Détermination du gisement de chaleur fatale industrielle

Tuteurs :

ECL :

BLANCO Éric

Entreprise :

COUPE Florian

École Centrale de Lyon TFE 2019

AEC Paris, 8ème

Rapport Final de Travail de Fin d’études

Détermination du gisement de chaleur fatale industrielle pour la planification énergétique

territoriale

GAUGAIN Maxime

TFE Année 2018-2019

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PAR L’ENTREPRISE

FYI Academic year 2017-2018

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Détermination du gisement de chaleur fatale industrielle pour la planification énergétique territoriale

GAUGAIN, Maxime | TFE | 2019 1

Remerciements Je tiens à remercier Florian Coupé de m’avoir si bien accueilli et intégré dans le pôle

planification énergétique d’AEC. Merci de m’avoir donné l’opportunité de découvrir le milieu

de la planification énergétique et de participer activement aux missions en cours. Merci de

m’avoir fait confiance et permis de travailler sur ce sujet stimulant et instructif en réunissant

les meilleures conditions possibles.

Je tiens à remercier les membres du pôle planification énergétique, Marie, Robin, Théo et

Philippe avec qui j’ai eu le plaisir de partager ces six mois et qui ont toujours su m’apporter

leur aide lorsque je la leur demandais.

Je tiens finalement à remercier Éric Blanco pour ses précieux conseils.



Résumé du rapport :

Dans le but de mener la transition écologique et énergétique au niveau local, les collectivités territoriales doivent mener des études de planification énergétique. Ces études abordent la récupération de chaleur fatale industrielle dont l’évaluation du gisement territorial reste encore aujourd’hui une zone d’ombre.

Pour déterminer le gisement de chaleur fatale industrielle sur un territoire en prenant en compte la diversité des activités industrielles, trois sous-méthodes ont été développées : la « méthode des équipements », la « méthode CO2 » et la « méthode des activités ». Chacune permet d’estimer le gisement de chaleur fatale d’un établissement industriel du territoire. Le choix de la méthode dépend du secteur industriel de l’établissement.

L’étude du gisement de chaleur fatale industrielle d’un territoire est réalisée en

utilisant ces trois méthodes de manière complémentaire. Un exemple de résultats de la méthode est présenté en détail sur la communauté d’agglomération de Lens-Liévin. Les résultats obtenus sur dix territoires de l’Oise et sur les Hauts-de-France sont ensuite analysés. Ils sont cohérents avec les estimations de l’Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie.

La méthode développée permet donc de localiser les cibles industrielles

prioritaires, de les hiérarchiser en fonction de leurs potentiels et d’estimer le gisement de chaleur fatale industrielle à haute température sur le territoire. C’est donc un outil pertinent pour la prise en compte de l’industrie dans les politiques énergétiques territoriales.

Mots-clés libres :

Energie fatale ; chaleur fatale ; récupération de chaleur ; procédés industriels ; industrie ;

politique ; collectivités territoriales ; environnement ; transition écologique ; fours ;

chaudières ;



Abstract:

In order to achieve the ecological and energetical transition, local authorities must carry out studies of energy planning. A part of those studies is about waste heat recovery of the industrial field. Nonetheless, the potential of this source of energy remains difficult to determine.

Considering the large variety of industrial process, three different methods have been developed in order to evaluate the waste heat recovery in the industrial factories of the territory: the machinery method, the CO2 method and the process method. The choice of the method used for each factory depends its industrial area.

The estimation of the waste heat recovery potential of a territory is made

possible combining those three methods. An example of the results obtained on the urban area of Lens is specifically detailed. Analyzes of those obtained on ten territories of Oise and on the region Hauts-de-France are made and show that the results are consistent with the estimation made in 2015 by the Environment and Energy Management Agency.

The developed method makes it possible to localize the main industrial targets,

to rank them according to their potential and to estimate the territory global waste heat recovery potential. This is an attractive tool to reinforce the integration of industry in the territorial politics of energy.

Keywords:

Industry; energy; waste heat recovery; industrial process; environment; ecological change;

politics; public authorities; furnace; boiler

FYI Academic year 2017-2018

Tables des matières REMERCIEMENTS ................................................................................................................ 1

TABLES DES MATIERES ....................................................................................................... 4

TABLE DES ILLUSTRATIONS ................................................................................................ 6

TABLE DES VARIABLES ....................................................................................................... 7

TABLE DES ACRONYMES ..................................................................................................... 8

INTRODUCTION ................................................................................................................... 9

1 LA PLANIFICATION ENERGETIQUE TERRITORIALE .................................................. 11

1.1 RAPPELS ELEMENTAIRES SUR L’ENERGIE ............................................................. 11

1.1.1 DEFINITION DE L’ENERGIE ........................................................................ 11

1.1.2 PROBLEMATIQUES DE L’ENERGIE EN FRANCE ........................................... 12

1.2 LA PLANIFICATION ENERGETIQUE TERRITORIALE ................................................ 13

1.2.1 L’ORGANISATION DE LA TRANSITION ECOLOGIQUE................................... 13

1.2.2 LES OBJECTIFS DE LA PLANIFICATION ENERGETIQUE TERRITORIALE ......... 14

1.3 L’ENTREPRISE AEC ............................................................................................. 15

1.3.1 STRUCTURE .............................................................................................. 15

1.3.2 LE POLE PLANIFICATION ENERGETIQUE .................................................... 16

2 LA CHALEUR FATALE INDUSTRIELLE ........................................................................ 16

2.1 LA CHALEUR FATALE ........................................................................................... 16

2.1.1 DEFINITION ............................................................................................... 16

2.1.2 TECHNOLOGIE DE VALORISATION ............................................................. 17

2.1.3 CONTRAINTES DE VALORISATION ............................................................. 18

2.1.4 EXEMPLES DE VALORISATION ................................................................... 19

2.2 LE SECTEUR INDUSTRIEL ...................................................................................... 20

2.2.1 UN SECTEUR CONSOMMATEUR DE CHALEUR ............................................. 20

2.2.2 LE GISEMENT DE CHALEUR FATALE INDUSTRIELLE EN FRANCE ................ 22

2.2.3 LES OBSTACLES LIES AU SECTEUR INDUSTRIEL ......................................... 24

2.2.4 UNE FAIBLE COOPERATION AVEC LE SECTEUR PUBLIC .............................. 24

2.3 ETAT DES LIEUX DES METHODES DE DETERMINATION .......................................... 25

2.3.1 RECOMMANDATIONS DE L’ADEME ......................................................... 25

2.3.2 L’ANGLE D’ATTAQUE DE L’ORECA ......................................................... 26

2.3.3 ANCIENNE METHODE CHEZ AEC .............................................................. 27

2.4 CAHIER DES CHARGES .......................................................................................... 28

2.4.1 OBJECTIFS ................................................................................................ 28

2.4.2 CONTRAINTES ........................................................................................... 28

2.4.3 PHASAGE .................................................................................................. 29



3 DETERMINATION DU GISEMENT DE CHALEUR FATALE INDUSTRIELLE .................... 31

3.1 PRINCIPE GENERAL DE LA METHODE .................................................................... 31

3.1.1 FONCTIONNEMENT .................................................................................... 31

3.1.2 DONNEES BRUTES ..................................................................................... 32

3.2 LA METHODE DES EQUIPEMENTS .......................................................................... 33

3.2.1 PRINCIPE ................................................................................................... 33

3.2.2 PUISSANCE DES INSTALLATIONS DE COMBUSTION DECLAREE ................... 34

3.2.3 FACTEUR DE CHARGE DES INSTALLATIONS ............................................... 35

3.2.4 PROFIL D’EQUIPEMENTS ........................................................................... 36

3.2.5 SYNTHESE ................................................................................................. 38

3.3 LA METHODE CO2 ................................................................................................ 38

3.3.1 PRINCIPE ................................................................................................... 38

3.3.2 EMISSIONS DE DIOXYDE DE CARBONE ....................................................... 39

3.3.3 MIX DE COMBUSTIBLES MOYENS .............................................................. 41

3.3.4 PROFIL D’EQUIPEMENTS ........................................................................... 44

3.3.5 SYNTHESE ................................................................................................. 45

3.4 LA METHODE DES ACTIVITES ............................................................................... 45

3.4.1 PRINCIPE ................................................................................................... 45

3.4.2 DECLARATION DES ACTIVITES .................................................................. 46

3.4.3 DETERMINATION DES COEFFICIENTS D’ACTIVITE ...................................... 48

3.4.4 SYNTHESE ................................................................................................. 50

3.5 SYNTHESE DES METHODES ET FILTRE DE SELECTION ............................................ 51

3.5.1 COMPARAISON DES METHODES ................................................................. 51

3.5.2 SYNTHESE DES METHODES ........................................................................ 54

3.5.3 FILTRE DE SELECTION ............................................................................... 55

4 RESULTATS ET PERSPECTIVES .................................................................................. 56

4.1 ANALYSE DES RESULTATS ................................................................................... 56

4.1.1 PRESENTATION DETAILLEE SUR LA COMMUNAUTE D’AGGLOMERATION DE LENS-

LIEVIN 56

4.1.2 ANALYSE SUR LES TERRITOIRES D’ETUDE DE L’OISE ................................ 59

4.1.3 ANALYSE SUR LES HAUTS-DE-FRANCE ..................................................... 61

4.2 BILAN .................................................................................................................. 64

4.2.1 RESPECT DU CAHIER DES CHARGES ........................................................... 64

4.2.1.1 OBJECTIFS DE LA METHODE .................................................................. 64

4.2.1.2 CONTRAINTES DE LA METHODE ............................................................. 65

4.2.2 LIMITES DE LA METHODE .......................................................................... 66

4.3 PERSPECTIVES DE DEVELOPPEMENT ..................................................................... 66

4.3.1 PERSPECTIVES A COURT-TERME ................................................................ 66

4.3.2 PERSPECTIVES A LONG TERME .................................................................. 67

CONCLUSION ..................................................................................................................... 68

BIBLIOGRAPHIE ................................................................................................................ 69

TABLES DES ANNEXES ...................................................................................................... 71



Table des illustrations Figure 1 : Quelques ordres de grandeurs d'énergie .................................................................. 12 Figure 2: Les différents formes de chaleur fatale [6] ............................................................... 17 Figure 3 : Principe de valorisation de la chaleur fatale de l'usine d'AcelorMittal [9] .............. 20 Figure 4 : Secteurs d'activité les plus consommateurs d'énergie [6] ........................................ 21 Figure 5 : Usages énergétiques de l'industrie ........................................................................... 21

Figure 6 : Gisement de chaleur fatale industrielle [6] .............................................................. 22 Figure 7: Gisement de chaleur fatale industrielle en fonction de la température [11] ............. 23 Figure 8: Pourcentage de chaleur récupérable en fonction de la consommation des équipements

[17] ........................................................................................................................................... 26 Figure 9 : Planification prévisionnelle du développement de la méthode ............................... 30

Figure 10 : Schéma de la méthode de détermination de chaleur fatale d’un établissement ..... 31 Figure 11: Schéma de fonctionnement de la méthode des équipements .................................. 33

Figure 12: Déclaration ICPE de l'établissement MC Cain situé à Harnes ............................... 35

Figure 13 : Facteurs de charge des équipements par secteur industriel ................................... 35 Figure 14: Extrait de l'arrêté préfectoral de 2007 concernant l'établissement Unilin SAS ...... 36 Figure 15 : Profil d'équipements par secteur industriel ............................................................ 37

Figure 16 : Schéma de présentation de la méthode CO2 .......................................................... 39 Figure 17 : Exemple de déclaration d'émission de CO2 provenant de la combustion de fioul

lourd [22] .................................................................................................................................. 40

Figure 18: Mix moyen de combustibles dans l'industrie des boissons ..................................... 43 Figure 19 : Facteur d'émission par secteur d'activité................................................................ 44

Figure 20 : Schéma de fonctionnement de la méthode des activités ........................................ 46 Figure 21 : Exemple de déclaration d'activité de la base ICPE (Etablissement Terreal à Chagny)

.................................................................................................................................................. 47

Figure 22 : Données de consommation d'énergie (cuisson et séchage) moyenne pour les

différentes céramiques, extrait du MTD Céramiques [24, tableau 1.2] ................................... 48

Figure 23: Liste des codes NAF associés à la production de céramique ................................. 48 Figure 24: Coefficients d'activité ............................................................................................. 50

Figure 25 : Comparaison des résultats des méthode CO2 et équipements ............................... 52

Figure 26: Comparaison des méthodes par secteur industriel .................................................. 53 Figure 27 : Synthèse des forces et faiblesses des méthodes ..................................................... 54 Figure 28 : Filtre de sélection des méthodes en fonction du secteur industriel........................ 55 Figure 29 : Terril de Loos-en-Gohelle ..................................................................................... 56 Figure 30 : Détails des établissements industriels de la CALL possédant un potentiel de

récupération de chaleur ............................................................................................................ 57 Figure 31 : Vue aérienne de l'établissement Cheminées Philippe à Liévin (Source : Google

Maps) ........................................................................................................................................ 58 Figure 32 : Carte des gisements de chaleur fatale industrielle réalisée avec le logiciel QGIS 59 Figure 33 : Chaleur fatale récupérable calculée par rapport à la consommation d’énergie de

l’industrie sur les territoires d'étude de l'Oise .......................................................................... 60

Figure 34 : Carte des gisements de chaleur fatale industrielle sur les territoires de l'Oise, réalisée

sur QGIS ................................................................................................................................... 61 Figure 35 : chaleur fatale régionale (Source : ADEME) .......................................................... 62 Figure 36 : Comparaison des répartitions sectorielles de la chaleur fatale sur les Hauts-de-

France ....................................................................................................................................... 63 Figure 37 : Résultats sur la région des Hauts-de-France, réalisée sur QGIS ........................... 64



Table des variables 𝐶𝑟 en MWh/an, la chaleur récupérable au sein de l’établissement

𝐸𝑐𝑠 en MWh/an, l’énergie consommée par les séchoirs et les chaudières

𝑃𝑐𝑠 en MW, la puissance totale des chaudières et des séchoirs

𝜌 en h/an, le facteur de charge des installations de combustion

𝛼 sans unité, le coefficient de récupération de chaleur fatale – hors fours

𝛼𝑐ℎ𝑎𝑢𝑑𝑖è𝑟𝑒𝑠 sans unité, la proportion de chaudières issue du profil d’équipements

𝛼𝑠é𝑐ℎ𝑜𝑖𝑟𝑠 sans unité, la proportion de séchoirs issue du profil d’équipements

𝑄 en t CO2, la quantité totale de CO2 émis annuellement par l’établissement

𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑜𝑛 en t CO2, la quantité de CO2 émis annuellement par les installations de combustion

𝑄𝑝𝑟𝑜𝑐é𝑑é𝑠 en t CO2, la quantité de CO2 émis annuellement par les procédés

𝐹𝐸 en t CO2/MWh, le facteur d’émission du combustible

𝐹𝑂 sans unité, le facteur d’oxydation du combustible

𝑃𝐶𝐼 en MWh/t, le pouvoir calorifique inférieur du combustible

𝑚 en t, la quantité de combustible utilisé annuellement

휀 sans unité, le rendement du système d’épuration

𝐹𝑆 en t CO2/t, le facteur d’émission stœchiométrique associé à la production

𝑚𝑝 en t, la production annuelle référencée

𝑒𝑖 en MWh, l’énergie issue de la combustion du combustible i

𝜇𝑖,𝑚𝑜𝑦, sans unité, la proportion moyenne d’usage du combustible i dans le secteur industriel

de l’établissement

𝐸, en MWh, l’énergie de combustion total de l’établissement

𝛾 en t CO2/MWh, le facteur d’émission moyen du secteur industriel

𝛽 sans unité, le coefficient de chaleur récupérable

𝛽𝑐ℎ𝑎𝑢𝑑𝑖è𝑟𝑒𝑠 sans unité, la proportion moyenne de la puissance totale issue des chaudières du

secteur d’activité

𝛽𝑠é𝑐ℎ𝑜𝑖𝑟𝑠 sans unité, la proportion moyenne de la puissance totale issue des séchoirs du secteur

d’activité

𝛽𝑓𝑜𝑢𝑟𝑠 sans unité, la proportion moyenne de la puissance totale issue des fours du secteur d’activité

𝐶𝑎 en 𝑀𝑊ℎ. 𝑎𝑛−1, la chaleur récupérable liée à l’activité

𝛿𝑎 en 𝑀𝑊ℎ. 𝑎𝑛−1. (𝑡. 𝑗−1)−1, le coefficient d’activité

𝑀𝑎 la capacité de production en 𝑡. 𝑗−1 liée à l’activité



Table des acronymes ADEME : Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie

CALL : Communauté d’Agglomération de Lens-Liévin

EACEI : Enquête Annuelle de la Consommation d’Énergie de l’Industrie

EnR&R : Energie Renouvelable et de Récupération

EPCI : Établissements Publics de Coopération Intercommunale

EPE : Etude de Planification Énergétique

FNCCR : Fédération Nationale des Communes Concédantes et Régies

ICPE : Installations Classées pour la Protection de l’Environnement

IREP : Installations classées au Registre des Émissions Polluantes

INSEE : Institut National de la Statistique et des Études Économiques

MTD : Meilleures Techniques Disponibles

ORECA : Observatoire Régional de l'Energie du Climat et de l'Air

PAC : Pompe À Chaleur

PCAET : Plan Climat Air Énergie

PPE : Programmation Pluriannuelle de l’Énergie

SNBC : Stratégie Nationale Bas Carbone

SRADDET : Schéma Régional d’Aménagement, de Développement Durable et d’Égalité des

Territoires

SRCAE : Schéma Régional Climat Air Énergie

TECV : Transition Énergétique pour la Croissance Verte



Introduction La transition écologique est lancée et la France, qui a accueilli la COP21 en décembre

2015 à Paris, se veut en première ligne. Son fer de lance est la loi de transition énergétique pour

la croissance verte (TECV) qui définit les grands objectifs à tenir : une réduction de 40 % des

gaz à effet de serre d’ici 2030, une consommation énergétique réduite de moitié d’ici 2050 et

une part des énergies renouvelables à hauteur de 32 % de la production totale d’énergie d’ici

2030.

Pour atteindre ces objectifs, l’Etat a décentralisé son pouvoir et déployé ses troupes : les

régions, les départements, les métropoles, les intercommunalités et autres collectivités

territoriales doivent se munir de documents directeurs qui fixent les grandes orientations

territoriales et présentent les moyens mis en œuvre. C’est la planification énergétique

territoriale qui permet à ces acteurs de définir leurs stratégies. Ces études de planification, en

analysant les particularités de chaque territoire tant sous l’aspect consommation que production,

doivent dresser un état des lieux énergétique du territoire et proposer différents scénarii aux

acteurs territoriaux. Une des filières de production d’énergies renouvelables et de récupération

(EnR&R) est la chaleur fatale industrielle, c'est-à-dire la chaleur non utilisée par les procédés

industriels qui est perdue si elle n’est pas récupérée.

Afin d’aider les acteurs publics à mener leur politiques énergétiques, le cabinet de

conseil AEC, qui réalise des missions de planification énergétique, m’a confié la tâche de

développer une méthode d’étude du potentiel de chaleur fatale industrielle. Celle-ci doit

permettre d’estimer le potentiel de cette filière sur un territoire donné en localisant et

hiérarchisant les établissements industriels les plus propices. A cette fin, il a été choisi d’estimer

le gisement de chaleur fatale de chacun des établissements du territoire étudié.

La première partie du présent rapport explique les dynamiques qui portent les études de

planification énergétique, leurs enjeux et en explicite les attentes. Elle a pour but de décrire au

lecteur le milieu et le contexte dans lesquels cette méthode doit s’inscrire.

En récupérant la chaleur fatale située à proximité des réseaux de chaleur existant,

l’Agence De l’Environnement et de la Maitrise de l’Energie (ADEME) estime qu’il serait

possible de chauffer annuellement 1,7 millions de logements. L’enjeu est donc de taille. Pour

améliorer l’intégration de l’industrie dans le paysage énergétique d’un territoire, il faut pouvoir

estimer cette chaleur fatale, savoir où elle se situe et comment la valoriser. Or, l’industrie

regroupe des activités d’une grande diversité : préparation de produits alimentaires surgelés,

fabrication de carton ondulé, de pièces moulées en plastique, de produits pharmaceutiques, de

ciment, de pièces métalliques, de carreaux en céramique… Eclairer l’ensemble de ces

problématiques afin de comprendre la manière dont la méthode a été pensée est l’objet de la

seconde partie de ce rapport.

