émettre moins de CO2 suppose d’analyser les boîtes noires de ces processus en impliquant les experts internes ou externes compétents, d’avoir une certaine propension à prendre des risques et la capacité de le faire, et de recourir massivement à l’innovation et à la R&D. Il se peut aussi que pour amorcer la mise en oeuvre de ces nouveaux processus moins polluants, il faille des instruments qui couvrent les risques (garanties couvrant les risques liés aux grandes avancées technologiques par exemple).


S’agissant d’évolution et d’adaptation, Metalcolor SA à Forel (VD) affiche une faculté hors normes, largement basée sur l’amélioration de sa performance énergétique. Fondée en 1981, Metalcolor est spécialisée dans l’application de peinture en continu sur aluminium, le « coil coating », pour une production de stores à lamelles principalement. « C’est la méthode la plus efficace, la plus sûre pour appliquer des peintures de haute qualité sur des surfaces métalliques, la plus écologique aussi », souligne l’ingénieur chimiste Denys Kaba, co-directeur général de Metalcolor SA.

La force industrielle et commerciale de Metalcolor tient à ses outils de production performants et à un concept d’opération minutieusement pensé, lesquels permettent, dans des délais courts, du sur-mesure dans une gamme illimitée de couleurs. Des lots de 100 kg à plusieurs dizaines de tonnes sortent de ses deux lignes de laquage – dont l’une sera équipée d’une section d’enduction supplémentaire en 2021 – flanquées de deux lignes de refendage. De 8000 tonnes en 2004, la production annuelle a passé à 16 000 aujourd’hui, exportées à 93 % dans l’Union européenne. L’abandon du taux plancher pour l’Euro en 2015 n’a guère contrarié cette progression.

UNE GROSSE SOMME D’ADAPTIONS

C’est que, dans le même temps, l’entreprise a divisé par trois, à production égale, ses besoins en gaz : en renouvelant ses équipements et en optimisant leur fonctionnement, en perfectionnant continuellement les recettes de ses procédés, en récupérant systématiquement la chaleur et en la recyclant … « Nous avons réorganisé le travail de manière concertée avec nos opérateurs pour une gestion de la production sans gaspillage, que ce soit au niveau des gestes, des déplacements, du temps, de l’énergie et des matières premières », détaille Denys Kaba. Une nouvelle procédure a ainsi été introduite sur l’une des lignes de laquage pour réduire le temps de redémarrage des machines lors du passage à une nouvelle commande avec une couleur différente. « Economies d’énergie et de temps qui, comme toutes nos autres mesures, ont réduit notre empreinte sur l’environnement en même temps que nos coûts. C’est ce qui nous a permis de tenir le choc de 2015 ».

ORGANES SANS CESSE AMÉLIORÉS

L’incinération des solvants est emblématique de cette évolution incessante des procédés. Après plusieurs améliorations, l’incinérateur a été remplacé en 2018 par un modèle « régénératif », pour une meilleure élimination des solvants, moins d’électricité et de gaz consommés et moins d’émissions de CO2. La récupération de chaleur, améliorée elle aussi, permet, sous forme d’eau chaude, d’assurer le chauffage de la nouvelle halle de 2800 m2 dévolue au stockage et à l’expédition, de la halle de production ainsi que des locaux administratifs jusque-là chauffés au mazout.

Si nous parvenons à récupérer la chaleur plus tôt, nous pourrons peutêtre nous passer du gaz naturel.

Jacques Esseiva, directeur technique, swisspor Romandie, Châtel-Saint-Denis (FR)

Autre évolution récente, les composants du réseau d’air comprimé sont désormais sous coordination informatique, « pour une économie d’énergie importante », souligne Morgane Bourdon, coordinatrice ISO – certifications que Metalcolor collectionne. Et les adaptations de cette « bête » d’efficacité qu’est Metalcolor continueront : centrale photovoltaïque de 1100 kWc sur le toit, récupération d’air chaud améliorée dans les fours, section d’enduction supplémentaire sur les lignes de laquage apportant des économies de gaz et d’électricité …

ISOLATION, PRODUIT PLUS QU’ACTUEL

Non loin de Forel, à Châtel-Saint-Denis (FR), Jacques Esseiva, lui aussi ingénieur chimiste, mûrit un nouveau projet sur la voie de la neutralité carbone des deux usines locales de swisspor Romandie, Châtel I et Châtel II, dont il est le directeur technique. Il s’agirait de récupérer mieux la chaleur au cœur même des produits de « Châtel II », dédiée aux plaques d’isolation en polyuréthane – l’autre usine étant dévolue au polystyrène expansé.

