Air comprimé, gare au gâchis !

Par  - Publié le | L'Usine Nouvelle n° 2929

Gains. L'optimisation des circuits d'air comprimé constitue un levier important de progrès dans les ateliers. A condition de suivre une démarche rigoureuse.

Halte au gaspillage ! Il est invisible, il n'a pas d'odeur, il ne représente généralement aucun danger pour les opérateurs mais pour autant, l'air comprimé, ce fluide apparemment si anodin utilisé dans les ateliers pour alimenter, ici des manipulateurs, là des dispositifs de préhension ou des soufflettes, est tout sauf gratuit. Difficile pour autant d'évaluer son coût réel. « En général, il est noyé dans la consommation électrique globale », pré-vient Marie-Christine Dorst, chargée de mission entreprise à l'Ademe Lorraine. Selon une étude européenne menée en 2001, avec quelque 80 terawattheures utilisés par an, l'air comprimé compterait pour 10 % dans la consommation électrique des industriels de l'Union. Mais une large part de cet air est tout simplement perdue. En cause : l'usure des installations, un développement anarchique des canalisations, une utilisation inadéquate... Les économies sont pourtant possibles. « Le potentiel est estimé à 38,1 % de la consommation totale dédiée à l'air comprimé, soit près de 30,5 terawattheures par an », affirme Gérard Plançon, directeur de la division « air exempt d'huile » chez le fabricant de compresseurs Atlas Copco. Soit la production de deux centrales nucléaires... Et environ 1,5 milliard d'euros gagné par an ! Mais pour un industriel, optimiser son air comprimé représente d'abord une dépense conséquente, même si dans certains cas l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (Ademe) peut soutenir les candidats économes. « Le coût moyen d'une démarche d'audit s'élève à 12 000 euros, sans compter l'investissement », prévient Marie-Christine Dorst.

Davantage de performance et réduction des pannes

Les gains atteignent fréquemment plusieurs milliers d'euros par an et jusqu'à 40 000, voire 50 000 euros dans certains cas. « Parfois, les résultats obtenus peuvent même amener à arrêter des compresseurs », précise François Bouteille, gérant du bureau d'études Etudes Air Comprimé spécialisé notamment dans les bilans énergétiques des installations.

Dans certains secteurs, la pharmacie, la chimie, ou l'agroalimentaire qui emploient l'air comprimé comme « fluide de process » directement en contact avec les produits, le maintien des caractéristiques de l'air (température, pression, degré d'humidité, absence d'huile et de poussières...) est primordial. Mais surtout, « une mauvaise alimentation en air comprimé générera toujours une perte de performance de la machine, un dysfonctionnement ou même une panne ou un accident, explique Hervé Brunet, responsable des offres systèmes chez le fabricant de composants pneumatiques Festo. Au contraire, après une démarche d'optimisation, les machines fonctionnent toujours mieux qu'avant et les taux de pannes diminuent. »

1 procédez à un diagnostic attentif

Inutile de vous lancer tambour battant, clé à molette à la main ! Une démarche efficace passe d'abord par une analyse fouillée du réseau. A chaque étape de l'installation, depuis la production jusqu'aux machines, poste par poste, les mêmes questions doivent revenir : quel est le besoin ? L'installation y répond-elle ? Que peut-on améliorer ? N'omettez aucun paramètre : la pression et le débit nécessaires, naturellement, mais aussi la température, le point de rosée ou la propreté de l'air. Autre conseil : ne réduisez surtout pas votre champ d'investigation. Avoir une vision globale de son utilisation d'air comprimé vous permettra, par exemple, d'envisager une solution isolée pour une application atypique comme le besoin d'un air sec et propre sur une machine donnée. Et pourquoi pas d'opter pour une énergie alternative si celle-ci s'avère plus efficace, plus économique ou plus facile à mettre en oeuvre...

Au cours de cette étape, les fournisseurs de matériel peuvent être de bon secours. Festo propose ainsi aux utilisateurs d'effectuer des mesures de débit en fonctionnement, à l'arrêt et sur un cycle complet afin de localiser et de quantifier les phases de consommation nécessaires. A l'aide d'un logiciel maison, le fabricant détermine ensuite le potentiel d'économies réalisables en modifiant ou en remplaçant les composants de la machine étudiée. Les fabricants de compresseurs, de leur côté, établissent sur demande le profil de consommation de l'entreprise à partir des régimes du compresseur sur une semaine ou plus. Un indicateur clé qui permettra ensuite de choisir sa technologie de production ou encore de changer le fonctionnement de l'atelier pour éviter les pics de consommation.