Pour mener à bien cette mission, il a fallu faire face à plusieurs problèmes, dont

l’obtention d’informations sur le secteur industriel. Les données librement accessibles sur les

équipements, les procédés ou les activités des industriels sont rares. Chers du secret de leurs

procédés industriels et constamment sous la pression du marché, les industriels sont guidés par

des principes qui ne sont guère compatibles avec une planification énergétique menée par les

pouvoirs publics et il est rare de voir s’installer une collaboration. Pour rendre compte de la

diversité des activités industriels, trois sous-méthodes ont été développées : la méthode « des

équipements » basée sur les installations de combustion des établissements, la méthode « CO2 »



basée sur leurs émissions de dioxyde de carbone, et la méthode « des activités » basée sur leur

capacité de volume d’activité. Chaque méthode permet, avec des spécificités et des secteurs

industriels d’application particuliers, d’estimer le gisement de chaleur fatale d’un établissement

industriel. La description de ces sous-méthodes, de leur complémentarité et de leur intégration

dans la méthode globale est l’objet de la troisième partie du rapport.

Dans la dernière partie du rapport, les résultats obtenus sur plusieurs territoires

d’échelles différentes, l’agglomération de Lens, dix territoires de l’Oise et les Hauts-de-France,

sont présentés et analysés.



1 La planification énergétique territoriale

1.1 Rappels élémentaires sur l’énergie

1.1.1 Définition de l’énergie

Afin de comprendre le déroulement du présent rapport, il est nécessaire de rappeler

quelques points essentiels sur l’énergie.

Tout d’abord, du point de vue de l’ingénierie et de la physique, l’énergie est une

grandeur physique qui caractérise un changement d’état d’un système, ou autrement dit, une

capacité à transformer l’environnement. Grâce à cette définition, il apparaît clairement que de

l’énergie est mise en jeu dans toutes les transformations qui nous entourent : pour faire bouillir

de l’eau, pour déplacer une voiture, pour construire un nouveau bâtiment, etc. Dans le contexte

de la planification énergétique, les unités de mesure usuelles sont le wattheure (Wh), qui

correspond à l’énergie libérée sous une puissance d’un watt durant une heure, ou encore la tonne

d’équivalent pétrole (tep), qui correspond à l’énergie libérée par la combustion d’une tonne de

pétrole. Ces unités se relient par la relation suivante :

1 𝑡𝑒𝑝 ≈ 11,628 𝑀𝑊ℎ (Équation 1)

Quelques ordres de grandeur qui aideront le lecteur à se représenter ces quantités sont proposés

dans la figure 1.

Consommation annuelle d’une ampoule basse consommation1 6,6 kWh

Trajet Paris-Marseille en voiture2 430 kWh

Chauffage annuel d’un logement3 11 000 kWh

Fabrication d’une tonne de verre [1, p.17] 70 000 kWh

Production annuelle d’une grande éolienne4 5 200 000 kWh

Consommation annuelle de l’agglomération de Lens-Liévin

(244 561 habitants)5

6 100 000 000 kWh

Consommation de combustibles dans l’industrie en France6 [2,

p.89]

310 000 000 000 kWh

Consommation d’énergie en France7 [3, p.59] 2 900 000 000 000 kWh

1 Ampoule d’une puissance de 9W allumée 2 heures par jour 2 En considérant un véhicule essence d’une consommation de 5L/100 km 3 En considérant une habitation de 90 m² de diagnostic de performance énergétique C 4 D’une puissance de 2,5 MW avec un facteur de charge de 23,6 % 5 D’après les résultats de l’étude menée par AEC et Energie Demain en 2019, tous secteurs confondus : résidentiel, industrie, mobilité, tertiaire, fret, agriculture 6 Usage non énergétique inclus 7 En énergie primaire



Figure 1 : Quelques ordres de grandeurs d'énergie

Il convient finalement de rappeler qu’un vecteur énergétique est la forme que prend

l’énergie pour être transportée et qu’il en existe majoritairement trois.

La première forme qui vient naturellement à l’esprit est l’électricité. On ne trouve pas

d’électricité à l’état naturel, celle-ci est créée à partir d’autres sources d’énergie. Il s’agit de la

forme la plus « noble » de l’énergie : elle peut être retransformée facilement en chaleur et

permet un transport quasi instantané de l’énergie.

Le second vecteur énergétique, qui va particulièrement nous intéresser par la suite, est

la chaleur. La chaleur est généralement issue de la combustion de combustibles. La majorité

de l’électricité est produite à partir de chaleur. La chaleur peut être transportée par de l’eau

chaude ou encore de vapeur. De la chaleur peut être récupérée à l’état naturel sur Terre, par

exemple par le rayonnement du soleil grâce à la filière du solaire thermique ou par la chaleur

dégagée par la Terre, grâce à la géothermie. Cependant, sous cette forme, la chaleur ne peut pas

être utilisée pour des applications industrielles comme la fonte d’acier. La température est une

caractéristique clé de ce vecteur énergétique.

Enfin, les combustibles peuvent être considérés comme un vecteur énergétique dans le

sens où la plupart sont facilement transportables. On peut penser notamment au pétrole, liquide,

énergie des déplacements par excellence que l’on déverse très facilement dans les réservoirs de

nos voitures, mais il en existe bien sûr beaucoup d’autres, les plus communs étant le charbon,

le gaz, le bois ou encore l’uranium. Ces combustibles sont disponibles à l’état naturel sur Terre

et ils sont la principale source d’énergie utilisée de nos jours puisqu’ils servent à produire la

quasi-totalité de l’électricité et de la chaleur que nous utilisons aujourd’hui.

L’énergie produite, avant toute transformation, est appelée énergie primaire. L’énergie

finale est l’énergie utilisée par le consommateur. La différence entre les deux est

particulièrement marquante dans le cas de l’électricité : en France, pour produire une quantité

d’énergie finale donnée sous forme d’électricité, on considère qu’il faut utiliser une quantité

d’énergie primaire 2,58 fois plus élevée.

1.1.2 Problématiques de l’énergie en France

Maintenant que les rappels essentiels sur l’énergie ont été faits, il convient de regarder

brièvement la production et l’utilisation de l’énergie en France afin de cerner les enjeux de la

planification énergétique qui seront décrits dans la partie 1.2.

En France, en 2017, d’après l’Agence Internationale de l’Énergie, la consommation

primaire d’énergie est estimée à 2 900 TWh dont 49 % proviennent de combustibles fossiles,

40 % du nucléaire et 11 % d’énergies renouvelables [3, p.61].

Trois remarques peuvent être alors être faites.

Tout d’abord, la première a pour objet de mettre en avant la forte présence d’énergies

fossiles très émettrices de CO2 dans le mix de consommation primaire (49 %). Or, dans un

contexte de réchauffement planétaire que l’accord de Paris vise à maintenir en dessous des 2 °C

à l’horizon 2100, il est urgent de trouver des solutions pour décarboner l’énergie.

La seconde consiste à souligner le fait que le nucléaire représente moins de la moitié du

mix énergétique français en termes d’énergie primaire. Or, lorsque le sujet de l’énergie est

abordé dans la sphère publique, l’erreur la plus commune, et qui est généralement commise dès

les premiers instants, est de ramener entièrement le sujet de l’énergie à celui de l’électricité et

donc au nucléaire qui la produit à hauteur de 71,6 % en 2016 en France [4]. Or, l’énergie



consommée en France sous forme d’électricité représente seulement 27 % de l’énergie finale

consommée [3, p.61].

Enfin, la troisième remarque consiste à mettre l’accent sur la prédominance des énergies

non renouvelables, c'est-à-dire fossiles et nucléaire, dans le mix énergétique français (89 %).

Ce constat soulève deux problèmes majeurs. A court terme, le prix et l’approvisionnement de

ces ressources non renouvelables sont fortement influencés par le contexte géopolitique puisque

la France est fortement dépendante d’autres pays. D’après l’Atlas mondial des énergies [5],

publié en 2014, la production de pétrole de la France est équivalente à 3,5 jours de sa

consommation annuelle et sa production de gaz à 21 jours. La France importe la quasi-totalité

de ses hydrocarbures à ses voisins, principalement l’Algérie, la Norvège et la Russie. A long

terme, c'est-à-dire à une échéance de l’ordre du siècle, ces ressources, principalement portées

par le gaz, le pétrole et le charbon, sont vouées à s’épuiser inéluctablement. Toujours d’après

l’Atlas mondial des énergies, en supposant une consommation identique à celle de 2013, dans

le monde, les réserves courantes de pétrole conventionnel sont estimées à 40 ans, celle de gaz

à 50 ans et celles de charbon à 110 ans. Même si de nouvelles réserves continueront très

probablement d’être découvertes et que de nouvelles méthodes d’extraction permettront la mise

sur le marché d’hydrocarbures dits « non conventionnels », il ne subsiste aucun doute quant à

la finitude de ces ressources.

Afin de répondre à ces différents enjeux de l’énergie, les pouvoirs publics français

imposent dorénavant aux territoires de réfléchir sur ces problématiques, avec une vision sur le

long terme et en utilisant des outils de planification énergétique.

1.2 La planification énergétique territoriale

1.2.1 L’organisation de la transition écologique

Le texte majeur qui ancre légalement la transition écologique dans l’agenda politique

français est la loi de transition écologique et de croissance verte (TECV), adoptée en 2015. Elle

définit deux grands objectifs à viser d’ici 2050 qui sont :

▪ une réduction par quatre des émissions de gaz à effet de serre (GES) par rapport à 1990

▪ une réduction de moitié de la consommation énergétique au niveau des consommateurs

par rapport à 2012

Des objectifs intermédiaires sont aussi détaillés :

▪ une réduction de la part du nucléaire à 50 % dans la production d’électricité à l’horizon

20251

▪ une multiplication par cinq de la quantité de chaleur et de froid renouvelables et de

récupération livrée par les réseaux de chaleur et de froid à l'horizon 2030

▪ une réduction de 30 % de l’utilisation d’énergie fossile par rapport à 2012 à l’horizon

2030

▪ une augmentation de la part des énergies renouvelables à 32 % de la consommation à

l’horizon 2030

Dans ce contexte, l’Etat français a opté pour une décentralisation des pouvoirs et déployé

des moyens d’action à plusieurs niveaux.

1 En septembre 2018, le gouvernement a annoncé repousser cette échéance à 2035.



Au niveau national, la feuille de route de la France pour réduire ses émissions de GES d’ici

2050 est la Stratégie Nationale Bas Carbone (SNBC). Durant les 10 prochaines années, la

Programmation Pluriannuelle de l’Énergie (PPE) détaille plus précisément les moyens

d’atteindre les objectifs fixés par loi TECV en fixant notamment des jalons à 2023 et 2028.

Au niveau régional, les régions doivent se munir d’un Schéma Régional d’Aménagement,

de Développement Durable et d’Égalité des Territoires (SRADDET) qui incorpore un Schéma

Régional Climat Air Énergie (SRCAE). Ce document fixe les objectifs de chacune des régions

en termes de politique climatique et énergétique en fonction de ses particularités : taux

d’urbanisation, tissu industriel, vitesse du vent sur le territoire, ensoleillement moyen, etc.

Au niveau local, la loi TECV a renforcé le pouvoir des collectivités pour mobiliser les

territoires en obligeant les intercommunalités, ou encore les établissements publics de

coopération intercommunale (EPCI), à rédiger un Plan Climat Air Énergie Territorial (PCAET)

cohérent avec le SRADDET de la région.

En plus de cela, certaines régions comme les Hauts-de-France qui se veulent motrices dans

la transition énergétique poussent leurs EPCI à aller plus loin en menant en complément de ces

documents des Études de Planification Énergétiques (EPE). Les documents précédemment cités

(SNBC, SRCAE, PCAET, EPE) sont des documents de planification énergétique. On appelle

planification énergétique territoriale la démarche et les études menées afin d’obtenir les

documents directeurs sur le thème de l’énergie à l’échelle de la région ou des EPCI.

1.2.2 Les objectifs de la planification énergétique territoriale

La décentralisation des moyens d’action dans le cadre de la transition écologique répond

à un constat simple : chaque territoire est unique et possède des caractéristiques qui lui sont

propres. De plus, pour réaliser la transition énergétique, il est nécessaire de déployer des

moyens de production d’énergie décentralisés et dispersés sur le territoire, comme le

photovoltaïque, l’éolien ou encore la méthanisation, en complément des productions

centralisées, comme le nucléaire.

Les études de planification territoriale sont généralement menées en trois étapes.

La première consiste à réaliser un état des lieux énergétique du territoire et à répondre

aux questions suivantes : quelles sont les principaux secteurs de consommation sur le territoire

? Quel type d’énergie est le plus utilisé sur le territoire ? Comment le territoire est-il desservi

par les réseaux énergétiques (électricité, gaz, chaleur) ? Quels sont les productions d’EnR&R

actuelles sur le territoire ? Cet état des lieux doit être une photographie fidèle de la situation

énergétique du territoire.

La seconde étape consiste à regarder les perspectives énergétiques du territoire en

répondant aux questions suivantes : comment sera la consommation d’énergie du territoire en

2050 ? Quels sont les principaux leviers pour la réduire ? Quelles sont les filières de production

d’énergie renouvelable à privilégier sur le territoire ? Comment envisager leur développement

au sein du territoire ? Cette étape doit retranscrire fidèlement les enjeux du territoire, ses

possibilités de développement et ses atouts à mettre en avant. Elle doit aussi chiffrer les

possibilités et les différents scénarii.

La troisième étape consiste à faire naître des projets concrets sur le territoire en

concertations avec les acteurs du territoire. En fonction des deux premières étapes, en suivant

la volonté des différents acteurs, une étude plus approfondie est menée sur certaines mesures

ou filières à certains endroits pour doter les collectivités d’informations précises pour la

réalisation de projets.



Ainsi, à l’issu de ce processus, les collectivités locales ont cerné les enjeux énergétiques

de leur territoire, les efforts à fournir pour remplir les objectifs fixés par la loi, les mesures à

prendre sur leur territoire à long terme ainsi que différents projets à mener à court terme. Ces

études de planification énergétique doivent être accessibles à un public non expert. Elles sont

réalisées pour des collectivités territoriales et leur restitution doit être adaptée au niveau de

connaissance des interlocuteurs qui sont principalement des élus (maires, présidents

d’intercommunalité, conseillers régionaux …), leurs services techniques voire le grand public.

Ce sont toujours ces acteurs qui ont le dernier mot concernant la rédaction des objectifs du

territoire dans les documents directeurs et le travail de l’entreprise qui réalise l’étude de

planification énergétique territoriale est d’assister ces acteurs afin qu’ils fassent les meilleurs

choix possibles.

1.3 L’entreprise AEC

1.3.1 Structure

« AEC est une société coopérative d’intérêt collectif qui propose une expertise

indépendante et pluridisciplinaire, tournée vers l'intérêt général, pour la gestion des services

publics locaux d’énergie. C’est un cabinet de conseil dédié exclusivement aux collectivités, les

assistant depuis plus de 20 ans sur l'ensemble des enjeux énergétiques ».1 Situé rue de la

Pépinière dans le 8ème arrondissement de Paris, ce cabinet de conseil compte actuellement 16

ingénieurs.

Sa création répond à un besoin de la Fédération Nationale des Collectivités Concédantes

et Régies (FNCCR). Cette association de collectivités territoriales, créée en 1934, a pour but

d’assister dans les domaines juridique, administratif et technico-économique les communes qui

délèguent les services publics (comme la distribution d’électricité ou de gaz) à des entreprises

ou qui décident d’assurer elles-mêmes ces services. Afin d’aider ses collectivités à négocier

leurs contrats de concession et contrôler leurs réseaux, la FNCCR donna l’impulsion qui créa

AEC.

Son activité historique est le contrôle et l’audit de concession des réseaux de distribution

d’électricité. En France, ce sont les collectivités qui sont propriétaires du réseau de distribution

d’électricité. La quasi-totalité des collectivités a choisi concéder sa gestion à Enedis. Cette

entreprise détient de manière légale le monopole de cette activité sur l’ensemble du territoire

français. Afin de contrôler qu’Enedis effectue correctement sa mission de gestion du réseau de

distribution, de s’assurer qu’elle entretient bien les infrastructures, que le service rendu est de

qualité, et afin d’avoir un pouvoir de négociation réel même en situation de monopole légal, les

collectivités se tournent vers AEC pour auditer la concession des réseaux de distribution

d’électricité. AEC a développé des méthodes et des outils permettant d’analyser et de vérifier

les informations fournies par Enedis aux collectivités propriétaires du réseau et de leur fournir

une appréciation de l’état du réseau, des infrastructures et de la qualité du service.

Outre son activité historique, AEC a développé des compétences qui lui permettent

d’intervenir sur des missions variées : audits de concessions de distribution publique de gaz,

audits de contrat de production et de distribution de chaleur, achats d’énergie, aide au

développement des stratégies énergétiques territoriales… Depuis maintenant 3 ans, AEC

1 Extrait du site Internet de l’entreprise : www.aeconseil.fr

https://www.aeconseil.fr/nos-atouts







dispose aussi d’un pôle de planification énergétique qui regroupe actuellement 4 ingénieurs et

dans lequel j’ai effectué mon stage.

1.3.2 Le pôle planification énergétique

Lancé sous la direction de Florian Coupé en 2016, le pôle énergétique a pour but d’aider

les territoires et les acteurs publics à définir leur stratégie énergétique et écologique à long

terme.

Le pôle travaille sur des missions variées :

➢ Réalisation de Plan Climat Air Energie Territoire (PCAET) pour plusieurs collectivités

de l’Eure-et-Loir (28), de la Haute-Vienne (87) …

➢ Etude de Planification Energétique (EPE) pour de nombreux territoires sur la Somme

(80), l’Oise (60), le Nord (59) et le Pas-de-Calais (62) ...

➢ Etude 100 % gaz vert pour la France et pour la Nouvelle-Aquitaine qui consiste à étudier

la possibilité d’utiliser seulement du biogaz produit localement sur le réseau de gaz.

➢ Etudes de potentiel d’injection basse tension/haute tension pour de nombreuses

collectivités.

➢ Etude de développement de réseaux de chaleur.

Dans le cadre des EPE et des PCAET, la dimension maîtrise de l’énergie de l’étude est

principalement réalisée par Energie Demain, le partenaire régulier d’AEC. Le pôle de

planification énergétique d’AEC est spécialisé dans la production d’EnR&R et dans les

problématiques réseaux. Le pôle possède notamment des méthodes pour estimer les potentiels

de développement sur le territoire des différentes filières EnR&R : solaire photovoltaïque sur

toiture, éolien, bois énergie, micro-hydroélectricité, méthanisation. Pour d’autres filières

comme le solaire thermique et la géothermie, la détermination du potentiel de développement

ne fait pas l’objet d’une méthodologie propre, la production étant considérée limitée par les

besoins thermiques sur le territoire.

Dans le contexte des missions de planification énergétique, la tâche de développer une

méthodologie d’étude de la chaleur fatale industrielle m’a été confiée. Afin de comprendre les

difficultés que la méthode doit surmonter, il est nécessaire d’exposer les problématiques liées à

la chaleur fatale dans le milieu industriel.

2 La chaleur fatale industrielle

2.1 La chaleur fatale

2.1.1 Définition

L’Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie (ADEME) définit la

chaleur fatale industrielle de la façon suivante : « Lors du fonctionnement d’un procédé de

production ou de transformation, l’énergie thermique produite grâce à l’énergie apportée n’est

pas utilisée en totalité. Une partie de la chaleur est inévitablement rejetée. C’est en raison de

ce caractère inéluctable qu’on parle de « chaleur fatale », couramment appelée aussi « chaleur

perdue » [6, p.2]. De manière plus générale, la chaleur fatale désigne donc l’énergie thermique

non utile produite lors de l’utilisation d’énergie. Si cette chaleur n’est pas récupérée, elle est

alors perdue. La valorisation de chaleur fatale est donc, en un sens, un recyclage de la chaleur.



Quatre sources de chaleur fatale peuvent être distinguées : celle issue des unités

d’incinération d’ordures ménagères (UIOM), des stations d’épuration (STEP), des Data Center

et de l’industrie. C’est cette dernière qu’on nomme chaleur fatale industrielle.

La chaleur fatale possède deux caractéristiques principales : son support (eau, vapeur,

fumées, parois solides …) et sa température. La figure 2, issue du rapport de l’ADEME La

chaleur fatale industrielle [6], représente les différents supports, et les différentes températures

associées, sous lesquels on peut trouver la chaleur fatale industrielle.

Figure 2: Les différents formes de chaleur fatale [6]

Le fait que cette chaleur ne soit pas récupérée et utilisée s’explique généralement par le

fait qu’elle n’est pas sous la bonne forme au bon endroit. Elle peut être contenue dans les eaux

de refroidissement des centrales nucléaires dont la température est généralement comprise entre

20 et 40 °C ; dans les boues qui transitent dans les égouts à des températures de l’ordre de 20-

25 °C ; dans les parois d’un four industriel de fonderie à nettement plus haute température ou

encore dans les fumées des fours ou dans la vapeur d’eau qui s’échappe d’un procédé à des

températures supérieures à 100 °C.

