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Energie fatale

Réseau de chaleur

Réseau de chaleur du grand Lyon




L’énergie fatale correspond à l’énergie résiduelle produite par les bâtiments et les industries. Cette énergie n’est pas utilisée, mais il existe pourtant des technologies permettant désormais de la valoriser et de la réutiliser. Il s’agit d’une démarche visant à optimiser les déperditions énergétiques.

L’énergie fatale : définition

Lors du processus de transformation des énergies qui permet de les rendre utilisables par l’homme, une partie de l’énergie initiale se perd. Le processus implique des dissipations d’énergie qui empêchent d’obtenir un rendement de 100 %.

Est appelée énergie fatale, l’énergie dissipée qui se retrouve présente et piégée :

  • dans des matériaux ;
  • ou dans des processus comme les flux incontrôlés.

En France, la consommation énergétique propre aux industries représente 450 TWh par an. Or, l’énergie fatale de ces mêmes industries représentent 140 TWh par an. Les conséquences sur le bilan carbone sont donc relativement importantes, puisque cette énergie résiduelle est perdue si aucune technologie de récupération est mise en place.

Si l’énergie fatale est inutilisable dans l’état où elle est produite, il est toutefois possible de la récupérer et de la valoriser pour un autre type d’utilisation. Il est par exemple possible de récupérer l’énergie résiduelle des déchets industriels et des déchets ménagers. Un processus de recyclage, d’incinération ou de méthanisation permet de récupérer partiellement l’énergie résiduelle de ces déchets.
S’ils étaient enterrés, plutôt que d’être réutilisés via un de ces 3 processus, on parlerait alors d’énergie fatale.

Les différentes énergies concernées

Tout type d’énergie est concernée de par le fait qu’il s’agit de son processus de transformation qui l’a créé. Ainsi, sont concernées :

  • la production d’électricité ;
  • la production de gaz ;
  • la production de chaleur ;
  • et la production de froid.

La chaleur fatale

La chaleur fatale est produite dans des industries où la production de chaleur n’est pas l’objectif mais plutôt une conséquence. Elle n’est donc pas utilisée. Les principaux secteurs concernés par la production de chaleur fatale sont les suivants :

  • la chimie ;
  • la sidérurgie ;
  • l’agro-alimentaire ;
  • le ciment ;
  • les fermes de serveurs-informatiques, etc.

Sont également largement concernées : les Unités d'incinération des ordures ménagères (UIOM) et les Stations de transfert d’énergie par pompage (STEP).

L’Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (ADEME) a indiqué en 2017 que le gisement de chaleur fatale industrielle française était de 109,5 TWh. Le gisement de chaleur fatale en France en 2017 représentait donc 36 % de la consommation totale des combustibles utilisés. Le rendement des performances énergétiques correspond donc à une moyenne inférieure à 65 %.

La directive européenne 2012/27/UE, concernant les normes relatives à l’efficacité énergétique, vise à limiter ce gaspillage dans toutes l’Europe. Pour remplir cet objectif, une analyse des coûts et des avantages a été rendue obligatoire. Cette démarche vise à évaluer les possibilités de valorisation de la chaleur fatale pour tout type d’industrie, mais plus particulièrement pour celles des secteurs cités ci-dessus.

Le froid fatal

Le secteur agroalimentaire est le plus grand consommateur en froid industriel en France. En effet, la consommation énergétique annuelle du pays est de 9 TWh. La moitié correspond au secteur agroalimentaire. Les systèmes avec récupération de chaleur intégrée sont encore trop peu nombreux.

