IND-UT-138 : la chaleur fatale convertie en électricité, 14,134 kWh cumac par kWh économisé

La voie habituelle de la récupération consiste à réutiliser la chaleur comme chaleur : préchauffer l’air d’un brûleur, chauffer un atelier, alimenter un réseau. C’est la plus efficace quand un besoin existe. Mais beaucoup de sites n’en ont pas, ou pas aux bonnes heures, ou pas à la bonne température. La chaleur part alors dans une cheminée ou une tour de refroidissement, et des ventilateurs ou des pompes consomment de l’électricité pour l’évacuer. La fiche IND-UT-138 répond à ce cas, et elle le dit en exigeant que l’étude justifie pourquoi l’électricité ou l’air comprimé sont préférés à la chaleur utile ou au froid, au regard des sites voisins et des réseaux de chaleur locaux.

La machine thermodynamique est le cœur du dispositif. En pratique, il s’agit le plus souvent d’un cycle organique de Rankine, dit ORC : un fluide à bas point d’ébullition est vaporisé par la chaleur récupérée dans l’échangeur, détendu dans une turbine qui entraîne un alternateur, puis condensé et renvoyé par une pompe. C’est le principe d’une centrale à vapeur adapté à des températures de quelques dizaines à quelques centaines de degrés. Pour l’air comprimé, la détente entraîne directement un compresseur, et la fiche convertit le débit produit en équivalent électrique : chaque Nm3/h compte pour 0,15 kW.

Le rendement de cette conversion est faible par nature : la thermodynamique le borne par l’écart entre la température de la source chaude et celle de la source froide. C’est pourquoi la fiche impose un rendement brut minimal indexé sur ces deux températures, et pourquoi chaque kilowatt électrique coûte beaucoup de kilowatts thermiques. Mais ces kilowatts thermiques étaient perdus. Chaque kWh électrique produit est un kWh que le site n’achète plus, net de ce que consomment les pompes et ventilateurs ajoutés : c’est exactement ce que mesure D × (Précup × η − Pconso).

Le bénéficiaire est l’exploitant d’un site industriel qui produit lui-même la chaleur fatale et consomme lui-même l’électricité ou l’air comprimé produits. La fiche exige que la chaleur soit générée par le site concerné et exclut la production destinée à la vente à un tiers : un ORC qui injecte sur le réseau ou alimente l’usine voisine sort du périmètre. La filière, elle, est indifférente : verrerie, fonderie, agroalimentaire, chimie, papeterie, traitement de surface.

La fiche ne fixe pas de puissance minimale, mais un plafond : les installations valorisant plus de 16 GWh de chaleur fatale prélevée par an sont exclues. Elle n’indique pas comment calculer cette quantité ; la lecture cohérente avec le reste du texte est Précup × D. Un gisement de 2 000 kW exploité 8 000 heures atteint exactement 16 GWh ; au-delà, l’opération ne relève plus de cette fiche.

Trois autres bornes : l’installation est réalisée par un professionnel ; les effluents d’un équipement de secours ne comptent pas ; et, comme pour toute opération CEE, l’acteur qui valorise les certificats doit être intervenu au plus tard le jour de l’engagement.

• Éligible : site industriel, chaleur fatale produite sur place à plus de 25 °C, conversion par échangeur et machine thermodynamique, production autoconsommée, chaleur prélevée inférieure ou égale à 16 GWh/an.
• Exclu : équipement de secours, électricité ou air comprimé vendus à un tiers, plus de 16 GWh/an prélevés, opération engagée à partir du 1er janvier 2030.
• Non cumulable sur la même opération avec IND-BA-112, IND-UT-103, IND-UT-117, IND-UT-118, IND-UT-137 et IND-UT-139.

Le volume de certificats vaut 14,134 × D × (Précup × η − Pconso), en kWh cumac. La parenthèse est une puissance électrique nette en kW : ce que la machine tire de la chaleur reçue, moins ce que les auxiliaires consomment en plus. Multipliée par D, elle donne l’économie annuelle en kWh ; multipliée par 14,134, elle devient le volume de certificats sur 20 ans.

