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20181106094644 Jacqueline Jakob Freigestellt

Pour préparer l’avenir, il faut s’attaquer à la chaleur des procédés

La plus grande part des combustibles utilisés dans l'industrie servent à la production de chaleur des procédés. Or celleci ne joue encore qu'un rôle secondaire dans la décarbonation. Voici un plan en cinq étapes pour réduire sensiblement la consommation d'énergie industrielle et basculer vers des sources d'énergie zéro émission.

Selon l’objectif zéro émission nette de la politique climatique suisse, notre économie et notre société doivent parvenir à ne plus émettre de gaz à effet de serre d’ici 30 à 50 ans. De nombreux scénarios et instruments liés à la concrétisationde la décarbonation à cet horizon font peu ou prou l’impasse sur la chaleur des procédés utilisée dans les grandes et les petites entreprises, alors même qu’il s’agit de l’usage principal des combustibles dans l’industrie. Au niveau de l’ensemble des entreprises qui participent à l’AEnEC, cette chaleur représente en effet bien plus de 10 TWh par an et environ 70 % de la consommation industrielle de combustibles. Cette consommation serait-elle négligée ?

La décarbonation des processus et de la chaleur des procédés mettra au défi la majorité des entreprises dans les prochaines décennies, mais si la production et l’emploi de chaleur des procédés sont abordés de façon intelligente, nuancée, cohérente et prévoyante, la décarbonation est réaliste. Étant donné que la mise en oeuvre prend parfois plusieurs décennies, il faudrait toutefois éviter de reporter la planification de ces mesures aux calendes grecques.

UN PLAN EN CINQ ÉTAPES

Produire à long terme sans émettre de CO2 nécessite de prendre des mesures et d’effectuer des modifications à différents niveaux. On peut réduire fortement la consommation d’énergie industrielle en améliorant l’efficacité des processus, en récupérant la chaleur durant et entre les processus, en optimisant ou en modifiant les processus, en faisant évoluer les produits et en recyclant les matières premières (économie circulaire), et en échangeant les rejets thermiques entre les sites. On peut abaisser les températures nécessaires pour la production en adaptant les processus et les produits. Et on peut couvrir les besoins résiduels de chaleur avec des agents énergétiques qui n’émettent pas ou peu de CO2. Les cinq étapes ci-après sont prometteuses pour la mise en oeuvre d’une production zéro émission.

1. Améliorations de la performance énergétique

Il reste un important potentiel à exploiter dans les processus pour réduire les émissions de CO2, par la mise en oeuvre des mesures d’amélioration de la performance énergétique. Ces mesures consistent notamment à optimiser les exploitations, recourir à de meilleures technologies et à l’innovation, récupérer la chaleur des procédés, et utiliser des rejets thermiques selon la méthode du pincement. Pour beaucoup d’entreprises, les mesures d’amélioration de l’efficacité qui visent à rendre la chaleur des procédés et les processus plus respectueux de l’environnement sont aussi les plus rentables.

2. Usages et réseaux intégrés

La récupération de la chaleur et des rejets thermiques de différents sites de production permet de réduire encore les émissions. Grâce aux réseaux de chaleur de proximité et à distance, il est possible d’utiliser la chaleur et le froid dans plusieurs processus et industries. Au niveau de la mise en oeuvre, les défis à relever concernent la planification territoriale des usages et réseaux intégrés, ainsi que la distance qui sépare les entreprises pouvant être reliées. Les réseaux de chaleur nécessitent en outre une planification à long terme et de lourds investissements que les entreprises qui gèrent les sites reliés ne peuvent pas toutes se permettre financièrement. De plus, les usages et réseaux intégrés génèrent des interdépendances entre les entreprises qu’il faut prendre en compte lors de la planification. Ainsi, un fabricant de casseroles peut par exemple fournir de la chaleur à une administration communale, à un établissement médico-social, à des bâtiments scolaires et à des immeubles privés. Dans la mesure où il faut impérativement des entreprises partenaires mais souvent aussi une infrastructure publique, la sécurité juridique et la fiabilité de la planification, tout comme une bonne entente avec les autorités, sont indispensables.

