Tout savoir sur la récupération de chaleur fatale

Notion clé face aux problématiques de la transition énergétique, la récupération de chaleur fatale offre une opportunité en or pour les entreprises à forte intensité énergétique (notamment les industriels). Les différentes solutions employées permettent de lutter contre le gaspillage de ressources en valorisant une énergie auparavant inexploitée. Ce type de méthode peut répondre à des besoins dans l’industrie ou l’agriculture, mais aussi de bâtiments tertiaires ou résidentiels

Hellio revient sur la définition de la chaleur fatale, les techniques de récupération et les financements disponibles pour alléger l’investissement. Parmi ceux-ci, nos équipes mobilisent les primes des Certificats d’économies d’énergie (CEE) afin d’accompagner les industriels dans leurs projets d’efficacité énergétique.

Des enjeux d’efficacité énergétique et de décarbonation

Dérèglement climatique, raréfaction des ressources, coût de l’énergie qui flambe, souveraineté énergétique… Nombre de problématiques amènent à trouver des solutions pour réduire la consommation française de gaz, électricité, fioul ou encore charbon. Les énergies renouvelables ou de récupération (EnR&R) ont le vent en poupe, au contraire des combustibles fossiles majoritairement importés.

L’Union européenne doit respecter des objectifs ambitieux en matière de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) et d’économies d’énergie. C’est le « pacte vert » (Green Deal), ajusté par le programme « Fit for 55 ».

Pour décarboner les activités, on pense généralement à la baisse des consommations et au développement des énergies renouvelables au détriment des combustibles fossiles. Il existe une autre solution complémentaire : récupérer et valoriser la chaleur perdue ou fatale.

Qu’est-ce que la chaleur fatale ?

Chaleur perdue, chaleur de récupération, chaleur fatale… Tous ces termes désignent la chaleur rejetée par un procédé, de façon naturelle et inévitable (d’où le terme « fatale »). Sans mise en place d’une technique de récupération, cette chaleur s’échappe, ce qui représente un gaspillage important (d’où le terme « perdue »). Or, elle présente un potentiel de valorisation très intéressant.

Exemples de chaleur fatale à valoriser

On retrouve une chaleur inexploitée dans de nombreuses situations :

• Dans l’industrie ou le tertiaire, le refroidissement de process implique de rejeter de la chaleur, souvent négligée ;
• Les appareils de chauffage — qu’il s’agisse d’une chaudière individuelle ou d’un four industriel — ne produisent pas que de la chaleur « utile ». Ainsi, les fumées ou les parois contiennent de l’énergie valorisable ;
• L’incinération d’ordures ménagères ;
• Le rejet des eaux grises ;
• Le séchage rejette des buées avec un gisement important.

Selon les cas, les rejets peuvent se présenter sous forme liquide (eaux, purges…), gazeuse (air chaud, buée, vapeur, fumée…) ou diffuse (défaut d’isolation, refroidissement naturel, chaleur rayonnée…). Leur température peut énormément varier : de moins de 30 °C à près de 500 °C.

Hellio, partenaire des industriels dans la valorisation de leur chaleur fatale

Pourquoi récupérer et valoriser la chaleur fatale ?

Sans récupération, la chaleur fatale devient une énergie « inutile » et représente un coût. Or, dans un contexte de transition énergétique, chaque action compte :

• Sur le plan économique, exploiter cette énergie disponible revient généralement moins cher sur le long terme que d’en consommer une nouvelle. En outre, lorsque l’énergie est réinjectée sur un réseau externe, elle peut ouvrir droit à une compensation financière.
• Sur le plan environnemental, qui dit moins d’énergie à produire dit moins de CO₂ émis et moins de ressources utilisées. En outre, la chaleur fatale est utilisée en substitution à une énergie fossile. De quoi appuyer la stratégie RSE de l’organisation, voire d’atteindre des objectifs d’empreinte carbone.

En amont de la valorisation de chaleur fatale, les entreprises et collectivités sont invitées à faire preuve de sobriété énergétique. Autrement dit, de réfléchir à comment consommer le moins d’énergie possible au quotidien, dans les comportements mais aussi dans la conception des bâtiments et du matériel, ainsi que dans les process. Ceci implique une planification afin de faire évoluer notre manière d’exploiter l’énergie.