2.1.2 Technologie de valorisation

L’existence de chaleur fatale s’explique par l’inadéquation de la forme d’une chaleur

sur un lieu de production vis-à-vis d’un besoin. Afin de pallier cette inadéquation, le support et

la température de la chaleur fatale peuvent être modifiés.

Bien qu’il existe des technologies qui permettent de les changer, cela va toujours de pair

avec une diminution du rendement du système global. Dans la mesure du possible, on

privilégiera donc toujours une valorisation de la chaleur fatale sous sa forme de production.

Toutefois, on peut facilement et à moindre coût transférer la chaleur :



➢ d’un liquide à liquide grâce à un échangeur à plaques

➢ de gaz à gaz grâce à un échangeur à plaques ou à tubes

➢ de gaz à liquide grâce à un échangeur à ailettes

La température de la chaleur peut aussi être augmentée via une pompe à chaleur (PAC). Ainsi,

la chaleur fatale peut être valorisée sous forme de chaleur en répondant à un besoin au sein d’un

établissement industriel (séchage, préchauffage de pièces, chauffages des locaux …) ou bien en

alimentant un réseau de chaleur urbain d’un territoire voisin.

Dans le rapport « La chaleur fatale industrielle » [6, p.34], l’ADEME souligne qu’une

valorisation de la chaleur sous forme d’électricité est envisageable dans le cas où les

températures sont supérieures à 150 °C et que toute autre forme de valorisation de la chaleur

est impossible. La technologie conseillée pour cette valorisation est les machines ORC (Organic

Rankine Cycle) qui fonctionnent sur le même principe que le cycle de Rankine avec utilisation

d’un fluide organique à la place de l’eau. Cette pratique est néanmoins peu développée

actuellement.

2.1.3 Contraintes de valorisation

Si la récupération de chaleur fatale industrielle, c’est-à-dire le recyclage de la chaleur

des procédés, n’est pas encore un comportement énergétique automatique, c’est qu’elle est

freinée par différents facteurs, principalement d’ordres technique et économique.

Mettre en place une installation de valorisation de la chaleur fatale implique

nécessairement des travaux et des maintenances, qui peuvent être incompatibles avec la bonne

exploitation du système de production, notamment chez les industriels qui ne peuvent suspendre

leur activité à moindre coût. De plus, les systèmes physiques à installer occupant de l’espace,

l’agencement spatial des machines et des unités de production, ainsi que l’accessibilité à la

source de chaleur, peuvent être limitants.

La chaleur fatale, nous le verrons dans la partie 2.2.2, est principalement disponible sous

forme de fumées en sortie de procédés, ce qui est à l’origine de plusieurs problèmes. Ces fumées

contiennent généralement des agents chimiques indésirables comme du NOx ou SOx [6, p.11],

lesquels ont la particularité d’être des polluants gazeux acides, ce qui accélère la dégradation

des systèmes de récupération de chaleur et qui contribuent notamment au phénomène de pluies

acides [7]. Les échangeurs de chaleur doivent être résistants à la corrosion, ce qui implique des

coûts supplémentaires. De plus, leurs rejets font l’objet d’une surveillance stricte, certains

industriels préfèrent donc investir en priorité dans des installations d’épuration ou de traitement

des fumées pour respecter les normes environnementales.

Enfin, un des principaux verrous au développement de cette énergie est l’adéquation

entre la production et le besoin. Dans le cas d’une valorisation par le biais d’un réseau de

chaleur, cette dernière n’a pas de raison d’être recyclée si aucun autre procédé interne, industriel

proche ou collectivité territoriale voisine n’en a besoin. En effet, plus la distance sur laquelle il

faut transporter la chaleur est grande, moins cette solution est viable économiquement. De plus,

il se peut que la chaleur ne soit pas disponible au moment où l’utilisateur en a besoin, dans le

cas d’une activité industrielle intermittente ou saisonnière. Les besoins en chaleur peuvent eux-

aussi être irréguliers sur l’année, par exemple pour les ménages qui allument leur chauffage

seulement durant l’hiver.



Ces deux inadéquations, spatiale et temporelle, entre la production de chaleur fatale et

les besoins thermiques sont les principaux freins au développement de la filière. Ces freins

peuvent cependant être partiellement levés dans le cas d’une valorisation en interne de la

chaleur sous forme d’électricité ou dans le cas d’une injection sur le réseau électrique.

Cependant, les investissements nécessaires sont alors bien plus élevés et cette solution est a

priori toujours moins attractive que l’achat d’électricité directement sur le réseau.

2.1.4 Exemples de valorisation

Lorsque de la chaleur fatale est valorisée en interne, on ne parle pas de valorisation de

chaleur fatale mais plutôt d’amélioration de l’efficacité énergétique. Deux exemples de

valorisation de chaleur fatale sont succinctement présentés par la suite, le premier en interne, le

second en interne et en externe.

L’usine de Boisthorel du groupe KME BRASS fournit un bon exemple de valorisation

de chaleur fatale en interne [8]. Cette usine produit 60 000 tonnes par an de produits en laiton,

un alliage à base de cuivre et de zinc, sous forme de barres de dimensions variables. Une partie

de cette production provient du recyclage de copeaux d’usinage qui contiennent environ 3 %

d’un mélange huile-eau provenant des huiles de coupe. Pour sécher ces copeaux, l’usine utilisait

un four de séchage au gaz qui consommait environ 7 GWh/an de gaz. A présent, les copeaux

d’usinage sont séchés grâce aux fumées du four de fusion lors de leur descente vers ce dernier

dans un environnement qui peut atteindre les 1000 °C. Cette utilisation de la chaleur fatale des

fours de fusion contenue dans les fumées permet donc l’économie de 7 GWh/an de gaz.

En Lozère, c’est une valorisation de chaleur fatale en interne et en externe qui a été mise

en place entre l’industriel AcelorMittal et la commune de Saint-Chély-d’Apcher [9]. Le

principe de fonctionnement est présenté sur la figure 3. L’usine d’AcelorMittal, située dans la

même commune, produit des aciers destinés aux moteurs ou au générateurs électriques. Pour

conférer à l’acier les propriétés magnétiques désirées, une ligne de recuit chauffe les bobines

d’acier à des températures d’environ 1000 °C avant de les refroidir, anciennement grâce à une

dispersion dans l’air via des tours aéroréfrigérantes, actuellement par contact avec de l’eau dont

la chaleur est récupérée via des échangeurs thermiques pour être valorisée. L’usine valorise

12 GWh/an : 9 GWh/an via un réseau d’eau chaude basse pression pour couvrir les besoins de

certains procédés (dégraissage et décapage) et pour chauffer les locaux, et 3 GWh/an par une

livraison sur le réseau de chaleur de la commune.



Figure 3 : Principe de valorisation de la chaleur fatale de l'usine d'AcelorMittal [9]

D’autres fiches projets de valorisation de chaleur fatale sont disponibles sur le site de

l’ADEME dans le cadre des « Exemples de bonnes pratiques énergétiques en entreprise ».

Force est de constater que les industries ont tendance à valoriser en priorité leur chaleur fatale

en interne, i.e. améliorer leur efficacité énergétique, et que les projets de valorisation de chaleur

fatale utilisent majoritairement la chaleur sous sa forme de production, comme c’est le cas sur

l’usine de Boisthorel.

2.2 Le secteur industriel Dans la suite du rapport, par l’emploi du terme industrie ou secteur industriel, on désigne

seulement l’industrie manufacturière en laissant volontairement de côté l’industrie de

production et de distribution énergétique contenant notamment les raffineries, les centrales

thermiques, etc.

2.2.1 Un secteur consommateur de chaleur

En France, d’après l’Enquête Annuelle de la Consommation d’Energie dans l’Industrie

(EACEI) menée par l’INSEE en 2017 [10], la consommation d’énergie du secteur industriel en

2016 est estimée à 36,4 Mtep soit 423 TWh ce qui en fait le 3ème secteur le plus consommateur

derrière le transport et le résidentiel.

L’industrie manufacturière contient des secteurs d’activité fortement énergivores : agro-

alimentaire, chimie, plastique et caoutchouc, papier-carton1, sidérurgie2, matériaux non

métalliques3, fonderie, bois4 … Ces derniers peuvent être désignés par un numéro à deux

chiffres situés au début du code NAF. Le code NAF, appelé anciennement code APE, est

composé de 4 chiffres et permet de classer les établissements industriels. Par exemple, le code

NAF 23.31 est attribué aux établissements de « Fabrication de carreaux en céramique ». Tous

1 C’est l’industrie qui fabrique la pâte à papier et la transforme en papier ou en carton. 2 La sidérurgie est l’industrie qui fabrique et traite le fer, l’acier ou la fonte. 3 C’est l’industrie qui fabrique le verre, les céramiques, le ciment, la chaux ou encore le plâtre. 4 Par l’industrie du bois, on entend principalement la fabrication de placage et de panneaux de bois.



les établissements possédant un code NAF de type 23.XX appartiennent au secteur d’activité

« fabrication d’autres produits minéraux non métalliques ». Les secteurs les plus

consommateurs d’énergie sont présentés, en pourcentage de la consommation totale de

l’industrie, sur la figure 4.

Figure 4 : Secteurs d'activité les plus consommateurs d'énergie [6]

Afin d’affiner cette vision, il convient de souligner qu’il existe par exemple plus

d’établissements1 dans le secteur de la chimie-plastique que dans la sidérurgie. Le graphique

ci-dessus ne reflète donc pas la « densité de consommation énergétique » des secteurs

industriels, importante pour la problématique de récupération de chaleur. Moyennés par le

nombre d’établissements, les secteurs les plus énergivores sont dans l’ordre : la métallurgie2, la

chimie-plastique, le papier-carton, l’industrie des matériaux non métalliques et l’industrie agro-

alimentaire.

Afin de comprendre pourquoi l’industrie est un secteur incontournable en termes de

chaleur fatale, il est important d’exposer ses principaux usages de l’énergie. A cette fin, ses

usages énergétiques moyens ont été reconstitués à partir des chiffres de l’ADEME [6] et de

l’EACEI de l’INSEE [10] et sont présentés sur la figure 5.

Figure 5 : Usages énergétiques de l'industrie

1 En considérant seulement les établissements de 20 salariés ou plus, d’après l’EACEI de l’INSEE [10]. 2 La métallurgie est l’ensemble des industries et des techniques qui fabriquent et traitent les métaux. La sidérurgie est la métallurgie du fer et de l’acier.



Un quart de l’énergie consommée par l’industrie est apporté par le réseau d’électricité.

Cette partie comprend généralement l’alimentation des bâtiments et des équipements

(compresseurs, groupes froids …) lorsque l’établissement n’utilise pas son propre groupe

électrogène. A noter qu’une partie de cette énergie est utilisée pour créer de la chaleur. C’est

notamment le cas pour le plus gros consommateur industriel d’électricité, la métallurgie, qui

utilise des fours à induction fonctionnant à l’électricité1 pour fabriquer et traiter fonte, fer, acier,

cuivre ou aluminium.

Une faible proportion de l’énergie totale (3,5 %) est importée sous forme de vapeur. C’est

principalement le cas des industriels qui ne possèdent pas de chaudières et qui se fournissent

auprès des usines de production de vapeur voisines. Cette énergie est utilisée sous forme de

chaleur.

L’énergie restante, soit 71 % de l’énergie consommée, est utilisée sous forme de combustibles

importés : gaz naturel distribué par le réseau, propane-butane en bouteilles, pétrole acheminé

par camion, charbon, coke de houille …

Une minorité de ces combustibles (12 %) sert à des fins non énergétiques, c’est-à-dire comme

matières premières. C’est principalement le cas des produits pétroliers dans l’industrie

chimique.

L’autre partie (88 %) est utilisée à des fins énergétiques, c’est-à-dire de combustion. Cette

combustion peut avoir pour but d’alimenter des fours et des séchoirs (70 % de cet usage) ou

d’alimenter en chaleur d’autres équipements ou procédés (30 %) : colonnes de distillerie, réseau

de chaleur des locaux, réactions thermochimiques …

Ainsi, même s’il n’est pas possible d’estimer avec précision l’énergie consommée ayant

pour but l’obtention de chaleur, il est certain qu’elle représente la grande majorité de l’énergie

consommée, avec pour conséquence une forte émission de chaleur fatale.

2.2.2 Le gisement de chaleur fatale industrielle en France

Le gisement de chaleur fatale industrielle en France a été estimé en 2017 par l’ADEME

dans son rapport « La chaleur fatale » à 109,5 TWh par an dont 52,9 TWh2 à des températures

supérieures à 100 °C [11, p.25]. Les différentes formes de ce gisement sont présentées par la

figure 6.

Figure 6 : Gisement de chaleur fatale industrielle [6]

1 Les fours à induction permettent, entre autres, de mieux contrôler la températures des métaux et sont moins polluants que les hauts fourneaux traditionnels. 2 En prenant en compte les 8 raffineries de France qui représentent environ 7 % du gisement.



Le gisement à basses températures, inférieures à 100 °C, est présent dans l’air chaud ou dans le

circuit de refroidissement des compresseurs d’air, dans les huiles de lubrification des

compresseurs à vis des groupes froids, ainsi que dans les fluides frigorigènes des systèmes

frigorifiques. Le gisement à hautes températures, supérieures à 100 °C, est principalement

présent dans les fumées de fours et de chaudières, dans la chaleur sensible, ainsi que dans les

buées de séchoirs. La chaleur sensible désigne la chaleur échangée sans transition de phase

entre plusieurs corps. Elle correspond par exemple aux échanges de chaleur au niveau des parois

d’un four industriel.

Une autre représentation du gisement en fonction de la température est proposée dans la

figure 7. Le code couleur utilisé désigne la forme de la chaleur fatale en cohérence avec le code

couleur de la figure 6.

Figure 7: Gisement de chaleur fatale industrielle en fonct ion de la température [11]

Cette représentation permet de mettre en évidence quelques points importants.

▪ Environ 30 TWh, soit 27,5 % du gisement, sont à des températures inférieures à 40 °C.

Or, à des températures aussi faibles, il est impossible d’envisager une valorisation

directe sans une grande utilisation de pompe à chaleur, ce qui rend le gisement peu

attractif.

▪ Environ 28 TWh, soit 25,5 % du gisement, sont à des températures comprises entre

40 °C et 100 °C. Une valorisation en externe de ce gisement est donc envisageable via

un réseau de chaleur urbain où les températures du fluide caloporteur, l’eau

généralement, sont comprises entre 60 °C et 110 °C [12]. L’utilisation de pompes à

chaleur reste néanmoins une nécessité.

▪ Environ 51,5 TWh, soit 47 % du gisement, sont à des températures supérieures à 100 °C.

C’est ce gisement qui est particulièrement intéressant et attractif puisqu’il permet

d’alimenter un réseau de chaleur urbain ou des besoins internes en eau chaude sans



nécessairement utiliser des pompes à chaleur. A très haute température, on peut

imaginer utiliser le gisement pour d’autres usages, comme le séchage, la préchauffe ou

la cuisson de certains produits. Ce gisement est donc plus « noble ».

De manière générale, il convient de mobiliser les gisements à hautes températures en

priorité car ils permettent d’envisager plusieurs valorisations avec des rendements plus élevés

puisque l’utilisation de pompes à chaleur n’est pas toujours nécessaire. A cette fin, certains

secteurs industriels sont donc plus propices que d’autres. Notamment, la métallurgie et

l’industrie des matériaux non métalliques (verre, chaux, ciment, céramique…) utilisent

principalement des fours et sont donc des secteurs d’activité à privilégier pour récupérer la

chaleur fatale.

2.2.3 Les obstacles liés au secteur industriel

Le potentiel de récupération de chaleur fatale du secteur industriel est conséquent. Or,

peu de projets voient le jour et cela principalement pour les raisons suivantes.

En premier lieu, rappelons que le but d’un établissement industriel est d’abord de dégager

du profit et non d’être efficace énergétiquement ou de fournir de la chaleur au réseau de chaleur

urbain voisin. La quasi-totalité des compétences et des moyens d’un industriel sont donc mis

au profit de son activité principale. A noter toutefois que la loi oblige tous les établissements

industriels munis d’une puissance de combustion supérieure à 20 MW à mener des études coûts-

avantage de valorisation de chaleur fatale en cas de rénovation importante ou d’installation

nouvelle [13].

Les dépenses des industries liées à l’énergie sont faibles, reléguant la maitrise de l’énergie

et la récupération de chaleur fatale au second plan. En 2015, la facture énergétique de

l’industrie, hormis celle de la production et distribution d’énergie, est estimée par l’INSEE à

14,5 milliards d’euros1 [14]. Or, la production de celle-ci, qui couvre l’ensemble de ses

dépenses et de ses profits, est estimée en 2017 à 204,1 milliards d’euros [15]. En considérant le

taux de marge moyen de l’industrie manufacturière de 30,7 % [16], on peut en première

approximation estimer les dépenses totales de l’industrie à 141,9 milliards d’euros. Ainsi, la

facture énergétique de l’industrie manufacturière représente en moyenne 10,2 % des dépenses

totales. Bien entendu, la proportion réelle varie fortement autour de cette valeur selon le secteur

d’activité. Aux yeux des industriels, cette faible proportion ne justifie pas le fait de prioriser ses

investissements dans ce domaine plutôt qu’un autre.

L’investissement à faire par l’industriel pour mettre en place le système de valorisation de

chaleur fatale est généralement élevé et ce malgré les aides existantes, principalement le fonds

chaleur de l’ADEME. Lors de l’analyse d’un investissement, les industriels cherchent un temps

de retour sur investissement maximum de l’ordre de 5 ans. Or, ces durées sont habituellement

incompatibles avec le modèle économique des projets de valorisation de chaleur fatale. Cette

problématique est d’autant plus importante dans le cas de valorisation externe pour les sites

industriels situés loin des lieux d’habitation, puisque cela implique d’importants

investissements dans les infrastructures de raccordement.

Ces contraintes, particulières au secteur industriel, bloquent le développement de projet de

valorisation de chaleur fatale.

2.2.4 Une faible coopération avec le secteur public

Les industriels se montrent réticents à fournir des informations sur leurs activités,

équipements ou projets aux pouvoirs publics. Cela s’explique principalement par le milieu

1 En euros de 2017



économique très compétitif dans lequel ils évoluent. Certains tiennent à protéger leurs procédés.

D’autres ne souhaitent pas que les données concernant leur consommation d’énergie ou leur

efficacité énergétique soient relevées puisqu’elles constituent un indicateur de leur santé

économique. Les acteurs publics rapportent aussi souvent avoir des difficultés à communiquer

avec les industriels qui se montrent méfiant à leur égard, traduisant l’existence d’une dualité

public/privée. Il est donc difficile pour le secteur public de les accompagner dans leurs

démarches ou d’être à l’initiative de projets.

C’est dans ce contexte relationnel entre acteurs publics et industriels que la méthode de

détermination du gisement de chaleur fatale territoriale développée s’inscrit. Car les pouvoirs

publics, élus et services techniques des territoires, ont un rôle à jouer pour lever les obstacles

intrinsèques au secteur industriel présentés précédemment. Grâce à leur vision à plus long terme

et plus globale, ils peuvent étudier et mettre en avant des projets territoriaux qui n’ont pas été

détectés par les industriels. Ils peuvent mettre en adéquation des besoins énergétiques (d’un

autre industriel, de bâtiments publics, de réseaux de chaleur urbain…) avec la production de

chaleur fatale d’un industriel. Ils peuvent aider l’industriel à porter le projet et aider à son

financement en débloquant des fonds. Ils peuvent mener des campagnes d’information et de

sensibilisation auprès du grand public. Ils peuvent décider de créer un pôle industriel proche du

lieu d’émission de chaleur fatale afin d’inciter d’autres industriels à s’y installer. Les syndicats

d’énergie peuvent soutenir la création d’un nouveau réseau de chaleur en partenariat avec

l’industriel.

En conclusion, les pouvoirs publics ont des leviers d’actions qui peuvent permettre de

faire naître des projets de valorisation de chaleur fatale vers l’extérieur. La méthode développée

a donc pour vocation de fournir aux élus les informations dont ils ont besoin pour prendre

efficacement en compte l’industrie dans leur politique énergétique.

2.3 Etat des lieux des méthodes de détermination

2.3.1 Recommandations de l’ADEME

Pour estimer le gisement de chaleur fatale industrielle sur un territoire, l’ADEME

propose dans son rapport « La chaleur fatale industrielle » [6, p.18-19] un périmètre

d’évaluation, périmètre qui a été utilisé dans leur estimation du gisement à l’échelle de la

France.

Tout d’abord, seuls les établissements de plus de 10 salariés sont à cibler. Ce premier

filtre permet d’éliminer la majorité des artisans et des petites entreprises manufacturières qui

sont généralement peu émetteur de chaleur fatale.