3. 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).

4. Modifications de produits

La possibilité existe de remplacer des produits par d’autres, qui remplissent des fonctions identiques ou similaires tout en nécessitant une chaleur des procédés et des températures plus basses à la production. Les modifications de produits visent aussi à utiliser les matériaux en préservant davantage les ressources, ou à mieux séparer et recycler ces derniers lorsque les produits sont en fin de vie.

5. Remplacement des sources d’énergie par des énergies renouvelables

Même lorsqu’on a suivi entièrement les quatre étapes décrites ci-dessus pour réduire les émissions, les besoins de chaleur des procédés à différentes températures resteront élevés. Dans la mesure du possible, il faut viser à couvrir ces besoins avec des agents énergétiques zéro émission. Les principaux défis des énergies renouvelables sont la disponibilité, la simultanéité, les niveaux de température, l’évolution des prix, et la production durable de biogaz ainsi que de gaz synthétiques et de combustibles liquides à partir de sources renouvelables.

Comme dans le domaine des bâtiments, l’ordre des mesures présentées ci-dessus est théorique : il faut d’abord optimiser l’enveloppe avant de faire fonctionner une nouvelle chaudière avec des énergies renouvelables. Mais dans la pratique, on procède souvent différemment, du fait surtout des divers cycles de vie des composants du bâtiment. Les entreprises qui s’attaquent aux processus et à la chaleur des procédés devraient commencer dans tous les cas par améliorer leur efficacité. L’ordre des autres mesures pourra ensuite varier en fonction de la situation.

FACILE OU PAS ? CELA DÉPEND…

Décarboner la chaleur des procédés n’est pas toujours simple comme l’illustrent les exemples suivants. Une fromagerie organisée en coopérative dans une région rurale en bordure d’une zone artisanale peut assez facilement passerà une chaudière à copeaux provenant de la forêt locale. Il y a peut-être déjà un réseau, local ou non, de chaleur à distance. Les charges de base et de pointe seraient couvertes par la même chaudière ou par le réseau, puisque les chaudières au bois actuelles peuvent moduler leur performance de 100 à 30 % en fonction des besoins. D’un seul coup, cette fromagerie n’émet plus de CO2 – c’est parfois aussi simple que cela. Quelque 150 laiteries que l’AEnEC accompagne dans la mise en oeuvre de leurs objectifs de décarbonation ont procédé de la sorte, dont de grandes entreprises.

Décarboner les processus et la chaleur des procédés est un défi.

Une jardinerie pourrait avoir en revanche avoir plus de fil à retordre. La nuit, des écrans thermiques isolent la serre. Tôt le matin, lorsqu’on retire ces écrans des cultures au moment où le soleil commence à briller, la charge de pointe grimpe en flèche pendant un moment, créant un besoin d’énergie à court terme que la récupération des rejets thermiques ou une pompe à chaleur (PAC) à sonde terrestre ou sur nappe phréatique ne généreraient qu’avec de gros accumulateurs. Faute d’accumulateurs, il faudrait placer en plus une chaudière, au biogaz par exemple, pour fournir la charge de pointe. Et cette source d’énergie devrait être disponible et utilisable. Le cas échéant, il faudrait envisager d’autres cultures, ou démarrer la production plus tard dans l’année. La décarbonation de la chaleur industrielle s’avère difficile pour les entreprises confrontées à des changements aussi draconiens.

Pour une usine chimique en zone urbaine qui met en oeuvre une multitude de procédés continus et discontinus requérant des températures très diverses, c’est encore plus compliqué.D’abord, il faut viser à éviter que toute une zone alimentée par la chaleur des procédés ne soit alimentée à la température maximale demandée à un seul endroit de la zone, car cela empêche souvent la mise en oeuvre de multiples mesures : récupérer la chaleur durant des procédés, utiliser les rejets thermiques, installer un éventuel réseau d’anergie, exploiter l’énergie de l’air ambiant avec des PAC, ou encore employer l’énergie solaire thermique pour préchauffer l’eau ou la chauffer intégralement. Souvent, le site est alimenté de manière centralisée par une seule chaudière avec un réseau de vapeur ou d’eau chaude, et les échangeurs thermiques à haute température sont donc faiblement dimensionnés au niveau des consommateurs. Ces réseaux ne peuvent dès lors pas passer à des températures plus basses sans transformations majeures, puisque les surfaces des échangeurs devraient être augmentées dans ce cas.

