Comment réduire la consommation de votre outil de production ?

Économiser l'énergie dans une usine est nécessaire, et ce pour plusieurs raisons. Nous pourrions évoquer la conscience environnementale et l’urgence climatique mais pour une entreprise, l’objectif est avant tout de réduire les coûts de fonctionnement de l'atelier en minimisant la consommation d'énergie, en particulier depuis l’envolée des coûts de l’énergie en 2022. Mais consommer moins peut également améliorer l'efficacité de l'usine du fait d’une utilisation efficace de l'énergie ; en somme, produire mieux avec moins. Comment ? À la fois en adoptant de nouvelles technologies de surveillance de l’état de santé et de fonctionnement de l’équipement, et en remplaçant certains composants voire une vieille machine par une autre de nouvelle génération... mais pas seulement : établir un diagnostic peut aussi permettre d’utiliser différemment et façon optimisée un moteur ou un compresseur par exemple.

Plusieurs types d’énergie sont concernés, les machines et les outils de production pouvant être alimentés par une grande variété de sources en fonction des besoins spécifiques de chaque entreprise. C’est le cas de l'électricité, l'une des sources d'énergie les plus utilisées dans l'industrie(machines et d'outils, aux équipements de production automatisés, capteurs, écrans...), le gaz naturel (fours, chaudières, turbines...), le pétrole (souvent utilisé comme combustible pour les machines et les équipements nécessitant une grande quantité d'énergie comme les moteurs de navires et les centrales électriques), les biocarburants (produits à partir de matières organiques renouvelables comme les céréales, l'huile de colza, le bois et les déchets agricoles) ou encore l’eau, ressource indispensable pour de nombreux secteurs comme la métallurgie, les cimenteries, la papeterie ou encore le verre et la chimie sans oublier l’agroalimentaire.

Dans l’industrie, la question de la réduction de la consommation d’énergie se pose aujourd’hui partout (c’est le cas d’ailleurs de tous les pans de l’économie). Mais historiquement, plusieurs secteurs d’activité étaient identifiés comme particulièrement énergivores ; ils sont d’ailleurs la cible du Gouvernement qui s’est donné pour mission d’agir localement, site par site. Ces sites appartiennent le plus souvent aux cimenteries, à la sidérurgie, à la chimie et la pétrochimie, au raffinage et au pétrole ou encore à l’industrie du verre et du sucre... des industries qui ont besoin d'une quantité importante d'énergie pour extraire, traiter et transporter les matières premières et pour faire fonctionner les machines et équipements complexes et de grande taille utilisés dans leurs activités.

La sidérurgie représente par exemple une part importante de la consommation d'énergie du secteur industriel, l'énergie étant utilisée pour fondre le minerai de fer et d'autres matériaux afin de fabriquer de l'acier. Il en est de même pour l’industrie du ciment, du verre ou encore du papier. Notons également le cas des futures gigafactories – dont les projets de construction se multiplient et voient le jour dans le pays, en particulier dans les Hauts-de-France ; la production de batteries électriques est fortement consommatrice d’eau. Outre l'industrie lourde, d'autres secteurs industriels tels que l'agriculture, les transports et la construction consomment également des quantités substantielles d'énergie.

Au final, en 2021, l'industrie était responsable de 19% de la consommation d'énergie primaire de la France, selon le Commissariat général au développement durable, représentant au passage environ 14% des émissions totales en France, chiffres de l'Ademe à l’appui (dont 60% des émissions de CO2 proviennent de la combustion de combustibles fossiles tels que le charbon, le pétrole et le gaz naturel). Question pollution, cette consommation est responsable en France de plus de 30%.

À ce jour, les industriels ont bien compris l’enjeu de réduire leur consommation d’énergie, en particulier avec l’explosion des coûts intervenue depuis la guerre en Ukraine. Autre raison significative, la tendance réglementaire qui, depuis plusieurs années et plus particulièrement depuis la crise sanitaire, se montre toujours plus exigeante. En France, la loi sur la Transition énergétique pour la croissance verte adoptée en 2015 oblige les entreprises industrielles à mettre en place des mesures d'économie d'énergie et de réduction des émissions de gaz à effet de serre. Au niveau européen, la directive sur l'efficacité énergétique de 2012 oblige également les États membres à fixer des objectifs contraignants en matière d'efficacité énergétique. Du côté des normes, si celles-ci ne sont qu’incitatives, elles se révèlent être un bon moyen d’atteindre ses objectifs ; c’est le cas notamment par exemple de la norme ISO 50001 qui établit un système de gestion de l'énergie afin d’aider les entreprises à améliorer leur performance énergétique.

En usine, il est nécessaire d’identifier les équipements les plus consommateurs d'énergie. Bien souvent, il s’agit des moteurs électriques lorsqu’ils sont surdimensionnés, mais pas seulement. Les compresseurs d'air chargés d’alimenter les outils et les machines peuvent être très énergivores et nécessitent souvent une surveillance et un entretien réguliers pour minimiser les pertes d'énergie. Il en est de même pour les fours, les séchoirs et autres chaudières, couramment utilisés pour chauffer des matériaux et de l'eau ; ceux-ci utilisent bien souvent des combustibles fossiles. Quantaux équipements de production automatisés tels que les robots, leur consommation peut se révéler excessive lorsqu'ils sont laissés en veille ou lorsqu'ils sont mal réglés et fonctionnant à des niveaux de production inférieurs.

