POMPES À CHALEUR HAUTE TEMPÉRATURE POUR PROCÉDÉS INDUSTRIELS

Avec une part totale de 25 % de la consommation d’énergie dans l’UE, l’industrie est un acteur-clé pour atteindre les objectifs climatiques. Pour décarboner la production industrielle, il faut à la fois augmenter l’efficacité et créer de nouveaux procédés reposant sur des énergies renouvelables.

En analysant la consommation d’énergie finale des différentes applications industrielles, on constate clairement qu’avec 81 % de l’énergie finale totale, la chaleur est prédominante. Si l’on met de côté le refroidissement et le chauffage des locaux ainsi que le refroidissement des procédés, la chaleur industrielle représente la part la plus importante de la consommation d’énergie finale, à savoir 66 %, dont 11 % pour les procédés requérant des températures inférieures à 100 °C, et 26 % pour les procédés nécessitant des températures comprises entre 100 et 200 °C¹.

Les pompes à chaleur industrielles convertissent les rejets thermiques inutilisés en chaleur industrielle de première qualité, ce qui accroît l’efficacité énergétique des procédés et contribue à l’électrification. Il en résulte une baisse sensible des émissions de CO₂ et de la consommation d’énergie primaire. Une étude récente a mis en parallèle la consommation de chaleur industrielle et les rejets thermiques disponibles dans les secteurs du papier, de la chimie, des raffineries et des denrées alimentaires. Le besoin annuel de chaleur industrielle inférieure à 150 °C se monte à 745 pétajoules, soit 207 TWh (UE-28). Mais à des températures de plus de 100 °C, le besoin en chaleur augmente fortement dans tous les secteurs, ce que l’étude impute au recours à la vapeur. Elle estime en outre que ces secteurs génèrent 1039 pétajoules ou 289 TWh de rejets thermiques inférieurs à 150 °C, dont l’essentiel (env. 70 %) dans la plage de températures comprise entre 40 et 100 °C, quel que soit le secteur² .

Pour l’industrie, les pompes à chaleur haute température qui atteignent des valeurs de départ supérieures à 100 °C présentent dès lors un intérêt majeur. Des pompes à chaleur haute température pouvant fournir de la chaleur jusqu’à 160 °C font actuellement l’objet de premiers tests dans des environnements industriels.

Le projet H2020 DryFiciency de l’Austrian Institute of Technology (AIT) cible les procédés industriels de séchage. Des pompes à chaleur utilisent les rejets thermiques de l’industrie comme source de chaleur et produisent de l’eau bouillante dont la température peut atteindre 160 °C. Deux prototypes de ces pompes à chaleur qui ont été intégrés dans des procédés de séchage de l’amidon et de briques et tuiles ont déjà dépassé tous les deux les 4000 heures de fonctionnement³. Des pompes à chaleur qui produisent de la vapeur sont également testées dans le cadre d’autres projets de recherche menés en collaboration avec l’AIT. Le projet BAMBOO étudie à la fois le fonctionnement de cette technologie et la possibilité de flexibilisation l’approvisionnement en énergie⁴. Le projet LEAP s’intéresse aux objectifs de décarbonation des grandes entreprises industrielles et élabore des concepts réplicables qui intègrent des pompes à chaleur produisant de la vapeur⁵. La vapeur étant largement utilisée en tant qu’agent énergétique dans l’industrie, sa production à partir de rejets thermiques grâce à des pompes à chaleur présente un potentiel important.

Des pompes à chaleur qui atteignent 120 ou 130 °C sont déjà disponibles sur le marché ou sont sur le point de l’être. La commercialisation de celles qui atteignent des températures encore plus élevées est attendue dans les années à venir. Les défis technologiques majeurs des pompes à chaleur haute température se situent au niveau de la résistance aux températures élevées des matériaux (lubrifiants et joints notamment) et des composants (compresseurs par exemple). Pour les utilisateurs industriels, ces installations doivent en outre afficher une disponibilité et une fiabilité élevées, et être économiquement rentables. Les projets pilotes qui débouchent sur des réussites constituent une base importante pour créer la confiance dans les nouvelles technologies et pour contribuer à leur diffusion.