Chez swisspor encore plus qu’ailleurs, l’efficacité énergétique commence par une isolation aboutie des bâtiments, sous des toitures par ailleurs largement recouvertes de panneaux photovoltaïques. La récupération de chaleur poussée dans les deux usines permet, outre de chauffer les halles et les bureaux, de desservir aussi des villas voisines de Châtel I. A Châtel II, la grande dalle de béton qui s’étend sur 12 500 m2 entre les deux étages – halle de production au rez, entrepôt de stockage au-dessus – agit subtilement comme un accumulateur de chaleur, pour un précieux effet tampon à travers les variations saisonnières.

Au niveau des équipements, les machines sont systématiquement transformées pour des performances énergétiques optimales, mais les évolutions dans les procédés peuvent aussi offrir des résultats spectaculaires. « A Châtel I, dès 2010, un changement de technologie pour le traitement du gaz pentane a conduit à une réduction annuelle de 400 000 m3 de la consommation de gaz naturel », précise le directeur technique. Le solde de gaz consommé aujourd’hui est certifié neutre en CO2.

DOMESTIQUER PLUS AVANT LA CHALEUR

Dans la vaste halle de production de Châtel II, le polyuréthane est produit à raison de 2 600 000 m2 par an, en diverses épaisseurs. Tout commence par un mélange, vaguement mousseux, issu de la rencontre d’un polyalcool et d’un isocyanate en présence d’un agent « gonflant », ici du pentane. La mousse durcit en quelques secondes et il faut la mouler très vite en plaque avant de l’habiller en sandwich entre deux feuillets. Coupées en segments de 7,20 m, les plaques suivent alors un parcours long de 1,7 km (!) qui s’élève puis redescend vers les postes de découpe finale et d’emballage. « Au cours de ce périple, explique Jacques Esseiva, les plaques libèrent peu à peu la chaleur issue de la réaction initiale, qui est très exothermique. Cette chaleur est actuellement captée dans la tour de refroidissement et utilisée pour le chauffage des locaux et de l’eau. Mais récupérée plus précocement, elle pourrait rendre inutile le gaz naturel dans les besoins de l’entreprise ». Réflexion à suivre …

AUTRE PÉRIPLE SUR FOND DE CHALEUR

La Blanchisserie du Léman a pris en 2011 ses quartiers dans une portion d’une grande halle de la zone industrielle de Satigny (GE). Cette implantation récente a permis de considérer d’emblée l’efficacité énergétique et de la concrétiser avec les équipements et les concepts les plus actuels.

En vue générale, la Blanchisserie a des allures de fourmilière suractive, très lumineuse sous son éclairage LED qui a remplacé 450 tubes standards. Jusqu’à 20 tonnes de linge et de vêtements convergent ici chaque jour, en provenance des secteurs de l’hôtellerie et de la santé. Le tout passe par un tri soigneux – « On peut trouver de tout dans un lot de linge : des verres, des services de table, même une fois un poisson ! », sourit Denis Mauvais, le directeur. Ce qui n’est pas dirigé vers l’un des quelques petits lave-linge dévolus aux spécialités – pour des nécessités d’hygiène notamment – s’en va rejoindre l’un ou l’autre de deux volumineux tunnels de lavage d’une quinzaine de mètres. Le linge, réparti dans de grands sacs en lots de 50 kg suit un parcours aérien par rail pour être largué, lot après lot, dans le premier des 13 modules qui segmentent chacun des tunnels. Chaque lot progresse ensuite de module en module à mesure de la rotation d’une – très ! – grande vis à l’intérieur des tunnels. Tout ce ballet, qui traite 1200 kg de linge à l’heure, est orchestré par un logiciel qui a l’œil à tout : client, type de linge, traitements chimiques dosés au millilitre près …

Améliorer sans cesse notre efficacité énergétique réduit notre empreinte sur l’environnement en même temps que nos coûts.

