AGRI-UT-102 : variateur de vitesse sur moteur agricole, jusqu’à 19 600 kWh cumac par kW

Un moteur asynchrone, aussi appelé moteur à induction, est le moteur électrique le plus répandu au monde. Branché directement sur le réseau, il tourne à une vitesse quasiment fixe, dictée par la fréquence du courant : un moteur conçu pour 1 500 tours par minute tournera toujours autour de 1 500 tours par minute, qu’on ait besoin de tout son débit ou du quart. Pour ajuster ce débit, les installations classiques brident le moteur de l’extérieur : une vanne qui étrangle la pompe, un registre qui freine l’air du ventilateur, ou une régulation en tout ou rien qui enchaîne les démarrages et les arrêts. Dans tous ces cas, le moteur dépense la même énergie et une partie est perdue dans l’obstacle.

Le variateur électronique de vitesse change la fréquence du courant envoyé au moteur, et donc sa vitesse de rotation. Au lieu de freiner un moteur qui tourne trop vite, on le fait tourner juste à la vitesse nécessaire. Pour les pompes et les ventilateurs centrifuges, la physique est très favorable : la puissance absorbée varie comme le cube de la vitesse. Un ventilateur ramené à 80 % de sa vitesse n’absorbe en théorie que 0,8 × 0,8 × 0,8, soit environ 51 % de sa puissance. À 50 % de vitesse, il n’en absorbe plus qu’un huitième. Le gain est d’autant plus grand que le moteur passe du temps à vitesse réduite.

C’est ce temps à charge partielle qui explique l’écart entre les lignes du barème. Un ventilateur de bâtiment d’élevage fonctionne toute l’année, jour et nuit, et le besoin de renouvellement d’air varie en permanence avec la température extérieure et l’occupation des animaux : la vitesse réduite est la règle, la pleine vitesse l’exception. Une pompe d’irrigation, à l’inverse, ne tourne que quelques mois par an et souvent près de son point nominal. Entre les deux, la pompe à vide d’une salle de traite tourne à pleine vitesse pendant toute la traite alors que le vide réellement consommé fluctue au rythme des branchements et débranchements des griffes : le variateur l’adapte à la demande. La fiche ne détaille pas ces hypothèses, mais elles éclairent pourquoi un kilowatt de ventilation d’élevage vaut plus de douze fois un kilowatt d’irrigation.

Le variateur apporte aussi des bénéfices que le barème ne compte pas : démarrages progressifs qui ménagent les courroies et les roulements, bruit réduit à vitesse basse, régulation plus fine du climat dans un bâtiment ou une serre. Pour un éleveur, c’est souvent la qualité d’ambiance qui motive l’investissement, les certificats venant alléger la note.

La fiche s’adresse à toute exploitation agricole qui fait tourner des moteurs asynchrones : élevages de volailles, de porcs ou de bovins pour la ventilation des bâtiments, exploitations laitières pour la pompe à vide de la salle de traite, serristes pour la ventilation et le chauffage de la serre, irrigants pour les pompes. Les installateurs en électricité agricole et les fabricants de ventilation d’élevage sont concernés au premier chef, puisque la mise en place doit être réalisée par un professionnel : un éleveur qui câble lui-même un variateur acheté sur catalogue n’ouvre aucun droit.

Le moteur peut être existant ou neuf. Dans le premier cas, il doit être dépourvu de variateur au moment de l’opération : remplacer un variateur par un autre ne crée pas d’économie, donc pas de certificats. Dans le second cas, un ventilateur neuf livré avec son variateur entre dans le champ de la fiche, sous réserve de l’exclusion qui suit.

Cette exclusion est le point qui fait trébucher le plus de dossiers. La fiche écarte tout moteur de classe IE2, au sens du règlement européen sur les moteurs qu’elle cite, lorsqu’il a été acheté entre le 1er janvier 2015 et le 31 décembre 2016 avec une puissance nominale comprise entre 7,5 kW inclus et 375 kW inclus, ou acheté à partir du 1er janvier 2017 avec une puissance nominale comprise entre 0,75 kW inclus et 375 kW inclus. La logique est celle de l’additionnalité : la fiche considère qu’un variateur sur ces moteurs-là ne produit pas d’économie supplémentaire par rapport à ce qui est attendu d’eux. En pratique, cela revient à dire qu’un moteur IE2 acheté depuis 2017 est exclu dès 0,75 kW, ce qui couvre la quasi-totalité des moteurs d’une ferme.

Deux informations permettent de trancher : la classe de rendement, gravée sur la plaque signalétique du moteur sous la forme IE1, IE2, IE3 ou IE4, et la date d’achat, qui ressort de la facture du moteur ou de l’équipement qui le porte. Un moteur IE1 ancien, un moteur IE3 ou IE4, ou un moteur IE2 acheté avant 2015 ne sont pas visés par cette exclusion. Quand la plaque est illisible ou absente, la fiche admet un document du fabricant pour la puissance, mais la classe doit pouvoir être établie de la même façon.

