Chaleur de récupération

vignette|Des pompes à chaleur d'un bâtiment public. La chaleur de récupération, ou chaleur fatale, est l'énergie thermique émise par un procédé dont elle n'est pas la finalité. Son exploitation demande le développement d'une technologie complémentaire. Il s'agit généralement d'améliorer à la fois l'efficacité énergétique et l'impact environnemental d'un système produisant, de manière annexe, de la chaleur.

Du fait de freins techniques et économiques, seule une partie du gisement de chaleur fatale, le gisement technique théorique, est directement accessible et exploitable comme chaleur de récupération.

Définition La chaleur de récupération, ou chaleur fatale, est la (définition retenue en France par la Programmation pluriannuelle de l'énergieProgrammation pluriannuelle de l'énergie, ministère de l'Environnement, 2016, volet 1 : Synthèse de la PPE , 25 pages ; volet 2 : Volet relatif à l'offre d'énergie , 83 pages ; et volet 3 : Stratégie de développement de la mobilité propre , 125 pages.).

Cette chaleur est dite « fatale » car elle est la part de l'énergie thermique produite et non utilisée lors d'un processus de production, donc inévitablement rejetée après ce processus. Néanmoins, cette chaleur peut être récupérée« Chaleur fatale, ça vaut le coup », Ademe, 2020..

Dans un gisement de chaleur fatale, seule une partie, le gisement technique théorique, est accessible et exploitable. La part du gisement d'une température de moins de est difficilement exploitable ; les gisements dont la température se situe entre et peuvent être exploités par des systèmes de remontée en température comme des pompes à chaleur. Les gisements ayant une température supérieure à nécessitent la mise en œuvre de technologies de récupération spécifiquesRécupération de chaleur fatale industrielle, Les technologies de récupération, Centre technique des industries aérauliques et thermiques (CETIAT), 2023..

La chaleur fatale peut être réutilisée directement ou après concentration ou stockage, pour améliorer un processus (préchauffage de gaz, par exemple), pour chauffer un lieu ou des objets, pour refroidir (au moyen d'un évaporateur ou d'un autre système) ou pour produire de l'électricité (par exemple au moyen d'une machine à cycle organique de Rankine.).

Enjeux La récupération de chaleur s'inscrit dans une logique d’économie circulaire : d'un « déchet » (chaleur nuisible au bon déroulement d'un processus industriel, devant être évacuée), on fait une ressource, qui sert à chauffer un bâtiment par exemple.

Récupérer la chaleur fatale pour un autre usage, outre une opportunité industrielle de création d'emploisB. Léchevin, Biomasse, géothermie, solaire thermique, récupération de chaleur fatale : autant d’opportunités pour l’industrie française, annales des Mines-Responsabilité et environnement, no. 2, 2015, p. 62-66, FFE (résumé)., est l'un des moyens de diminuer l'entropie d'un système et donc de réduire le gaspillage d'énergie en améliorant son efficience énergétiqueL. Levacher, D. Clodic, F. Marechal, Efficacité énergétique pour l’industrie : des technologies existantes aux solutions innovantes, 2009..