Denys Kaba, co-directeur général, Metalcolor SA, Forel (VD)

L’eau n’est pas gérée moins parcimonieusement, avec quelques principes de base. Les machines travaillent à plein, et on utilise de l’eau propre uniquement là où elle est nécessaire – les eaux de rinçage sont ainsi réutilisées pour le prélavage. Et on ne produit pas plus d’eau chaude qu’il ne faut – l’eau de lavage évacuée des tunnels sert au préchauffage de l’eau entrante, par voie d’échangeur thermique. « La Blanchisserie du Léman utilise en moyenne 600 m3 d’eau chaque semaine pour 80 à 100 tonnes de linge lavé, repassé, plié, soit environ 6,5 litres d’eau par kg de linge, c’est 2 à 3 fois moins qu’un lave-linge de ménage », résume Denis Mauvais.

L’un des principaux choix énergétiques opéré d’emblée est moins spectaculaire, visuellement, que les grands tunnels ou le « cerveau » informatique et ses écrans. En effet, on ne verra nulle part de grosse chaudière unique à haute pression – 12 bars ! – dont on faisait par le passé la règle dans les blanchisseries industrielles pour assurer la vapeur à 180 °C nécessaire au repassage et au pliage du linge. « Nous avons ici cinq petites chaudières discrètes, à proximité immédiate des calandres de finition. Elles assurent un circuit court à basse pression où la chaleur requise est relayée par de l’huile thermique ».

En termes quantitatifs, de 2013 à 2019, grâce aux options choisies initialement, et à tous les ajustements subséquents au plan technique et humain – réduction des temps de mise en route ou d’opération notamment –, « la blanchisserie a traité un volume croissant de linge – un solide +44 % – tout en conservant globalement stable sa consommation d’énergie, gaz naturel et électricité combinés ». Ou dit autrement, elle a vu décroitre au fil des ans la quantité de kWh nécessaire pour traiter 1 kg de linge, qui a passé de près de 1,7 kWh à moins de 1,1. Cette trajectoire s’est traduite par une réduction de coûts, par un plus financier avec le remboursement de la taxe CO2, et, au final, par un gain de compétitivité.

Et pourquoi arrêter la performance au seuil de la blanchisserie ? Denis Mauvais le souligne : « Nous nous appliquons aussi à réduire les trajets de prise en charge et de livraison avec des clients voulus très locaux et servis avec des camions choisis avec les meilleures normes, génération après génération. »


ESPÈCES INDUSTRIELLES EN ÉVOLUTION : UNE POSTFACE

Génération après génération, les entreprises, « espèces industrielles » évoluent, soumises aux exigences changeantes de leur « écosystème » économique et législatif et aux défis de l’environnement global. Elles améliorent leur « physiologie », c’est-à-dire leur utilisation des ressources énergétiques et matérielles dont elles s’alimentent, en développant les infrastructures et les stratégies les mieux adaptées à leur « mode de vie » et surtout à leur finalité : une production efficace. Etape significative, elles se dotent aujourd’hui de véritables « systèmes nerveux » – ordinateurs servis par des réseaux de capteurs et autres innovations technologiques fascinantes – qui optimisent, harmonisent le fonctionnement de leurs différents organes-machines. C’est une vision captivante, et aussi prometteuse : évoluer judicieusement, efficacement est en nature un gage de durabilité depuis près de quatre milliards d’années. Avec pour ce qui nous concerne, industriellement parlant, cette précieuse capacité de pouvoir agir sur cette évolution, l’orienter …


« La chaleur des procédés produite par les pompes à chaleur à haute température peut atteindre 160 °C »

Entretien avec Cordin Arpagaus, Docteur en sc. techniques, Haute école d’ingénierie Suisse orientale, Buchs (précédemment NTB), Institut en systèmes énergétiques (IES)

MONSIEUR ARPAGAUS, QUEL EST LE POIDS DES POMPES À CHALEUR DANS L’INDUSTRIE SUISSE ?