Potentiels de récupération de chaleur fatale par secteur (industrie, data center…)

On parle de « gisement » pour désigner une source d’économie d’énergie à exploiter. Dans son guide de 2017, l’ADEME estimait le gisement total de chaleur perdue à 117,9 TWh/an pour les principaux secteurs :

• Industrie : de loin l’opportunité n°1, avec 109,5 TWh/an
• Unités d’incinération des ordures ménagères (UIOM) et unités de valorisation énergétique (UVE) : 4,37 TWh/an
• Data Center : 3,61 TWh/an (avec l’explosion du coût de l’électricité, la récupération de chaleur fatale sur data center devient un moyen judicieux de baisser les charges d’exploitation)
• Station d’épuration des eaux usées (STEP) : 0,42 TWh/an

Voici la répartition au sein de l’industrie :

• Agro-alimentaire : 31 %
• Chimie plastique : 22 %
• Papier carton : 13 %
• Métaux dont sidérurgie : 12 %
• Matériaux non métalliques : 11 %
• Raffinage : 3 %
• Autres : 8 %

De plus, les gisements sont plus ou moins importants en fonction du niveau de température (corrélé au type de rejet). Ainsi, plus de 50 % est disponible à moins de 100 °C.

Gisement de récupération de chaleur fatale par secteur (source : guide de l’ADEME 2017)

Hellio accompagne les sites industriels, agricoles et tertiaires souhaitant valoriser leurs gisements de chaleur fatale. Sur le volet technique, notre bureau d’études interne, Akéa Énergies, assure le dimensionnement des installations, ainsi que le suivi de chantier et l’accompagnement post-travaux.

Zoom sur la chaleur fatale industrielle

D’après le guide de l’ADEME sur l'évolution du gisement de chaleur fatale entre 2015 et 2022, sur les 90 TWh/an de chaleur récupérable, 85,2 TWh/an proviennent de l’industrie. Autrement dit, sur la totalité du gisement de chaleur fatale identifié, 95 % concerne le secteur de l’industrie. Ce dernier constitue donc, de loin, la 1^ère source de récupération de chaleur fatale en France.

Ces rejets thermiques se présentent sous de multiples formes (fumées, vapeur, eaux de refroidissement, surfaces rayonnantes) et peuvent servir à alimenter différents types d’usages.

Quelles technologies pour la récupération de chaleur fatale en industrie ?

Côté technologie, la collecte de la chaleur se base généralement sur un échangeur et un réseau de distribution de la chaleur. Leur puissance doit être correctement dimensionnée afin de correspondre aux besoins. Si nécessaire, on peut recourir à une pompe à chaleur haute température pour atteindre les niveaux escomptés.

Vous êtes un industriel ? Le site recuperation-chaleur.fr propose un outil gratuit d’auto-diagnostic, dans le but de connaître le potentiel de votre entreprise en matière de récupération de chaleur.

Les différentes valorisations de l’énergie récupérée

La chaleur récupérée peut profiter d’une seconde vie sous différentes formes :

• En interne : le site récupère et exploite sa propre chaleur fatale ;
• En externe : l’énergie est réinjectée dans un réseau ou vendue à un site voisin.

Dans les deux cas, la chaleur peut être utilisée directement — pour chauffer des locaux, produire de l’eau chaude, sécher, alimenter un réseau de chaleur, etc. — ou indirectement, c’est-à-dire pour produire de l’électricité (air comprimé, recompression de vapeur…) ou de l’énergie mécanique.

Le cas particulier de la valorisation avec changement de vecteur énergétique

Dans certains cas, la chaleur fatale industrielle peut être convertie en une autre énergie, afin de fournir un service différent. On retrouve alors différents types de vecteurs énergétiques :

• L'électricité : grâce notamment à la technologie ORC (Organic Rankine Cycle ou « cycle organique de Rankine ») qui exploitent des sociétés comme Enogia et Enertime ;
• L’air comprimé ;
• Le froid : avec une machine à adsorption par exemple (société Helioclim qui s’appuie sur la chaleur solaire) ;
• L’énergie mécanique.

Pour en savoir plus sur les différentes technologies de récupération de chaleur fatale industrielle, rendez-vous sur l’article de notre bureau d’études Akéa Énergies.

Hellio vous conseille sur les gisements d’économies d’énergie de votre site

Comment mettre en place la récupération de chaleur fatale ?

Avant même d’envisager une récupération et une valorisation de l’énergie, la première étape consiste à optimiser son utilisation.

Ainsi, on peut réduire le gaspillage en améliorant l’efficacité énergétique des équipements, en révisant les process ou encore en isolant par exemple.