Le principe de fonctionnement d’un groupe frigorigène est d’enlever la chaleur présente dans l’air, dans l’eau ou dans tout autre source chaude. Ainsi, le groupe frigorigène ne produit pas du froid, contrairement à ce que l’on pourrait croire. Ainsi, la chaleur présente est évacuée via un évaporateur sans être utilisée. Toutefois, il est possible de la valoriser :

3 possibilités de récupération de la chaleur

Quantité potentielle de récupération d’énergie

Principe de fonctionnement

au niveau du condenseur

endroit le plus efficace

une chaleur constante est produite par la condensation du fluide frigorigène

au niveau de la désurchauffe

quantité d’énergie récupérable limitée

le fluide frigorigène est refroidi par le compresseur avant de pénétrer dans le condenseur lorsqu’il est encore à l’état de vapeur, c’est le moment où la chaleur est la plus élevée

au niveau du circuit de refroidissement d'huile

endroit le moins efficace

si la température est élevée, il n’est possible de récupérer qu’une faible quantité d’énergie

Il est possible d’ajouter un ballon de stockage pour conserver l’énergie récupérée si les besoins en consommation sont moins importants lors de certaines périodes que la quantité d’énergie fatale utilisable.

La chaleur récupérée au niveau d’un groupe frigorigène peut avoir plusieurs utilisations. Elle peut servir :

  • au dégivrage des évaporateurs ;
  • à maintenir les sols des locaux où les températures sont négatives en mode hors gel ;
  • au chauffage du reste de l’infrastructure (installation d’aérothermes nécessaires) ;
  • à alimenter une pompe à chaleur en eau chaude, etc.

Les énergies intermittentes

Sont considérées comme énergies intermittentes des énergies produites par les panneaux solaires, les éoliennes ou les centrales hydrauliques. Pour ces processus de transformation d’énergie, l’énergie fatale représente toute l’électricité produite qui n’est pas utilisée pour des raisons de stockage et un manque de demande.

Où trouve-t-on l’énergie fatale ?

L’énergie fatale est partout. On peut par exemple la trouver dans l’opération de freinage de tout type de véhicule, qu’il s’agisse d’un navire, d’une voiture, d’un train, etc. En effet, tout véhicule en mouvement consomme de l’énergie. De nouvelles technologies apparaissent afin d’accumuler cette énergie et la réutiliser afin de limiter de trop grandes pertes d’énergie.
Pour les véhicules en mouvement, les solutions actuellement mises en place pour récupérer l’énergie sont, par exemple :

  • l’apparition des véhicules hybrides ;
  • les nouveaux systèmes de freinage intégrés aux TGV.

En effet, l’énergie fatale des voitures est très élevée : près de 65 % de chaleur produite se dissipe dans l’atmosphère sans être utilisée. En effet, les moteurs à explosion ne permettent de transformer que 35 % de l’énergie chimique du carburant en énergie cinétique, utilisable pour le fonctionnement du véhicule.

Voici des techniques de valorisation de l’énergie fatale que les industries peuvent mettre en place.

L’énergie fatale présente dans les matières

Solutions

incinération des déchets

récupération de la chaleur, de l’électricité, de l’hydrogène ou du méthane, etc.

méthanisation des déchets

cogénération

amélioration des rendements, ces solutions produisent de l’électricité et de la chaleur, notamment

trigénération

recyclage

récupération de l’énergie fatale

Tout comme pour les voitures ou encore les industries, les particuliers produisent énormément d’énergie fatale à leur domicile. Ainsi, les systèmes de ventilation et de chauffage, mais également l’usage de l’eau chaude sanitaire sont des sources élevées de déperditions des énergies. Des solutions peuvent être mises en place pour valoriser cette énergie fatale :

L’énergie fatale présente dans les processus

 

Gaspillage d’énergie non utilisée

  • production d’électricité
  • chauffage
    • d’une maison
    • de l’eau chaude sanitaire
  • cuisson des aliments

dispersion de calories

Solutions

installer un récupérateur de chaleur des eaux de douche

permet la diminution de la facture de chauffage

installer une chaudière à condensation

permet la récupération des calories produites au niveau de l’échangeur par les gaz

installer des échangeurs thermiques dans les maisons passives

permet la récupération des calories présentes dans l’air sortant, ensuite utilisées pour réchauffer l’air entrant