Enfin, comme pour toute opération CEE, le rôle du mandataire ou de l’obligé doit être établi au plus tard le jour de l’engagement, en pratique la signature du devis. Un variateur déjà commandé avant tout contact ne peut plus être valorisé.

• Éligible : moteur asynchrone existant sans variateur, ou moteur neuf, de puissance nominale inférieure ou égale à 3 MW, équipé par un professionnel.
• Exclu : moteur IE2 acheté entre le 1er janvier 2015 et le 31 décembre 2016 si sa puissance est comprise entre 7,5 kW et 375 kW inclus.
• Exclu : moteur IE2 acheté à partir du 1er janvier 2017 si sa puissance est comprise entre 0,75 kW et 375 kW inclus.
• Exclu : moteur déjà équipé d’un variateur, remplacement d’un variateur par un autre.

La formule tient en une multiplication : montant unitaire de la ligne d’application, en kWh cumac par kW, multiplié par P, la puissance nominale du moteur en kW. Pas de zone climatique, pas de tranche de puissance, pas de coefficient d’usage. Les deux seules questions à se poser sont : quelle application, et quelle puissance.

L’application se lit dans ce que le moteur entraîne, pas dans le bâtiment où il se trouve. La fiche distingue six cas. Le ventilateur de bâtiment d’élevage est la ligne la plus haute, à 19 600 kWh cumac par kW. La ventilation d’une serre vaut 11 500. Le chauffage d’une serre, c’est-à-dire les pompes de circulation du réseau d’eau chaude et le ventilateur du brûleur, vaut 7 700. La pompe à vide d’une salle de traite vaut 2 800. La pompe d’irrigation vaut 1 600. Tout ce qui n’entre dans aucune de ces cinq lignes relève des autres applications, à 2 300 : convoyeurs, vis de distribution d’aliment, broyeurs, pompes de lisier, extracteurs de stockage de grain.

La puissance P est celle inscrite sur la plaque signalétique du moteur. À défaut, la fiche admet un document issu du fabricant du moteur. Ce n’est donc ni la puissance du variateur, qui est souvent choisie un cran au-dessus du moteur pour garder de la marge, ni la puissance absorbée mesurée en fonctionnement, ni la puissance de l’ensemble ventilateur ou pompe lue sur une documentation commerciale. Une plaque qui indique 1,1 kW donne P = 1,1 kW, point final.

Quand l’opération équipe plusieurs moteurs de caractéristiques identiques, la fiche prévoit d’additionner leurs puissances nominales, par type d’application, avant de multiplier. Un bâtiment avec dix ventilateurs identiques de 0,75 kW se calcule donc sur 7,5 kW, et non ventilateur par ventilateur. Si la même opération concerne aussi la pompe à vide de la salle de traite, celle-ci fait l’objet de sa propre ligne, à son propre tarif, et les deux résultats s’additionnent ensuite.

Les puissances en jeu sur une ferme sont modestes, souvent inférieures à 10 kW par application, et les montants le sont aussi au regard des fiches de serre chauffée au mètre carré. Mais la hiérarchie du barème réserve des surprises : un petit moteur bien placé vaut plus qu’un gros moteur mal placé. Posons les calculs sur quatre situations courantes.

Premier cas, un bâtiment de volailles équipé de huit ventilateurs identiques dont les moteurs affichent 1,1 kW sur leur plaque. La puissance à retenir est 8 × 1,1 = 8,8 kW. Le montant est 19 600 × 8,8 = 172 480 kWh cumac, soit environ 172 MWh cumac. C’est la configuration la plus rentable du barème, et l’une des plus fréquentes dans les élevages hors-sol.

Deuxième cas, une serre équipée de quatre ventilateurs de brassage d’air de 1,5 kW chacun, soit 4 × 1,5 = 6 kW. La ligne applicable est la ventilation d’une serre : 11 500 × 6 = 69 000 kWh cumac. Si la même opération pose aussi un variateur sur la pompe de circulation du chauffage de 7,5 kW et sur le ventilateur du brûleur de 4 kW, cette seconde partie relève du chauffage d’une serre : 7,5 + 4 = 11,5 kW, et 7 700 × 11,5 = 88 550 kWh cumac. Les deux lignes additionnées donnent 69 000 + 88 550 = 157 550 kWh cumac pour l’ensemble.

Troisième cas, une exploitation laitière qui équipe la pompe à vide de sa salle de traite, moteur de 5,5 kW : 2 800 × 5,5 = 15 400 kWh cumac. Le volume est faible, mais l’opération est simple et le confort de traite y gagne nettement. Si la même exploitation équipe aussi six ventilateurs de 0,75 kW dans la stabulation, soit 4,5 kW, la ligne élevage ajoute 19 600 × 4,5 = 88 200 kWh cumac, pour un total de 15 400 + 88 200 = 103 600 kWh cumac.

