Entre temps, il avait implanté deux autres usines, l’une au Japon pour le marché asiatique, l’autre en Belgique, dès 1962, pour le marché européen.
Il s’agit donc d’une chaudière à vaporisation instantanée, sans réserve d’eau. Elle comporte un corps de chauffe vertical et calorifugé (température extérieure toujours inférieure à 50 °C), un brûleur de fabrication maison et un serpentin monotube dans lequel l’eau à vaporiser circule à contre-courant des gaz de combustion qui cèdent leur énergie par rayonnement en partie basse et par convection en partie haute.
L’émulsion eau-vapeur formée dans le serpentin n’est pas séparée dans le corps de la chaudière, mais dans une bouteille verticale extérieure où se produit une détente par centrifugation au moyen d’une hélice fixe. L’ensemble est construit en acier classique, seules l’hélice et une partie du dévésiculeur étant en inox. Le combustible utilisé est le gaz naturel dans la plupart des cas, éventuellement le propane, mais tous les modèles peuvent fonctionner aussi au fuel domestique et au fuel lourd.

Sécurité et rendements élevés
Cette conception, très simple au demeurant, apporte des avantages significatifs :

Il n’y a aucun risque d’explosion dans le circuit vapeur. De ce fait, d’après la réglementation des appareils à pression, les chaudières Clayton sont classées en catégorie 3 ou hors catégorie. Elles peuvent donc être implantées dans les ateliers, au plus près des postes consommateurs de vapeur, ce qui réduit à la fois les coûts d’installation (gros œuvre) et les pertes de distribution.

La qualité des échanges thermiques à contre-courant conduit à des températures de fumées très basses, généralement comprise entre 140 et 150°C, quelle que soit la pression de la vapeur produite. Le paramètre essentiel réglant cette température est la température d’entrée de l’eau et non pas celle de la vapeur comme dans les chaudières habituelles à tubes de fumées. On obtient donc des rendements sur PCI très élevés, s’échelonnant de 90 à 95 % quelle que soit la charge du générateur entre 20 et 100 % de l’allure nominale, garantis par Clayton après étude préalable, et qui ont la particularité de croître en sens inverse de la charge. On peut encore faire mieux : une chaudière installée récemment dans une papeterie et équipée d’un superécupérateur admet l’eau alimentaire à 95°C et rejette les fumées à 113°C.

A cette dernière caractéristique s’ajoute le fait qu’on ne chauffe que la quantité d’eau nécessaire pour satisfaire les besoins de vapeur, ce qui conduit à des rendements dynamiques particulièrement élevés (50 à 100 % en moins de 30 secondes ; 20 à 100 % en moins de 15 secondes). La réduction de consommation par rapport à une chaudière traditionnelle est généralement de l’ordre de 12 à 14% et peut atteindre 30% si le générateur est soumis à un régime de fonctionnement très variable dans le temps. Un autre avantage de la proportionnalité entre le volume d’eau à chauffer et le débit de vapeur est la rapidité du démarrage à partir de l’état froid, qui s’effectue en moins de 8 minutes.

La séparation thermodynamique de l’émulsion fournit une vapeur de haute qualité (qualité alimentaire) avec un taux de primage très réduit : inférieur à 0.5 % en moyenne, 1% au maximum lors de montées brutales en régime.

Important aussi pour la réduction des coûts de fonctionnement, le taux de déconcentration est très faible. Toujours inférieur à 3% en cas de vapeur perdue en totalité et avec un traitement d’eau standard sans déminéralisation, il est plus couramment égal à 17%, à comparer avec la valeur de 30% qu’il peut atteindre sur une chaudière traditionnelle si l’eau n’est pas déminéralisée. Cette caractéristique s’explique par la très forte concentration en sels de l’eau sortant du serpentin après la séparation, si bien qu’une petite purge suffit à enlever beaucoup de sels. La déconcentration s’effectue en outre automatiquement en fonction du régime du générateur. Le revers de la médaille, c’est qu’il est nécessaire, ne serait-ce que quelques minutes, d’arrêter la production de vapeur pour réaliser périodiquement la déconcentration.

Des progrès pour l'environnement
Cette conception a peu évolué fondamentalement depuis des années. Tout au plus le constructeur a t-il ajouté un économiseur ainsi qu’un enroulement supplémentaire du serpentin devant le calorifuge afin de récupérer un peu plus de rayonnement. Il a également, bien sûr, doté sa chaudière de tous les automatismes nécessaires à son exploitation, notamment pour la rendre conforme aux exigences de la norme NFE 32020 1 à 4 relative à la présence humaine intermittente en chaufferie. « Nous ne pouvions guère faire mieux en matière de rendement, de simplicité et d’automatisation », explique Marc Garoscio, directeur général de Clayton de France. « la lutte contre la pollution était notre dernière voie de progrès ». Avec les brûleurs gaz standards, les émissions de NOx sont limitées à 60 mg/Nm3 » (à 3% d’oxygène) et celles de CO sont toujours inférieures à 50mg/Nm3, et souvent nulles. Elles respectent donc déjà les normes actuelles. Sachant que ces dernières allaient se renforcer, Clayton a développé un nouveau brûleur à combustion étagée, sans recirculation, qui abaisse les émissions de NOx à 20ppm (environ 40mg/Nm3) et même à 10ppm. Plusieurs de ces nouveaux brûleurs sont en fonctionnement aux Pays Bas ; un seul est en démonstration en France à l’usine Sojasun de Chateaubourg (35), filiale du groupe laitier Triballat, où il limite les rejets d’oxyde d’azote à 20 ppm.