Aujourd’hui, les pompes à chaleur (PAC) sont largement utilisées pour le chauffage et l’eau chaude dans les nouveaux immeubles résidentiels et commerciaux. Dans l’industrie, elles produisent en général de la chaleur des procédés à 80 °C. Une PAC qui récupère les rejets thermiques industriels peut générer 4 kWh de chaleur des procédés à partir d’un kWh d’énergie électrique – issue idéalement de sources renouvelables. Ces systèmes contribuent donc sensiblement à accroître l’efficacité énergétique et à réduire les émissions de CO2 en remplaçant les installations au gaz et au mazout qui, aujourd’hui, servent surtout à produire de la chaleur des procédés. Cette dernière représente nettement plus de la moitié de la consommation énergétique de l’industrie suisse.

DANS QUELS SECTEURS LES PAC SONT-ELLES UTILISÉES À CE JOUR ?

Un exemple classique est l’industrie alimentaire, où les machines frigorifiques sont monnaie courante. Les PAC peuvent récupérer les rejets thermiques de ces machines pour produire de la chaleur des procédés à 80 ou 90 °C, la température de prédilection dans ce secteur. Environ 200 grandes PAC dont la puissance de chauffe dépasse les 100 kW sont installées chaque année en Suisse. Ces systèmes servent notamment dans différents secteurs de l’industrie et dans des réseaux de chaleur à distance. Souvent, la PAC assure la charge de base tandis qu’une chaudière au gaz fournit l charge de pointe.

LA CHALEUR EMPLOYÉE DOIT SOUVENT DÉPASSER LES 100 °C.

Les pompes à chaleur industrielles modernes à haute température produisent de la chaleur industrielle sous forme d’eau chaude et de vapeur à différents niveaux de pression et jusqu’à 160 °C, ce qui décuple les utilisations possibles des PAC dans l’industrie, au niveau des processus de séchage, de stérilisation et de pasteurisation notamment. Outre les denrées alimentaires et les boissons, cette évolution concerne aussi les secteurs du papier, de la chimie, du métal et du plastique ainsi que ceux du bois et des aliments pour animaux.

COMMENT UNE ENTREPRISE SAIT-ELLE SI ELLE A INTÉRÊT À UTILISER UNE PAC ?

Tout doit commencer par une évaluation thermique globale de l’ensemble des processus de chauffage et de refroidissement. Je conseille à cette fin une analyse du pincement (Pinch), car elle identifie les processus qui gagnent à être couplés et ceux qui permettront de récupérer de la chaleur. Le fait de prendre en compte la température de pincement permet également de concevoir un système de PAC à efficacité maximale. Le responsable énergie de l’entreprise devrait impliquer des conseillers chevronnés lors de cette analyse et prévoir le temps nécessaire car elle peut prendre jusqu’à trois mois. L’analyse du pincement est subventionnée par l’Office fédéral de l’énergie.

EST-CE QU’UNE PAC PRÉSENTE UN INTÉRÊT FINANCIER ?

À l’achat, une pompe à chaleur industrielle coûte plus cher qu’une chaudière au gaz, mais sur l’ensemble du cycle de vie, l’utilisateur qui s’en sert longtemps s’en tire souvent à meilleur compte grâce à son faible coût de fonctionnement. La rentabilité d’une PAC s’accroît à mesure que le ratio entre les prix de l’électricité et du gaz baisse, et que son coefficient de performance (COP) augmente. Il ne faut également pas négliger les taxes environnementales sur les émissions de CO2, qui, pour les combustibles fossiles en particulier, pourraient augmenter encore fortement à l’avenir.

Bibliographie :
Dr. Cordin Arpagaus: Hochtemperatur-Wärmepumpen: Marktübersicht, Stand der Technik und Anwendungspotenziale, ISBN 978-3-8007-4550-0 (Print), 978-3-8007-4551-7 (E-Book), VDE Verlag, 2019.

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