Quatrième cas, une pompe d’irrigation de 45 kW : 1 600 × 45 = 72 000 kWh cumac. C’est le moteur le plus puissant des quatre exemples, cinq fois plus que les ventilateurs de volailles du premier cas, et il rapporte pourtant moins de la moitié des certificats : 72 000 contre 172 480. L’irrigation n’est pas une mauvaise opération, mais elle se justifie d’abord par l’économie d’électricité et la souplesse de régulation, les certificats restant secondaires.

• Élevage, 8 ventilateurs de 1,1 kW : P = 8,8 kW, 19 600 × 8,8 = 172 480 kWh cumac.
• Serre, ventilation 4 × 1,5 kW : P = 6 kW, 11 500 × 6 = 69 000 kWh cumac.
• Serre, chauffage, pompe 7,5 kW + ventilateur de brûleur 4 kW : P = 11,5 kW, 7 700 × 11,5 = 88 550 kWh cumac.
• Salle de traite, pompe à vide 5,5 kW : 2 800 × 5,5 = 15 400 kWh cumac.
• Irrigation, pompe 45 kW : 1 600 × 45 = 72 000 kWh cumac.

La fiche est sobre en exigences techniques. Elle n’impose ni classe de rendement au variateur, ni mode de régulation, ni sonde de température ou d’hygrométrie, ni pilotage par un automate. Elle ne fixe pas non plus de puissance minimale : un moteur de 0,55 kW est dans le champ comme un moteur de 55 kW. Cette sobriété reporte tout le poids du dossier sur trois points : la qualité de professionnel de l’installateur, la nature du matériel posé, et la rédaction de la preuve de réalisation.

La preuve de réalisation, en pratique la facture, doit mentionner la mise en place d’un système de variation électronique de vitesse. Une facture qui indique seulement un modèle de ventilateur ou un coffret électrique, sans que le mot variateur ou variation de vitesse n’apparaisse, ne satisfait pas la fiche telle quelle.

La fiche prévoit une voie de rattrapage. Si la facture ne qualifie pas le matériel, elle doit au moins mentionner la mise en place d’un équipement avec sa marque et sa référence, et être complétée par un document issu du fabricant indiquant que l’équipement de cette marque et de cette référence est un système de variation électronique de vitesse. Une fiche technique du fabricant où la référence exacte apparaît avec sa fonction de variateur de fréquence remplit ce rôle. Une plaquette générique sur la gamme ne suffit pas si la référence posée n’y figure pas.

Deux éléments ne sont pas exigés par la fiche pour le calcul mais sont indispensables pour le défendre : la lecture de la plaque signalétique de chaque moteur équipé, qui établit la puissance nominale et la classe IE, et le rattachement de chaque moteur à une application du barème. Une photo de plaque par moteur, prise le jour de la pose, règle les deux questions en même temps et coûte quelques secondes.

Avec un barème dont la ligne la plus haute vaut plus de douze fois la plus basse, l’attention du contrôle se porte naturellement sur la qualification de l’application. Déclarer en ventilateur de bâtiment d’élevage un moteur qui entraîne en réalité un convoyeur, un broyeur ou l’extracteur d’un silo revient à multiplier le montant par plus de huit, puisque 19 600 divisé par 2 300 donne environ 8,5. C’est le premier motif de redressement prévisible, et il se repère facilement sur place.

Le second motif tient au moteur lui-même. La fiche demande un moteur asynchrone, et exclut les IE2 achetés dans les périodes et plages de puissance qu’elle précise. Un ventilateur neuf dont le moteur est de classe IE2 avec une puissance de 1,1 kW tombe dans l’exclusion dès lors qu’il a été acheté à partir de 2017, variateur ou pas. Il faut lire la plaque avant de signer, pas après la pose.

Le bon réflexe consiste à constituer le dossier avant la commande : relever la plaque de chaque moteur, vérifier la classe IE et la date d’achat, rattacher chaque moteur à sa ligne du barème, demander à l’installateur que son devis et sa facture mentionnent expressément la variation électronique de vitesse avec la marque et la référence du variateur, et conserver la fiche technique correspondante. Quand ces points sont calés, le calcul tient en une ligne et le dossier résiste au contrôle.

• Application surclassée : moteur d’une autre application déclaré en ventilation d’élevage ou de serre pour obtenir le tarif supérieur.
• Moteur IE2 exclu : acheté entre 2015 et 2016 avec une puissance entre 7,5 kW et 375 kW, ou acheté à partir de 2017 avec une puissance entre 0,75 kW et 375 kW.
• Moteur déjà équipé d’un variateur avant l’opération : aucune économie nouvelle, aucun certificat.
• Puissance P tirée du variateur, d’une documentation commerciale ou d’une mesure, au lieu de la plaque signalétique du moteur ou d’un document du fabricant du moteur.
• Facture qui ne mentionne ni la variation électronique de vitesse, ni la marque et la référence complétées par un document du fabricant.
• Moteurs de puissances différentes additionnés comme s’ils étaient identiques, ou applications différentes fusionnées sous un seul tarif.
• Installation réalisée par l’exploitant lui-même, ou mandataire intervenu après la signature du devis.