La gamme de fabrication s’étage en puissance de 100 kW (150 kg/h de vapeur) à 6 MW (9.5 t/h), pour des pressions de vapeur allant d’un minimum de 6 bar jusqu’à 28 bar en version standard, 65 bar en version semi-standard, et 140 bar en version spéciale (vapeur surchauffée à 400°C). Il est à noter que Clayton propose, pour les faibles puissances jusqu’à 1.5 t/h, des petites chaufferies complètes montées sur skid sur lesquelles il suffit de brancher l’arrivée d’eau adoucie et la sortie de vapeur. Cette solution réduit les coûts d’installation et permet à l’acquéreur de n’avoir qu’un seul interlocuteur. Signalons également que Clayton construit depuis 25 ans des chaudières de récupération, dans lesquelles le serpentin est réduit à la partie convective et qui sont notamment utilisables en cogénération ou dans des cycles combinés.

«Faire goûter au produit»
En France, le marché des chaudières industrielles à vapeur connaît une stagnation, sinon même une régression, depuis un certain nombre d’années et il est couvert à 85% par les chaudières traditionnelles à tubes de fumées. Clayton n’en détient que 5% environ. Il s’est implanté surtout dans les secteurs où la qualité de la vapeur est un paramètre important, comme les industries alimentaires, ou qui sont particulièrement sensibles aux coûts d’exploitation, comme le textile.

Les explications à cette pénétration relativement faible au regard des avantages du matériel sont, pour Marc Garoscio, de deux ordres. D’une part, il reste très peu de spécialistes de la vapeur dans les usines, si bien que face à la nécessité d’installer une nouvelle chaudière, les industriels privilégient les solutions traditionnelles ou la marque de leur ancienne chaudière. Ce réflexe joue d’ailleurs aussi en faveur de Clayton. La laiterie Triballat en est ainsi à sa troisième chaudière Clayton, Sollac à sa huitième. « Acquérir des références, c’est important, confirme M. Garoscio ; le problème est d’amener les entreprises à « goûter au produit ».C’est là qu’intervient la seconde raison : les industriels regardent d’abord le prix de la chaudière avant de penser à celui de la chaufferie et au coût d’exploitation ultérieur ; or les chaudières Clayton sont plus chères à l’achat, de l’ordre de 10 à 15%, voire 20 à 30 % pour les modèles les plus performants.

Mais l’appréciation peut être différente si l’on raisonne en coût global. Très compacts, les générateurs Clayton occupent au sol et en volume un espace représentant entre le tiers et le quart de l’encombrement d’une installation classique. Leur petite taille et leurs poids réduit permettent de les installer et de les déplacer facilement : 400 kg pour un appareil de 10 kW (250 kg/h) et 4 tonnes pour un de 3MW (4.5 t/h). Ils sont en outre, rappelons-le, classés en catégorie 3. « Si l’on tient compte de l’installation complète, y compris le bâtiment, le prix global de nos générateurs est tout à fait comparable à celui des autres, voire inférieur », conclut Marc Garoscio. A cet argument s’ajoute celui des coûts d’exploitation : d’abord, la réduction de la consommation, de l’ordre de 10% à régime constant à 70% de la charge et nettement supérieure, on l’a vu, dès que le régime est fluctuant, qui permet à elle seule d’amortir le surcoût de la chaudière en deux ans dans le premier cas, en 6 à 7 mois dans le second. Puis la réduction des frais de maintenance et de réparation : toutes les 8 000 heures, la révision habituelle (en général limitée au changement des membranes et clapets des pompes d’alimentation), y compris la visite de contrôle réglementaire, ne prend que un à deux jours ; le changement du serpentin s’effectue en 24 heures, alors qu’il faut une semaine pour remplacer un tube dans une chaudière traditionnelle.

Ce mode de raisonnement réussit parfois à convaincre les maîtres d’ouvrage. Malheureusement, explique Marc Garoscio, la moitié du marché passe par les installateurs dont l’intérêt est évidemment de réaliser la meilleure marge possible sur chaque opération. Cette partie du marché est donc inaccessible à Clayton, sauf cas particuliers comme à Disneyland ou chez l’Oréal à la Roche Posay où la marque est déjà référencée et où elle a été imposée par l’ingénierie interne.
Article publié dans ENERGIE PLUS n°241 du 1er mars 2000

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