Les quatre paramètres viennent de l’étude de dimensionnement, et le tableau ci-dessous reprend leur définition. Deux d’entre eux demandent de l’attention. D n’est pas le temps de marche de la source mais celui de la machine, déduit du rythme de la source et des arrêts de maintenance, ceux de la source comme ceux du système de récupération. Et η est un rendement brut, hors auxiliaires : pour l’air comprimé, le débit en Nm3/h multiplié par 0,15 remplace la production électrique au numérateur.

Deux points de lecture. Le point 5 écrit η « en % », mais la formule n’a de sens que si η entre comme une fraction : 12 % devient 0,12, et c’est ainsi que le point 3 obtient des économies annuelles en kWh. Le point 5 décrit aussi Pconso comme « la puissance électrique absorbée par les auxiliaires », alors que le point 3 et la condition de conformité de l’installation parlent de variation entre avant et après. La lecture cohérente est la variation : on retranche ce que l’opération ajoute en pompes et ventilateurs, pas ce qui tournait déjà. La fiche ne dit rien d’un Pconso négatif ; la lecture prudente est de le justifier dans l’étude plutôt que de le compter en bonus.

Les ordres de grandeur sont ceux de l’industrie lourde : des millions, parfois des dizaines de millions de kWh cumac pour une seule opération. Quatre cas posés étape par étape, avec des rendements d’illustration cohérents avec le niveau de température ; dans un dossier réel, ils viennent de l’étude et de la fiche technique de la machine.

Premier cas, un ORC sur les fumées d’un four de verrerie à 250 °C : Précup = 1 000 kW, η = 12 %, auxiliaires supplémentaires de 15 kW, D = 7 000 h. Brute : 1 000 × 0,12 = 120 kW. Nette : 120 − 15 = 105 kW. Annuel : 105 × 7 000 = 735 000 kWh. Certificats : 14,134 × 735 000 = 10 388 490 kWh cumac. Chaleur prélevée : 1 000 × 7 000 = 7 000 000 kWh, soit 7 GWh, sous le plafond.

Deuxième cas, de l’air comprimé à partir d’un sécheur : Précup = 400 kW, 300 Nm3/h produits, 5 kW absorbés par la machine. Équivalent électrique : 300 × 0,15 = 45 kW. Rendement brut : (45 − 5) / 400 = 10 %. Brute : 400 × 0,10 = 40 kW. Avec Pconso = 4 kW et D = 6 000 h : 40 − 4 = 36 kW, puis 36 × 6 000 = 216 000 kWh par an, et 14,134 × 216 000 = 3 052 944 kWh cumac.

Troisième cas, des eaux de refroidissement à 90 °C en continu : Précup = 1 500 kW, η = 6 %, Pconso = 25 kW, D = 8 000 h. Brute : 1 500 × 0,06 = 90 kW. Nette : 90 − 25 = 65 kW. Annuel : 65 × 8 000 = 520 000 kWh. Certificats : 14,134 × 520 000 = 7 349 680 kWh cumac. Les auxiliaires absorbent plus d’un quart de la production : sur une source tiède, la conception des pompes décide du montant.

Quatrième cas, une grande fonderie : Précup = 2 500 kW, η = 15 %, Pconso = 40 kW, D = 6 000 h. Brute : 2 500 × 0,15 = 375 kW. Nette : 375 − 40 = 335 kW. Annuel : 335 × 6 000 = 2 010 000 kWh. Certificats : 14,134 × 2 010 000 = 28 409 340 kWh cumac. Chaleur prélevée : 2 500 × 6 000 = 15 000 000 kWh, soit 15 GWh. À 8 000 heures, la même machine prélèverait 20 GWh et l’opération sortirait de la fiche : plus d’heures ne veut pas toujours dire plus de certificats.

