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Les exemples décrits ci-dessous ne concernent pas tous la ventilation et le pompage, mais ces applications, si elles représentent le gisement d'économies potentielles le plus important, ne sont évidemment pas les seules techniquement possibles et financièrement rentables. Ces exemples sont tirés de la brochure "Bonnes pratiques énergétiques dans l'industrie" publiée par l'ADEME, excepté le dernier qui a été décrit par André GABAGNOU, de Schneider Electric, lors du "Forum Energies 2001" organisé par l'ADEME au salon Pollutec.

LAFARGE : ventilateurs de refroidisseur
Dans la chaîne de production du ciment, le clinker, semi-produit issu de la cuisson des matières premières, doit être refroidi. A l'usine de Frangey de Lafarge, le refroidisseur était équipé de ventilateurs soufflant de l'air à température ambiante, entraînés par des moteurs à vitesse fixe de 90 kW, 55 kW et 45 kW. La régulation du débit d'air était effectuée par des volets inclineurs à l'aspiration et au refoulement. En 1997, l'entreprise a décidé, dans un souci d'économie d'énergie, de remplacer ces volets inclineurs par des variateurs électroniques de vitesse (VEV). Trois VEV de marque ABB ont donc été installés, de respectivement 90, 45 et 37 kW.

La consommation d'électricité du refroidisseur est alors passée de 2 734 MWh/an (607 tep/an) à 2 837 MWh/an (530 tep/an). Cette économie d'énergie de 12% a entraîné une réduction de la facture annuelle d'électricité de 88 kF, qui permet d'amortir l'investissement de 236 kF en 2,6 ans. Ce calcul, en outre, ne tient pas compte de l'allègement des opérations de maintenance en raison de la suppresion des volets inclineurs. L'exploitant reconnaît que la souplesse de conduite du refroidisseur s'est sensiblement améliorée grâce à la précision et à la rapidité de réponse des VEV et que, dans un secteur où l'énergie est au coeur du procédé, ce type d'opération est "vraiment incontournable".

LEXMARK International : GTC, VEV et froid
Lexmark International, à Orléans, fabrique des toners pour machines de bureautique. En 1995, l'arrivée de nouveaux produits aux caractéristiques très spécifiques conduit l'entreprise à renouveler complètement sa ligne de production, qui datait de 20 ans. Dans le triple objectif général d'augmenter la qualité, le rendement et la productivité, elle décide d'équiper la nouvelle ligne d'une GTC (gestion centrale centralisée) chargée de contrôler et réguler l'ensemble des postes consommateurs d'énergie et elle équipe de VEV (de marque Alstom) 90% des moteurs électriques nécessaires au procédé.

Il n'est pas possible de distinguer les économies dues à la GTC de celles dues aux VEV. A production constante, la consommation d'électricité de la ligne de fabrication est passée de 4 320 MWh à 1 380 MWh, soit une réduction de 68% et un gain financier de 880 kF/an. Sur les 55 MF qu'a coûté la nouvelle ligne au total, la GTC et la variation de vitesse ne représentent qu'un investissement de 1,6 MF qui est donc remboursé en deux ans par les économies dégagées.

Un an plus tard, c'est à sa production de froid que s'est intéressée l'entreprise, dans le cadre du respect du protocole de Montréal et d'une démarche vers la certification ISO 14 000. Ce froid est utilisé pour la climatisation de tous les locaux et il était produit par trois groupes centrifuges fonctionnant dans des plages de puissance trop larges, ce qui engendrait à la fois des coûts inutiles, en raison des fluctuations de la demande, et des problèmes avec EDF, en raison d'appel de puissance trop élevés. En outre, les fluides frigorigènes employés, le R11 et le R12, tombaient sous le coup de la réglementations des CFC.

En 1996, l'entreprise met en place deux groupes Carrier-York dont le fonctionnement modulable permet de mieux ajuster leur puissance aux besoins de froid. Il ne s'agit pas réellement de vitesse variable, puisque leur puissance est réglée par paliers : l'un des deux moteurs dispose de 5 paliers, l'autre de 8. Avec cet investissement total de 1,8 MF, la consommation d'électricité pour la production de froid passe de 1 220 MWh/an à 540 MWh/an, ce qui représente 56% d'économie d'énergie et un gain direct de 200 kF/an, auquel il faut ajouter un gain indirect de 100 kF/an dû à l'allègement des frais de maintenance. Le temps de retour brut est donc de 6 ans, mais il faut considérer que le changement de machine avait aussi pour but de se mettre en conformité avec la réglementation.

MAGENTI MARELLI: ventilation d'atelier
Installée à Amiens, l'entreprise fabrique des tableaux de bord pour l'industrie automobile et dispose d'un atelier de sérigraphie qui fonctionne nuit et jour. La qualité des produits implique d'éviter les poussières et donc de maintenir une surpression à l'intérieur de l'atelier. Initialement, cette surpression était assurée par un ventilateur d'extraction de 9 kW et un ventilateur de soufflage de 30 kW qui fonctionnaient en continu à pleine puissance quel que soit le nombre de machines en marche dans l'atelier. L'analyse énergétique effectuée en 1995 montre que ce mode de fonctionnement engendre des surcoûts significatifs.