Ensuite, l’ADEME préconise d’étudier en priorité les procédés les plus énergivores, ceux qui

ont lieu dans des fours, séchoirs ou chaudières. En ciblant ces équipements, on s’assure de

privilégier les rejets à hautes températures (> 100 °C) qui sont les plus intéressants à valoriser.

En second lieu, la chaleur fatale émise par d’autres équipements peut être étudiée,

notamment celle émise par les fours à arc utilisés en sidérurgie. L’ADEME recommande ensuite

de viser en priorité les rejets les plus accessibles, c’est-à-dire sous forme gazeux, tels que les

fumées ou les buées, puis les rejets liquides. Ce filtre élimine donc le gisement sous forme de

chaleur sensible qui représente environ 6 % du gisement à plus de 100 °C soit un peu plus de

3 TWh. Enfin, l’ADEME conseille de se concentrer sur le gisement présent à une température

supérieure à 100 °C. Ce seuil est choisi de manière arbitraire mais témoigne de la volonté de



récupérer en priorité la chaleur la plus « noble » nécessitant le moins d’infrastructures

possibles.

2.3.2 L’angle d’attaque de l’ORECA

L’Observatoire de l'Energie du Climat et de l'Air (ORECA) de la région Provence-

Alpes-Côte d’Azur a publié en mai 2014 une étude menée en partenariat avec l’ADEME

nommée « Potentiel d’économie d’énergie dans l’industrie et cartographie des chaleurs

fatales » [17]. Dans celle-ci, l’ORECA quantifie le gisement de chaleur fatale de la région

Provence-Alpes-Côte d’Azur. Pour cela, 45 sous-secteurs industriels, représentant 60 % de la

consommation énergétique de l’industrie, ont été étudiés. Au sein de ces industries, les

compresseurs, les groupes froids, les chaudières, les fours et les séchoirs sont considérés. En

faisant ce choix, l’observatoire comptabilise donc le gisement à basse température (< 100 °C),

c’est-à-dire le moins noble issu principalement des compresseurs et des groupes froids. Grâce

à des données de l’ADEME datant de 2012, un coefficient de chaleur récupérable par rapport à

la consommation de l’équipement est associé à chaque équipement. Ces coefficients sont

présentés sur la figure 8.

Figure 8: Pourcentage de chaleur récupérable en fonction de la consommation des

équipements [17]

En rouge est représenté le gisement à plus de 100 °C. On peut noter le fait que dans les derniers

documents de l’ADEME [6] (cf. figure 5), le gisement issu de l’huile de lubrification ou de

l’eau de refroidissement des compresseurs à air n’est plus considéré dans le gisement à plus de

100 °C mais dans la fourchette allant de 80 °C à 100 °C.

L’ORECA a ensuite réalisé un travail conséquent d’enquête téléphonique auprès de

300 industriels afin de déterminer la puissance des équipements cités précédemment présents

dans leur établissement ainsi que leur nombre d’employés. A partir de là, pour chaque sous-

secteur industriel, une régression linéaire est effectuée pour obtenir la puissance des appareils

en fonction du nombre d’employé. Enfin, à chaque sous-secteur industriel est affecté un temps

moyen de fonctionnement des équipements qui permet d’estimer la consommation de chaque

appareil. En utilisant des coefficients de la figure 8, il est donc possible d’obtenir le gisement

de chaleur fatale et sa température pour chaque secteur industriel du territoire.

Cette méthode a donc de nombreux atouts. Principalement, elle ne se contente pas

seulement de chiffrer le gisement territorial total et de le situer spatialement sur le territoire,

mais permet de catégoriser la chaleur fatale selon sa température. Cette distinction est rendue

possible par l’orientation « équipements » de l’étude grâce à l’immense travail d’enquête



téléphonique auprès des acteurs industriels. Nous verrons que les informations librement

disponibles sur les équipements présents au sein des établissements sont très restreintes.

Quelques limites de la méthode peuvent être mises en avant. Tout d’abord, il est

important d’aborder les limites d’une méthode basée entièrement sur les codes APE. En effet,

au sein même d’un sous-secteur industriel, c’est-à-dire code APE, les établissements peuvent

réaliser des opérations ou traitements différents qui nécessitent des équipements et des procédés

différents. Dans l’industrie agro-alimentaire, on comprend aisément que deux établissements

répertoriés par le code APE 10.31 « Fabrication d’huiles et de graisses raffinées » peuvent

réaliser des opérations différentes selon le mode d’extraction choisi et l’intrant utilisé (végétal,

animal …)

De manière plus pernicieuse, il se peut que certaines industries soient répertoriées sous

un code NAF qui représente mal leur activité. C’est par exemple le cas de l’entreprise située à

Lens « Les cheminées Philippe » enregistrée sous le code APE 23.70Z « Fabrication de

d’inserts, cheminées et poêles » (cf partie 4.1.1). L’entreprise fabrique en effet des cheminées,

des poêles ou encore des inserts. Elle possède néanmoins une capacité de fonderie de

87,5 tonnes d’acier par jour. Son code APE ne permet donc pas de relever son grand potentiel

de chaleur fatale.

Enfin, afin de projeter les résultats de l’enquête menée à l’ensemble des industries du

territoire, un ratio sur le nombre d’employés est utilisé. Cette manière de procéder est très

attirante puisqu’elle permet de projeter facilement une tendance sur un large panel

d’établissements, le nombre d’employés étant une information facilement accessible1.

Cependant, c’est aussi une faiblesse puisque cette méthode suppose de manière sous-jacente

que la proportion d’employés productifs, c’est-à-dire d’ouvriers travaillant sur les machines de

production, par opposition aux employés tertiaires, est la même dans tous les établissements.

Or, bien que cette hypothèse soit solide pour deux établissements de même taille, elle est limitée

lorsque la taille des entreprises est différente. En effet, un grand établissement industriel peut

se doter des équipements, outils et machines de dernière génération nécessitant de forts

investissements, ce qui a pour effet d’augmenter sa productivité et de réduire le nombre

d’employés productifs nécessaires. L’effet inverse peut aussi se produire. Les grands

établissements industriels qui produisent des quantités de produits très importantes possèdent

souvent des chaînes de tri ou de vérification de pièces encore confiées aux humains pour leur

capacité de discernement. Cela a pour effet d’augmenter le nombre d’employé total sans

augmenter le nombre d’opérateur sur les machines de production émettant la chaleur fatale. La

difficulté d’une méthode basée sur le nombre d’employés apparaît donc : si le nombre total

d’employés est une information facilement accessible, les nombres d’employés productifs et

tertiaires ne sont pas disponibles. Dans son étude, l’ORECA annonce avoir pris en compte le

biais engendré par l’application d’un ratio basé sur le nombre d’employé sur des tailles

d’établissements différentes en bornant la régression linéaire qui leur permet d’obtenir la

puissance des équipements étudiés.

2.3.3 Ancienne méthode chez AEC

Avant le développement de la méthode qui sera présentée dans la partie 3, AEC

procédait en deux étapes pour mener l’étude de chaleur fatale industrielle sur un territoire.

La première consiste à repérer les établissements qui émettent de la chaleur fatale. Pour

cela, les établissements du territoire sont classés selon leurs puissances de combustion déclarées

dans la base des Installations Classées pour la Protection de l’Environnement (ICPE),

1 Par exemple via la base de données du Système National d’Identification et du Répertoire des Entreprises.



information qui sera examinée dans la partie 3.2.2. Les industries de ce classement qui

appartiennent aux secteurs industriels fortement émetteurs de chaleur fatale sont repérées. Ces

secteurs industriels sont l’industrie métallurgique (dont la sidérurgie) et l’industrie des

matériaux non métalliques (verre, ciment, chaux). A partir de là, des cibles ont été définies.

Une analyse au cas par cas est ensuite menée pour étudier l’intégration de ces

établissements cibles dans leur environnement. Sont-ils situés près de zones urbaines denses ?

Sont-ils situés à côté d’autres établissements industriels consommateur de chaleur ? Quelles

sont les possibilités de valoriser la chaleur fatale ? Un réseau de chaleur est-il envisageable ?

Cette méthode permet donc de mettre en avant les établissements les plus prometteurs

du territoire de manière qualitative. Néanmoins, elle possède quelques faiblesses dans le cas

d’une EPE. Tout d’abord, comme nous le verrons dans la partie 3.2.2, le classement des

établissements selon la puissance de combustion déclarée dans la base ICPE peut s’avérer

incomplet voire trompeur selon les secteurs industriels présents sur le territoire. Enfin, cette

méthode ne permet pas la quantification de la chaleur fatale récupérable. De ce fait, si plusieurs

établissements prometteurs sont détectés, ces derniers ne peuvent pas être classés par ordre

d’importance. Or, rappelons qu’il est très important de d’ordonner les priorités pour guider les

élus et de chiffrer le gisement pour le comparer aux différentes filières étudiées (photovoltaïque,

méthanisation, etc). Ordonner, chiffrer et prioriser sont des actions nécessaires pour transmettre

efficacement les résultats de l’EPE aux élus.

2.4 Cahier des charges

2.4.1 Objectifs

Afin d’aider les élus et les acteurs de la planification énergétique territoriale à mieux

prendre en compte l’industrie dans leurs décisions, AEC m’a confié la tâche de développer une

méthode permettant d’étudier le gisement de chaleur fatale industrielle d’un territoire. Ses

objectifs sont les suivants :

➢ Quantifier le gisement de chaleur fatale sur un territoire donné

➢ Localiser le gisement sur le territoire

➢ Hiérarchiser les établissements industriels pour définir des priorités

➢ Cibler les gisements importants pour faire apparaître des projets réalisables

Une manière de remplir tous ces objectifs est d’estimer le gisement de chaleur fatale de chaque

établissement industriel du territoire.

2.4.2 Contraintes

La méthode doit respecter les contraintes suivantes :

➢ Le filtre d’étude posé par l’ADEME doit être respecté

➢ La méthode doit être implémentée avec des logiciels disponibles et maîtrisés par

AEC : développement sous SQL, python

➢ Les résultats doivent être utilisables sur le logiciel cartographique QGIS et donc

mis sous le format shapefile.

➢ La méthode doit être rapide et automatisée

➢ La méthode ne doit pas être dépendante de contacts avec les industriels pour

fonctionner



2.4.3 Phasage

Un diagramme de GANTT de l’organisation du stage est proposé dans la figure 9. Un

peu plus d’un mois a été nécessaire pour rentrer profondément dans le sujet, prendre en main

les outils à disposition et comprendre la problématique. La période de définition des objectifs

et contraintes de la méthode a été une période de brainstorming particulièrement longue. En

effet, il existe plusieurs manières d’aborder des études territoriales sur l’industrie, beaucoup de

base de données disponibles. C’est cette période, durant laquelle j’ai découvert les méthodes

similaires, leurs avantages et leurs défauts, et les différentes données à ma disposition. Ce sont

elles qui m’ont amené à penser que la manière de concevoir la méthode qui va être présentée

est la meilleure possible pour répondre aux objectifs du cahier des charges en respectant ses

contraintes. La méthode a subi de nombreuses mises à l’épreuve qui l’ont beaucoup faite

évoluer. Le principal « contre-temps » a été la découverte de la méthode de l’ORECA qui a eu

lieu seulement début avril, ce qui a provoqué naturellement l’émergence de la méthode des

équipements et l’amélioration de la méthode CO2 et de la méthode des activités, méthodes qui

seront présentées dans la partie 3 du présent rapport.



Figure 9 : Planification prévisionnelle du développement de la méthode



3 Détermination du gisement de chaleur fatale industrielle

3.1 Principe général de la méthode

3.1.1 Fonctionnement

Afin de proposer une estimation du gisement de chaleur fatale territoriale qui puisse

retranscrire correctement la diversité des secteurs industriels, trois sous-méthodes ont été

développées.

Ces méthodes utilisent comme source de données brutes deux bases de données : la base

de données des Installations Classées pour la Protection de l’Environnement (ICPE) [18] et la

base de données des Installations classées au Registre des Émissions Polluantes (IREP) [19].

Elles sont décrites plus en détail dans la partie 3.1.2.

Cette diversité de méthode s’est imposée afin de rendre compte de l’immense variété de

domaines dans l’industrie. Chacune permet l’estimation du gisement de chaleur récupérable

d’un établissement industriel d’un territoire. Le choix de la méthode utilisée dépend du secteur

industriel de chaque établissement. Ensembles, appliquées de manière complémentaire à tous

les établissements industriels d’un territoire, elles permettent de déterminer le plus précisément

possible le gisement de chaleur fatale industrielle territoriale. Chaque méthode a ses

spécificités, ses forces et ses faiblesses qui seront décrites par la suite. Ces méthodes sont la

méthode des équipements, la méthode CO2 et la méthode des activités. Le schéma de

fonctionnement de la méthode générale est présenté sur la figure 10. Les méthodes sont

expliquées en détail respectivement dans les parties 3.2, 3.3 et 3.4 du présent rapport.

Figure 10 : Schéma de la méthode de détermination de chaleur fatale d’un établissement

Il est possible qu’un établissement soit étudiable par deux méthodes voire par chacune

des trois. Dans ce cas, en fonction du secteur industriel de chaque établissement étudié, la

méthode la plus adaptée pour parvenir à l’estimation de la chaleur fatale industrielle en son sein



est alors choisie. Préciser quelle méthode est meilleure dans quel cas, c'est-à-dire présenter le

filtre de sélection des méthodes, est l’objet de la partie 3.5. Il est nécessaire de comprendre

comment les trois méthodes fonctionnent pour comprendre comment elles s’articulent entre

elles. Dans les prochaines parties, les équations exposées sans mention bibliographique sont le

fruit du travail réalisé et visent à formaliser la démarche.

Lorsque le potentiel de chaleur fatale de chaque établissement du territoire est

déterminé, le gisement total du territoire est connu, localisé et les cibles sont hiérarchisées.

3.1.2 Données brutes

Malgré la réticence du secteur industriel à fournir des informations sur ses procédés et

son fonctionnement, il existe des lois qui les obligent à tenir certaines informations à disposition

du public. C’est le cas de deux bases de données librement consultables sur Internet qui sont

les données brutes utilisées par la méthode : la base de données des Installations Classées pour

la Protection de l’Environnement (base ICPE) [18] et la base de données des Installations

classées au Registre des Émissions Polluantes (base IREP) [19].

La base des ICPE contient les déclarations des établissements sur les substances

chimiques qu’ils utilisent ou stockent, ainsi que sur leurs activités, conformément à une

nomenclature fixée1 par le code de l’environnement. Les établissements industriels qui

présentent une quantité de produits chimiques supérieure à un seuil ou qui exercent une activité

avec une capacité de production supérieure à un seuil sont appelés Installations Classées pour

la Protection de l’Environnement et soumis à une réglementation spéciale qui renforce par

exemple les contrôles réalisés par les services de l’État. La base ICPE compte environ

53 000 établissements industriels et recense la présence de 135 substances chimiques

différentes et de 196 activités. On peut par exemple y trouver via la rubrique n°2551 la capacité

d’un établissement à fondre des alliages ferreux, si celle-ci est supérieure à 1 tonne par jour.

Cette base de données est mise à disposition du public par le Ministère de la Transition

Écologique et Solidaire par un site internet dédié2. Historiquement, cette classification fait suite

à une volonté de l’État de contrôler les industries présentes sur son territoire afin d’éviter les

accidents industriels. Les contrôles ont notamment été renforcés après l’explosion de l’usine

AZF qui a fait 30 morts à Toulouse en 2001. Cette base de données contient parfois des

informations erronées, principalement à cause d’erreurs d’unité dans la saisie des données ou à

cause de doublons de déclaration. De plus, bien qu’elle soit actualisée régulièrement, il arrive

que certains établissements recensés soient fermés définitivement ou fassent l’objet d’une

procédure de redressement voire de liquidation judiciaire.

Afin de remplir l’objectif du cahier des charges « localiser le gisement sur le territoire »,

la base des ICPE a été téléchargée et géolocalisée. Pour cela, le service de « geocoding » de

Google a été utilisée. Il permet d’obtenir les coordonnées spatiales d’un lieu à partir d’une

adresse postale. Une fois les coordonnées spatiales des 53 000 établissements obtenues, il est

possible de les projeter sur un logiciel cartographique comme QGIS.

La base IREP répertorie les déchets et les rejets, dans l’air, l’eau ou le sol, de polluants

d’origine industrielle à partir de certains seuils. Elle contient des données sur

10 047 établissements industriels et recense 95 polluants différents, 197 types de déchets

1 https://aida.ineris.fr/sites/default/files/gesdoc/30296/BrochureNom_v47public.pdf

2 http://www.installationsclassees.developpement-durable.gouv.fr/

https://aida.ineris.fr/sites/default/files/gesdoc/30296/BrochureNom_v47public.pdf

http://www.installationsclassees.developpement-durable.gouv.fr/



dangereux et 267 types de déchets non dangereux. Ces données sont consultables1 librement

car elles sont considérées comme des données environnementales au sens de la convention

d’Aarhus et doivent donc être mise à disposition du public. Cette base de données contient

notamment les émissions de CO2 des établissements industriels émettant plus de 10 000 tonnes

de CO2 par an. Ainsi, 988 établissements industriels ont déclaré en 2017 émettre une quantité

de CO2 supérieure à ce seuil et tous sont classés ICPE. C’est notamment sur ces informations

qu’est basé le système européen d’allocation de quotas de GES.

3.2 La méthode des équipements

3.2.1 Principe

Cette méthode permet d’estimer le gisement de chaleur fatale au sein d’un établissement

en fonction des installations de combustion déclarées dans la base des ICPE. Cette méthode tire

parti de celle menée par l’ORECA dans l’étude présentée dans la partie 2.3.2. Le schéma de

fonctionnement global de cette méthode est présenté succinctement sur la figure 11.

Figure 11: Schéma de fonctionnement de la méthode des équipements

La rubrique 2910 de la nomenclature de la base ICPE répertorie une partie des

installations de combustion de puissance supérieure à 2 MW. En utilisant le facteur de charge

moyen des installations du secteur d’activité concerné, on obtient la consommation énergétique

de ces installations de combustion. Enfin, en utilisant le profil d’équipements du secteur

d’activité, on accède alors à la chaleur récupérable au sein de l’établissement étudié.

1 http://www.georisques.gouv.fr/dossiers/irep-registre-des-emissions-polluantes

http://www.georisques.gouv.fr/dossiers/irep-registre-des-emissions-polluantes



3.2.2 Puissance des installations de combustion déclarée

Les établissements possédant des installations de combustion qui répondent aux critères

suivants1 sont classés ICPE et doivent déclarer leur puissance de combustion :

▪ La combustion ne participe pas à la fusion, à la cuisson ou au traitement, en

mélange avec les gaz de combustion, des matières entrantes.

▪ La puissance de l’installation de combustion est supérieure à 2 MW lorsqu’elle

consomme des combustibles fossiles

▪ La puissance de l’installation de combustion est supérieure à 0,1 MW lorsqu’elle

est alimentée en biomasse

D’après le premier point, les fours utilisés dans la métallurgie, l’industrie verrière, de la chaux,

du ciment et du plâtre, ainsi que celle des céramiques ne sont pas concernés par cette rubrique

puisqu’ils sont utilisés comme des réacteurs dans lesquels on élabore ces produits.

L’établissement O-I France SAS, basé à Wingles, commune de la communauté

d’agglomération de Lens-Liévin (CALL), a une capacité de production journalière de

500 tonnes de verre creux mais ne déclare pas avoir d’installation de combustion concernée par

cette rubrique. Ces secteurs d’activité ne peuvent donc pas être étudiés par cette méthode. De

même, le classement des industries intéressantes issu de la précédente méthode d’AEC,

présentée dans la partie 2.3.3, basée sur cette déclaration, était donc biaisé. Ces secteurs

d’activité seront étudiés grâce aux autres méthodes.

La puissance de combustion déclarée concerne donc celle des chaudières, des séchoirs

et, dans une moindre mesure, des chaufferies alimentant les locaux en chaleur. Par exemple, la

déclaration ICPE de l’établissement Mc Cain situé à Harnes, commune de la CALL, est

présentée dans la figure 12. Cet établissement fabrique de grandes quantités de produits surgelés

à base de pommes de terre. Elle déclare une puissance de combustion de 66,94 MW. La ligne

de la déclaration correspondante est entourée en rouge sur la figure 12.

1 La nomenclature ICPE est consultable sur le site aida.ineris.fr ou sur legifrance.gouv.fr



Figure 12: Déclaration ICPE de l'établissement MC Cain situé à Harnes

3.2.3 Facteur de charge des installations

La puissance en MW des installations de combustion, principalement chaudières et

séchoirs, déclarée dans la base ICPE étant connue, on désire maintenant obtenir la

consommation de ces installations. Pour cela, il faut utiliser un facteur de charge, exprimé en

heures par an ou en pourcentage, représentant la durée équivalente annuelle pendant laquelle

l’installation a fonctionné à sa puissance nominale.

