Une méthodologie d’audit énergétique

Introduction

Dans le chapitre 1, une revue des méthodes d’analyse énergétique des procédés industriels a été effectuée. Cette revue a conduit à la nécessité d’élaborer une méthodologie d’analyse inspirée de l’ACV se concentrant sur le produit et non pas seulement sur le procédé industriel tel qu’il est implémenté. En effet, pour pouvoir déterminer l’énergie minimale requise pour la fabrication du produit, deux critères s’imposent : la qualité du produit et la productivité du système de fabrication. Par la suite, la méthode présentée dans ce chapitre se concentre sur la généricité des critères de qualité et de productivité. Trois étapes définissent la méthodologie d’audit énergétique appelée Analyse Energétique et Exergétique de Procédés de transformation (AEEP). Cette méthode vise à détecter et valoriser les potentiels d’amélioration de la performance énergétique du processus de production étudié. Ces étapes sont présentées à la Figure 2-1. • L’analyse des opérations de transformation du produit, appelée Analyse Procédé (AP). Cette étape constitue l’étape fondamentale de l’audit. Il s’agit de déterminer les critères de base de l’analyse (qualité du produit et productivité) et leur influence sur la consommation énergétique. La connaissance des Meilleurs Procédés de Transformation (MPT) applicables soit à une opération unitaire, soit à plusieurs, permet alors d’établir les gains énergétiques accessibles. • La deuxième étape consiste à collecter les données de consommations énergétiques du système étudié, ainsi qu’un synoptique du procédé de transformation du produit. Ces données peuvent varier selon le niveau d’audit appliqué, d’un prédiagnostic à une étude poussée, influant alors sur la précision des résultats de l’AEEP. Figure 2-1. Les trois étapes de l’AEEP • La troisième étape consiste à analyser et structurer les données acquises. Cette étape est à la base de la conception des améliorations possibles de la performance énergétique du système de production. Dans cette étape, une analyse des pertes énergétiques du système est effectuée, conduisant à des améliorations incrémentales et/ou radicales. Elle se sert des résultats de l’Analyse Procédé (le(s) MPT proposés) ainsi que des résultats du Une méthodologie d’audit énergétique  synoptique et de l’inventaire des consommations, afin de synthétiser les différents niveaux de gains accessibles par application des MPT.

L’Analyse Procédé

Comme déjà indiqué, l’analyse porte d’abord sur le produit et non pas sur le procédé existant dans l’usine. Pour ce faire, il s’agit d’analyser les étapes de transformation que subit ce dernier pour passer d’une matière première à un produit final. Il est nécessaire cependant de définir quelques termes utilisés dans cette analyse ; ces définitions peuvent être retrouvées dans le glossaire en annexe : • Matières premières. • Produit final. • Les effluents. • Opération unitaire. • Processus de transformation. • Utilités industrielles. • Système de production. Cette étape est générique pour un type de produit, et sa valeur ajoutée réside dans le fait qu’elle s’applique une fois par produit ou par opération de transformation. L’étude doit être réalisée au préalable, pour chaque type de produit. Deux actions clés, présentées Figure 2-2 et décrites ci-dessous, sont à mener dans cette étape de l’analyse. • L’analyse moléculaire : elle consiste à déterminer des critères de qualité et de productivité du système de production, en vue de déterminer l’Energie Minimale Requise (EMR) pour la transformation du produit de la matière première au produit final. • L’analyse énergétique et exergétique : elle se sert de l’EMR pour analyser les différents processus de transformation du produit, en vue de déterminer le(s) Meilleur(s) Procédé(s) de Transformation (MPT). Figure 2-2. Les actions clé de l’analyse procédé