Cette énergie, par exemple extraite par un échangeur thermique ou une pompe à chaleur, peut alimenter un réseau de chaleurS. Lang, Dimensionnement du principe énergétique d'une ÉcoCité. Optimisation chaufferie Diomasse , projet de fin d’études, INSA de Strasbourg, 2011.Z. Hampikian, « Récupérer la chaleur des entreprises pour chauffer le territoire urbain : une conception non-linéaire de la fourniture d'énergie à l'épreuve des dynamiques locales », Journées internationales de sociologie de l'énergie, juillet 2015, p. 18-21., parfois en y associant une cogénérationE. Denis, « Valorisation énergétique des déchets industriels spéciaux : 18 ans d'expérience d'un réseau de chaleur multi-industriel en cogénération sur chaleur fatale », L'Eau, l'industrie, les nuisances, 192, 1996, p. 51-53.. Raccordée à un réseau de chaleur, une usine d'incinération des ordures ménagères peut ainsi chauffer un foyer à partir des déchets de sept autres. À titre d'exemple, en 1983, les communes de Dunkerque et de Saint-Pol-sur-Mer se sont dotées d'un réseau de chaleur principalement alimenté par la récupération de chaleur fatale d'une aciérie proche (Usinor)C. Beaurain et D. Varlet, « Quelques pistes de réflexion pour une approche pragmatiste de l’écologie industrielle : l’exemple de l’agglomération dunkerquoise », Développement durable et territoires. Économie, géographie, politique, droit, sociologie, 5(1), 2014. ; en 2013, à Val d'Europe, la chaleur du centre de données d'une grande banque a permis de chauffer sans émission supplémentaire de un réseau de chauffage urbain desservant de locaux (bureaux, hôtels et logements)Frérot A (2013) « Le rôle des services à l’environnement dans la transition écologique en Europe » , Question d'Europe, , 16 septembre 2013..

La récupération de la chaleur fatale est aussi un moyen de réduire la dépendance aux énergies fossiles et les émissions de gaz à effet de serre, à service égal. Le mix énergétique tend progressivement à intégrer cette ressource, notamment dans les pays qui ont adopté l'objectif du facteur 4 à l’horizon 2050, avec des enjeux et contextes très variables d'une région du monde à l'autre. De plus, les tours de refroidissement des centrales thermiques sont consommatrices d'eau, qui après refroidissement des processus est source de pollution thermique et souvent de pollution chlorée (quand le chlore est utilisé pour désinfecter l'eau ou empêcher le dans les tuyaux et échangeurs thermiques). La récupération de chaleur de fumées peut aussi être utilisée pour retirer des polluants par un lavage à l'eau, ce qui permet des économies non négligeables..

Les enjeux de recherche et développement portent aussi sur les moyens efficaces, propres et sûrs de concentrer les calories à partir de rejets à basse température, ou de les stocker (par exemple dans un matériau à changement de phaseK. Merlin, D. Delaunay, J. Soto, & L. Traonvouez (2014) « Étude expérimentale de l’intensification du transfert de chaleur dans un matériau à changement de phase » .).

L'essor des calculs graphiques et de l'intelligence artificielle permet du calcul décentralisé à l'échelle locale, que ce soit chez un particulier ou au pied d'un immeuble, autorisant la récupération directe de la chaleur fatale sans réseau de chaleur..

Histoire

Jusqu'au , les chambres installées au-dessus de l'étable étaient chauffées passivement par les animaux. Les restes de braises du feu de cuisine étaient souvent récupérées pour réchauffer un lit ou un fer à repasser, etc.

Exemples de chaleur fatale Parmi les nombreux exemples de systèmes dont la chaleur fatale est récupérée ou pourrait l'être, on peut citer : les moteurs fixes ou de véhicules ( chaleur perdue par le radiateur ou par le pot d'échappement d'une voiture) ; les systèmes d'éclairage ; les rejets d'eaux de refroidissement et les fumées d'usines et de centrales thermiques (nucléaire, gaz, biomasse...) la plupart des procédés de climatisation et de réfrigération, qui extraient la chaleur d'un milieu pour l'évacuer dans l'environnement ; les compresseurs de gaz qui nécessitent l'évacuation de l'énergie thermique pour leur refroidissement ; les procédés d'incinération des déchets ; les serveurs de données ; les réseaux d'évacuation des eaux usées (eaux chaudes de bains, douches, vaisselles, lessives évacuées dans l'égout).

Valorisation de chaleur fatale en France En France, les gisements de chaleur fatale proviennent principalement de l’industrie (agro-alimentaire, chimie plastique, papier carton, métaux), des usines d’incinération des ordures ménagères, des stations d’épuration des eaux usées et des centres de données.