On se base sur les résultats de l’étude de l’ORECA [17] issus des réponses des

industriels aux questionnaires, complétés par l’analyse comparative des 3 méthodes (cf partie

3.5.1). Les résultats sont présentés dans la figure 13.

Code NAF

(2 chiffres)

Secteur industriel Facteur de charge des

équipements

en % en h/an

10 Industries alimentaires 62,1 5 436

11 Fabrication des boissons 53,8 4 716

16 Travail du bois et fabrication d'articles en bois et liège, à

l'exception des meubles ; fabrication d'articles de

vannerie et sparterie

90,4 7 919

17 Industrie papier-carton 73,3 6421

20 Industrie chimique 71,7 6 280

21 Industrie pharmaceutique 80,8 7 077

22 Fabrication de produits en caoutchouc et en plastique 74,3 6 510

Autres Autres (hors métallurgie, fabrication de produits

minéraux non métalliques et fabrication de produits

métalliques)

67,1 5 877

Figure 13 : Facteurs de charge des équipements par secteur industriel



En utilisant ces hypothèses, on obtient la quantité d’énergie annuelle utilisée par ces

installations de combustion en fonction de leur puissance par l’équation suivante :

𝐸𝑐𝑠 = 𝜌 × 𝑃𝑐𝑠 (Équation 2)

Avec :

𝐸𝑐𝑠 en MWh/an, l’énergie consommée par les chaudières et les séchoirs

𝑃𝑐𝑠 en MW, la puissance totale des chaudières et des séchoirs déclarée dans la rubrique 2910

𝜌 en h/an, le facteur de charge des installations de combustion

Il convient maintenant de déterminer la quantité de chaleur fatale émise par ces installations,

déterminée grâce au profil d’équipements.

3.2.4 Profil d’équipements

La puissance des autres installations de combustion, comme les chaufferies ou les

colonnes de distillation, étant supposée négligeable, la puissance déclarée est égale à la somme

de la puissance des séchoirs et des chaudières. Ainsi, la société Unilin SAS, qui fabrique des

panneaux de bois, déclare dans la rubrique 2910 une puissance de combustion de 101,5 MW.

En allant chercher les arrêtés préfectoraux, parfois disponibles sur le site de la base ICPE, il est

possible de retrouver les informations précises qui ont amené à cette déclaration.

Figure 14: Extrait de l'arrêté préfectoral de 2007 concernant l'établissemen t Unilin SAS

L’établissement possède donc deux chaudières principales de 40 MW et 58 MW dont des

séchoirs de 8 MW et 25 MW respectivement et deux chaudières de secours de 15 MW chacune

non comptabilisée dans le total. La puissance de la chaufferie est de 3,5 MW ce qui équivaut à

4 % de la puissance de combustion totale. Le profil d’équipements de cet établissement est

donc : 33 % de séchoirs et 67 % de chaudières. Il a participé à l’étude générale de l’industrie

du bois qui a été, après étude des arrêtés préfectoraux de 5 établissements du secteur, pris égal

à 35 % de séchoirs et 65 % de chaudières.

En étudiant les arrêtés préfectoraux de certains établissements, des profils d’équipements

similaires ont été déterminés pour chaque secteur industriel. Ils sont présentés dans la figure 15.



Profil d’équipements par secteur d’activité

Secteur d'activité Proportion de chaudière

Proportion de fours

Proportion de séchoirs

10 - Industrie alimentaire 64 % 0 % 36 %

11 - Industrie des boissons 80 % 0 % 20 %

16 - industrie du bois 65 % 0 % 35 %

17 - Industrie du papier-carton 50 % 0 % 50 %

20 - Industrie chimique 85 % 0 % 15 %

21 - industrie pharmaceutique 80 % 0 % 20 %

22 - Industrie du plastique 80 % 0 % 20 %

23 - Industrie des produits minéraux 3 % 94 % 3 %

24 - Métallurgie 0 % 100 % 0 %

25 - Industrie des produits métalliques 0 % 100 % 0 %

Autre 80 % 0 % 20 %

Figure 15 : Profil d'équipements par secteur industriel

D’après le « Document de référence sur les meilleures techniques disponibles pour l’efficacité

énergétique » publié en février 2009 par la commission européenne [20], les gaz de combustion

des chaudières sont rejetés dans la cheminée à des températures supérieures de 100 °C à 150 °C

par rapport à celle de la vapeur générée. D’après le tableau 3.7 du même document, pour une

chaudière au gaz naturel avec des gaz de combustion de 205 °C, il est possible de récupérer

5,3 % de la puissance thermique de la chaudière grâce à un échangeur aux fumées. Le taux de

récupération peut atteindre 13 % pour des températures de gaz de combustion supérieures à

305 °C. Afin de ne pas surévaluer le gisement, la valeur de chaleur récupérable de 4 % de la

consommation de la chaudière est choisie, en cohérence avec les hypothèses faites dans l’étude

menée par l’ORECA [17].

Le document MTD précise les différents procédés de séchage. Le chauffage direct

consiste à acheminer un gaz chaud au travers, par-dessus ou autour du produit à sécher. L’eau

contenue dans le produit à sécher atteint alors sa température de vaporisation et s’évapore. Le

chauffage indirect est réalisé par conduction : la chaleur est apportée au produit à sécher par

une surface chauffée. Ce procédé est plus utilisé pour les produits aux formes géométriques

simples comme des produits plats ou à bandes. Le dernier procédé, procédé dit de vapeur

surchauffée, consiste à projeter sur le produit à sécher de la vapeur d’eau chauffée à une

température supérieure au point d’ébullition de l’eau à une pression donnée. L’eau ne peut alors

exister au contact de cette vapeur et le produit est séché. Dans le cas des sécheurs directs ou de

vapeur surchauffée, le potentiel de récupération de chaleur sur les gaz de sortie est grand.

L’ORECA estime dans leur étude le pourcentage de chaleur récupérable à 20 % de la

consommation de la chaleur. Cette hypothèse a été adoptée.

Grâce à ces hypothèses, un coefficient de récupération de chaleur fatale – hors fours,

noté 𝛼 et sans unité, permettant de passer de la consommation d’énergie de ces équipements à

la quantité de chaleur récupérable a été défini par l’équation 3. Ce coefficient de récupération

de chaleur fatale dépend de la proportion de chaudières et de séchoirs mais aussi des hypothèses

faites sur la chaleur récupérable associée à chacun de ces équipements.

𝛼 = 0,04 × 𝛼𝑐ℎ𝑎𝑢𝑑𝑖è𝑟𝑒𝑠 + 0,20 × 𝛼𝑠é𝑐ℎ𝑜𝑖𝑟𝑠 (Équation 3)



Avec :

𝛼𝑐ℎ𝑎𝑢𝑑𝑖è𝑟𝑒𝑠 sans unité, le ratio de la puissance des chaudières sur la puissance totale des

installations de combustion de l’établissement hors fours

𝛼𝑠é𝑐ℎ𝑜𝑖𝑟𝑠 sans unité, le ratio de puissance des séchoirs sur la puissance totale des installations

de combustion de l’établissement hors fours

Et

𝛼𝑐ℎ𝑎𝑢𝑑𝑖è𝑟𝑒𝑠 + 𝛼𝑠é𝑐ℎ𝑜𝑖𝑟𝑠 = 1 (Équation 4)

L’équation 4 traduit le fait que ce coefficient de récupération de chaleur fatale ne prend pas en

compte la présence de fours puisque la puissance déclarée dans la rubrique 2910 ne contient

pas celle des fours. Le profil d’équipements général, c’est-à-dire comprenant les fours, sera

utilisé dans la méthode CO2.

3.2.5 Synthèse

Cette méthode permet donc de calculer la chaleur récupérable à partir de la puissance de

combustion déclarée dans la base des Installations Classées pour la Protection de

l’Environnement. Elle utilise pour cela un facteur de charge moyen des installations et un profil

d’équipements qui sont des hypothèses sectorielles basées sur les données de l’ORECA, sur

une analyse croisée des 3 méthodes et sur l’analyse approfondie des arrêtés préfectoraux.

De manière générale, le gisement de chaleur fatale, noté 𝐶𝑟 en MWh/an, est calculé avec cette

méthode de la manière suivante :

𝐶𝑟 = 𝛼 × 𝜌 × 𝑃𝑐𝑠 (Équation 5)

Avec :

𝐶𝑟 en MWh/an, la chaleur récupérable au sein de l’établissement

𝛼 sans unité, le coefficient de récupération de chaleur fatale

𝜌 en h/an, le facteur de charge moyen des installations de combustion du secteur d’activité

𝑃𝑐𝑠 en MW, la puissance des installations de combustion déclarée dans la rubrique 2910

Cette méthode permet d’obtenir une estimation du gisement de chaleur récupérable sur une

grande partie des 6 599 établissements industriels qui déclarent une puissance de combustion

dans la rubrique 2910. La quantité d’établissements qu’elle permet de traiter est donc son

principal atout. Cependant, elle n’est pas adaptée pour étudier les industries dont la principale

source de chaleur provient de l’électricité, la sidérurgie, ou celles qui utilisent des fours

(industrie métallurgique, du verre, de la chaux, du ciment et du plâtre).

3.3 La méthode CO2

3.3.1 Principe

Cette méthode permet d’estimer le gisement de chaleur fatale au sein d’un établissement

à partir des émissions de CO2 déclarées dans la base des Installations classées au Registre des

Emissions Polluantes. Le schéma de fonctionnement global de cette méthode est présenté

succinctement sur la figure 14.



Figure 16 : Schéma de présentation de la méthode CO2

Cette méthode n’est possible que si l’établissement industriel considéré a déclaré émettre plus

de 10 000 tonnes de CO2 par an. Dans ce cas, ses émissions de CO2 sont répertoriées dans la

base IREP au côté de son code NAF représentant son secteur d’activité.

Les mix de combustibles utilisés par les principaux secteurs d’activité ont été déterminés

à partir de l’Enquête Annuelle de Consommation d’Energie dans l’Industrie (EACEI) menée

par l’INSEE en 2017 [10]. Grâce au règlement européen n°601/2012 [21, Annexe VI] qui

détaille les émissions carbonées liées à la combustion de chaque combustible, les émissions de

CO2 par tonnes équivalent pétrole consommées, représentées par un facteur d’émission, de

chaque mix ont été calculées. Avec ces informations, on détermine la consommation d’énergie

de l’établissement liée à des activités de combustion, puis grâce aux données sur les secteurs

d’activité concernant leur parc d’équipements et leur facteur de charge, on accède au gisement

de chaleur fatale industrielle de l’établissement.

3.3.2 Emissions de dioxyde de carbone

L’idée de la méthode étant de déterminer la chaleur récupérable à partir des émissions

de CO2 en passant par la quantité d’énergie utilisée pour la combustion, il faut d’ores et déjà

étudier ce à quoi correspond la quantité de CO2 déclarée dans la base de données IREP. Pour

cela, les données techniques du règlement européen n°601/2012 relatif à la surveillance et à la

déclaration des émissions de gaz à effet de serre [21] ainsi que le « Guide méthodologique

d’aide à la déclaration annuelle des émissions polluantes et des déchets à l’attention des

exploitants » publié en 2014 par le Ministère de la transition écologique et solidaire [22] ont été

utilisés.



D’après la législation européenne, les émissions de CO2 sont déterminées à partir de celles liées

aux installations de combustion et celles liées aux procédés selon la formule suivante :

𝑄 = 𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑜𝑛 + 𝑄𝑝𝑟𝑜𝑐é𝑑é𝑠 (Équation 6) [21, Article 24]

Avec :

𝑄 en t CO2, la quantité totale de CO2 émis annuellement par l’établissement

𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑜𝑛 en t CO2, la quantité de CO2 émis annuellement par les installations de combustion

𝑄𝑝𝑟𝑜𝑐é𝑑é𝑠 en t CO2, la quantité de CO2 émis annuellement par les procédés

Pour déterminer les émissions de CO2 ayant pour origine les installations de combustion,

les établissements doivent recenser la quantité de tous les combustibles utilisés. Un exemple de

déclaration de combustible sur le site officiel est proposé sur la figure 17. Les facteurs

d’émission des différents combustibles sont définis au tableau 1 de l’ANNEXE VI du règlement

(UE) n°601/2012. Les facteurs d’oxydation des combustibles sont généralement pris égaux à 1.

Ils peuvent valoir 0,995 pour les combustibles solides et 0,99 pour les combustibles gazeux en

fonction du niveau d’exigence défini. Les établissements peuvent aussi déclarer des

équipements d’épuration en précisant leur rendement.

Figure 17 : Exemple de déclaration d'émission de CO2 provenant de la combustion de fioul

lourd [22]

La quantité de CO2 émise annuellement calculée par cette méthode est égale à :

𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑜𝑛 = ∑ 𝐹𝐸 × 𝑃𝐶𝐼 × 𝐹𝑂 × 𝑚 × (1 − 휀)𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠 (Équation 7) [22, p.35]

Avec :

𝐹𝐸 en t CO2/MWh, le facteur d’émission du combustible

𝐹𝑂 sans unité, le facteur d’oxydation du combustible

𝑃𝐶𝐼 en MWh/t, le pouvoir calorifique inférieur du combustible

𝑚 en t, la quantité de combustible utilisée annuellement

휀 sans unité, le rendement du système d’épuration

Pour déterminer la quantité de CO2 liée aux émissions de procédés, les établissements

doivent se baser sur les facteurs d’émission stœchiométriques, exprimés en t CO2/t, présentés

dans les tableaux 2, 3, 4 et 5 de l’annexe VI du règlement (UE) n°601/2012. Ces facteurs

estiment les émissions des procédés suivants : décomposition de carbonates ; décomposition de

carbonates à partir d’oxydes alcalino-terreux ; production de fonte et d’acier, transformation

des métaux ferreux ; production de produits chimiques organiques en vrac. La quantité de CO2

émis par les procédés est ensuite calculée par la formule suivante :

𝑄𝑝𝑟𝑜𝑐é𝑑é𝑠 = ∑ 𝐹𝑆 × 𝑚𝑝 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛𝑠 𝑟é𝑓é𝑟𝑒𝑛𝑐é𝑒𝑠 (Équation 8) [21, Article 24, §2]

Avec :



𝐹𝑆 en t CO2/t, le facteur d’émission stœchiométrique associé à la production

𝑚𝑝 en t, la production annuelle référencée

Ainsi, hors l’industrie verrière1, de la chaux, du ciment et du plâtre2, de la métallurgie et de la

chimie organique, les émissions de CO2 sont entièrement dues aux installations de combustion

de telle façon que :

𝑄 = 𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑜𝑛 = ∑ 𝐹𝐸 × 𝑃𝐶𝐼 × 𝐹𝑂 × 𝑚 × (1 − 휀)𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠 (Équation 9)

Ce sont ces industries que la méthode CO2 a vocation d’étudier.

3.3.3 Mix de combustibles moyens

Pour déterminer la quantité d’énergie utilisée pour des activités de combustion à partir

des émissions de CO2, on utilise l’Enquête Annuelle de Consommation d’Energie dans

l’Industrie (EACEI), réalisée par l’INSEE, qui a pour but de mesurer les consommations

d’énergie dans l’industrie. Elle recense pour chaque secteur d’activité (deux premiers chiffres

du code NAF) la consommation d’énergie déclinée pour les combustibles suivants :

combustibles minéraux (houille, lignite, charbon pauvre, coke de houille), gaz de réseau, coke

de pétrole, butane-propane, fioul lourd, fioul domestique, autres produits pétroliers, liqueurs

noires, bois. Grâce à ses informations, on peut déterminer le mix de combustibles moyens d’un

secteur industriel. Pour remonter à l’énergie de combustion totale au sein d’un établissement

d’un secteur industriel donné, on procède de la manière suivante :

▪ On suppose le facteur d’oxydation égal à 1, ce qui est le cas dans la grande majorité des

cas (𝐹𝑂 = 1)

▪ On considère négligeable le système d’épuration des installations (i.e 휀 = 0)

▪ On pose 𝑒 = 𝑃𝐶𝐼 × 𝑚 l’énergie issue de la combustion de la quantité m de

combustible, exprimé en MWh.

▪ On utilise l’indice i pour désigner les combustibles

L’équation 9 s’écrit alors de manière simplifiée :

𝑄 = ∑ 𝐹𝐸𝑖 × 𝑒𝑖𝑖 (Équation 10)

Avec

𝑒𝑖 en MWh, l’énergie issue de la combustion du combustible i au sein de l’établissement étudié

1 Lors de la production du verre, la fonte du sable, principal composant, se fait en présence de

carbonate de sodium (Na2CO3) afin d’abaisser sa température de fusion. Cependant, ce composé

chimique rend le verre soluble à l’eau, forçant ainsi l’usage de carbonate de calcium

(CaCO3) afin de rendre le verre non soluble à l’eau. La formation de verre est donc

accompagnée d’une émission de CO2 due à la perte de la molécule de dioxyde de carbone par

le carbonate de calcium. [23, p.8] 2 Lors de la fabrication de chaux ou de ciment, de l’oxyde de calcium (CaO) et du dioxyde de

carbone sont produits à partir de carbonate de calcium (CaCO3) dans une réaction nommée

calcination.



▪ On considère que le mix de combustibles de l’établissement est égal au mix de

combustibles moyen de son secteur d’activité, ou autrement dit que pour tout

combustible i :

𝑒𝑖 = 𝜇𝑖,𝑚𝑜𝑦𝐸 (Équation 11)

Avec :

𝜇𝑖,𝑚𝑜𝑦, sans unité, la proportion moyenne d’usage du combustible i dans le secteur industriel

de l’établissement

𝐸, en MWh, l’énergie de combustion totale utilisée par l’établissement

On peut alors approximer la quantité de CO2 émis par la relation suivante :

𝑄 = 𝐸 ∑ 𝐹𝐸𝑖 × 𝜌𝑖,𝑚𝑜𝑦

𝑖 (Équation 12)

Or, en utilisant l’EACEI, on peut déterminer pour chaque secteur industriel le facteur

d’émission moyen, exprimé en tCO2/MWh et noté 𝛾, tel que

𝛾 = ∑ 𝐹𝐸𝑖 × 𝜌𝑖,𝑚𝑜𝑦

𝑖 (Équation 13)

On peut alors remonter à la quantité d’énergie de combustion total d’un établissement par la

relation :

𝐸 =𝑄

𝛾 (Équation 14)

Par exemple, le mix moyen de combustibles de l’industrie des boissons, issu des

informations fournies par 325 établissements, est présenté dans la figure 16.



Figure 18: Mix moyen de combustibles dans l'industrie des boissons

Ce mix de combustibles est fortement dominé par le gaz de réseau qui présente de nombreux

avantages. Il est bon marché, facilement manipulable puisque gazeux, et possède un pouvoir

calorifique supérieure à la plupart des autres combustibles. Il est aussi directement distribué par

le réseau de GRTgaz, contrairement au butane ou au propane qui sont généralement distribués

dans des bombonnes acheminées par camions.

En utilisant les facteurs d’émission des différents combustibles, en tCO2/MWh, d’après les

données du tableau 1 de l’ANNEXE VI du règlement (UE) n°601/2012, les émissions de CO2

de ce mix sont égales à 207,1 kgCO2/MWh.

Ce travail est réalisé pour les principaux secteurs industriels et les graphiques

représentant les mix de combustibles à usage énergétique de chaque secteur industriel sont

présentés dans l’annexe 2. Les facteurs d’émission moyens de chaque secteur industriel sont

présentés dans la figure 19.

Secteur industriel Facteur d'émission

moyen en

kgCO2/tep

Facteur d'émission

moyen en

kgCO2/MWh

10 - Industries alimentaires (hors industrie du lait et

du sucre) 2 549 219,2

11 - Fabrication de boissons 2 408 207,1

16 - Travail du bois et fabrication d'articles en bois

et en liège, à l'exception des meubles - fabrication

d'articles en vannerie et sparterie 3 687 317,1

17 - Industrie du papier et du carton 2 409 207,2

20 - Industrie chimique 2 499 214,9

21 - Industrie pharmaceutique 2 363 203,2



22 - Fabrication de produits en caoutchouc et en

plastique 2 418 207,9

23 - Fabrication d'autres produits minéraux non

métalliques 2 862 246,1

24 - Métallurgie 4 010 344,9

25 - Fabrication de produits métalliques, à

l'exception des machines et des équipements 2 856 245,6

Autre 2431 209,1

Figure 19 : Facteur d'émission par secteur d'activité

Certains mix de combustibles sont à affiner particulièrement. Dans la partie 2.2.1, il a

été mis en évidence que l’essentiel de l’énergie consommée sous forme de combustible par

l’industrie est utilisé pour générer de la chaleur. Dans le questionnaire de l’INSEE utilisé pour

l’EACEI, cinq usages de ces combustibles sont proposés : production de vapeur dans des

chaudières à vapeur, processus de fabrication (hors production de vapeur, pour faire fonctionner

les machines, séchoirs, fours …), matières premières (usage non énergétique), production

d’électricité par turbine ou moteur à combustion, autres usages (chauffage des locaux et

production d’eau chaude). Tous ces usages, exceptés l’usage comme matières premières,

génèrent de la chaleur. Le principal secteur d’activité qui utilise des combustibles comme

matières premières est l’industrie plastique, qui utilise principalement des produits dérivés du

pétrole. Les combustibles de type « produits dérivés du pétrole » ont été enlevé du mix puisque

ce mix a pour vocation de refléter les combustibles utilisés à des fins de combustions.