En 1996, l'entreprise décide d'installer des VEV sur les moteurs ainsi qu'une GTC pour les piloter (intallation réalisée par Cégélec). La mise en place de ces nouveaux équipements se traduit par une réduction de 61% de la consommation d'électricité des ventilateurs, qui passe de 297 MWh/an à 178 MWh/an. A cette économie d'électricité, équivalente à 40 tep/an, s'ajoute une économie de chauffage et de froid de 60 tep/an puisque le volume d'air global à chauffer l'hiver et à rafraîchir l'été a sensiblement diminué. Le gain financier total lié aux économies d'énergie s 'élève à 118 kF/an, ce qui procure un temps de retour sur investissement (180 kF) de 18 mois. S'y ajoute une amélioration de la qualité des produits car le taux de poussière, surtout en périodes de pointe de la fabrication, a diminué.

ALTIS SEMICONDUCTOR: ventilation de salles blanches
L'entreprise fabrique des composants électroniques semi-conducteurs (logiques et mémoires dynamiques avancées) à Corbeil-Essonnes. En 1999, elle a produit 35 000 tranches de semi-conducteur chaque mois. Cette production impose une absence totale de poussière et s'effectue dans des "salles blanches" alimentées en air dépoussiéré par des ventilateurs. Au départ, ces ventilateurs tournaient constamment à pleine puissance et le débit d'air était régulé par des volets inclineurs en fonction des besoins.En 1997, une analyse du système montre que les ventilateurs sont surdimensionnés par rapport aux besoins, en raison pour partie de la diminution de la surface des salles blanches. Pour remédier à ce gaspillage, tout en préservant au maximum l'existant, l'entreprise décide d'équiper les ventilateurs de VEV. Elle en installe ainsi 97 de 3,5 à 22 kW et 54 plus puissants de 75 kW (variateurs ABB et Danfoss), en prenant la précaution de relier variateurs et moteurs par des câbles blindés afin de minimiser les perturbations électromagnétiques rayonnées (installation par Clemessy et Cégélec-Alstom). La consommation des ventilateur passe alors de 52 560 MWh/an à 37 055 MWh/an, ce qui représente une économie d'énergie de 29% et un gain financier de 3,1 MF/an qui rembourse l'investissement total de 5 MF en 1,5 an. Cette opération, décidée dans le cadre d'une réflexion générale du groupe sur les gisements d'économies d'énergie, satisfait pleinement l'exploitant aux plans technique et financier. Les opérateurs qui trvaillent en salles blanches bénéficient de surcroît d'une réduction de bruit de la ventilation.

EURIAL POITOURAINE: optimisation de la production de froid
Installée à Herbignac en Loire-Atlantique, la société fabrique des produits laitiers et traite 180 000 m3 de lait par an. Elle utilise du froid pour la conservation des produits en fin de chaîne. La centrale frigorifique comporte trois groupes qui fonctionnent à des régimes différents selon leur position sur le circuit d'eau glacée. Au départ, le système souffrait d'un manque de coordination et de régulation entre ces trois groupes, ce qui se traduisait par un mauvais rendement global (deux des groupes fonctionnaient en sous-régime), mais aussi par des problème de qualité de la conservation : la température des produits départ usine atteignait parfois 5°C au lieu de 0 ou 1°C.

En 1996, après une analyse de son système, l'entreprise décide d'améliorer le fonctionnement de ses installations. Elle met en place un automate équipé d'un capteur de pression différentielle afin de coordonner la production de froid entre les trois groupes et d'assurer le maintien de la température de conservation optimale. Elle équipe en outre d'un VEV la première des pompes installées en cascade afin d'en optimiser le fonctionnement. L'ensemble de l'installation est réalisé par Cétélec qui a gardé en option le mode manuel de commande par sécurité.

La consommation d'électricité pour la production d'eau glacée est passée de 1 270 à 913 MWh/an, soit une réduction de 28% qui s'est traduite par un gain financier direct de 80 kF/an. Il faut ajouter à ce dernier un gain indirect de 200 kF/an consécutif à l'effacement des appels de puissance en heures de pointe tarifaire et à la suppression des pénalités de dépassement. Au total, les gains énergétiques remboursent l'investissement de 573 kF en 2 ans. Mais d'autres gains indirects seraient à comptabiliser : réduction du taux de produits défectueux grâce au maintien de la température de conservation ; amélioration de la capacité de stockage du froid ; allongement de la durée de vie du matériel ; augmentation de la fiabilité de fonctionnement par le fait que l'un des trois compresseurs est généralement à l'arrêt, ce qui constitue une sécurité supplémentaire en cas de panne. Considérant l'ensemble de ces avantages, l'entreprise a décidé d'adopter la même solution sur d'autres lignes de produits.