Selon l'Ademe, le gisement de chaleur fatale facilement valorisable dans l'industrie en France serait de , de quoi chauffer un million de logements, mais à peine est exploité en 2020. L'Ademe a ouvert la voie en 2009 en créant un fonds chaleur doté de afin de financer des projets jusqu'à 50 % de l'assiette éligible pour les petites entreprises, 40 % pour les moyennes et 30 % pour les grandes. La subvention a déjà facilité l'émergence de .

Entre 2015 à 2020, 13,81 % du gisement théorique industriel identifié par l'ADEME ont été valorisés à hauteur de . L'essentiel, soit , a été réalisé par des opérations de récupération de chaleur fatale sur groupes froidsCertificats d’économies d’énergie, Opération n° IND-UT-117 , Système de récupération de chaleur sur un groupe de production de froid, ADEME. et sur compresseurs d'airCertificats d’économies d’énergie, Opération n° IND-UT-103 , Système de récupération de chaleur sur un compresseur d’air , ADEME. validées par des certificats d'économies d'énergie (CEE)Opérations standardisées d'économies d'énergie, ministère de la Transition écologique et de la Cohésion des territoires, ministère de la Transition énergétique, . .

Le plan de relance lancé par le gouvernement en prévoit des appels à projets utilisant la chaleur à faible émission de carbone. L'objectif en est d'arriver à en 2023 et à cinq fois plus en 2028« Les industriels de moins en moins frileux à l'idée de valoriser leur chaleur fatale »f, Les Échos, 5 octobre 2020..

Exemples en France Dans la ville de Saint-Ouen-sur-Seine, l’usine d’incinération des déchets valorise sa chaleur fatale en produisant de l'électricité. Elle alimente le réseau d’eau chaude nécessaire à son propre fonctionnement et à celui de l'écoquartier voisin.

La chaleur fatale du centre de données de Valbonne a permis de remplacer la chaudière à gaz de quatre bâtiments..

Une papeterie de l'Indre-et-Loire récupère la chaleur fatale pour chauffer son usine..

Une entreprise française sise à Montrouge utilise la chaleur fatale dégagée par les microprocesseurs de serveurs informatiques. Ces microprocesseurs sont intégrés dans des modules et placés à l'endroit où la chaleur est nécessaire. Ils chauffent par effet Joule et sont refroidis par de l'air (« radiateur-numérique ») ou l'eau (« chaudière numérique »)..

L’entreprise Equinix s’est engagée à fournir à partir de 2024, pendant 15 ans, la chaleur issue de son centre de données. Cette chaleur fatale doit être utilisée pour chauffer la ZAC Pleine Saulnier et le centre aquatique olympique de Saint-Denis..

Un projet transfrontalier franco-allemand élabore pour 2027 un réseau de chauffage à partir de la chaleur de récupération des aciéries de Kehl en Allemagne, au moyen d'un caloduc traversant le Rhin pour chauffer des immeubles à Strasbourg en France. Cette chaleur est issue de procédés à et doit transiter dans un circuit fermé de de tuyauterie raccordé au réseau du quartier de l’Esplanade à Strasbourg. Le réseau doit fournir en chauffage et eau chaude sanitaire près de et éviter ainsi près de d’émissions de . Dans une deuxième phase, le circuit de retour de cette eau pourra également alimenter des quartiers de la ville allemande de KehlMSK, « De la chaleur fatale dans les radiateurs de l’Esplanade en 2027 », Dernières Nouvelles d'Alsace, 19 septembre 2023..

Droit et chaleur fatale Introduire localement de grandes quantités de chaleur dans l'environnement peut avoir des conséquences graves sur les écosystèmes. Certaines installations industrielles sont donc soumises à des seuils de température de rejets à ne pas dépasser (seuils qui peuvent varier, par exemple selon la saison) et à des contrôles.

En Europe, la directive européenne 2012/27/UE relative à l'efficacité énergétique encourage la récupération de la chaleur fatale. En France, la Loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte du et la programmation pluriannuelle de l'énergie (PPE) qui en découle s'appliquent.

Voir aussi

Chaleur de récupération

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