3.3.4 Profil d’équipements

La quantité d’énergie utilisée à des fins de combustion étant déterminé, il convient de

savoir comment et où cette énergie est consommée afin de déterminer la quantité de chaleur

récupérable. De manière similaire à la méthode des équipements, un profil d’équipements est

déterminé. Une combustion peut avoir lieu pour alimenter des fours, des chaudières ou des

séchoirs. On néglige la consommation d’énergie ayant pour objectif une combustion qui a

vocation à alimenter d’autres équipements (groupes froids, colonnes de distillation…) par

rapport à celle nécessaire pour l’alimentation des fours, chaudières et séchoirs, hypothèse

traduite par l’équation 16.

D’après le rapport « La chaleur fatale industrielle » de l’ADEME, il est possible de récupérer

au minimum 25 % de la consommation énergétique des fours sous forme de chaleur dans les

fumées. [6, p.7]

On calcule alors un second coefficient de récupération par l’équation 15. Ce coefficient de

récupération de chaleur fatale dépend de la proportion de chaudières, de séchoirs de fours ainsi

que des hypothèses faites sur la chaleur récupérable associée à chacun de ces équipements.

𝛽 = 0,04 × 𝛽𝑐ℎ𝑎𝑢𝑑𝑖è𝑟𝑒𝑠 + 0,20 × 𝛽𝑠é𝑐ℎ𝑜𝑖𝑟𝑠 + 0,25 × 𝛽𝑓𝑜𝑢𝑟𝑠 (Équation 15)

Avec

𝛽 sans unité, le coefficient de récupération de chaleur fatale

𝛽𝑐ℎ𝑎𝑢𝑑𝑖è𝑟𝑒𝑠 sans unité, le ratio de puissance des chaudières sur la puissance totale des

installations de combustion de l’établissement



𝛽𝑠é𝑐ℎ𝑜𝑖𝑟𝑠 sans unité, le ratio de puissance des séchoirs sur la puissance totale des installations

de combustion de l’établissement

𝛽𝑓𝑜𝑢𝑟𝑠 sans unité, le ratio de puissance des fours sur la puissance totale des installations de

combustion de l’établissement

Et

𝛽𝑐ℎ𝑎𝑢𝑑𝑖è𝑟𝑒𝑠 + 𝛽𝑠é𝑐ℎ𝑜𝑖𝑟𝑠 + 𝛽𝑓𝑜𝑢𝑟𝑠 = 1 (Équation 16)

Notons à présent que le profil d’équipements présenté dans la partie 3.2 est en fait issu de ce

profil d’équipements général en ne considérant que les chaudières et les séchoirs grâce aux

relations suivantes :

𝛼𝑐ℎ𝑎𝑢𝑑𝑖è𝑟𝑒 =𝛽𝑐ℎ𝑎𝑢𝑑𝑖è𝑟𝑒𝑠

𝛽𝑐ℎ𝑎𝑢𝑑𝑖è𝑟𝑒𝑠+ 𝛽𝑠é𝑐ℎ𝑜𝑖𝑟𝑠 (Équation 17)

𝛼𝑠é𝑐ℎ𝑜𝑖𝑟𝑠 =𝛽𝑠é𝑐ℎ𝑜𝑖𝑟𝑠

𝛽𝑐ℎ𝑎𝑢𝑑𝑖è𝑟𝑒𝑠+ 𝛽𝑠é𝑐ℎ𝑜𝑖𝑟𝑠 (Équation 18)

3.3.5 Synthèse

Cette méthode utilise donc les émissions de CO2 d’un industriel pour remonter à la

quantité d’énergie utilisée par combustion grâce au mix de combustible moyen du secteur

d’activité, puis à la chaleur récupérable grâce au profil d’équipements du secteur d’activité. Le

gisement de chaleur fatale d’un établissement est donc obtenu par la relation suivante :

𝐶𝑟 = 𝛽 ×𝑄

𝛾 (Équation 19)

Avec :

𝐶𝑟 en MWh/an, la chaleur récupérable au sein de l’établissement

𝑄 en kgCO2/an, la quantité de CO2 émise annuellement par l’établissement

𝛾 en kgCO2/MWh, le facteur d’émission du secteur industriel de l’établissement

𝛽 sans unité, le coefficient de récupération de chaleur fatale

Cette méthode permet d’estimer la chaleur récupérable sur 949 établissements du

territoire français très émetteurs de CO2. Cependant, elle ne s’applique pas à la sidérurgie dont

la principale source de chaleur provient de l’usage d’électricité, ni à la métallurgie, à l’industrie

du verre, de la chaux, du plâtre et du ciment, de la chimie organique et du plastique, secteurs

où des émissions de CO2 sont induites intrinsèquement par les procédés mis en œuvre.

3.4 La méthode des activités

3.4.1 Principe

La méthode des activités permet d’estimer le gisement de chaleur fatale au sein d’un

établissement en fonction des activités déclarées dans la base des ICPE. Le schéma de

fonctionnement de cette méthode est présenté succinctement sur la figure 20.



Figure 20 : Schéma de fonctionnement de la méthode des activités

Les données concernant les activités des établissements référencées dans la base des

ICPE et les volumes associés sont utilisés. Grâce à l’étude des documents Meilleures

Techniques Disponibles (MTD), des documents européens qui répertorient et étudient les

meilleurs procédés des industriels d’Europe concernant les activités visées par les directives

européennes IED (Industrial Emissions Directive), des coefficients d’activité ont pu être

déterminés pour chacune de ses activités. Ces coefficients d’activité permettent de donner une

estimation de la chaleur fatale à partir du volume de l’activité déclaré. En sommant la chaleur

fatale de chacune des activités de l’établissement, on peut quantifier la chaleur fatale de

l’établissement.

3.4.2 Déclaration des activités

Dans la base de données des ICPE, chaque établissement doit déclarer son domaine

d’activité, c’est-à-dire son code NAF, ainsi qu’un certain nombre d’informations concernant

les activités classées par la nomenclature.

Par exemple, la rubrique n°2523 de la nomenclature ICPE concerne « la fabrication de

produits céramiques ou réfractaires, la capacité de production étant supérieure à 20 t/j ». Dans

cette rubrique, les établissements concernés doivent donc déclarer leur capacité de production

si celle-ci est supérieure à 20 t/j. C’est le cas de l’établissement Terreal situé à Chagny en

Saône-et-Loire qui déclare une capacité de production de 320 t/j et dont la déclaration ICPE est

présentée dans la figure 21.



Figure 21 : Exemple de déclaration d'activité de la base ICPE (Etablissement Terreal à

Chagny)

Il existe 197 rubriques différentes concernant chacune une activité1 qui, associée à sa

capacité de production, permet d’obtenir une bonne vision globale de ce qui se déroule au sein

d’un établissement. Chaque rubrique possède un seuil de déclaration. Un petit établissement

industriel dont le volume d’activité est en dessous du seuil de chaque rubrique n’est donc pas

classé ICPE. Actuellement, la base des ICPE compte 50 982 établissements répartis dans toute

la France.

Afin de gagner en précision de modélisation avec le coefficient d’activité, il est

intéressant de considérer le code NAF de l’établissement qui exerce l’activité. Par exemple, on

différenciera le coefficient d’activité lié à la production de céramique d’un établissement dont

l’activité est « Fabrication de produits réfractaires » (code NAF 23.20Z) de celui lié à la

production d’un établissement de code NAF 23.31Z « Fabrication de carreaux en céramique ».

1 La nomenclature est disponible sur le site http://www.installationsclassees.developpement-durable.gouv.fr/




3.4.3 Détermination des coefficients d’activité

Dans cette partie, le cheminement conduisant aux coefficients d’activité liés à la

production de céramique va être spécifiquement décrit, puis l’ensemble des coefficients et des

activités seront présentées.

Le procédé de fabrication de céramiques met en jeu des températures supérieures à 1 000 °C

pour leur cuisson. En étudiant le « Document de référence sur les meilleures techniques

disponibles : Céramiques » [24], appelé MTD Céramiques, il est possible d’obtenir des

informations précises sur les techniques utilisées pour leur fabrication ainsi que sur les

consommations d’énergie liées à cette activité. Il existe de nombreuses variétés de céramiques :

des briques et tuiles utilisées en construction aux céramiques dites techniques en passant par les

réfractaires. Les céramiques techniques possèdent des propriétés particulières et sont utilisées

pour des applications industrielles. Les réfractaires sont des céramiques qui présentent une forte

résistance à un facteur spécifique : chaleur, chimique … Ils composent par exemple les fours

des industries sidérurgiques. De manière générale, les céramiques sont issues de matériaux

inorganiques et transformées de façon permanente par cuisson. La fabrication de céramique

nécessite différents types de fours et se fait par plusieurs étapes de cuisson. La température est

contrôlée soigneusement durant tout le processus de cuisson et de refroidissement afin d’obtenir

la structure céramique désirée.

Figure 22 : Données de consommation d'énergie (cuisson et séchage) moyenne pour les

différentes céramiques, extrait du MTD Céramiques [24, tableau 1.2]

Le tableau de la figure 22 est extrait du MTD Céramiques et présente les consommations

d’énergie des industries européennes pour produire les différents types de céramiques. Celles-

ci varient énormément entre les céramiques les plus basiques (briques et tuiles) et les

céramiques techniques. Or, la rubrique 2523 de la nomenclature ICPE ne permet pas de

distinguer le type de céramiques produit. C’est grâce au code NAF qu’il est possible de savoir

dans quel contexte industriel se situe cette production.

Figure 23: Liste des codes NAF associés à la production de céramique



Considérons une capacité de production de céramique déclarée dans la rubrique 2523 par un

établissement dont le code NAF est 23.32Z « Fabrication de briques, tuiles et produits de

construction, en terre cuite » (cf figure 23). On peut alors utiliser les données du MTD

Céramiques. D’après ce dernier, la consommation d’énergie thermique minimale pour le

séchage et la cuisson de briques de parement ou de tuiles dans les fours est de 1600 MJ/t. Les

hypothèses suivantes sont faites :

• Le coefficient de récupération de chaleur des fours est égal à 25 % de leur

consommation.

• Pour passer d’une capacité journalière à une capacité annuelle, on suppose un

fonctionnement durant 337 jours par an correspondant à 2 semaines de fermetures

annuelles et 2 semaines de maintenance et d’entretien des équipements.

Avec ces hypothèses, on arrive au coefficient d’activité, noté 𝛿𝑎, suivant :

𝛿𝑎 = 0,25 × 1,600 [𝐺𝐽. 𝑡−1] × 0,278 [𝑀𝑊ℎ. 𝐺𝐽−1] × 337 [𝑗. 𝑎𝑛−1] 𝛿𝑎 ≈ 37,5 [(𝑀𝑊ℎ. 𝑎𝑛−1). (𝑡. 𝑗−1)−1]

Qui vérifie la relation suivante :

𝐶𝑎 = 𝛿𝑎 × 𝑀𝑎 (Équation 20)

Avec :



𝑀𝑎 en 𝑡. 𝑗−1, la capacité de production liée à l’activité

Grâce à ce coefficient d’activité, il est possible de déterminer la chaleur récupérable associée à

la capacité de production déclarée dans la rubrique 2523 d’un établissement qui produit des

tuiles, briques ou produits de construction en terre cuite.

De manière analogue, ce sont 11 activités, c’est-à-dire rubriques, qui ont été identifiées

conformément au rapport de 2015 « La chaleur fatale industrielle » de l’ADEME, et étudiées

afin d’en déterminer coefficients d’activité :

▪ Préparation de la pâte à papier, rubrique n°2430

▪ Fabrication de papier, carton, rubrique n°2440

▪ Transformation de carton ondulé, rubrique n°2445

▪ Production de chaux, ciments et plâtre, rubrique n°2520

▪ Fabrication de céramiques et réfractaires, rubrique n°2523

▪ Fabrication de verre, rubrique n°2530

▪ Fabrication d’acier, de fonte et de ferro-alliage, rubrique n°2545

▪ Traitement de minerais non ferreux, élaboration et affinage des métaux et alliages non

ferreux, rubrique n°2546

▪ Fonderie de plomb, rubrique n°2550

▪ Fonderie d’alliage ferreux, rubrique n°2551

▪ Fonderie de métaux et d’alliage non ferreux, rubrique n°2552



Au total, 24 coefficients d’activité ont été déterminés grâce à des recherches dans la

documentation MTD. Les sources et les calculs menant à chacun d’entre eux sont disponibles

en annexe 2. Les coefficients d’activité déterminés sont représentés à l’échelle (sauf pour la

fabrication d’aluminium et de céramiques techniques) sur la figure 24.

Figure 24: Coefficients d'activité

Les coefficients sont classés par ordre décroissant. Deux activités se démarquent et ne sont pas

représentées à l’échelle du graphique : la fabrication d’aluminium et la fabrication céramiques

techniques. Les fabrications de chaux, de verre et de céramiques réfractaires forment un second

groupe avec des potentiels de récupération particulièrement élevés. On remarque que les

coefficients des activités de fonderie du cuivre, zinc et fer sont plus élevés que ceux associés à

leur fabrication. Cela s’explique par le fait que ces coefficients traduisent le potentiel de chaleur

récupérable de l’activité et non la consommation totale d’énergie liée à l’activité. La fabrication

des aciers utilise beaucoup de procédés chimiques, type électrolyse, fortement consommateurs

d’énergie mais émetteurs de peu de chaleur récupérable dans le cadre choisi.

Finalement, au sein d’un établissement, en sommant la chaleur fatale émise par chacune

des activités identifiées comme ayant un potentiel, on accède au gisement brut de chaleur fatale

de l’établissement.

3.4.4 Synthèse

La méthode des activités permet donc d’obtenir un gisement de chaleur fatale au sein

d’un établissement à partir de l’ensemble de ses activités déclarées dans la base des ICPE. Pour



cela, les procédés et les rejets de chaleur de chacune des activités ont été étudiés et modélisés

par les coefficients d’activité grâce aux documents MTD. La chaleur récupérable au sein de

l’établissement considéré est calculée avec la formule suivante :

𝐶𝑟 = ∑ 𝐶𝑎𝑎 = ∑ 𝛿𝑎 × 𝑀𝑎𝑎 (Équation 21)

Avec :

𝐶𝑟 en 𝑀𝑊ℎ. 𝑎𝑛−1, la chaleur récupérable au sein de l’activité



𝑀𝑎 la capacité de production en 𝑡. 𝑗−1 liée à l’activité

Cette méthode permet d’obtenir une estimation de la chaleur récupérable notamment pour les

secteurs industriels qui utilisent des fours ou rejettent du CO2 à cause de leurs procédés :

métallurgie, fabrication de produits métalliques, de produits minéraux.

3.5 Synthèse des méthodes et filtre de sélection

3.5.1 Comparaison des méthodes

L’objectif de cette partie est de faire une analyse comparative des méthodes. Dans un

premier, les résultats obtenus par la méthode des équipements et ceux obtenus par la méthode

CO2 vont être comparés.

Rappelons que la méthode CO2 permet d’étudier seulement les établissements les plus

émetteurs de CO2, et donc généralement les plus gros émetteurs de chaleur, quand la méthode

des équipements permet d’étudier l’ensemble des établissements possédant des installations de

combustion de puissance supérieure à 2 MW. Pour la suite, pour un établissement, on notera :

▪ Céq en MWh/an, la chaleur récupérable calculée avec la méthode des

équipements

▪ Cco2 en MWh/an, la chaleur récupérable calculée avec la méthode CO2

L’analyse a été menée sur les 148 établissements qui ont un pu être étudiés par les deux

méthodes, qui ont une puissance de combustion inférieure à 100 MW afin de se prémunir des

cas extrêmes ou des erreurs de déclaration, et qui n’appartiennent pas aux secteurs suivants :

métallurgie, verre, chaux, plâtre, plastique, chimie, ciment, sucre1. Pour ces secteurs industriels,

au minimum une des deux méthodes n’est pas applicable. Ils ne peuvent donc pas servir comme

base de comparaison. Les résultats sont présentés sur la figure 25.

1 Les sucreries fabriquent généralement du lait de chaux



Figure 25 : Comparaison des résultats des méthode CO2 et équipements

Si les deux modélisations étaient parfaites pour tous les établissements, on obtiendrait

un nuage de point situé sur l’horizontale d’ordonnée 1 de telle façon que Cco2 = Céq pour tous

les établissements. Sur la figure, la courbe vérifiant cette relation est représentée en rouge.

L’abscisse P = 20 MW est aussi mise en valeur. Dans une certaine mesure, on peut considérer

cette puissance comme une limite entre les établissements industriels de taille moyenne

(2 MW < Pcombustion < 20 MW) et les grands établissements industriels (Pcombustion > 20 MW).

Cette puissance est d’ailleurs le seuil de la rubrique 2910 de la nomenclature ICPE entre le

régime de simple enregistrement et le régime d’autorisation.

Dans la zone située en haut à gauche du graphique qui concerne les établissements de

taille moyenne, la méthode CO2 renvoie des résultats supérieurs à la méthode des équipements.

Dans la zone en bas à droite du graphique qui concerne les établissements de grande taille, la

méthode des équipements renvoie des résultats supérieurs à la méthode CO2. On remarque que

par rapport à la méthode CO2, la méthode des équipements a tendance à sous-estimer le

gisement pour les établissements de taille moyenne et à le surestimer pour les établissements

de grande taille.

Quelques éléments d’explication peuvent être apportés à cette tendance. Tout d’abord,

la politique européenne sur les émissions de GES, mise en place via le marché sur les quotas

d’émission, incite fortement les industriels à réduire leurs émissions de CO2.1 Les gros

industriels, qui sont en première ligne, ont tout intérêt à mettre en place des solutions techniques

de réduction de leur émission de CO2 : captage par solvant, séparation membranaire,

solidification du CO2. On peut citer notamment Air Liquide, spécialiste du gaz industriel, qui a

mis en place en 2015 sur un site de production d’hydrogène un système de captage de CO2 par

1 Bien que, encore pour la période 2021-2030, par décision de la commission européenne du 8 mai, la totalité des quotas d’émission des industries suivantes soit allouée gratuitement par crainte que les entreprises délocalisent leur production vers des pays ayant moins de contraintes d’émission de CO2 : Industries des métaux, du charbon, du sucre, de la pâte à papier, du ciment, du verre, de la céramique, de la chimie, du plastique et de la pétrochimie. (Source : journal officiel de l’Union Européenne, texte 2018/C 162/01)

CCO2 = Céq



cryogénisation1, ou encore ArcelorMittal qui a annoncé le 28 mai 2019 la mise en place d’un

système de captage et stockage du CO2 issu des gaz sidérurgiques de son site de Dunkerque2.

Ainsi, l’hypothèse de considérer qu’il n’y a pas de système de captage de CO2, faite dans la

partie 3.3.2, montre sans doute ses limites pour les grands établissements industriels. Dans une

optique de sécurité, il n’a pas été choisi de tenter de modéliser l’éventuel captage de CO2 : on

préfèrera adopter une méthode qui estime par le bas la chaleur récupérable plutôt que par le

haut.

Une comparaison des méthodes en fonction du secteur d’activité est proposée sur la figure 26.

Figure 26: Comparaison des méthodes par secteur industriel

Les autres secteurs industriels - hors industrie des produits minéraux, métallurgie, production

de produits métalliques, plastique et chimie organique - sont classés sous la dénomination

« Autre ». La méthode des équipements semble donner structurellement des gisements plus

élevés que la méthode CO2 pour l’industrie agroalimentaire. Outre le captage de CO2, il est

possible que l’application d’un facteur de charge moyen sur l’ensemble des industries du

secteur ne reflète pas correctement ses contraintes spécifiques. On peut penser que certaines

industries alimentaires ne fonctionnent pas à certains moments de l’année, ayant pour effet de

diminuer le facteur de charge réel mais sans diminuer la puissance des installations. Le facteur

de charge des équipements du secteur agroalimentaire est pris égal à 62 % selon les données

récoltées lors de l’étude de l’ORECA. Or, ces données concernant les industries de la région

Provence-Alpes-Côte d’Azur, il est donc possible de ce facteur de charge soit trop élevé par

rapport à la moyenne française compte tenu du profil de l’industrie agroalimentaire régionale,

fortement portée par la production d’huiles et graisses végétales et animales. Cette hypothèse

reste à confirmer.