L’énergie fatale : une préoccupation majeure

Pour obtenir les meilleures performances énergétiques possibles, il faut pouvoir limiter au maximum la production d’énergie fatale. La valorisation de l’énergie fatale est possible via certains équipements et certaines technologies dont les retours sur investissements sont intéressants pour les industries. Pour les encourager à mettre ce genre de système en place, les réglementations concernant les rejets de CO2, notamment, ne cessent de se complexifier. Certaines infrastructures doivent respecter des quotas de rejets de CO2 qui les incitent à mettre en place de telles solutions de réduction du bilan carbone.
De plus, le coût des énergies devient de plus en plus élevé.

Limiter l’énergie fatale

Dans l’industrie et dans les entreprises, il est possible de limiter une éventuelle surconsommation énergétique et de parfaitement adapter la consommation aux besoins réels de l’infrastructure. Il est possible de faire mener une analyse globale par un expert qui étudiera les flux thermiques actuels du site et les comparera aux besoins réels.
L’expert pourra tirer des conclusions qui permettront de trouver des solutions adaptées afin de tirer parti de l’énergie fatale produite par l’industrie ou l’entreprise concernée. Les solutions permettront de transformer ou de convertir cette énergie fatale en énergie utile.

L’adaptation des process permet ainsi de diminuer la consommation énergétique des fluides.

Les technologies possibles

La pompe à chaleur (PAC) est la première solution. Elle convient aussi bien pour les maisons, les immeubles, les collectivités, les entreprises que les industries. Il s’agit d’une solution performante pour répondre aux besoins énergétiques de toutes ces infrastructures. Ses capacités lui permettent de doubler la température de l’énergie résiduelle qu’elle utilise.

Le stockage thermique est la deuxième solution. Il convient parfaitement aux processus séquentiels. L’usage de l’énergie fatale y est optimisé de la manière suivante : l’énergie perdue lors d’une première opération est récupérée afin d’être utilisée lors d’une deuxième opération. L’énergie est ainsi stockée pendant le délai entre les deux opérations.

La troisième technologie principale est celle de l’échangeur. Son rôle est d’améliorer les conditions des échanges thermiques. Ils sont ainsi facilités au travers de la méthode de pincement. Pour cela, le rôle de l’échangeur consiste à récupérer le flux dont la température est élevée à l’issue du processus. Il se charge ensuite de le mêler à un flux froid. Le flux chaud est ainsi refroidi alors que le flux froid est réchauffé.
Il s’agit d’une méthode relativement efficace pour réchauffer ou refroidir de l’eau sans avoir besoin d’un système de chauffage ou d’un système de refroidissement. Dans certaines usines, il s’agit d’une technologie indispensable pour faire des économies d’énergie.

Les énergies de récupération

Les énergies de récupération sont des énergies propres qui représentent tout type de chaleur perdue au travers :

  • de l’incinération des déchets ;
  • mais aussi la chaleur produite par les processus de fonctionnement des industries ;
  • ou encore la chaleur des data centers.

Fonctionnement

Valoriser les énergies de récupération consiste à identifier les déchets qui peuvent être recyclés, ainsi que les déchets dangereux, afin de les isoler. La combustion se dégageant des autres déchets lorsqu’ils sont brûlés permet de générer une forte chaleur. Celle-ci produit de la vapeur transformée en énergie.

Son usage permet ensuite :

  • d’alimenter des turbines dont le rôle est de produire de l'électricité ;
  • ou d’alimenter le réseau de chauffage d’un quartier, voire d’une ville. Ce genre de procédé est parfois appelé chauffage central collectif.

Près de 20 % de la consommation énergétique française globale pourrait être alimentée uniquement par la réutilisation de l’énergie fatale. Cela serait à condition que soit mis en place les équipements adéquats dans l’ensemble des usines françaises disposant d’installations produisant de fortes chaleurs.