FRANCAISE GARDY: optimisation de l'air comprimé
Filiale de Schneider implantée à Chamforgueil (71), la société produit des composants électriques (protection différentielle, tableaux d'abonnés,...). Jusqu'en 1998, l'air comprimé nécessaire au fonctionnement des machines automatiques était produit par une centrale composée de deux compresseurs en fonctionnement et d'un compresseur de secours. A l'issue d'un diagnostique énergétique de l'installation, réalisé par Socotec, il est apparu que l'optimisation du fonctionnement de cette centrale pouvait dégager une économie d'électricité significative.

Le compresseur de secours a été remplacé par un compresseur neuf de marque SIXM équipé d'un VEV pouvant faire varier sa puissance dans une plage de 13 à 63 kW. En fait, ce compresseur ne fait plus office de secours mais d'appoint. Il fonctionne seul lorsque le nombre de machines à alimenter est réduit, notamment en fin de semaine, et en parallèle de l'un des deux autres gros compresseurs pendant la semaine afin de réguler la production d'air comprimé en fonction de la demande. Ce nouveau mode de fonctionnement a fait baisser la consommation d'électricité de la centrale de 695 à 560 MWh/an. Cette économie de 20% s'est traduite par un gain financier de 46 kF par an qu'il faut comparer soit à l'investissement total de 165 kF (diagnostic + compresseur à VEV), soit au surinvestissement de 100 kF lié au VEV seul. Le temps de retour brut de l'opération s'établit donc soit à 3,4 ans, soit à 2 ans. Mais l'entreprise a gagné aussi en souplesse et peut désormais fonctionner en équipes restreintes en ne produisant que la quantité d'air vraiment nécessaire aux machines. Elle a aussi amélioré son image de marque, gain qui s'est concrétisé par l'obtention d'un prix régional environnement.

BRASSERIES KRONENBOURG: pompage sur réseau d'eau
La brasserie de Champigneulles (54) utilise trois circuits d'eau indépendants pour la fabrication de la bière (3 millions d'hectolitres par an) et les nettoyages. Dans la situation antérieure, le débit moyen sur l'ensemble du réseau d'eau était largement inférieur à la capacité maximale des pompes, d'où un gaspillage important d'énergie. Afin de remédier à ce défaut, l'entreprise a couplé des VEV Danfoss aux moteurs des trois pompes alimentant les circuits, tout en conservant la possibilité de monter en régime lors des périodes de pointe de la demande.
Cette installation a entraîné une réduction de 48% de la consommation d'électricité des trois pompes, qui est passée de 1 000 à 520 MWh/an. Ce gain, d'ailleurs supérieur à ce que l'étude avait laissé espérer, s'est traduit par une réduction de facture de 150 kF par an qui a remboursé l'investissement en 2 ans. L'entreprise espère en outre que la durée de vie de ses pompes sera allongée et a enregistré une réduction du bruit de pompage.

PAPETERIES DE VEUZE: préparation de pâte à papier
Implantée à Magnac-sur-Touvre en Charentes, la papeterie fabrique 58 500 t/an de papier à partir de pâte recyclée destinée aux cartonneries. En 1999, elle a modifié sa chaîne de préparation de la pâte afin d'accroître sa capacité de production et en a profité pour faire un effort particulier visant l'optimisation énergétique de l'installation. Deux pompes ont été identifiées comme générant des surconsommations importantes : celle de la phase d'extraction du pulpeur et celle qui sert à ajuster la pression de l'ensemble du réseau d'eau collée. Après analyse, il a été décidé de coupler ces deux pompes à des VEV et ils ont été installés par la SCEI (Société charentaise d'électricité ibdustrielle).

Ici aussi, les résultats se sont révélés supérieurs aux prévisions et l'économie d'électricité atteint 18%. Les 171 MWh économisés chaque année dégagent un gain financier de 51 kF qui rentabilise l'investissement de 102 kF en 2 ans.

TEMIC SEMICONDUCTORS: ventilation de salles blanches
Le site de Nantes (MHS S.A.) comporte 12 centrales de traitement d'air destinées à ventiler les salles blanches où sont fabriqués les composants électroniques.. Les installations fonctionnent 24 heures sur 24, 365 jours par an, à flux tendu, avec des arrêts programmés exceptionnels. Les 12 CTA ont un débit unitaire nominal de 125 000 m3/h mais le débit d'air distribué dans les zones varie de 75 000 à 120 000 m3/h selon les besoins. Les motoventilateurs avaient 20 ans d'âge et la régulation du débit de chaque centrale s'effectuait par des aubes provoquant des pertes de charge variables. Le département Entretien-Travaux neufs a alors effectué une série d'études suivant des approches différentes de ce poste de dépense et toutes les analyses convergeaient vers la solution de la variation électronique de vitesse de ces moto-ventilateurs. Les calculs ont ensuite été confirmés par une simulation sur le logiciel ECO 8 qui laissait présager un temps de retour inférieur à l'année.

Les résultats enregistrés en 2000 ne concernent que les trois première CTA équipées de VEV de marque Schneider Electric. La puissance consommée par les moteurs est passée de 230 à 103 kW et ce gain de 127 kW entraîne effectivement comme prévu un temps de retour inférieur à un an.

Article publié dans le supplément techniques d'ENERGIE PLUS n°284 du 15 avril 2002
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