1 https://fr.media.airliquide.com/actualites/premiere-mondiale-air-liquide-inaugure-cryocaptm-une-technologie-de-captage-de-co2-par-le-froid-aadd-1ba6d.html 2https://www.lemonde.fr/economie/article/2019/05/28/arcelormittal-equipe-son-acierie-de-dunkerque-d-un-systeme-de-captage-stockage-de-co2_5468462_3234.html

https://fr.media.airliquide.com/actualites/premiere-mondiale-air-liquide-inaugure-cryocaptm-une-technologie-de-captage-de-co2-par-le-froid-aadd-1ba6d.html

https://fr.media.airliquide.com/actualites/premiere-mondiale-air-liquide-inaugure-cryocaptm-une-technologie-de-captage-de-co2-par-le-froid-aadd-1ba6d.html

https://www.lemonde.fr/economie/article/2019/05/28/arcelormittal-equipe-son-acierie-de-dunkerque-d-un-systeme-de-captage-stockage-de-co2_5468462_3234.html

https://www.lemonde.fr/economie/article/2019/05/28/arcelormittal-equipe-son-acierie-de-dunkerque-d-un-systeme-de-captage-stockage-de-co2_5468462_3234.html



3.5.2 Synthèse des méthodes

La figure 27 récapitule les différents aspects évoqués dans le développement du rapport

en rappelant les forces et faiblesses des différentes méthodes dans le but d’obtenir le « filtre de

sélection des méthodes », c’est-à-dire la meilleure méthode en fonction du secteur industriel de

l’établissement étudié.

Figure 27 : Synthèse des forces et faiblesses des méthodes



Enfin, il est important de rappeler que le degré d’avancement technologique des établissements,

les techniques de récupération de chaleur déjà mise en œuvre en leur sein et les contraintes

particulières de valorisation de la chaleur ne sont pas prises en compte par les méthodes. Ces

méthodes permettent d’obtenir une estimation de production brute de chaleur récupérable d’un

établissement.

3.5.3 Filtre de sélection

Après avoir mis en avant les forces et faiblesses de chaque méthode, il apparaît que

certaines méthodes sont plus adaptées que d’autres sur certains secteurs industriels. Pour

certains établissements de secteurs industriels, plusieurs méthodes peuvent être utilisées. Dans

ce cas, il convient donc de choisir la meilleure. Ce choix est guidé par une logique de

conservation, en privilégiant les méthodes ayant tendance à sous-estimer les gisements. L’ordre

de sélection des méthodes en fonction du secteur industriel de l’établissement qui en découle

est présenté sur la figure 28.

Code NAF - Secteur

industriel

Caractéristiques Choix n°1 Choix n°2 Choix n°3

10 - Industrie

alimentaire (autre que

10.81)

-

Méthode CO2 Méthode des

équipements

10.81 - Fabrication de

sucre

Usage de four pour la

production de lait de

chaux

Méthode des

équipements +

méthode des activités1

- -

11 - Industrie des

boissons

- Méthode CO2

Méthode des

équipements

16 - Industrie du bois - Méthode CO2

Méthode des

équipements -

17 - Industrie du

papier et du carton

- Méthode CO2

Méthode des

activités

Méthode des

équipements

20 - Industrie

chimique

Emissions de CO2 liées

aux procédés

Méthode des

équipements - -

21 - Industrie

pharmaceutique

Méthode CO2

Méthode des

équipements

22 - Industrie du

caoutchouc et du

plastique


aux procédés Méthode des

équipements -

23.1 - Industrie du

verre


aux procédés

Usage de fours

Méthode des activités - -

23.2, 23.3, 23.4 -

Industrie des produits

céramiques

Usage de fours


23.5 - Industrie du

ciment, de la chaux et

du plâtre


aux procédés

Usage de fours


24 - Métallurgie Emissions de CO2 liées

aux procédés

Usage de fours


25 – Industrie des

produits métalliques


aux procédés

Usage de fours


Autres - Méthode CO2

Méthode des

équipements

Méthode des

activités

Figure 28 : Filtre de sélection des méthodes en fonction du secteur industriel

1 Cas particulier où les 2 méthodes se complètent.



4 Résultats et perspectives

4.1 Analyse des résultats

4.1.1 Présentation détaillée sur la communauté d’agglomération de Lens-Liévin

La méthode a été utilisée sur plus d’une dizaine de territoires des Hauts-de-France. Dans

cette partie, les résultats obtenus pour la Communauté d’Agglomération de Lens-Liévin

(CALL), située dans le Nord-Pas de Calais, vont être présentés.

La CALL, qui compte aujourd’hui environ 245 000 habitants et regroupe 36 communes, est un

territoire qui a été jusqu’à la fin du XXe siècle au cœur de l’industrie minière. Les paysages,

comme les deux plus hautes montagnes de résidu minier d’Europe, sont des témoins de cet

ancien âge d’or.

Figure 29 : Terril de Loos-en-Gohelle

Le territoire conserve un fort tissu industriel avec 84 établissements classés ICPE. L’analyse du

gisement de chaleur fatale industrielle a été menée sur le territoire. La figure 30 présente les

établissements industriels sources de chaleur récupérable. Les gisements des établissements

sont classés en 4 catégories :

▪ Faible potentiel (jusqu’à 1 GWh/an)

▪ Bon potentiel (de 1 à 5 GWh/an)

▪ Fort potentiel (5 à 20 GWh)

▪ Très fort potentiel (plus de 20 GWh/an).

Pour chaque établissement détecté, la méthode utilisée pour déterminer le gisement de chaleur

fatale est précisée et des informations issues de la base des ICPE sont fournies.



Etablissement,

commune

Chaleur

récupérable

(MWh/an)

Méthode utilisée Description de l’établissement

Oi

Manufacturing

à Wingles

38 650 –

Très fort

potentiel

Méthode des

activités

Fabrication de verre creux (23.13Z)

Capacité de production : 500 t/j de verre

creux

Puissance de combustion : inconnue

Nexans à Lens 30 150 –

Très fort

potentiel

Méthode des

activités

Fabrication de fils électriques (24.44Z)

Production déclarée : 720 t/j de cuivre


Vynova à

Mazingarbe

7 540 – Fort

potentiel Méthode des

équipements

Industrie chimique (20.16Z)

Capacité de production : 350 000 t/an de

PVC

Puissance de combustion : 58 MW

Mc Cain

Alimentaire à

Harnes

6 537 - Fort

potentiel Méthode CO2 Industrie alimentaire (10.31Z)

Capacité de production : 1600 t/j de

produits alimentaires d’origine végétale


Ineos

Styrolution à

Wingles

6 150 - Fort


équipements

Industrie chimique (20.16Z)

Capacité de production : 876 t/j de matière

plastique


Cheminées

Philippe à

Liévin

4 429 - Bon


activités

Fabrication de d’inserts, cheminées et

poêles (23.70Z)

Capacité de production : 88 t/j de métaux

ferreux


Maxam Tan à

Mazingarbe

3 738 - Bon


équipements

Fabrication d’engrais et de produits azotés

(20.15Z)

Capacité de production : 700 t/j d’acide

nitrique


Durisotti à

Sallaumines

2 348 - Bon


équipements

Fabrication de carrosseries (29.20Z)

Capacité de production : inconnue


Benalu à

Liévin

1 658 – Bon


équipements

Fabrication de carrosseries et de

remorques (29.20Z)

Capacité de production : inconnue

Puissance de combustion : 9MW

Recytech à

Fouquières-les-

Lens

1 562 – Bon


activités

Métallurgie du plomb, du zinc ou de

l’étain (24.43Z)

Capacité de production : 47 000 t/an de

zinc


Eurorol

(Cerelia) à

Liévin

582 - Faible


équipements

Fabrication industrielle de pain et de

pâtisserie fraîche (10.71Z)

Capacité de production : 58 t/j de produits

d’origine végétale


Figure 30 : Détails des établissements industriels de la CALL possédant un potentiel de

récupération de chaleur



La méthode des activités a été utilisée sur 4 des 11 établissements du territoire, la méthode des

équipements pour 6 et la méthode CO2 pour un seul. Le gisement maximal concerne une usine

de fabrication de verre, fabrication qui a lieu dans des grands fours verriers à des températures

supérieures à 1000 °C.

Le code NAF 23.70Z « Taillage, façonnage et finissage de pierre » de l’établissement

Cheminées Philippe peut être trompeur. Il se trouve que, comme son code NAF ne le laisse pas

deviner, cet établissement a une capacité de fonderie de 88 tonnes de métaux ferreux par jour.

Le gisement a été quantifié avec la méthode des activités, normalement choix numéro 3 pour

ce code NAF. L’établissement n’a pas répertorié d’émission de CO2 dans le Registre des

Émissions Polluantes. Il déclare une puissance d’installations de combustion de 3 MW dans la

base des ICPE, mais celle-ci ne prend pas en compte la puissance des fours nécessaires à

l’activité de fonderie. En appliquant strictement l’ordre des méthodes proposé dans la partie

3.5.3, la méthode des équipements aurait dû être appliquée. L’usage de cette méthode et le filtre

de sélection proposé ne peuvent donc pas dispenser l’utilisateur de la méthode d’user de son

sens critique pour les cas particuliers.

Figure 31 : Vue aérienne de l'établissement Cheminées Philippe à Liévin (Source : Google

Maps)

La taille de l’établissement, visible sur la figure 31, est a priori cohérente avec le fait de posséder

un potentiel de chaleur fatale, potentiel qui n’aurait pas été détecté sans la complémentarité des

méthodes.

Une carte présentant l’ensemble des établissements de la CALL et leur environnement est

présentée sur la figure 32.



Figure 32 : Carte des gisements de chaleur fatale industrielle réalisée avec le logiciel QGIS

La figure 32 est intéressante à présenter aux élus et services techniques du territoire. Elle permet

de comprendre comment le gisement se réparti sur le territoire et éventuellement de faire

émerger des idées de projet en lien avec d’autres acteurs ou structures ou de faire émerger

l’opportunité de développer un réseau de chaleur.

Le gisement brut de chaleur fatale dans l’industrie sur le territoire est estimé à 103 GWh

par an, et est reparti dans 11 établissements sur le territoire. La phase de diagnostic énergétique

de l’étude a montré que la consommation énergétique annuelle de l’industrie sur le territoire est

de 1734 GWh. La chaleur récupérable est donc équivalente à 5,9 % de cette consommation.

D’après la première phase de l’étude, on estime que cette dernière est issue à 60 % de

consommation de gaz. En considérant en première approximation que le gaz est entièrement

utilisé à des fins de combustion, on obtient une énergie de combustion sur le territoire de

1040 GWh/an. Le gisement de chaleur fatale représente donc 9,9 % de cette énergie.

4.1.2 Analyse sur les territoires d’étude de l’Oise

La méthode a été utilisée pour déterminer les gisements de chaleur fatale sur les

10 territoires de l’Oise :

➢ Agglomération de la région de Compiègne

➢ CA de Creil Sud-Oise

➢ CA du Beauvaisis

➢ CC de la Picardie Verte



➢ CC de Senlis Sur Oise, des Pays d'Oise et d'Halatte, de l'Aire Cantilienne

➢ CC des Lisières de l'Oise

➢ CC du Clermontois

➢ CC du Plateau Picard et de l'Oise Picarde

➢ CC du Vexin Thelle

➢ CC Thelloise

Pour chaque territoire, le rapport entre la chaleur récupérable calculée par la méthode et la

consommation d’énergie des industries sur chaque territoire1 est exprimé en pourcentage sur la

figure 34. Il est intéressant d’étudier ce rapport puisqu’il peut permettre de détecter une

incohérence sur un territoire. S’il est supérieur à 0,25, qui est le coefficient de récupération

maximal considéré pour les fours, alors la chaleur fatale calculée n’est pas cohérente avec la

consommation de l’industrie sur le territoire.

Figure 33 : Chaleur fatale récupérable calculée par rapport à la consommation d’énergie de

l’industrie sur les territoires d'étude de l'Oise

Ce rapport, en pourcentage, est compris entre 2,4 et 11,1 % sur les territoires présentés. Cette

variation s’explique par les différents secteurs industriels présents sur les territoires. Plus des

établissements utilisant des fours sont présents sur un territoire, ce qui est pour rappel

principalement le cas pour les établissements industriels qui fabriquent du verre, du ciment, de

la chaux, des céramiques ou du métal, plus ce rapport doit être élevé.

On peut voir sur la figure 35 que, sur le territoire de la CC de la Thelloise (situé au Sud sur la

figure 35), le gisement de chaleur fatale est principalement porté par un établissement industriel.

Il s’agit d’un établissement qui fabrique de la chaux nommé Chaux de Boran, qui utilise donc

des fours, ce qui explique que le rapport soit particulièrement élevé sur ce territoire. Sur le

territoire du Vexin-Thelle, deux établissements industriels du domaine pharmaceutique et du

commerce de gros sont présents.

1 Non dévoilées, déterminées par le bureau d’étude Energie Demain dans le cadre des EPE.



Figure 34 : Carte des gisements de chaleur fatale industrielle sur les territoires de l'Oise ,

réalisée sur QGIS

En moyenne, sur l’ensemble des territoires étudiés, la chaleur récupérable calculée représente

7,2 % de la consommation d’énergie du secteur industriel sur territoire.

4.1.3 Analyse sur les Hauts-de-France

Le gisement de chaleur fatale industrielle de la région Hauts-de-France a été estimé par

l’ADEME dans son étude « La chaleur fatale industrielle » [6]. Les résultats de l’ADEME pour

la région Hauts-de-France sont présentés dans la figure 36.



Figure 35 : chaleur fatale régionale (Source : ADEME)

La région Hauts-de-France possède le second plus grand gisement annuel de France, derrière

la région Grand Est, avec 17 590 GWh. Dans ce gisement, seuls 9 790 GWh sont disponibles à

plus de 100 °C et 5430 GWh à plus de 200 °C.

En appliquant la méthode développée à la région des Hauts-de-France, on obtient un gisement

total de 5 591 GWh. Rappelons que la méthode développée prend en compte des systèmes de

récupération de chaleur sur les fumées de fours dont les températures sont généralement

supérieures à 400 °C, sur les gaz de combustion des chaudières, dont les températures sont

élevées puisque supérieures de 100 °C à 150 °C à celle de la vapeur générée, et des buées de

séchoirs directs dont les températures sont supérieures à 100 °C.

Le gisement calculé par la méthode présentée devrait donc se situer entre 5430 et 9790 GWh.

Ainsi, les résultats obtenus sont donc cohérents puisque dans cette fourchette. La méthode a

néanmoins tendance à sous-évaluer le gisement disponible, en accord avec l’ensemble des choix

qui ont guidé le développement de la méthode.

D’après l’Observatoire Climat des Hauts-de-France, la consommation d’énergie de l’industrie

sur les Hauts a été de 86,6 TWh en 2014 [25]. Le gisement calculé de 5,6 TWh correspond donc

à 6,5 % de cette consommation.

Pour essayer d’avoir une vision plus fine de la méthode, on peut comparer les résultats

sectoriellement avec les résultats de l’ADEME à plus de 100 °C. Le gisement à plus de 100 °C

calculé par l’ADEME est issu à :

▪ 38 % des industries agro-alimentaires soit 3 720 GWh

▪ 19 % des industries métallurgiques soit 1 860 GWh

▪ 17 % des industries des produits non minéraux soit 1663 GWh

▪ 11 % de l’industrie chimique et plastique soit 1 077 GWh

▪ 5 % des industries mécaniques et de fonderies soit 490 GWh

▪ 5 % de l’industrie papier-carton soit 490 GWh

▪ 5 % d’autres industries dont le raffinage soit 490 GWh

La répartition sectorielle du gisement calculé par la méthode développée est présentée, au côté

de celle de l’ADEME, dans la figure 37.



Figure 36 : Comparaison des répartitions sectorielles de la chaleur fatale sur les Hauts -de-

France

A priori, la répartition sectorielle globale est cohérente avec les résultats de l’ADEME. Deux

points sont néanmoins à souligner.

En premier lieu, le gisement du secteur agroalimentaire, traité par la méthode CO2 et la méthode

des équipements, est sous-estimé. Cela peut s’expliquer en partie par le facteur de charge faible

de l’industrie agroalimentaire, fait déjà remarqué dans la partie 4.1.1.

De plus, proportionnellement aux gisements totaux, la méthode développée sous-estime

visiblement la part du gisement de l’industrie chimique et plastique alors que la part du aux

industries classées « Autre » est surélevée par rapport aux données de l’ADEME.

La figure 38 présente les établissements émetteurs de chaleur fatale des Haut-de-France classés

par secteur industriels. La taille des cercles est fixée proportionnellement au gisement de

chaleur fatale maximal détecté pour ArcelorMittal Atlantique et Lorraine à Grande Synthe près

de Dunkerque.



Figure 37 : Résultats sur la région des Hauts-de-France, réalisée sur QGIS

Cette carte permet de se rendre compte de la dispersion du gisement sur le territoire. Les

industries métallurgiques, qui sont le premier secteur émetteur de chaleur récupérable, sont

regroupées en deux pôles vers Dunkerque et Valencienne. Les établissements des autres

secteurs industriels sont plus diffus, avec néanmoins une forte concentration vers

l’agglomération de Lille.

4.2 Bilan

4.2.1 Respect du cahier des charges

4.2.1.1 Objectifs de la méthode

Les objectifs du cahier des charges sont rappelés ci-dessous :

➢ Quantifier le gisement de chaleur fatale sur un territoire donné

➢ Localiser le gisement sur le territoire

➢ Hiérarchiser les établissements industriels pour définir des priorités

➢ Cibler les gisements importants pour faire apparaître des projets réalisables



Les résultats que la méthode développée permet d’obtenir ont été présentés sur la communauté

d’Agglomération de Lens-Liévin. La quantité de chaleur fatale émise sur le territoire a été

calculée. Les établissements émetteurs ont été localisés et le gisement de chacun déterminé.

Seuls les gisements supérieurs à 100 MWh ont été considérés afin de cibler en priorité les

gisements les plus importants dans l’optique de faire ressortir des projets. Il est donc possible

de hiérarchiser les établissements en fonction de leur potentiel mais aussi de leur localisation

ou de leur volonté d’agir avec les pouvoirs publics.

Tous les objectifs du cahier des charges sont respectés.

4.2.1.2 Contraintes de la méthode

Les différentes contraintes imposées pour le développement de la méthode, rappelées

ci-après, ont été respectées excepté une.

➢ Le filtre d’étude posé par l’ADEME (cf partie 2.3.1) doit être respecté

➢ La méthode doit être implémentée avec des logiciels et outils disponibles et

maîtrisés par AEC : développement sous SQL, Python

➢ Les résultats doivent être utilisables sur le logiciel cartographique QGIS et donc

mis sous le format shapefile.

➢ La méthode doit être rapide et automatisée

➢ La méthode ne doit pas être dépendante de contacts avec les industriels pour

fonctionner

Bien qu’il ne soit pas possible d’assurer formellement que seuls les établissements de plus de

10 employés aient été étudiés, les bases de données utilisées contiennent les industries les plus

polluantes ou qui présentent le plus grand risque pour l’environnement, ce qui est souvent

synonyme d’être un établissement industriel de taille importante. Seuls les fours, les chaudières

et les séchoirs ont été considérés afin de cibler les gisements à des températures supérieures

à 100 °C.

La méthode a été développée dans un environnement mêlant bases de données exploitées sous

SQL et programmes Python pour implémenter la méthode décrite.

La base de données contenant les résultats est géolocalisée, ce qui permet de la mettre sous

format shapefile et de l’utiliser avec le logiciel QGIS, logiciel par exemple à l’origine des

figures 35 et 38.

La méthode est quasi-automatisée, puisque les résultats sont a priori disponibles sur l’ensemble

de la France. Néanmoins, les bases de données étant très grandes, elles peuvent être

incomplètes, le code NAF n’étant pas toujours rempli, ou contiennent parfois des incohérences

dues à des erreurs de saisie : un entreprise de fabrication de pain et de pâtisserie déclarant des

installations de combustion de 1980 MW, équivalentes à deux réacteurs nucléaires, où une

fonderie qui déclare une capacité de fonte de 90 000 tonnes d’aluminium par jour, ce qui

équivaut à environ 10 % de la production annuelle française. Ainsi, bien que la méthode soit

automatique, il sera toujours nécessaire de regarder les résultats avec un regard critique pour

déceler les incohérences et les corriger. Le travail consistant à détecter et corriger les erreurs de

saisie et à remplir les informations manquantes constitue la partie la plus chronophage de la

mise en œuvre de la méthode.



Enfin, la méthode peut être appliquée sans contact préalable avec les industriels puisqu’elle ne

dépend pas d’informations que seuls eux possèdent.

4.2.2 Limites de la méthode

Bien que la méthode vérifie les objectifs du cahier des charges, il convient de souligner

ses limites.

