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28/06/2018

Synergies entre industries et territoires : un tremplin pour la récupération de chaleur

Le secteur industriel correspond à 21% de la consommation d’énergie finale en France et 17% des émissions de gaz à effets de serre. L’amélioration de son efficacité énergétique est donc un levier déterminant pour l’accomplissement des objectifs européens fixés par le Cadre pour le Climat et l’Energie à l’horizon 2030, qui préconisent une augmentation minimale de l’efficacité énergétique globale européenne de 27%[i].

Sur ce constat, et avec le soutien de politiques telles que le renforcement des Schémas Régionaux du Climat, de l’Air et de l’Energie (SRCAE) et des dispositifs de financement, notamment le Fonds Chaleur de l’ADEME (1,5M€ alloués à divers projets entre 2009 et 2016[ii]), ont émergé de nombreuses initiatives de récupération de chaleur industrielle perdue, aussi appelée chaleur fatale.

 

La chaleur fatale, un gisement énergétique peu exploité

La majeure partie des pertes énergétiques observées dans l’industrie sont libérées sous forme de chaleur non exploitée. En effet, selon l’ADEME, sur les 319 TWh de combustibles fossiles utilisés par le secteur industriel français en 2014 (représentant 60% de sa consommation énergétique totale), 51 TWh ont été perdus sous la forme de fumées et de buées de température supérieure à 100°C[i]. Cette température est le seuil à partir duquel la  chaleur perdue peut être valorisée plus facilement, même si des technologies telles que les modules ORC (voir article Sia Partners) permettent de revaloriser des rejets de chaleur de plus basse température.

Le gisement d’énergie identifié et facilement exploitable représente 20,7% de la consommation d’énergie de chauffage du parc résidentiel français en 2012[ii]. Etant donnés les objectifs de la loi de Transition Energétique de diminution de la part des énergies fossiles et nucléaire dans le mix énergétique et de réduction de la consommation énergétique, un tel gisement énergétique ne peut être ignoré.

Tous les secteurs industriels ne présentent pas le même potentiel de revalorisation de chaleur. On peut en effet remarquer que certaines industries rejettent plus de chaleur fatale que d’autres, comparé à leurs consommations respectives de combustibles. Il est plus pertinent, lorsqu’on parle de chaleur fatale, de ne considérer que la consommation de combustibles et non la consommation globale d’énergie, la plupart des processus industriels responsables de la libération de chaleur étant alimentés par une combustion (notamment fours et séchoirs).

Les gains financiers sont l’un des principaux moteurs des entreprises impliquées dans des initiatives de récupération de chaleur. La fonderie FMGC, en Loire-Atlantique, produit par exemple depuis 2012 près de 5000 MWh d’électricité annuels par la revalorisation de la chaleur fatale des fumées de son cubilot (équipement industriel produisant 20 tonnes de fonte par heure), et économise 100 MWh annuels supplémentaires grâce à la suppression des systèmes de refroidissement des fumées précédemment utilisés[iii]. Au prix actuel de l’électricité[iv], cela représente plus de 450 000 € d’économies annuelles pour l’entreprise, à rapporter aux 1,8 millions d’euros investis par l’ADEME et Total dans le projet : soit un retour d’investissement en 4 ans.

Poursuivant cette logique économique, les industries métallurgiques et de raffinerie, présentant les potentiels de récupération de chaleur les plus bas, semblent avoir déjà entrepris des actions d’amélioration de leur efficacité énergétique sous forme d’autoconsommation de la chaleur fatale, c’est-à-dire que l’énergie récupérée est directement consommée par l’entreprise qui la produit. Par exemple, la plupart des colonnes de distillation utilisées par les raffineries comportent des échangeurs permettant de récupérer la chaleur de la vapeur en sortie de colonne pour préchauffer le pétrole brut, limitant ainsi l’apport d’énergie nécessaire au processus.
 

L’industrie de chimie plastique, qui représente l’activité la plus énergivore avec 27%[v] de la consommation énergétique industrielle finale et 22% de la consommation de combustible industriel, représente aussi le gisement de chaleur fatale le plus important. Cette branche industrielle a elle aussi déjà commencé sa démarche de récupération de chaleur, notamment à travers les synergies entre industries et collectivités.

 

Les réseaux de chaleur : un vecteur privilégié de synergies entre territoires et industries

Faire jouer les synergies au niveau local entre industriels et territoires permet de générer des bénéfices pour tous les acteurs impliqués.

