Récupération de chaleur fatale : quel potentiel dans l’industrie ?

Décryptage de Patrick Lalanne, Directeur des opérations Production et distribution d’énergie chez ENGIE Solutions

Le plan de relance consacre 1,2 Mds € sur 3 ans à la décarbonation de l’industrie via l’ADEME et l’Agence des services de paiement (ASP). Parmi les projets concernés figure la récupération de chaleur fatale. Cette chaleur « perdue » représente un potentiel d’économies d’énergie considérable pour les entreprises industrielles. Grâce aux technologies de récupération, la chaleur résiduelle issue d’un procédé et non utilisé par celui-ci peut être valorisée pour d’autres usages au sein de la même usine ou à l’extérieur, notamment dans des réseaux de chaleur urbains. Les industriels s’intéressent de plus en plus à ce procédé qui permet à la fois de limiter leur facture énergétique et d’améliorer leur bilan carbone. Le point sur les enjeux et les potentiels de ces technologies avec Patrick Lalanne, Directeur des opérations Production et distribution d’énergie chez ENGIE Solutions.

En quoi consiste concrètement la récupération de chaleur fatale ?

La chaleur fatale est la chaleur « perdue » par un process industriel qui dégage une énergie thermique. Il peut s’agir, par exemple, de fumées issues de combustion, d’eaux de refroidissement, de vapeurs, de buées, d’air de conditionnement… De manière générale, plus la température est élevée, plus la réutilisation est facile. La chaleur peut être récupérée à partir d’une vingtaine de degrés et peut s’élever jusqu’à 150 degrés et plus. Une fois récupérée, la chaleur peut être réinjectée dans un autre process, sous forme de vapeur (souvent pour les usages industriels) ou sous forme d’eau chaude, notamment pour les réseaux de chaleur.

Pour récupérer la chaleur fatale, on utilise en général un échangeur thermique, qui permet de transférer la chaleur d’un fluide chaud que l’on doit refroidir à un autre plus froid que l’on doit réchauffer au travers d’une plaque d’acier. C’est une technologie très ancienne mais les progrès techniques permettent d’avoir des échangeurs aujourd’hui plus performants, plus compacts et qui résistent à des fluides très corrosifs par exemple.

Outre les échangeurs thermiques, il existe également des technologies de pompes à chaleur qui permettent de récupérer la chaleur à basse température puis à la réinjecter dans un fluide à plus haute température. Ces équipements sont complexes et consommateurs d’électricité, mais ils permettent néanmoins un transfert de chaleur plus efficace. Ils fonctionnent grâce à un fluide frigorigène qui circule en boucle fermée à travers un évaporateur, compresseur, condenseur et détendeur, et subit plusieurs changements d’état (liquide / gaz). Cette technologie s’est généralisée depuis une dizaine d’années.

Ces deux procédés sont complémentaires. A titre d’exemple, sur le site de l’usine Yoplait de Vienne, ENGIE Solutions a pris en charge un projet de récupération de chaleur fatale issue du process de refroidissement des yaourts. L’énergie captée par un échangeur thermique à 20°C est portée à 60°C via deux pompes à chaleur. Elle est ensuite utilisée dans un autre process industriel interne pour être réinjectée dans le réseau de chaleur local et chauffer 800 logements et une école. Au total, ce procédé permet de réduire de 60 % la consommation d’énergie fossile sur le site et de 50 % les émissions de CO2.

Quel est l’intérêt de mener ce type de projet pour un industriel ?

La récupération de chaleur fatale permet d’améliorer l’efficacité énergétique intrinsèque d’une installation. L’intérêt économique de cette récupération de chaleur fatale dépend donc directement du prix de l’énergie et du coût de l’installation de récupération.

Par ailleurs, outre l’intérêt économique, la récupération de chaleur fatale est très vertueuse sur le plan écologique si l’énergie récupérée évite de consommer un combustible fossile : elle permet d’améliorer ainsi le bilan carbone d’une installation industrielle. A ce titre, la récupération de chaleur fatale est valorisée par l’attribution de certificats d’économie d’énergie (CEE) et par des aides publiques incitatives portées par l’ADEME. Dans le cadre du plan de relance, l’ADEME a lancé ainsi un appel à projets spécifiques sur la récupération de chaleur : c’est une première. Les subventions sont calculées en fonction du taux d’équivalent pétrole ou des tonnes de CO2 économisées. En moyenne, pour qu’un industriel adhère à ce type de projet, il faut que l’investissement nécessaire à cette récupération soit rentabilisé sur 2 ou 3 ans maximum.

En outre, pour qu’un projet de récupération de chaleur fatale soit mis en œuvre, il faut que l’énergie récupérée puisse être valorisée, soit en permettant d’économiser une autre source d’énergie primaire au sein de l’installation industrielle, soit en étant revendue à proximité, à un industriel ou à un réseau de chaleur urbain. En sus des aspects purement techniques parfois complexes, il faut aussi appréhender les éventuelles intermittences des énergies récupérées et la non-simultanéité entre la chaleur récupérée et la chaleur valorisée.

Ainsi, la chaleur fatale récupérée dans l’unité de traitement de déchets du Pontet, qui traite les ordures ménagères des 16 communes de l’agglomération d’Avignon, est réinvestie dans l’usine GB Foods voisine, qui produit les soupes des marques Liebig et Royco. Grâce à ce procédé, l’industrie a pu réduire de 90 % sa consommation de gaz naturel et de 2/3 ses émissions de carbone.

Quels sont les potentiels de récupération de chaleur fatale en France ?

Ces gisements concernent en particulier l’industrie de la chimie, l’industrie des métaux et des matériaux non métalliques (plastique, ciment et verre) et l’agroalimentaire. De manière générale, toutes les entreprises industrielles qui possèdent des installations à refroidir sont concernées : sidérurie, papeterie, chambres frigorifiques dans l’industrie agroalimentaire… En effet, produire du froid signifie rejeter de la chaleur qui peut potentiellement être captée et réutilisée.

Il est difficile d’identifier le potentiel total pour la France : la chaleur fatale n’est par définition pas utilisée donc a priori pas mesurée. Cependant, vu l’intérêt de ces procédés pour l’efficacité énergétique de l’industrie en France, l’Agence de la transition écologique (ADEME) a tenté d’établir des estimations. Pour l’industrie française, le potentiel de chaleur fatale tournerait autour de 110 TWh, soit 36 % de sa consommation de combustibles, dont 53 TWh perdus à plus de 100°C. A ce gisement s’ajoutent 8 TWh de chaleur rejetés au niveau des unités d’incinération des ordures ménagères (UIOM), des stations d’épuration des eaux usées (STEP) et des Data Center. Par ailleurs, près de 17 TWh de chaleur fatale à plus de 60°C ont été identifiés à proximité d’un réseau de chaleur existant et pourraient chauffer l’équivalent de 1,66 millions équivalents logements.

[ Illustration – Crédit / PixaBay ]