Analyse moléculaire

Cette analyse sert à déterminer l’EMR pour la transformation du produit. L’EMR est définie comme étant l’énergie minimale théoriquement nécessaire et suffisante pour la transformation du produit, et sert à déterminer la consommation idéale du processus de transformation ou de l’opération unitaire. L’EMR représente l’énergie minimale que doit absorber le produit pour se transformer de matière première en produit final. Elle dépend de la qualité du produit et de la productivité du système, et de spécificités du procédé de transformation une fois qu’il est choisi. La qualité ou plutôt les qualités du produit sont fixées par l’industriel. En fait, elles sont un reflet des spécifications ou des attentes des clients et constituent un ensemble de propriétés qui doivent être absolument respectées, voire améliorées. Ce respect des qualités produit est générique et doit être parfaitement compris pour proposer des modifications du système de production entraînant des gains énergétiques. En agro-alimentaire par exemple, tout ce qui relève directement on indirectement de la sécurité sanitaire suppose une compréhension profonde du contrôle des proliférations bactériennes lors de la production ou lors de la gestion des effluents. La productivité de l’usine est un facteur dépendant de l’industriel et est un élément essentiel de la profitabilité en fonction du niveau de productivité de ses concurrents. Ce critère se traduit par des contraintes temporelles quantitatives (par exemple une production journalière minimale fixée par l’industriel) ou de l’intensité capitalistique associée aux machines de production. Pour déterminer l’EMR, une analyse moléculaire doit être effectuée, déterminant ainsi les paramètres principaux influant sur la qualité du produit et/ou sur la productivité du système de production. L’analyse moléculaire consiste à analyser la transformation du produit. Selon la taille de l’équipe d’audit, cette analyse est conduite ou non par l’énergéticien. Dans tous les cas, elle est indispensable à la compréhension du processus spécifique de transformation et aux caractéristiques du produit. Le recours à la littérature scientifique et technique est indispensable pour accélérer la compréhension des opérations unitaires de transformation. La connaissance des experts procédés sert, entre autres, à définir les paramètres influant sur la qualité du produit.

Description du procédé et des options techniques

La description du procédé consiste en une description de chaque opération unitaire de transformation du produit, et son rôle sur la qualité du produit final. La transformation du produit nécessite souvent un apport d’énergie (calorifique, frigorifique ou mécanique). Cette quantité d’énergie est l’objet de la description du procédé. La description moléculaire du procédé de transformation résulte en un/des synoptique(s) de processus de transformation du produit. Il s’agit en effet des différentes méthodes de transformation de la matière première en produit final. Ce synoptique est représenté schématiquement par la Figure 2-3. Figure 2-3. Synoptique d’un procédé de transformation Chapitre 2 : Une méthodologie d’audit énergétique Méthodologie d’analyses énergétique et exergétique des procédés de transformation de produits dans l’industrie 40 Une fois établie cette description procédé, une étape d’étude des options sur les opérations unitaires aussi bien que sur l’enchaînement des opérations est indispensable pour définir des alternatives au procédé actuel incluant le maintien ou l’amélioration de la qualité produit et la diminution de l’intensité énergétique du produit (Ie = kJ / kg de produit). Une autre approche plus générique peut être adoptée, et est applicable lors d’une étude globale d’un/de secteur(s) d’activité(s) industrielle(s). Dans ce cas, une analyse sur des opérations unitaires de transformation de produit peut être menée, en vue de déterminer le(s) meilleur(s) moyen(s) de transformation en associant aussi les utilités industrielles adaptées. Cette approche possède l’avantage de cibler plusieurs activités industrielles à la fois, cependant elle ne permet pas l’analyse système qui consiste en la détermination des interactions énergétiques entre opérations. Il sera cependant montré plus tard (au chapitre 3), que cette approche est intéressante et sert à diminuer le temps de travail d’un audit énergétique.

Critères de productivité et exigences industrielles

A la qualité du produit s’ajoutent les critères de productivité, dépendant directement du débit de production du système. En effet, lors de l’étude d’un processus de transformation alternatif, ce dernier doit assurer les critères de productivité requis. D’autre part, à ces critères s’ajoutent des critères industriels particuliers, qui ne peuvent pas être déterminés avant la visite de l’usine étudiée. Ces exigences relèvent souvent d’une culture d’entreprise, de contraintes géographiques, ou de contraintes économiques, et risquent d’imposer un processus de transformation par rapport à d’autres consommant moins d’énergie. Par la suite, il est vital d’anticiper ce type de critères, qui peuvent parfois être génériques. Pour ce faire, la totalité des processus de transformation doit être étudiée, et leur consommations optimales respectives doivent être déterminées. Dans le cas où un critère est imposé par l’industriel, l’alternative serait donc présente. L’expertise de plusieurs sites industriels peut servir à relativer des choix inadéquats et considérés comme immuables.