Tout repose sur l’étude préalable de dimensionnement, établie, datée et signée par le professionnel ou un bureau d’études. La fiche en fixe le contenu en trois parties : identification de l’opération ; identification des équipements émetteurs et des auxiliaires, le gisement récupérable et la consommation des auxiliaires existants étant évalués sur l’historique des deux dernières années au moins, ou à défaut sur simulations ; validation du projet, avec la justification du choix électricité ou air comprimé, le dimensionnement de l’échangeur et de la machine, un plan de maintenance de l’échangeur si l’effluent est encrassant ou corrosif, le calcul des quatre paramètres et l’impact sur la facture énergétique. Les auxiliaires à ajouter y figurent aussi, y compris ceux qu’imposent les règles de dilution des effluents en sortie de machine.

La machine installée doit respecter η ≥ 0,1 × (1 − T source froide / T chaleur en entrée). La fiche ne précise pas l’unité des températures, et l’écart n’est pas anodin : en kelvins, lecture physiquement fondée, des fumées à 250 °C et une source froide à 25 °C donnent un seuil d’environ 4,3 % ; en degrés Celsius, 9 %. Pour le troisième cas, eaux à 90 °C et source froide à 20 °C, le seuil vaut environ 1,9 % en kelvins et 7,8 % en Celsius : la machine à 6 % passe dans la première lecture, pas dans la seconde. La lecture prudente est de faire figurer le calcul dans l’étude, avec l’unité et les deux températures, et de préférer sur une source tiède une machine qui passe dans les deux lectures.

Le système installé doit faire au moins aussi bien que l’étude, paramètre par paramètre : chaleur récupérée nominale au moins égale à Précup, production au moins égale, puissance absorbée par la machine au plus égale, rendement brut au moins égal, variation de consommation des auxiliaires au plus égale à Pconso. Le montant se calcule sur l’étude, et l’installation ne peut que la confirmer, jamais la rattraper. Enfin, des compteurs suivent la chaleur absorbée par la machine, l’électricité qu’elle absorbe, celle des auxiliaires et la production ; le bénéficiaire archive ces données en bilans mensuels et annuels pendant neuf ans à compter de l’achèvement, et s’engage à les transmettre à des fins statistiques et de contrôle, ou à la demande de l’agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie.

Le document justificatif spécifique est l’étude de dimensionnement, tenue à disposition par le bénéficiaire en cas de contrôle. La preuve de réalisation mentionne la mise en place d’un système de récupération de chaleur fatale pour conversion en électricité ou en air comprimé, avec la marque, la référence et la puissance de chaleur récupérée nominale des échangeurs, la puissance électrique absorbée nominale de la machine hors auxiliaires, la marque, la référence et la puissance des auxiliaires en distinguant préexistants et nouveaux, et la production électrique ou le volume d’air comprimé. À défaut, elle cite marques et références, et un document du fabricant apporte les mêmes puissances et la liste des auxiliaires à installer.

Un contrôleur recoupe trois jeux de chiffres : ceux de l’étude, ceux de la facture et des fiches fabricant, et ceux que les compteurs commencent à produire. Un écart dans le mauvais sens n’est pas un détail de rédaction : la fiche en fait une condition de délivrance.

• Étude absente, non signée, postérieure à l’engagement, ou muette sur l’un des quatre paramètres D, Précup, η et Pconso.
• Justification manquante du choix de l’électricité ou de l’air comprimé plutôt que de la chaleur utile ou du froid, ou gisement calculé sans historique de deux ans ni simulation.
• Rendement brut inférieur au seuil 0,1 × (1 − T froide / T chaude), ou seuil calculé sans indiquer l’unité des températures.
• Pconso compté comme la consommation totale des auxiliaires, ou oubli des auxiliaires imposés par les règles de dilution : dans les deux cas le montant est faux.
• Chaleur prélevée supérieure à 16 GWh par an, production vendue à un tiers, effluent d’un équipement de secours, ou cumul avec l’une des six fiches exclues.
• Installation qui ne tient pas l’étude : puissance récupérée ou production inférieures, puissance absorbée ou variation d’auxiliaires supérieures aux valeurs qui ont servi au calcul.
• Compteur manquant sur l’une des quatre grandeurs, ou facture sans les puissances nominales ni, à défaut, les marques et références complétées par un document du fabricant.
• Mandataire ou obligé intervenu après la commande : le rôle actif et incitatif doit être établi au plus tard le jour de l’engagement.