Chaleur fatale industrielle : décrypter ce levier de décarbonation majeur

Dans un contexte de crise énergétique et en lien avec les objectifs de neutralité carbone d’ici 2050, la réglementation en faveur de l’efficacité énergétique se renforce aux échelles européenne et française. Les industriels consommant jusqu’à 2,7 GWh par an devront recourir à des audits énergétiques tandis que les sites les plus énergivores devront adopter la norme ISO 50001 et des systèmes de management de l’énergie.

Ces évolutions encouragent plus que jamais les industriels à agir, notamment en identifiant et en valorisant leurs gisements de chaleur fatale industrielle.

Trois questions à Sébastien Hubert, Responsable du Pôle thermique au CETIAT, pour tout comprendre à ce levier de performance.

Chaleur fatale industrielle : de quoi parle-t-on ?

Définition de la chaleur fatale industrielle

Sébastien HUBERT :

Le secteur industriel représente environ 20 % de la consommation énergétique française, dont une part importante est dédiée à la production de chaleur. En 2021, elle atteignait 402 TWh, avec des pertes significatives. Cette énergie non valorisée correspond à ce que l’on appelle la chaleur fatale industrielle, ou chaleur perdue : il s’agit de l’énergie thermique produite par ou pour un procédé qui n’est pas intégralement exploitée.

Elle peut résulter de différents facteurs, comme un mauvais réglage des installations, des déperditions thermiques au niveau des équipements ou encore des contraintes inhérentes au procédé lui-même.

« La chaleur fatale se répartit presque à parts égales en deux grandes catégories.

D’une part, la chaleur au-dessus de 100 °C. Elle est la plus facile à exploiter car elle ouvre la voie à un éventail plus large d’applications industrielles et énergétiques.

D’autre part, celle dont la température est inférieure à 100 °C, qui peut être valorisée pour le chauffage de l’eau, par exemple, ou être rehaussée en température. »

Localiser la chaleur fatale dans l’industrie

Sébastien Hubert :

Au niveau territorial, trois régions industrielles concentrent 45 % du potentiel de récupération d’énergie : Grand Est, Hauts-de-France et Auvergne-Rhône-Alpes.

Les trois quarts du gisement de chaleur fatale sont regroupés dans quatre grands secteurs industriels :

• agroalimentaire ;
• chimie et plasturgie ;
• matériaux non métalliques (ciment, verre) ;
• métallurgie et sidérurgie.

Sur un site industriel, les sources de chaleur récupérable sont variées. Elles concernent aussi bien les équipements annexes que les procédés de fabrication.

Les procédés constituent la principale source de chaleur fatale. Les équipements les plus énergivores sont :

• les fours (fumées) ;
• les séchoirs (buées) ;
• les chaudières (fumées).

Déjà canalisées, ces sources sont généralement les plus faciles à exploiter.

Quelles sont les technologies principales à connaître ?

Une grande variété de technologies disponibles

Sébastien Hubert :

Les technologies de récupération et de valorisation de la chaleur fatale sont multiples. Leur choix dépend de la nature des effluents et des besoins du site industriel.

Le niveau de température disponible constitue souvent le premier critère de sélection.

« En général, ce qui va conditionner l’investissement de l’industriel est son TRI (Temps de Retour sur Investissement) ainsi que la complexité de l’installation. Le mieux est de toujours choisir l’option la plus simple à mettre en œuvre et la plus compétitive financièrement. »

Des technologies qui répondent à cinq actions clés

Sébastien Hubert :

Les technologies de récupération et de valorisation de chaleur fatale s’organisent autour de cinq actions principales.

La collecte de chaleur

Elle s’effectue à l’aide d’échangeurs thermiques :

• liquide/liquide ;
• gaz/gaz ;
• gaz/liquide.

La remontée du niveau thermique

Elle repose notamment sur l’utilisation de pompes à chaleur industrielles.

L’abaissement du niveau thermique

La chaleur fatale peut être valorisée pour produire du froid grâce à des machines à absorption ou à adsorption.

Le stockage

Le stockage thermique permet de compenser les décalages entre production et consommation de chaleur.

Il peut prendre différentes formes :

• chaleur sensible ;
• chaleur latente ;
• stockage thermochimique.

La production d’électricité

La conversion de chaleur en électricité constitue généralement la dernière option envisagée.

Les technologies les plus utilisées reposent sur :

• les turbines ;
• les systèmes ORC (Organic Rankine Cycle).

Le rendement reste toutefois limité, généralement compris entre 10 et 15 %.

Récupérer la chaleur fatale industrielle : pour quels bénéfices ?

Les bénéfices au niveau du site industriel et du territoire

Sébastien HUBERT :

La récupération et la valorisation de la chaleur fatale présentent de nombreux bénéfices.

Pour l’industriel, elles permettent notamment :

• de réduire les achats d’énergie ;
• d’améliorer la performance énergétique des procédés ;
• de limiter certains besoins de refroidissement ;
• de diminuer les émissions de gaz à effet de serre ;
• de réduire les émissions de polluants atmosphériques.

À l’échelle du territoire, ces projets favorisent également les synergies industrielles locales et peuvent contribuer à alimenter des réseaux de chaleur.

Aujourd’hui, la chaleur de récupération issue des sites industriels participe à l’alimentation de près de 496 communes.

Les co-bénéfices de la récupération et de la valorisation de chaleur fatale

« Au-delà des bénéfices directs, la récupération et la valorisation de chaleur fatale présentent de nombreux co-bénéfices, de plus en plus considérés pour calculer la rentabilité de ces projets, qui restent coûteux. »

Outre les économies d’énergie et les émissions de CO₂ évitées, les co-bénéfices concernent notamment :

• une moindre dépendance aux fluctuations des prix de l’énergie ;
• une amélioration de la compétitivité industrielle ;
• une réduction de l’empreinte carbone des produits ;
• une meilleure valorisation dans les démarches d’Analyse du Cycle de Vie (ACV).

À retenir

• La chaleur fatale industrielle correspond à une énergie thermique non valorisée.
• Les fours, séchoirs et chaudières constituent les principaux gisements de récupération.
• Les technologies disponibles permettent de collecter, stocker, valoriser ou rehausser cette énergie.
• La récupération de chaleur contribue à la décarbonation, à la réduction des coûts énergétiques et à l’amélioration de la compétitivité industrielle.

Conclusion

La récupération de la chaleur fatale industrielle constitue un levier majeur de décarbonation, d’efficacité énergétique et de performance industrielle.

Son potentiel reste encore largement sous-exploité. Pourtant, les technologies existent et permettent aujourd’hui de valoriser une partie importante de cette énergie perdue.

Quel est le potentiel de récupération et de valorisation de la chaleur fatale sur votre site industriel ?

Besoin d’un accompagnement ?

Identifier les gisements de chaleur fatale constitue souvent la première étape d’une démarche de décarbonation. Le CETIAT accompagne les industriels pour évaluer leur potentiel de récupération d’énergie, analyser la faisabilité des solutions et optimiser la performance énergétique de leurs procédés.

Découvrez également notre expertise Thermique industrielle et décarbonation.