Vient ensuite la nécessaire campagne de mesures de l'installation. Objectif : mettre à jour les imperfections et défaillances du circuit. Et en particulier, quantifier les pertes de charges du réseau - résultat d'une température d'air inadaptée, de diamètres de canalisations insuffisants compte tenu du débit demandé ou même de la présence d'obstacles dans les tuyaux - et localiser les fuites. Ces fuites sont traquées à l'oreille, toutes machines éteintes, ou avec des capteurs à ultrasons. Les habitués les anticiperont même sans les entendre, au niveau de raccords et de composants vieillissants, de flexibles hors d'âge ou de soudures douteuses. Point capital : un trou de 1 millimètre dans une canalisation à 6,3 bars laisse échapper un litre par seconde. Des litres perdus qui s'accumulent très vite. « Des taux de fuites de 20 à 30 % sont très fréquents dans les ateliers », commente Philippe Anselme, responsable commercial Industrie dans la région Est du gestionnaire de services énergétiques Dalkia (Veolia).

Deux mises en gardes s'imposent. D'abord, la démarche ne s'improvise pas : une campagne de mesure de fuites dure généralement entre une et deux semaines. Comptez plus d'un mois sur de très gros sites. Et pour lancer la chasse, il est préférable de profiter d'un arrêt complet des machines. « En général, nous effectuons les campagnes de mesure lors des opérations de maintenance de l'usine », explique Philippe Anselme. Même remarque pour la mise en oeuvre des travaux. « Certains clients doivent main- tenir le réseau sous pression en permanence », explique Gérard Plançon d'Atlas Copco. Il faut en tenir compte et anticiper des isolements, des « shunts » ou encore construire une autre installation pour pouvoir continuer à produire pendant les travaux.

Ensuite, il est préférable de s'appuyer, dès cette étape, sur des professionnels. Pour des raisons de sécurité, mieux vaut éviter pour ce genre de travail d'amener les techniciens non spécialisés près des machines. D'autant que « la détection des fuites nécessite l'emploi de capteurs à ultrasons onéreux et au fonctionnement particulier », précise François Bouteille d'Etudes Air Comprimé. Bien équipés, les spécialistes agiront plus vite et écarteront tout danger inutile. De toute façon, pour être soutenu par l'Ademe, le recours à un bureau d'études spécialisé est obligatoire.

2 rénovez votre outil de production

« L'étude en elle-même n'apporte rien. Ce sont les actions engagées ensuite qui génèrent l'économie », avertit Marie-Christine Dorst, de l'Ademe Lorraine. Des actions qui concernent l'ensemble de l'installation. A commencer par le compresseur. En fonction des applications, les choix de matériels s'imposent. Inutile, par exemple, d'utiliser un compresseur d'une puissance de 40 bars pour ne faire que du 7 bars ! De même, si le processus nécessite un air propre, mieux vaudra utiliser une technologie sans huile plutôt qu'un compresseur lubrifié suivi d'un filtre et d'un épurateur de condensat. Il faut aussi tenir compte des profils de consommation. On en observe généralement de trois types : le fonctionnement en continu avec un palier supérieur en journée, une consommation concentrée sur 2 x 8 et réduite à zéro pendant la nuit et, beaucoup moins fréquemment, une consommation par paliers successifs. A chaque profil correspond un type d'installation. Un compresseur classique à vis convient plutôt aux profils plats quand deux engins couplés, dont l'un à vitesse variable, sont privilégiés pour des consommations par paliers. Pour des installations qui subissent des appels réguliers, poussant le compresseur à tourner longtemps à vide, le montage d'un ballon tampon pour stocker l'air peut éviter l'investissement dans un compresseur plus puissant.

Le réseau de l'entreprise est à surveiller de près

Sur une installation existante, un aménagement de la centrale de production peut également générer des économies. « Le rendement est meilleur lorsque l'on aspire de l'air froid », affirme Gérard Plançon d'Atlas Copco. Il suffit pour cela de placer les prises d'air du compresseur, voire la machine elle-même, à l'extérieur du bâtiment, à l'ombre et du côté nord, de préférence. A la sortie du compresseur, le système d'assainissement d'air chargé de le sécher, de le refroidir et de le filtrer doit également être adapté à l'application. Le contrôle du point de rosée sera certainement nécessaire dans un atelier agroalimentaire, afin d'éviter les phénomènes de condensation, et donc la formation de rouille à la détente.

Afin de réduire les pertes de charges, les fabricants de compresseurs intègrent désormais l'ensemble de ces composants dans une unité de production compacte. L'économie qui en résulte pourrait atteindre plus de 11 % selon les fabricants. Une piste à suivre à l'occasion d'un remplacement...

Le réseau lui-même, ces centaines de mètres de canalisations qui courent dans les ateliers, mérite une attention particulière. Avant toute chose, il faut au plus vite supprimer les fuites détectées. Mais, aussi, dimensionner le circuit pour limiter les pertes de charges. En réduisant les longueurs de tubes à leur strict nécessaire, en adaptant leurs diamètres au débit désiré, et en évitant les obstacles, coudes ou raccordements inutiles. Il faut tenir compte aussi des chutes de pression dans le réseau. « Fréquemment, les utilisateurs augmentent la consigne de pression au niveau du compresseur alors qu'il peut suffire de décaler le point de prise d'air pour avoir la pression nécessaire », commente François Bouteille. Autre conseil : préférez les réseaux bouclés ou en forme d'antenne pour ne pas risquer de manquer de pression aux extrémités du réseau. Et surtout, proscrire les prolongements anarchiques du circuit, même lorsque l'on est pressé...