L’exemple le plus parlant de collaboration entre industries et collectivités, avec comme finalité la récupération de chaleur industrielle, est l’utilisation des réseaux de chaleur pour alimenter un bassin de population urbain en réutilisant la chaleur émise par les industries voisines.

Les réseaux de chaleur sont un des leviers de diminution du gaspillage énergétique et de développement des énergies renouvelables (voir article Sia Partners), malgré leur caractère fortement capitalistique qui représente le principal frein à leur développement en France (voir étude EnergyLab). Ils sont aussi une opportunité de récupération de chaleur fatale industrielle au profit des collectivités : en effet, et ce même en ne considérant que la chaleur industrielle perdue à haute température (plus de 100°C), l’ADEME estime que 10,2TWh annuels pourraient être revalorisés via les réseaux de chaleurs déjà existants sur le territoire[vi]. Une quantité encore plus importante de chaleur industrielle pourrait donc être récupérée par l’investissement dans l’installation de nouveaux réseaux de chaleur. Ils sont donc un excellent moyen de créer une synergie qui profite tant aux industriels, par la revente d’énergie autrement inutilisée, qu’aux collectivités, par l’alimentation de leur réseau de chaleur en énergie à bas coût et bas bilan carbone. Ces coûts réduits sont à rapporter aux coûts d’investissement dans un nouveau réseau de chaleur, pour obtenir un retour sur investissement satisfaisant. Cette étude d’opportunité est obligatoire pour toute installation ou rénovation significative d’une ICPE présentant une puissance thermique supérieure à 20MW[vii].

Plusieurs initiatives ont déjà été prises en France pour exploiter cette complémentarité entre rejets industriels et alimentation de réseaux de chaleur. On peut notamment citer l’exemple du réseau de chaleur de Dunkerque, référence française dans le domaine, en service depuis 1986, et dont 61% de la chaleur transitant par le réseau est issue des fumées des chaînes d’agglomération de l’aciérie ArcelorMittal voisine[viii]. Ce réseau, exploité par Dalkia, permet chaque année d’éviter l’émission de 30 000 tonnes de CO2 par an, et de fournir les utilisateurs et la municipalité en chaleur à très bas coût[ix].

Ce réseau déjà bien développé, et précurseur dans le domaine de la récupération de chaleur, poursuit son déploiement. Son extension aux communes voisines de St-Pol-sur-Mer de la Grande Synthe et son raccordement au Centre de Valorisation Energétique (CVE) de la commune et à l’industriel Daudruy Van Cauwenberghe est prévu pour l’automne 2018[x]. Le CVE se lance également dans la cogénération (voir article Sia Partners) : en plus de son rôle primaire de production d’électricité, il produira maintenant de la chaleur pour alimenter l’industriel, et réinjectera le surplus de chaleur produite dans le réseau dunkerquois.                                                                     .
Un projet similaire impliquant ArcelorMittal, en collaboration avec Kyotherm et Schneider Electrics, est aussi en cours en Lozère, où un réseau de chaleur, en partie financé par le Fonds Chaleur de l’ADEME, reliera dès le premier semestre 2018 l’usine ArcelorMittal à la ville voisine de Saint-Chély-D’apcher, qui pourra donc profiter de la chaleur de récupération des fours de l’usine, et ainsi éviter la production de 12GWh annuels et l’émission de 4000 tonnes de CO2[xi].

Enfin, la Vallée de la Chimie et son projet Termi’Cité, actuellement en cours de développement, cherche à récupérer la chaleur fatale de deux industriels et de deux centres de traitement des eaux usées de la zone industrielle pour alimenter les besoins des réseaux de chaleur de la Métropole de Lyon et de Vénissieux[xii].

 

Faire jouer les synergies avec les activités du secteur tertiaire en expansion

Le secteur tertiaire peut aussi être impliqué dans des initiatives de récupération de chaleur, comme le montre le réseau de chaleur de Val d’Europe, qui depuis 2013 utilise la chaleur rejetée par le système de refroidissement d’un data center bancaire pour remplir les besoins en chaleur d’une pépinière d’entreprises et alimenter le réseau. Cet exemple présente un intérêt particulier, dans un contexte où les Nouvelles Technologies de l’Information et de Communication (NTIC) exercent une pression environnementale grandissante, notamment par le caractère énergivore des data centers et des réseaux nécessaires à leur fonctionnement (voir article Sia Partners). En récupérant la chaleur fatale, des data centers pourraient en partie compenser leur empreinte énergétique par la production de chaleur revalorisée vers l’extérieur.

