Même sans autres pressions, la hausse des coûts à elle seule exigerait notre attention ; ces dernières années, le prix de l’électricité a augmenté en moyenne de 5 à 10 % par an. Cependant, de nombreux procédés industriels ont été conçus à une époque où les impératifs de réduction des émissions de gaz à effet de serre et d’optimisation de l’énergie consommée ne s’étaient pas encore concrétisés.
Il n'est donc pas surprenant que de nombreux procédés de fabrication fassent l'objet d'efforts pour réduire significativement la consommation d'énergie sans incidence sur la productivité ni la qualité des produits. Dans certains cas, ces économies peuvent être réalisées par une simple inspection ; par exemple, certains moteurs ou éléments chauffants peuvent fonctionner en continu alors qu'ils ne sont nécessaires que pour une partie du cycle de production. D'autres réductions potentielles sont moins évidentes et ne se révèlent qu'après une étude approfondie des procédés utilisés. Une compréhension précise du comportement de tout système est fondamentale pour son contrôle, ce qui implique d'effectuer des mesures. Le physicien du XIXe siècle, Lord Kelvin, a prononcé une phrase devenue célèbre : « On ne peut améliorer ce que l'on ne mesure pas. » Il est peut-être surprenant que les procédés énergivores soient relativement peu mesurés. De nouvelles réglementations du bâtiment dans de nombreux pays introduiront des normes plus strictes en matière de suivi énergétique, mais les installations existantes – dont beaucoup seront encore utilisées pendant de nombreuses années – ne disposeront pas de cette infrastructure. (
Production de réservoirs de carburant pour automobiles.)
La maîtrise des coûts énergétiques était une priorité pour INERGY Automotive Systems, fabricant de composants et de systèmes automobiles, lorsque l'entreprise a lancé en 2008 un programme d'optimisation et de réduction de sa consommation d'énergie, dans le cadre de sa stratégie de développement durable. INERGY est le leader mondial du développement et de la fabrication de systèmes d'alimentation en carburant, notamment de réservoirs de carburant en plastique de pointe. Fondée en 2000 sous la forme d'une coentreprise regroupant les activités systèmes d'alimentation en carburant de Plastic Omnium et de Solvay SA, l'entreprise est aujourd'hui le principal fournisseur de rang 1 de systèmes d'alimentation en carburant en plastique pour les grands constructeurs automobiles. Basée à Paris, INERGY Automotive Systems emploie environ 4 000 personnes dans le monde et possède 24 sites de production répartis dans 18 pays. En 2009, INERGY a fabriqué 9 millions de systèmes d'alimentation en carburant pour les principaux constructeurs automobiles du monde et a réalisé un chiffre d'affaires de 900 millions d'euros.
Le projet INeco (INERGY Energy Consumption Optimization) a été créé pour améliorer l'efficacité énergétique du groupe, dont la consommation totale avoisine les 228 000 mégawattheures d'électricité. La quasi-totalité de l'énergie consommée par l'entreprise est de l'électricité, soit l'équivalent de la consommation d'une ville européenne de 60 000 habitants. Le projet INeco est piloté par Stéphane Duval et Joseph Brossard. Une première étape a consisté à réaliser une série d'audits énergétiques des principaux processus de fabrication des usines INERGY, en commençant par celle de Pfastatt, en France.
Le premier audit, mené en 2009, visait à recueillir des informations détaillées sur la consommation énergétique sur une période de trois semaines, à analyser les données et à utiliser les résultats pour élaborer des plans d'action. Chaque usine disposait déjà de compteurs électriques au point de raccordement au réseau pour la facturation, mais une solution de comptage auxiliaire était nécessaire pour obtenir instantanément les données relatives à chaque machine et à chaque processus. La nature du projet nécessitait une installation temporaire pour réaliser un audit énergétique dans une usine existante ; par conséquent, son installation et son démontage devaient être simples et rapides.
Installation du système de surveillance :
Initialement, une solution filaire traditionnelle a été envisagée, mais son installation s'est avérée excessivement complexe et coûteuse compte tenu des délais serrés. Peu de solutions de mesure prêtes à l'emploi étaient disponibles, et le Wi-LEM de LEM, le compteur d'énergie local sans fil, s'est révélé être la seule option viable. Les nœuds de mesure d'énergie Wi-LEM sont des transducteurs de courant à noyau divisé qui peuvent être fixés autour d'un conducteur sans nécessiter de déconnexion, pour les installations de capteurs de courant en boucle continue ou en ligne. Ils offrent à INERGY la liberté d'installer le nœud de mesure au point d'accès le plus pratique dans chaque armoire électrique, et surtout, le système ne nécessite aucune interruption de service. Malgré leur simplicité d'installation, les nœuds de mesure du système dépassent les exigences de la norme CEI 62053-21 en matière de précision de mesure d'énergie, atteignant une précision de 1 % ou mieux.