La gestion de l'air comprimé ne s'arrête pas au raccord d'alimentation de l'outil de production. La chasse aux fuites et aux pertes de charges, notamment, doit impérativement s'étendre aux robinets à l'étanchéité douteuse, aux soufflettes, aux outils pneumatiques et aux composants des machines (vérins, distributeurs, flexibles, joints...). Enfin, lorsqu'une partie d'une ligne s'avère inutile, même pour un temps, mieux vaut condamner ces bras morts plutôt que de les laisser à l'abandon.

Autre voie d'économies, très peu exploitée, la récupération de l'énergie perdue. Grâce à des systèmes de récupération de calories sur les moteurs, par exemple. Ce type d'installation permet de gagner jusqu'à 10 % sur la facture finale. Seul inconvénient, le retour sur investissement de ces matériels, souvent de plusieurs années, séduit rarement les industriels.

3 assurez un suivi Global

« Un taux de fuites nul est utopique. 15 % c'est déjà très bien », affirme Marie-Christine Dorst. Pour autant, pas question de se contenter d'actions ponctuelles. Car les circuits d'air comprimé vieillissent sans cesse. « Il se crée deux à trois fuites par jour », commente Philippe Anselme de Dalkia.

Pour préserver les gains de sa démarche d'optimisation, il est donc capital d'assurer un suivi régulier de l'installation après ses modifications. En instaurant une chasse aux fuites annuelle, par exemple, à l'occasion des arrêts de maintenance programmés ou en intégrant les nettoyages et les changements de filtre aux opérations de maintenance préventive de l'atelier. Sur la plupart des sites dont il assure la gestion énergétique, Dalkia suit, sur un rythme généralement hebdomadaire, les consommations d'air. Pour cela, l'exploitant a installé des dispositifs de comptage de volume d'air consommé. De cette façon, « nous détectons facilement les surconsommations anormales et pouvons lancer des actions correctrices », assure Philippe Anselme. Une démarche applicable aux grands parcs, mais aussi aux installations plus modestes. En instrumentant les installations, Ifm Electronic propose notamment un débitmètre monté directement sur les canalisations qui affiche le débit instantané ou le volume d'air consommé par une ligne ou une machine isolée. L'astuce ? « Nous mesurons la consommation sur un cycle machine lorsqu'elle est neuve. Ensuite, cette mesure sert de référence pour détecter les dérives », explique Alain Klein, coordinateur grands comptes automobile de ce fournisseur de capteurs. Débit, pression, consommation électrique, point de rosée, niveau d'huile résiduelle, quantité de caractéristiques de l'air comprimé sont mesurables par des capteurs installés à demeure sur les réseaux. A condition de les utiliser car il y a quantité d'entreprises qui ont des compteurs qui dorment !

4 nommez des responsables et informez

Malgré les gains potentiels d'une optimisation, l'air comprimé demeure une énergie négligée. Exemple frappant : « lors d'une visite, j'ai trouvé sur les canalisations du client des étiquettes témoins de fuites posées un an auparavant ! », témoigne Gérard Plançon d'Atlas Copco. Principale cause de ce type de négligence, l'absence quasi systématique d'un responsable de l'air comprimé dans les entreprises. Cette partie de l'atelier est tantôt à la charge du responsable de production, tantôt sous la coupe du responsable de la maintenance, du service « énergie » ou même « environnement » dans les grandes entités. Autant de confusions qui freinent décisions et investissements...

Autre souci majeur, le manque cruel d'informations. Particulièrement avancée dans le domaine, la délégation Lorraine de l'Ademe a pris l'initiative en éditant à destination des entreprises une brochure de sensibilisation et un cahier des charges type pour le diagnostic. Elle prépare même la rédaction d'un auto-diagnostic regroupant les questions à se poser pour jauger de sa performance sur le plan énergétique et des préconisations pour optimiser sa consommation d'air comprimé. Un exemple à suivre...

Des mesures de bon sens

Enfin, pour conserver le bénéfice d'une campagne de réduction des consommations énergétiques, il est important de s'imposer de bonnes pratiques. « Il faut assurer une véritable discipline », affirme Philippe Anselme de Dalkia. Des efforts souvent minimes comme le fait de couper l'alimentation du réseau quand on ne produit pas, de débrancher un outil inutile, de fermer les robinets ou d'utiliser des outils et des composants moins voraces. Dans le cadre des actions d'amélioration continue dictées par les certifications ISO 14 000, l'air comprimé représente souvent un gisement de gains intéressant. Mais ces bonnes résolutions sont souvent difficiles à imposer. « Dans certaines entreprises, tout le personnel est impliqué dans les économies d'air comprimé, mais elles sont rares », regrette Marie-Christine Dorst à l'Ademe. En cause : « le manque de formation des personnels des ateliers », concluent en choeur les professionnels. Un phénomène amplifié par les départs en retraite ou les restructurations incessantes.

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