Ces initiatives de récupération de chaleur peuvent s’inscrire dans la démarche plus large de l’Ecologie Industrielle et Territoriale (EIT), qui consiste à la recherche de synergies entre différents acteurs (industries, collectivités, territoires) dans le but d’améliorer l’efficacité énergétique et de réduire la production de déchets par leur revalorisation. Son but est d’exploiter les complémentarités entre les rejets et les besoins de différents acteurs.

 

L’écologie industrielle et territoriale, pilier du développement de l’économie circulaire

L’écologie industrielle et territoriale est depuis quelques années sur le devant de la scène, ayant été identifiée comme l’un des 7 piliers d’action pour la transition d’une économie linéaire à une économie circulaire (voir article Sia Partners). Depuis l’adoption de la LTECV en 2015, qui prône le passage progressif de notre modèle vers une économie circulaire[xiii], des initiatives gouvernementales ont été prises pour inciter et aider les entreprises et collectivités à entreprendre des actions d’écologie industrielle et territoriale. L’ADEME, notamment, est un des acteurs clés de cette démarche[xiv] :

  • Création du réseau national d’écologie industrielle et territoriale le 23 novembre 2017, dont la prochaine réunion se tiendra le 24 mai 2018. Ce réseau a pour but de réunir différents acteurs impliqués dans des projets d’EIT, pour échanger des nouvelles solutions à implémenter, et créer une feuille de route nationale.
  • Soutien financier (à hauteur de 952 000 € sur 1,31 M€ entre 2015 et 2017[xv]) et organisationnel (présence dans le COPIL) de l’ADEME au PNSI (Programme National de Synergies Interentreprises), initiative de l’Institut de l’Economie Circulaire, dont le but est d’organiser des ateliers participatifs entre industriels et acteurs territoriaux pour identifier plus facilement les synergies possibles. 
  • Depuis 2009, par l’intermédiaire notamment du Fonds Chaleur et du Fonds Déchets (prochainement rebaptisé Fonds Economie Circulaire selon la feuille de route économie circulaire du gouvernement), l’ADEME aide à financer de nombreux projets de synergies industrielles et territoriales.

En France, il n’existe pour l’instant qu’une dizaine de projets d’EIT impliquant la récupération de chaleur fatale industrielle ayant abouti, et permettant actuellement d’économiser de l’énergie et de réduire des émissions de GES, mais on dénombre une trentaine de projets en cours sur le territoire, ce qui démontre qu’une impulsion en ce sens a été donnée, et laisse espérer une multiplication de ce type d’initiatives. L’association Orée, réunissant 150 entreprises et collectivités territoriales, dresse un panorama des démarches d’EIT en cours, ainsi que des projets déjà fonctionnels. L’état des lieux des initiatives de récupération de chaleur (cas d’autoconsommation exclus) en France est donné ci-dessous :

On remarque que ces projets sont majoritairement situés dans des régions fortement industrialisées, où la présence de nombreuses zones industrielles facilite l’échange de flux, de par la proximité des différents acteurs. On peut notamment citer l’exemple du Nord-Pas-de-Calais, dont le caractère très industriel a mené à un développement précoce de l’EIT.
Ils s’inscrivent le plus souvent dans des initiatives plus larges d’EIT, et s’accompagnent donc d’autres types de synergies (mutualisation de services, revalorisation industrielle ou énergétique de déchets, …).

 

La présence du volet « Renforcer les synergies entre entreprises (Ecologie Industrielle et Territoriale) » comme l’une des 50 mesures de la feuille de route sur l’économie circulaire[xvi] montre que l’intérêt du gouvernement pour le domaine est grandissant.

L’Union Européenne s’implique elle aussi dans cet essor, comme le montre l’attribution récente d’un financement à hauteur d’un milliard d’euros du projet SCALER (SCALing European Resources with industrial symbiosis) qui se déroulera entre novembre 2017 et avril 2020, et dont le but est de déterminer les gains potentiels de l’Ecologie Industrielle et Territoriale au niveau européen, et de fournir des outils d’aide à l’implémentation de synergies industrielles et territoriales[xvii]. Ce projet pourrait sur le long terme initier une dynamique européenne commune et pérenne d’intégration de l’EIT et de la récupération de chaleur dans le tissu industriel existant mais aussi dans la prévision de nouvelles installations.

 

 

Sia Partners

 

[ix] Chiffres CEREMA

[xi] Chiffres ATEE

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