Raphael La chaleur fatale industrielle : un gisement d’énergie sous-exploité
Dans le contexte actuel de transition énergétique et de réduction des émissions de gaz à effet de serre, la valorisation de la chaleur fatale issue des procédés industriels apparaît comme une opportunité majeure. Cette chaleur, souvent perdue dans l’environnement sans être utilisée, provient principalement des équipements de production, des fours, des systèmes de refroidissement ou encore des cheminées industrielles. Elle peut représenter entre 20 % et 50 % de l’énergie consommée dans certaines unités industrielles.
Recueillir et réutiliser cette chaleur permettrait non seulement de réduire les coûts énergétiques pour les industriels, mais aussi de limiter leur impact environnemental. Cependant, les solutions classiques de récupération thermique restent parfois limitées, notamment en hauteur de température, en continuité de flux et en adaptabilité aux besoins. C’est dans ce cadre que les systèmes solaires hybrides (SHS) représentent une piste prometteuse pour amplifier l’efficacité de la récupération thermique et en augmenter le potentiel global.
Les systèmes solaires hybrides : une technologie en plein essor
Les systèmes solaires hybrides combinent des technologies thermiques (solaire thermique, généralement à concentration) et photovoltaïques, permettant de capter simultanément la chaleur et l’électricité issues du rayonnement solaire. Ce double apport énergétique en fait une solution particulièrement pertinente dans une optique industrielle, où les besoins sont souvent à la fois thermiques et électriques.
Au-delà de la simple addition des productions, ces systèmes peuvent être intelligemment intégrés dans les chaînes de chaleur industrielle pour pallier les intermissions de flux calorifique liées à la chaleur fatale. Par exemple, en cas de baisse de la chaleur récupérable sur un équipement industriel (à cause d’une réduction de l’activité ou d’un arrêt ponctuel), l’apport solaire peut prendre le relais et maintenir la fourniture énergétique.
De plus, ces systèmes peuvent être conçus pour fonctionner en synergie : la chaleur produite par le solaire thermique peut être stockée dans des réservoirs ou transférée dans des échangeurs thermiques, tandis que le photovoltaïque alimente les pompes et systèmes de contrôle énergétique. Cette approche intégrée permet d’optimiser la gestion énergétique en continu.
Combiner récupération de chaleur fatale et solaire hybride : une synergie gagnante
Associer un système de récupération de chaleur fatale à un système solaire hybride permet de dépasser les contraintes inhérentes à chaque technologie lorsqu’elles sont utilisées individuellement. Cette combinaison peut générer des bénéfices significatifs dans les secteurs gourmands en énergie thermique tels que :
- la sidérurgie et la métallurgie, où la chaleur rejetée est souvent à haute température ;
- l’agroalimentaire, où de nombreuses étapes nécessitent de la chaleur à moyenne ou basse température ;
- la chimie fine et la pharmaceutique, avec des profils énergétiques variables et une exigence de stabilité ;
- le textile, l’industrie du ciment ou du verre, qui produisent des flux thermiques intermittents ;
Dans ces applications, les systèmes hybrides peuvent être dimensionnés pour maximiser la récupération de chaleur lorsqu’elle est disponible, tout en garantissant une continuité de service grâce à l’apport solaire. Cela permet également une montée en température plus rapide ou un maintien à température sur des processus critiques.
Afin de maximiser leur efficacité, ces installations doivent intégrer des unités de stockage thermique (type PCM ou stockage sensible) permettant de lisser les apports énergétiques et de garantir une production stable sur le temps, même en l’absence de soleil ou de chaleur fatale.
Aspects techniques et défis d’intégration dans l’industrie
L’intégration conjointe de systèmes de récupération de chaleur fatale et de dispositifs solaires hybrides dans un environnement industriel repose sur plusieurs prérequis techniques et organisationnels. Avant tout, une analyse fine des flux énergétiques doit être réalisée, afin de :
- cartographier les sources de chaleur disponibles : température, débit, variabilité, distance ;
- identifier les besoins thermiques et électriques de l’installation ;
- dimensionner correctement les systèmes de récupération, de stockage et de distribution de chaleur ;
- choisir les technologies solaires les plus adaptées (panneaux photovoltaïques, capteurs à concentration, PVT, etc.) ;
L’un des principaux défis reste l’intermittence des sources – qu’il s’agisse des flux de chaleur fatale oscillants en fonction de la production, ou du rayonnement solaire soumis aux conditions météorologiques. Pour y répondre, la modélisation énergétique complexe via des outils numériques avancés (jumeaux numériques, simulations thermo-énergétiques dynamiques) est indispensable.
Par ailleurs, des dispositifs de commande optimisés (systèmes SCADA ou EMS intelligents) sont nécessaires pour piloter en temps réel le mix énergétique, activer le stockage thermique, contrôler les débordements de chaleur et répartir l’énergie de façon optimale entre les consommateurs (chauffage de chaudière, process de pasteurisation, préchauffage de fluides industriels…).
Avantages économiques et environnementaux
En réunissant deux sources d’énergie gratuites – chaleur fatale et rayonnement solaire – les systèmes hybrides de récupération permettent de réduire significativement la facture énergétique. Dans les industries à forte dépense thermique, les économies peuvent rapidement atteindre 20 % à 40 % des coûts liés à l’énergie.
Ils permettent en outre de stabiliser la dépendance aux combustibles fossiles, dont les prix sont volatils, et d’améliorer les indicateurs de performance environnementale (bilan carbone, ratios d’efficacité énergétique). L’installation de telles solutions peut également rendre les entreprises éligibles à divers dispositifs de financement ou de subvention, dans le cadre de politiques de transition énergétique industrielle (Certificats d’Économie d’Énergie, appels à projet ADEME, Plan France 2030…).
Du point de vue environnemental, ces systèmes minimisent les pertes énergétiques, réduisent les émissions de CO₂ et participent activement à l’effort collectif pour la décarbonation de l’industrie. Ils présentent aussi un atout en matière d’économie circulaire, en réutilisant une énergie considérée jusqu’ici comme un déchet.
Perspectives d’optimisation et innovations futures
Pour maximiser les performances de ces systèmes combinés, plusieurs axes de recherche sont actuellement explorés :
- le développement de nouveaux matériaux pour les capteurs solaires et les échangeurs de chaleur, augmentant le rendement global ;
- le perfectionnement des algorithmes de pilotage basés sur l’intelligence artificielle et la prédiction météorologique ;
- la création de systèmes modulaires et évolutifs, facilement interfaçables avec des unités industrielles existantes ;
- le recours aux réseaux thermiques intelligents, permettant la mutualisation entre plusieurs sites ou entreprises ;
L’industrie 4.0 offre aussi un environnement favorable à la mise en œuvre de ces synergies grâce à l’introduction du monitoring énergétique en temps réel, de la maintenance prédictive et de l’automatisation. À terme, la production énergétique industrielle pourrait devenir flexible, interconnectée et largement basée sur l’autoproduction décarbonée.
Alors que la pression réglementaire et les attentes sociétales se font de plus en plus fortes, les entreprises industrielles ont aujourd’hui tout à gagner à adopter ces innovations. En conjuguant récupération de chaleur fatale et solaire hybride, elles se donnent les moyens d’être à la fois plus compétitives, plus sobres et plus résilientes face aux changements énergétiques à venir.