Avant toute chose, il est préférable de mener une campagne d’économie d’énergie dans l’entreprise et de nommer le cas échéant une équipe dédiée. Celle-ci doit prendre en compte l’ensemble des consommations du site, à la fois de l’usine et de l’outil de production, mais également de la partie tertiaire et bâtiment, de la consommation d’électricité (engendrée par exemple par les outils informatiques) et l’éclairage ou encore l’utilisation d’eau sanitaire sans oublier le chauffage et la climatisation (CVC). Elle permettra aussi de savoir quelle énergie –comment et combien – est réellement utilisée dans l’entreprise, puis dans l’atelier et enfin sur quelle machine.

Pour ce faire, il semble pertinent d’installer une GTC (gestion technique du bâtiment – GTB – mais dans un ensemble plus vaste, comprenant aussi les dépenses énergétiques de l’atelier de production et de maintenance). En centralisant la gestion des équipements technique, ce système informatique va dès lors aider à identifier les gaspillages d’énergie, à réguler la température – par exemple – mais également repérer les dysfonctionnements des équipements de l’usine pouvant à leur tour provoquer des surconsommations. Mais attention, ce système peut s’avérer à la fois coûteux et complexe à mettre en place et à exploiter, en particulier dans les sites anciens.

La GTC va surtout permettre d’agir au bon endroit et de prendre des décisions rapides et efficaces, comme le remplacement de pièces sur des moteurs ou des variateurs, l’installation d’un éclairage LED, améliorer l’entretien des machines et re-planifier les interventions de maintenance préventive des équipements de production, à l’image des opérations de lubrification, le nettoyage des machines afin d’éviter l’accumulation de saleté, de poussière et tout autre contaminant pouvant affecter leur performance. Il en est de même pour le remplacement des pièces susceptibles de casser prochainement... ce qui nécessite des inspections régulières afin de détecter des problèmes potentiels et les réparer avant qu'elles ne deviennent critiques.

Concrètement, il est important d’installer un système de surveillance et d’acquisition de données. Cela passe par l’intégration sur les équipements de compteurs d'énergie, de capteurs de température et d'humidité, le tout relié à un système de surveillance en temps réel, focalisés sur chaque équipement. En cela, l'automatisation des processus de production peut également contribuer à réduire la consommation d'énergie en minimisant les pertes liées aux processus manuels et en optimisant les temps d'utilisation des machines. Enfin, former et sensibiliser le personnel de production semblent incontournables.

Parmi les technologies récentes, les IoT (Internet des Objets) se révèlent à leur tour précieux pour réduire la consommation énergétique. C’est le cas notamment des compteurs intelligents, lesquels collectent des données en temps réel sur la consommation d'énergie, les systèmes de gestion énergétique, sortes de plateformes IoT chargées de collecter, de traiter et d'analyser des données sur la consommation énergétique d'un bâtiment et d'optimiser la gestion de l'énergie en temps réel. Les capteurs de pression, d’humidité, d’air et de température, lesquels vont aider à mieux gérer la consommation d'énergie et réduire les gaspillages, offrir une meilleure visibilité à travers la collecte des données en temps réel et apporter plus de flexibilité matière de programmation et de contrôle des équipements. Néanmoins, l'installation et la configuration des IoT peuvent être complexes et nécessiter des compétences techniques avancées... et tout autant au niveau de leur mise en œuvre et de leur entretien. Aussi se pose la question des risques en matière de cybersécurité et de confidentialité des données collectées.

Autres solutions pouvant être mises en place : les systèmes de récupération d’énergie, à l’image de la récupération puis la réutilisation de la chaleur générée par les processus de production afin de chauffer d'autres zones de l'usine ou alimenter des systèmes de ventilation ou de climatisation. De même, certains processus de production génèrent de l'énergie mécanique sous forme de vibrations ou de mouvements... une énergie pouvant être à son tour récupérée et réutilisée pour alimenter d'autres équipements. Il est possible d’installer des systèmes de récupération d'énergie sur des équipements tels que les compresseurs d'air ou les machines de traitement de l'eau. Il convient enfin de mentionner l'utilisation de panneaux solaires ou de turbines éoliennes...attention toutefois à la complexité de mise en œuvre et d’exploitation, mais aussi aux seuils de rentabilité pas toujours évident à atteindre.

Améliorer l’exploitation du parc existant, c’est finalement la première des choses à faire, et cela coûte moins cher ! car optimiser le processus industriel permet de fait de réduire la consommation d'énergie et de réaliser des économies immédiates. Pour ce faire, il est conseillé d’analyser le processus afin de comprendre comment celui-ci fonctionne et d’identifier les zones les plus énergivores.

Ainsi, on peut s’apercevoir que certaines machines et équipements perdre de l'énergie sous forme de chaleur ou de vibrations. Faire de la maintenance conditionnelle à partir de capteurs de température, d’humidité, de vibrations ou autres technologies comme l’usage de caméras thermiques à infrarouge ou de solutions par ultrasons, permet de déterminer avec plus ou moins de précision là où se situent les pics de chaleurs et points d’échauffement, les vibrations(révélatrices de défaillances) ainsi que les fuites d’eau et de gaz.

Concernant les moteurs, remplacer ses équipements vieillissants par des moteurs IE5 (et demainIE6) peut s’avérer coûteux ; analyser avec un spécialiste l’exploitation quotidienne de ses installations revient à identifier si celles-ci sont utilisées de façon optimale (cas de surdimensionnement, trop d’opérations marche-arrêt, phase de démarrage-freinage mal adaptées etc.). Il est également possible de faire du retrofit sur des moteurs anciens en remplaçant les systèmes classiques comme le courroies poulies ou les réducteurs par des variateurs de vitesse. Enjouant aussi sur l’utilisation du moteur reposant sur une organisation repensée du process, il est possible de limiter les phases de marche-arrêt et gagner rapidement 30 à 80% d’énergie ! Ça donne à réfléchir...