Le terme « sans fil » dans Wi-LEM fait référence à sa transmission de données via un réseau maillé sans fil. Ceci offre un double avantage : le fonctionnement sans fil élimine tout câblage nécessaire pour les installations temporaires ; et le terme « maillé » indique que le réseau sans fil de collecte de données entre le nœud de mesure et le point central de collecte fonctionne de manière autonome. LEM utilise un protocole industriel hautement fiable, basé sur la norme de réseau maillé IEEE 802.15.4, pour garantir la transmission des données. Son installation sans fil ne signifie pas que le système ne convient qu'aux installations temporaires. De nombreux utilisateurs souhaiteront réaliser une étude détaillée de leur consommation d'énergie en installant des dispositifs de surveillance à long terme sur des nœuds clés afin de garantir des économies continues et d'éviter la récurrence des gaspillages d'énergie. Conformes aux normes les plus exigeantes en matière d'installation de systèmes de collecte de données en usine, ces réseaux maillés sans fil robustes sont également parfaitement adaptés à une utilisation à long terme. Selon Joseph Brossard, responsable de l'approvisionnement et des économies d'énergie chez INERGY, le système est « très rapide et facile à installer, et la solution mobile était essentielle pour nous. ».
En septembre 2009, le premier réseau temporaire Wi-LEM, composé de 40 points de mesure, a été installé à l'usine Pfastatt. Une configuration triphasée en triangle, avec une plage de mesure allant jusqu'à 2 000 A, a été utilisée pour cette installation. Ces capteurs utilisent les bobines Rogowski de LEM, caractérisées par leur technologie de boucle parfaite sans discontinuité de fermeture. La fréquence de mesure pour cet essai initial a été fixée à 240 valeurs de courant par jour pendant trois semaines, générant ainsi un ensemble de données conséquent : plus de 200 000 valeurs instantanées. L'équipe INERGY a ensuite dû élaborer une stratégie pour extraire un maximum d'informations et de valeur de ces données. Une première étape préventive a consisté à effectuer un contrôle de qualité des données. Les mesures de courant cumulées, converties en consommation électrique, devaient correspondre à la consommation facturée par le fournisseur d'énergie. Les chiffres concordaient à 3 % près, et une fois la validité des données confirmée, l'équipe a pu passer à la phase d'analyse du projet.
Analyse des données :
Les données de flux collectées ont été stockées dans une base de données unique et volumineuse contenant également des informations détaillées, minute par minute, sur tous les processus de l'usine : les systèmes utilisés et le produit fabriqué à chaque point de données de flux correspondant. La fabrication des réservoirs de carburant chez INERGY repose sur un procédé de moulage par soufflage d'air comprimé. Parmi les aspects les plus énergivores figurent le chauffage du matériau de moulage, l'alimentation en air comprimé et le refroidissement après moulage. L'analyse des données a révélé que ces machines de moulage représentaient 45 % de la consommation énergétique totale de l'entreprise ; ce chiffre était inconnu avant l'audit. Les compresseurs fournissant les hautes pressions (13 bars) nécessaires au moulage consomment d'importantes quantités d'énergie ; l'analyse a montré qu'une grande partie de cette énergie était perdue en raison de fuites d'air comprimé. La consommation énergétique mesurée lors du refroidissement par eau (refroidisseurs, pompes) a également été comparée à la consommation énergétique théorique, ce qui a permis d'identifier des pistes d'économies. Les mesures d'optimisation des performances mises en œuvre suite à cette découverte ont conduit à des réunions avec les fournisseurs d'équipements afin d'étudier comment leurs machines pourraient consommer moins d'énergie. Les conclusions ne se limitaient pas aux seuls processus de fabrication ; Dans les bâtiments commerciaux, les systèmes standards gaspillent autant d'énergie qu'on le souhaiterait s'ils ne sont pas correctement gérés. Les données de la base de données d'INERGY ont révélé que certains de ses systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC) et d'éclairage fonctionnaient en continu, que du personnel soit présent ou non dans ces zones, et même si des conditions environnementales contrôlées n'étaient pas requises en permanence.
Suite à l'audit réalisé à Pfastatt, la portabilité des unités Wi-LEM a été confirmée par leur réinstallation lors de deux audits successifs dans les usines d'INERGY à Anderson (États-Unis) et à Ramos (Mexique). L'expérience initiale avec les compteurs d'énergie locaux Wi-LEM a été reproduite, démontrant une fois de plus la facilité d'installation et de configuration des unités. L'équipe a également vérifié que la portée du signal radio du réseau sans fil était largement suffisante et que, même dans l'environnement industriel électromagnétiquement perturbé, la transmission des données restait fluide. Le système LEM utilise l'intensité radiofréquence maximale autorisée pour les émetteurs sans licence de type réseau maillé : 100 mW. Ceci s'est avéré précieux dans l'usine américaine, où les armoires électriques sont équipées de portes métalliques à double isolation ; le réseau n'a rencontré aucun problème de connexion.
Les données recueillies ont permis de conclure qu'il était possible de réaliser des économies d'énergie d'environ 15 % sans investissement important. Les mesures nécessaires pour atteindre ces économies étaient généralement simples et logiques, une fois les données disponibles analysées.
Feu vert pour de nouvelles économies :
INERGY prévoit de réaliser des audits dans six usines supplémentaires en 2010 et de mener à bien un programme à l’échelle de l’entreprise au cours des deux prochaines années, ouvrant ainsi la voie à un plan d’action assorti d’investissements ciblés. Le plan INeco a déjà permis d’identifier des pistes d’économies de plusieurs millions d’euros après seulement trois audits.
Joseph Brossard d'INERGY conclut : « Les avantages des compteurs d'énergie auxiliaires sont évidents. On ne peut gérer que ce que l'on mesure. Le compteur d'énergie local Wi-LEM a été essentiel à nos succès. Nous proposerons à toutes nos usines des kits Wi-LEM leur permettant de mesurer et de gérer leur consommation d'énergie après les audits initiaux, et nous suivrons leurs résultats. ».
