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Air comprimé, la quête du rendement

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Enquête Dans l’industrie, les circuits d’air comprimé sont omniprésents. Au point que l’on en oublie parfois de s’interroger sur leur réelle efficacité.

Air comprimé, la quête du rendement
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© Un variateur de vitesse fait économiser en moyenne 50 % d’énergie.

Pour actionner, soulever, souffler, emballer, peindre, sabler… de quoi ont besoin tous les ateliers ? D’air. Le poste d’air comprimé est un indispensable de l’industrie. C’est l’un des principaux fluides utilisés dans les usines, avec l’eau et le gaz. Et il concurrence l’électricité dans de nombreux domaines. Pourtant, on ne peut le considérer comme une énergie primaire, contrairement à l’électricité et au gaz, des utilités livrées par des fournisseurs sur les lieux de production et exploitables directement. L’air comprimé, même s’il profite de l’atmosphère ambiante, doit être produit par des compresseurs. Hormis les machines de chantier utilisant des moteurs thermiques, ils sont eux-mêmes alimentés en électricité. Et la consommation est loin d’être insignifiante. C’est là que le bât blesse. « Si l’air comprimé est présent dans 90 % des ateliers, c’est l’une des utilités les moins performantes de l’usine », souligne Olivier Barrault, le président du groupe Utilities Performance (audit et ingénierie en efficacité énergétique et optimisation du cycle de l’eau) et coauteur d’un guide sur l’air comprimé. Si, au départ, l’investissement dans un système est relativement modeste par rapport aux autres solutions de puissance existantes, en comptant l’équipement en auxiliaires de la centrale et les coûts d’exploitation de l’installation globale, grevés par les fuites, le bilan économique s’assombrit fortement. L’enjeu est donc d’augmenter le rendement des installations.

Des pertes trop élevées

Quelle que soit la technique, il est couramment admis que, sur la durée de vie d’un appareil, 70 % des coûts de production de l’air comprimé sont liés à sa consommation en électricité. Et l’efficacité des installations est souvent médiocre. « Un système d’air comprimé ne dégage au réel que 10 à 12 % d’énergie utile », explique Olivier Barrault. À l’instar des ampoules à incandescence, le reste est dissipé en chaleur et en pertes dans le réseau. Des pistes d’amélioration existent, tant au niveau des utilisateurs que des constructeurs. C’est en premier lieu au niveau des utilisateurs finaux que les gains en rendement et donc en économie d’énergie peuvent être les plus substantiels. Car un réseau, avec ses vannes, raccords, débitmètres, filtres, régulateurs, lubrificateurs, purgeurs… est un facteur inhérent de pertes de charge (frottements dans les conduites et au passage des équipements) et génère immanquablement des fuites. Celles-ci représentent une part importante du débit à fournir par les compresseurs et montent à 20 ou 30 %. « Le taux de fuite peut même dépasser 50 % », déplore le président d’Utilities Performance. Le problème, c’est qu’elles n’empêchent pas les ateliers de fonctionner, sont difficiles à isoler de la consommation normale des procédés et passent donc souvent au second plan de la maintenance.

En premier lieu, il faut privilégier la détection auditive des fuites pendant les arrêts de production, lorsque cesse le bruit de fond, et veiller au remplacement ou au resserrage des composants défectueux lors des opérations de maintenance. Mais aussi en dehors de ces périodes, lorsque celles-ci sont trop espacées. Une détection de débits anormaux peut également être effectuée à l’aide d’équipements ultrasoniques. Dans tous les cas, l’action sur les fuites doit être l’affaire de tous et pas seulement des équipes de maintenance ou des services généraux. Elles sont génératrices d’une pollution sonore non négligeable dans l’usine et participent à la détérioration de la qualité de l’air ambiant. Car l’air comprimé véhicule tout ce que contient l’air aspiré – poussières, germes, eau – et tout ce que le processus de compression peut nécessiter (surtout de l’huile).

Généraliser les variateurs

Dans les installations existantes, même récentes, « les outils de mesure sont le plus souvent insuffisants, regrette Olivier Barrault. Ils sont pourtant indispensables à tout diagnostic pour repérer les fuites ». Quatre à cinq indicateurs sont essentiels pour évaluer la performance d’une installation : la consommation électrique des compresseurs, la pression relative de l’air comprimé, le débit corrigé en sortie de centrale et le point de rosée de l’air comprimé. La teneur en huile et en poussière peut être un indicateur essentiel dans certains secteurs comme l’agroalimentaire et l’électronique. L’instrumentation doit donc être suffisamment élaborée, fiable et positionnée au bon endroit, afin de ne pas se cantonner à des mesures ponctuelles. Les campagnes de relevés ponctuels peuvent donner une certaine idée des grandeurs en jeu et les relevés périodiques permettent de quantifier des écarts et de déceler des tendances. Mais seule une démarche de mesurage en continu, avec une forte fréquence d’acquisition des données, permettra d’évaluer réellement le rendement de l’installation et l’utilisation de l’énergie disponible, et donc de réduire les pertes.

Au niveau des fabricants et des installateurs, la conception des installations nouvelles ou l’amélioration de l’existant doivent être pensées en amont. Architecture, dimensionnement, équipements doivent être définis avec minutie. « On doit se demander ce que l’on veut faire avec l’air comprimé, Est-il utile partout ? », indique Olivier Barrault. Chez nombre de fabricants, la recherche de gains en consommation passe par la généralisation des variateurs. Un grand spécialiste suédois vient d’étendre à ses modèles plus puissants la technique de la variation de vitesse lancée sur une partie de sa gamme il y a trois ans. Adaptant automatiquement la vitesse du moteur à la demande d’air du circuit, cette technologie permet d’économiser 50 % d’énergie en moyenne par rapport à la compression conventionnelle. Régulation, moteurs électriques aux normes IE3 à haut rendement, travail sur les rotors et les transmissions, optimisation du refroidissement, les fabricants innovent et les équipements s’améliorent constamment.

Un réseau d’air comprimé est donc incontournable dans la plupart des process, mais pour qu’il soit pertinent de bout en bout, son rendement doit être évalué en permanence. Avec à la clé une mine d’économie réalisable pour peu que l’on prenne bien conscience que, en dépit des apparences, c’est une énergie coûteuse à produire. 

Le Gouessant chasse les fuites

En 2007, la coopérative Le Gouessant, avec ses 7 usines de production d’alimentation pour le bétail, décide d’optimiser le rendement de ses installations. L’enjeu est de taille : pour produire 850 000 tonnes d’aliments par an, la facture énergétique atteint 5 millions d’euros. « La campagne de diagnostic instrumentée sur les équipements d’air comprimé était sans appel. Le taux de fuite atteignait 40 % », indique Antoine Bureau, ingénieur de projet efficacité énergétique. En 2010, la centrale d’un premier site est refaite. Compteurs électriques, débitmètres et diaphragmes sont installés, ainsi qu’un compresseur à vitesse variable moins puissant et un système de séchage de l’air par régénération externe avec des billes d’alumine. « Après la création d’une boucle pour équilibrer le réseau, la pose de capteurs pour analyser en temps réel le colmatage des filtres, celle de vannes asservies à la demande des différents postes et la mise en place d’indicateurs de suivi hebdomadaire, le taux de fuite a baissé à 16 % », souligne Antoine Bureau. Aujourd’hui, trois sites ont été rénovés et ont réduit leur consommation d’électricité de 50 %. 

Un poste dispendieux

  • 90 % des usines équipées
  • 70 % du coût d’utilisationdû à l’électricité
  • 10 à 12 % d’énergie utile
  • 30 % de taux de fuite moyen

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