Avantages des énergies de récupération

Le principal objectif des énergies de récupération est de garantir une diminution de la consommation des énergies fossiles. Le charbon, le fioul et le gaz sont des énergies fossiles. Il est possible de réduire leur gaspillage en utilisant l’énergie fatale.

Avantages

  • éviter le gaspillage énergétique
  • aucun rejet supplémentaire de CO2
  • utilisation d’une source d’énergie qui serait, sinon, inutilisée
  • solution pour réduire les factures énergétiques

 

Utiliser l’énergie fatale produite par les bâtiments

L’énergie fatale représente un immense gisement d’économie d’énergie. Il est désormais possible de valoriser l’air extrait des logements ou des infrastructures par les systèmes de ventilation afin de récupérer les calories présentes dans l'air, mais il est aussi possible de récupérer les eaux usées évacuées lors de la prise d’une douche par une personne. Voici les différents équipements techniques qu’il est possible de mettre en place par les particuliers à leur domicile pour faire des économies d’énergie :

La pompe à chaleur à absorption gaz

Installer une pompe à chaleur à absorption gaz permet de récupérer la chaleur de l’air extrait des logements via le système de ventilation. Cette pompe à chaleur peut être géothermique ou aérothermique. Un système de compression thermochimique permet de mettre en mouvement le cycle thermodynamique. La compression est effectuée par un brûleur de gaz naturel.

La pompe à chaleur à absorption gaz est un équipement qui a l’avantage d’être en mesure de récupérer non pas l’énergie d’une seule source de chaleur mais de trois :

  • la chaleur produite par la condensation du fluide frigorigène, c’est-à-dire l’ammoniac ;
  • la chaleur produite par la réaction d'absorption entre l'eau et l'ammoniac ;
  • ainsi que la chaleur correspondant aux produits de la combustion.

L’énergie fatale ainsi récupérée a ensuite divers usages. Elle peut par exemple servir au préchauffage de l’eau chaude sanitaire. En hiver, elle servira également au préchauffage du système de chauffage. En installant un plancher réversible dans votre logement, l’énergie fatale récupérée par la pompe à chaleur à absorption gaz pourra aussi permettre de refroidir une habitation.

Le chauffe-eau thermodynamique

Installer un chauffe-eau thermodynamique à son domicile permet de récupérer les calories contenues dans l’eau évacuée lors de la prise d’une douche. Le principe de fonctionnement utilisée est : l’aérothermie. Les technologies actuelles offrent des solutions dont le coefficient de performance comprend une production d’énergie de 3,5 à 4 kWh pour une consommation de 1 kWh d'électricité facturée.

L’installation d’un chauffe-eau thermodynamique à son domicile pour remplacer un chauffe-eau électrique classique permet de réaliser des économies d’énergie pouvant aller jusqu’à 70 %.

L’installation d’un chauffe-eau thermodynamique est préconisée :

  • pour des logements neufs ;
  • dans le cadre de travaux de rénovation ;
  • pour une maison individuelle ;
  • pour des immeubles collectifs.

Si le coût à l’achat est élevé, ce genre de démarche est encouragée par des aides comme le crédit d’impôt, par exemple, sous certaines conditions. Un chauffe-eau thermodynamique peut être combiné avec un système solaire déjà en place.

S’adapter aux variations climatiques

Des technologies plus complexes permettent d’installer des équipements capables de prendre en compte les variations climatiques afin d’optimiser encore un peu plus les ressources prodiguées par l’énergie fatale. Ainsi, selon les saisons, une programmation et une utilisation différentes sont rendues possibles.
Il est également possible de prévoir des variations en fonction de l’occupation des locaux.

L’objectif de ses équipements est d’utiliser les ressources en énergie fatale pour chauffer une maison en hiver, par exemple, et la refroidir en été.

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