L’audit et l’étude de faisabilité

Ensuite, il convient de faire réaliser un audit. En effet, les gisements et opportunités de récupération de chaleur sont propres à chaque site, activité et bâtiment. En outre, les possibilités de valorisation peuvent être multiples, avec des tenants et aboutissants techniques, économiques, organisationnels ou encore réglementaires.

De fait, il s’avère impossible de définir une méthode universelle. L’audit identifiera alors toutes les actions possibles de performance énergétique, de récupération de chaleur fatale ou encore de potentiels d’énergies renouvelables.

Pour une analyse plus poussée sur le volet récupération, l’étude de faisabilité entre en jeu. Son rôle, entre autres, est d’identifier les besoins en température, en menant éventuellement des campagnes de mesure sur les sources de chaleur fatale (débits, températures…) et des « puits » (besoins). Elle permettra ainsi de déterminer le type de valorisation le plus pertinent : exploitation directe ou indirecte, avec ou sans changement de vecteur énergétique.

Une réflexion est portée sur la concomitance entre les besoins et les sources de chaleur, tant sur la temporalité que sur la saisonnalité. Concrètement, récupérer la chaleur d'un groupe froid qui sert au rafraîchissement des pièces d'un hôpital ne servira pas beaucoup au chauffage de l’établissement.

Existe-t-il des financements pour alléger le coût de l’opération ?

Conscient de l’importance de récupérer la chaleur perdue, l’État a mis en place différents dispositifs pour inciter ce type de projet. Aujourd’hui, il en existe deux majeurs : les aides de l’Ademe (Fonds Chaleur et divers appels à projets comme Decarb Flash) et la prime des Certificats d’économies d’énergie.

Le Fonds Chaleur de l’Ademe

Le Fonds Chaleur de l’Ademe sert à financer — entre autres — des initiatives de récupération de chaleur. Pour être éligible, l’entreprise doit avoir fait réaliser un diagnostic énergétique ou une étude de faisabilité au maximum deux ans auparavant.

Le taux d’aide maximum dépend de plusieurs facteurs comme la taille de l’entreprise et le type de valorisation. Vous pouvez contacter l'Agence nationale de la transition énergétique pour en savoir plus sur votre éligibilité.

Le Fonds Chaleur n’est pas cumulable avec les CEE, mais plutôt « articulable » (son calcul tient compte de l'obtention éventuelle des certificats en parallèle).

Les Certificats d’économies d’énergie (CEE)

Il s’agit d’une aide privée : les fournisseurs d’énergie versent une prime en échange de certificats d’économies d’énergie. Ils doivent en récolter une certaine quantité afin de répondre à leur obligation vis-à-vis de l’État sur une période donnée.

Les certificats sont générés lors de la réalisation d’opérations d’efficacité énergétique, dites « standardisées » ou « spécifiques » :

• Les opérations standardisées sont relativement faciles à décliner d’un site à un autre, et doivent respecter des critères détaillés dans des fiches (« FOST »). Quelques exemples : récupérateur de chaleur à condensation, sur tank à lait, sur un groupe de production de froid, sur eaux grises, sur une tour aéroréfrigérante, etc.
• Les opérations spécifiques ont trait à un site en particulier, pour un projet qui nécessite une étude préalable. Il s’agit généralement de travaux assez lourds, ou relatifs à une activité très pointue, rendant impossible la standardisation de l’opération.

Par exemple, pour le secteur agricole, la fiche AGRI-TH-104 finance la mise en place d’un système de récupération de chaleur sur groupe de production de froid (hors tanks à lait).

Les primes CEE pour la récupération de chaleur fatale industrielle

Plusieurs fiches standardisées s’adressent spécifiquement aux industries, principale source de gisements de récupération de chaleur fatale.

Il s’agit notamment des fiches :

• IND-UT-137 : Mise en place d’un système de pompe(s) à chaleur en rehausse de température de chaleur fatale récupérée
• IND-UT-138 : Conversion de chaleur fatale en électricité ou en air comprimé
• IND-UT-139 : Système de stockage de chaleur fatale
• IND-UT-103 : Système de récupération de chaleur sur un compresseur d’air

Hellio s’occupe de la recherche de financements et du montage des dossiers

Cas concret de récupération de chaleur fatale industrielle

Prenons le cas d’une entreprise de chimie dans le Puy de Dôme (63). Les tours aéroréfrigérantes produisent de la chaleur fatale auparavant perdue. Sa revalorisation dans un point process industriel coûte 160 000 € ; cette somme est financée à 100 % grâce aux aides.

Par ailleurs, l’opération permet d’économiser 100 000 € par an sur la facture de gaz.