Il reste des processus qu’on ne pourra décarboner que difficilement.

QUE FAUT-IL FAIRE ?

De nombreuses entreprises auraient intérêt à diviser leur site en zones d’alimentation en fonction des consignes de température et des heures de fonctionnement, avec des générateurs de chaleur distincts. Le chauffage des locaux devrait être dissocié le plus possible de la production de chaleur des procédés. Aujourd’hui, un bâtiment bien rénové peut se satisfaire d’une température de départ de 35 °C, ce qui ne nécessite pas de chaudière à mazout, à gaz ou à bois. Les agents énergétiques qui permettent d’atteindre des températures élevées devraient être réservés aux applications à haute température (et pas destinés au chauffage des locaux ou de l’eau chaude sanitaire). Le fait que de grandes installations qui produisent du courant à partir de bois n’utilisent pas toute la chaleur ainsi générée pose aussi un problème, vu que le bois est une source d’énergie très demandée qui pourrait même manquer.

Une disponibilité accrue du biogaz, des gaz synthétiques et des combustibles liquides provenant de sources d’énergie renouvelables donne une lueur d’espoir car ces énergies permettent de produire des températures élevées. Il faut donc les utiliser de manière ciblée là où on a besoin de ces températures élevées, et les produire de manière durable. Il faut aussi souligner les progrès des PAC à haute température. Mais il reste des processus qu’on ne pourra décarboner que difficilement, dont ceux de la pétrochimie et ceux qui libèrent des émissions géogéniques comme la calcination de la chaux.

PLANIFIER AUJOURD’HUI POUR ÊTRE PRÊT DEMAIN

À l’aide du plan en cinq étapes exposé ci-dessus, les conseillers de l’AEnEC indiquent aux entreprises intéressées, en fonction de la situation sur le site en question, les mesures d’amélioration qu’elles peuvent prendre volontairement sur les 30 prochaines années afin de réduire le plus possible les émissions liées à leurs processus et à la chaleur des procédés. Les analyses du pincement que la Confédération soutient financièrement seront d’une grande utilité pour identifier la chaleur à récupérer et les processus à modifier. Les mesures et les coûts devraient impérativement être planifiés en tenant compte du coût du cycle de vie, ainsi qu’en identifiant les avantages non énergétiques potentiels – à savoir les effets qui viennent s’ajouter aux économies d’énergie. Sinon, certaines de ces mesures pourraient ne pas être rentables au vu de la situation et du cadre actuels. Une raison de solliciter cette prestation auprès de l’AEnEC serait l’intention d’investir massivement dans des lignes ou des sites de production, ou le souhait d’identifier les différentes options, bref, de préparer l’avenir ! Plus de 200 entreprises que l’AEnEC accompagne ont commencé à s’attaquer à la décarbonation de leur chaleur des procédés, ont fait réaliser un plan complet, ou prennent déjà des mesures dans ce sens, et d’autres ont l’intention de suivre leur trace. « Ça ne marche pas de prétendre que ça ne marche pas », comme dirait Jacqueline Jakob. Les nombreux exemples pratiques présentés dans ce magazine montrent ce qui est possible et où se situent les défis.

Quelques mots sur l’auteur

Propriétaire et directeur de Weisskopf Partner Sàrl, Thomas Weisskopf, ingénieur en électricité HTL et ingénieur en énergie HTL/NDS, est également membre de la direction de l’Agence de l’énergie pour l’économie (AEnEC). Ce Coach Énergie à la ville de Zurich est aussi Expert CECB Plus et membre du Forum Énergie zurichois. Sa société, Weisskopf Partner Sàrl, est accréditée auprès de l’AEnEC et d’energo.

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