Tout d’abord, la méthode des équipements et la méthode CO2 sont des méthodes basées sur des

données statistiques. Ainsi, dans la méthode des équipements, le même facteur de charge des

installations de combustion est utilisé pour tous les établissements d’un secteur industriel

donné, sans regarder précisément leurs tailles, leurs procédés, produits et installations. De la

même manière, pour les deux méthodes, le profil d’équipements de tous les établissements d’un

même secteur industriel est supposé le même. Or, cette hypothèse peut être limitante pour des

secteurs industriels présentant des grandes variétés de procédés comme la chimie ou

l’agroalimentaire. Il pourrait être intéressant d’aller chercher pour le profil d’équipements de

chaque établissement dans leurs arrêtés préfectoraux, mais ces derniers ne sont pas toujours

disponibles et cela serait très chronophage.

Les méthodes ne prennent pas en compte les différences d’avancement technologiques entre les

établissements, ni les éventuels dispositifs de récupération de chaleur déjà en place. Le gisement

déterminé est un gisement brut dont une partie pourrait déjà être exploitée.

La méthode développée ne permet pas d’obtenir d’information supplémentaires sur la

température à laquelle la chaleur est disponible, si ce n’est que celle-ci est supérieure à 100 °C.

Or, pour avoir une meilleure visibilité en termes de faisabilité technico-économique des projets

de récupération, c’est une donnée très importante.

La méthode permet de déterminer la production de chaleur fatale. Cependant, comme cela a été

traité dans la partie 2.1.3, un projet de récupération de chaleur fatale nécessite toujours un

besoin de chaleur que cette méthode n’identifie pas en détail. Grâce à la localisation du

gisement, la méthode permet seulement de situer cette production de chaleur dans son

environnement : proche de logements, dans une zone d’activité industrielle …

Finalement, cette méthode a pour vocation de déterminer un gisement territorial et ne peut être

suffisante pour l’étude du gisement de chaleur récupérable au sein d’un établissement industriel

en particulier. Dans ce cas, il est nécessaire d’entrer en contact avec l’industriel en question

pour obtenir des informations plus précises.

4.3 Perspectives de développement

4.3.1 Perspectives à court-terme

Dans l’optique d’améliorer la méthode, la prochaine étape pourrait être d’estimer plus

précisément la température de la chaleur récupérable, par exemple selon les gammes de

températures utilisées par l’ADEME dans le rapport « Chaleur fatale industrielle », ainsi que

son support. Bien que cette méthode n’ait pas vocation à remplacer une étude technique

spécifique à un la récupération de chaleur dans un établissement particulier, cela permettrait

d’augmenter la valeur ajoutée de la méthode durant la troisième phase des études de



planification énergétique qui porte sur la mise en valeur et l’étude de projets concrets (cf partie

1.2.2) en apportant plus d’informations aux élus.

Dans un second temps, il pourrait être intéressant de la compléter en prenant en compte

la chaleur fatale industrielle présente à des températures inférieures à 100 °C. Bien que ce

gisement soit moins attractif à valoriser, sa prise en compte permettrait de donner une vision

entière du potentiel de la filière à long terme.

En parallèle, on pourrait imaginer développer un moyen d’estimer et de géolocaliser les

besoins de chaleur des secteurs résidentiel et commercial, eau chaude sanitaire (ECS) et

chauffage, et du secteur industriel (quantité, température, support). On pourrait alors imaginer

croiser les gisements de production et les gisements de consommation afin de les mettre en

adéquation. Cela permettrait de mettre en avant des zones particulièrement attractives et de

guider la création ou l’évolution des réseaux de chaleur.

4.3.2 Perspectives à long terme

Cette méthode a permis de mettre en valeur le potentiel des bases de données IREP et

ICPE. Pour améliorer la prise en compte de l’industrie dans la planification énergétique, il est

pourrait être intéressant de développer une méthode similaire sur le potentiel de méthanisation.

La méthanisation est le processus de création de biogaz à base de méthane à partir de matière

organique en milieu anaérobie. Les sources de matières organiques sont variées : résidus de

récoltes, effluents d’élevage, boues des stations d’épuration, déchets alimentaires…

L’industrie, principalement le secteur agroalimentaire, est source de matières organiques aptes

à être valorisées pour des unités de méthanisation.

On pourrait, en se basant sur la même structure de méthode et les mêmes bases de données,

estimer le potentiel territorial de méthanisation industrielle. En effet, la base IREP recense 297

types de déchets non dangereux ainsi que les quantités produites : déchets biodégradables,

boues provenant du lavage et du nettoyage, carcasses animales … On pourrait donc imaginer

développer une sous-méthode dite « méthode des déchets », qui ressemblerait sur le principe à

la méthode CO2, permettant d’estimer le potentiel de méthanisation à partir de ces données.

Dans la nomenclature de la base ICPE sont classées des activités génératrices de matière

organique méthanisable comme la fabrication et la transformation de lait (rubrique n°2230), la

préparation ou la conservation de produits alimentaires d’origine animale (rubrique n°2221) ou

végétale (rubrique n°2220). On pourrait donc imaginer développer une « méthode des

activités » pour la méthanisation.

Le gisement de chaleur fatale industrielle et méthanisation industrielle connus, la prise en

compte globale du secteur industriel dans la planification énergétique serait alors fortement

améliorée.



Conclusion

Dans le cadre de la transition écologique et énergétique, les collectivités territoriales

doivent se fixer des objectifs en termes de maîtrise de l’énergie et de développement des filières

d’énergies renouvelables et de récupération. Parmi ces filières, la récupération de chaleur dans

l’industrie est encore peu développée. Dans le but d’aider les pouvoirs publics à mieux prendre

en compte l’industrie dans leurs politiques énergétiques, j’ai développé une méthode d’étude

du gisement de chaleur fatale industrielle pour le cabinet de conseil AEC.

Cette méthode permet de localiser les établissements émetteurs de chaleur fatale et de

déterminer leur gisement de chaleur récupérable disponible à plus de 100 °C. Elle permet donc

d’obtenir le potentiel de cette filière sur un territoire donné en prenant en compte tous les

secteurs de l’industrie manufacturière exceptés la production d’énergie et les raffineries :

agroalimentaire, papier-carton, métallurgie, ciment, verre…

Sur les territoires étudiés, le potentiel de chaleur récupérable varie selon les secteurs

d’activité présents sur le territoire entre 2,4 % et 11,1 %, avec une moyenne de 6,4 % sur les

Hauts-de-France, de la consommation énergétique de l’industrie du territoire considéré. Les

résultats obtenus sont cohérents avec l’estimation faite en 2015 par l’Agence de

l’Environnement et de la Maîtrise de l’énergie.

Le champ d’étude de la méthode pourrait être agrandi au gisement à basse température,

i.e. inférieure à 100 °C, bien que ce gisement soit moins attractif à valoriser. A long terme, le

travail réalisé pourrait être complétée par le développement d’une méthode permettant

d’estimer et de localiser les besoins en chaleur afin de mettre en adéquation production et

consommation. Enfin, les outils mis en place lors du développement de la méthode peuvent être

mis à profit pour développer facilement une méthode d’étude du potentiel de méthanisation des

industries afin de compléter l’intégration de l’industrie dans la planification énergétique.



Bibliographie

[1] COMMISSION EUROPEENE, 2012, « Best available techniques (BAT) reference

document for the manufacture of glass - Industrial Emission Directive 2010/75/EU »,

disponible uniquement en anglais

[2] ADEME, édition 2014, Climat, Air et Energie

[3] MINISTERE DE LA TRANSISTION ECOLOGIQUE ET SOLIDAIRE, 2019, Bilan

énergétique de la France pour 2017

[4] EDF, 2019, Le nucléaire en chiffres, disponible sur < https://www.edf.fr/groupe-

edf/espaces-dedies/l-energie-de-a-a-z/tout-sur-l-energie/produire-de-l-electricite/le-nucleaire-

en-chiffres>, [consulté en mai 2019]

[5] FAVENNEC Jean-Pierre, MATHIEU Yves, 2014, Atlas mondial des énergies – Ressources,

consommation et scénarios d’avenir, édition Armand Colin

[6] AGENCE DE L’ENVIRONNEMENT ET DE LA MAITRISE DE L’ENERGIE, édition

2015, La chaleur fatale industrielle

[7] INSTITUT BRUXELLOIS DE LA GESTION DE L’ENVIRONNEMENT, 2011, Emission

de substances acidifiantes (NOx, SOx et NH3)

[8] AGENCE DE L’ENVIRONNEMENT ET DE LA MAITRISE DE L’ENERGIE, 2011,

Exemple de bonne pratiques énergétiques en entreprise, fiche n°15

[9] AGENCE DE L’ENVIRONNEMENT ET DE LA MAITRISE DE L’ENERGIE, 2018,

Récupération et valorisation de la chaleur fatale chez ArcelorMittal – Saint-Chély-d’Apcher

(48)

[10] INSTITUT NATIONAL DE LA STATISTIQUE ET DES ETUDES ECONOMIQUES,

2017, Enquête Annuelle de la Consommation d’Energie dans l’Industrie

[11] AGENCE DE L’ENVIRONNEMENT ET DE LA MAITRISE DE L’ENERGIE, édition

2017, La chaleur fatale

[12] CENTRE DE RESSOURCES POUR LA CHALEUR RENOUVELABLE ET

L’AMENAGEMENT ENERGETIQUE DES TERRITOIRES, 2011, Constitution d’un réseau

de chaleur, disponible sur <http://reseaux-chaleur.cerema.fr/constitution-dun-reseau-de-

chaleur>, [consulté en mai 2019]

[13] MINISTERE DE LA TRANSISTION ECOLOGIQUE ET SOLIDAIRE, 14 novembre

2014, Décret n° 2014-1363 du 14 novembre 2014 visant à transposer l'article 14.5 de la directive 2012/27/UE

relatif au raccordement d'installations productrices d'énergie fatale à des réseaux de chaleur ou de froid,

[consulté en mai 2019]

https://www.edf.fr/groupe-edf/espaces-dedies/l-energie-de-a-a-z/tout-sur-l-energie/produire-de-l-electricite/le-nucleaire-en-chiffres



http://reseaux-chaleur.cerema.fr/constitution-dun-reseau-de-chaleur

http://reseaux-chaleur.cerema.fr/constitution-dun-reseau-de-chaleur



2017, La consommation d’énergie dans l’industrie croît légèrement en 2015, mais la facture

continue de diminuer


2017, Production des branches


2018, Ratios de l’industrie par activité en 2016

[17] OBSERVATOIRE DE L’ENERGIE DU CLIMAT ET DE L’AIR DE LA REGION

PROVENCE-ALPES-COTE D’AZUR, 2014, Potentiel d’économie d’énergie dans l’industrie

et cartographie des chaleurs fatales

[18] MINISTERE DE LA TRANSISTION ECOLOGIQUE ET SOLIDAIRE, actualisée en

temps réel, Base de données des installations classées pour la protection de l’environnement,

consultable sur < http://www.installationsclassees.developpement-durable.gouv.fr/>

[19] MINISTERE DE LA TRANSISTION ECOLOGIQUE ET SOLIDAIRE, actualisée en

temps réel, Registre des émissions polluantes, consultable sur

<http://www.georisques.gouv.fr/dossiers/irep-registre-des-emissions-polluantes>

[20] COMMISSION EUROPEENE, 2009, Document de référence sur les meilleures

techniques disponibles : Efficacité énergétique

[21] COMMISSION EUROPEENE, 2012, Règlement (UE) n ° 601/2012 de la Commission du

21 juin 2012 relatif à la surveillance et à la déclaration des émissions de gaz à effet de serre

au titre de la directive 2003/87/CE du Parlement européen et du Conseil Texte présentant de

l'intérêt pour l'EEE, [consulté en mai 2019]

[22] MINISTERE DE LA TRANSISTION ECOLOGIQUE ET SOLIDAIRE, 2014, Guide

méthodologique d’aide à la déclaration annuelle des émissions polluantes et des déchets à

l’attention des exploitants, disponible sur <http://www.spi-

vds.org/medias/fichiers/guide_methodologique_d_aide_a_la_declaration_gerep.pdf>

[23] JULIEN GRYNBERG, 2012 « Mécanismes physiques et chimiques mis en jeu lors de la

fusion du mélange SiO2-Na2CO3 », Thèse de doctorat, université Pierre et Marie Curie.

[24] COMMISSION EUROPEENE, 2007, Document de référence sur les meilleures

techniques disponibles : Céramiques

[25] OBSERVATOIRE CLIMAT HAUTS-DE-FRANCE, 2014, Fiche de synthèse de

l’observatoire Climat sur la consommation d’énergie en Hauts-de-France, disponible sur <

http://www.observatoireclimat-

hautsdefrance.org/content/download/9382/48372/file/Fiche%2520de%2520synth%25C3 %25

A8se%2520-%2520Consommation%2520d%2527 %25C3 %25A9nergie%25202014 %2520-

%2520Hauts-de-France.pdf>, [consulté en mai 2019]


http://www.georisques.gouv.fr/dossiers/irep-registre-des-emissions-polluantes

http://www.spi-vds.org/medias/fichiers/guide_methodologique_d_aide_a_la_declaration_gerep.pdf

http://www.spi-vds.org/medias/fichiers/guide_methodologique_d_aide_a_la_declaration_gerep.pdf



Tables des Annexes 1. MIX DE COMBUSTIBLES MOYEN DES SECTEURS INDUSTRIELS ................................. 72

2. DETERMINATION DES COEFFICIENTS D’ACTIVITE.................................................... 76


1. Mix de combustibles moyen des secteurs industriels

Mix de combustibles moyen à vocation énergétique des secteurs industriels reconstitués à partir

de l’enquête EACEI de l’INSEE. La rubrique « combustibles minéraux solides » contient les

combustibles suivants : houille, lignite, charbon pauvre et coke de houille)







2. Détermination des coefficients d’activité

▪ Préparation de la pâte à papier, rubrique n°2430

Informations issues du document de la Commission Européenne « Best available techniques

reference document for the production of pulp, paper and board », avril 2015, disponible

uniquement en anglais.

La production de pâte à papier peut se faire dans des usines intégrées, c’est-à-dire qui

accueillent aussi des activités de fabrication de papier ou carton. Ce facteur influe grandement

sur la quantité de chaleur nécessaire à la fabrication de papier. Il existe plusieurs types de papier,

ce qui implique une grande variabilité de procédés.

Dans le procédé de fabrication de pâte kraft, les fibres sont libérées dans l’opération de cuisson

par dissolution de la lignine et d’une partie des hémicelluloses dans la solution chimique de

cuisson. La cuisson peut être exécutée dans des lessiveurs discontinus ou continus. Les copeaux,

préchauffés à la vapeur, sont imprégnés de liqueur de cuisson et portés entre 155 et 175 °C. La

durée de cuisson est de 1 à 2h. Lors de la délignification, l’installation est mise sous pression et

la température portée à environ 100 °C. L’énergie thermique est apportée par de la vapeur haute

pression issue de chaudières.

Voici un résumé des valeurs annoncées de la chaleur industrielle nécessaire :

Type de procédé Type de produit Chaleur min

(GJ/t)

Chimique Pâte kraft blanchie 10



Chimique Pâte kraft blanchie + papier (couché de qualité

fine)

14

Chimique Pâte kraft non blanchie + papier (papier de

couverture kraft)

14

Chimique Pâte au bisulfite + papier 18

Mécanique Pâte PTCM 0

Mécanique Pâte PTCM + papier journal 0

Mécanique Pâte PTCM + papier couché léger 3

Recyclage Pâte sans désencrage + papier 6

Recyclage Pâte désencrée + papier tissu de ménage 7

Recyclage Pâte désencrée + papier journal 4

Fabrication papier et

carton

Papier non couché fin 7

Fabricaiton papier

carton

Papier couché fin 7

Fabrication papier et

carton

Papier tissu de ménage 5.5

Consommation de chaleur des procédés de l’industrie papetière (Source : document MTD)

On va considérer que tous les établissements classés ICPE utilisent le procédé chimique de

papier kraft blanchie (sans production de papier), qui est procédé le moins consommateur de

chaleur. En supposant un fonctionnement 24H/24H et 334j/365j correspondant à 2 semaines de

fermeture annuelle et 2 semaines de maintenance, on obtient :

𝛿𝑎 = 0,04 × 10,0 [𝐺𝐽. 𝑡𝑠𝑎−1] × 0,278 [𝑀𝑊ℎ. 𝐺𝐽−1] × 334 [𝑗. 𝑎𝑛−1] 𝜹𝒂 = 𝟑𝟕, 𝟏 [(𝑴𝑾𝒉. 𝒂𝒏−𝟏). (𝒕𝒔𝒂. 𝒋−𝟏)−𝟏]

▪ Fabrication de papier, carton, rubrique n°2440




On utilise le même tableau que pour modéliser la rubrique 2430. On suppose que les usines

n’intègrent pas la fabrication de la pâte à papier. Le minimum de chaleur consommée est atteint

pour le papier non couché fin. En supposant un fonctionnement 24H/24H et 337j/365j (2

semaines de fermeture annuelle, 2 semaines de maintenance), on obtient :

𝛿𝑎 = 0,04 × 7,0 [𝐺𝐽. 𝑡−1] × 0,278 [𝑀𝑊ℎ. 𝐺𝐽−1] × 337 [𝑗. 𝑎𝑛−1] 𝜹𝒂 = 𝟐𝟔, 𝟐 [(𝑴𝑾𝒉. 𝒂𝒏−𝟏). (𝒕. 𝒋−𝟏)−𝟏]


▪ Transformation de carton ondulé, rubrique n°2445




Pour fabriquer sur carton ondulé, le procédé de fabrication le plus répandu est le procédé Stein-

Hall. La chaleur est assurée par de la vapeur, issue d'une chaudière, à 13 bars dans le cas

général.

D’après le MTD de l’industrie papetières p. 295, pour sortir une tonne de papier ondulé, il faut

fournir 1,585 MWh d’énergie combustible fossile. En supposant que l’ensemble de l’énergie

est récupérable dans la chaudière, et un fonctionnement 24H/24H et 337j/365j (2 semaines de

fermeture annuelle, 2 semaines de maintenance), on obtient :

𝛿𝑎 = 0,04 × 1,585 [𝑀𝑊ℎ. 𝑡−1] × 337 [𝑗. 𝑎𝑛−1] 𝜹𝒂 = 𝟐𝟏, 𝟒 [(𝑴𝑾𝒉. 𝒂𝒏−𝟏). (𝒕. 𝒋−𝟏)−𝟏]

▪ Production de chaux, ciments et plâtre, rubrique n°2520


reference document for the production of cement, lime and magnesium oxide », avril 2013,

disponible uniquement en anglais.

Production de chaux

La chaux désigne une matière sèche alcaline ou fortement basique, facilement poudreuse et

hydrophile, de couleur blanche ou blanchâtre, obtenue par calcination d'une pierre calcaire à

environ 900 °C, dans des fours à chaux, opération durant laquelle du dioxyde de carbone (CO2)

et de l'oxyde de calcium (CaO, aussi appelé « chaux vive ») sont produits. L'opération suivante

consiste à hydrater (« éteindre ») ces pierres par immersion dans l'eau. Cette réaction

très exothermique transforme le CaO en hydroxyde de calcium (Ca(OH)2) et provoque la

dislocation ainsi qu'un foisonnement. Le résultat est une pâte, qui prend le nom de « chaux

éteinte ». La présence d'autres composés (argiles…) dans la pierre peut modifier la phase

d'extinction, conduisant à produire différents types de chaux.

On considère qu’il est principalement possible de récupérer de la chaleur lors du procédé de

calcination. D’après le tableau 2.23 de MTD, la consommation thermique dans les fours est au

minimum de 3,2 GJ/tonne de chaux. En considérant un fonctionnement de 337j/365j

correspondant à 2 semaines de fermetures et 2 semaines d’entretien des équipements :

𝛿𝑎 = 0,25 × 3,2 [𝐺𝐽. 𝑡−1] × 0,278 [𝑀𝑊ℎ. 𝐺𝐽−1] × 337 [𝑗. 𝑎𝑛−1] 𝜹𝒂 = 𝟕𝟒, 𝟗 [(𝑴𝑾𝒉. 𝒂𝒏−𝟏). (𝒕. 𝒋−𝟏)−𝟏]

Ciment

Le principal ingrédient du ciment est le clinker qui se forme à 1450 °C lors de la calcination,

ou clinkérisation, d’un mélange de composé d’environ 80 % de calcaire et 20 % d’argile. Lors

de cette clinkérisation, à environ 900 °C, le carbonate de calcium CaCO3 se décompose en

oxyde de calcium CaO, encore appelé chaux, avec émission de CO2. A 1400 °C, le clinker se

https://fr.wikipedia.org/wiki/Vapeur_d%27eau

https://fr.wikipedia.org/wiki/Chaudi%C3%A8re

https://fr.wikipedia.org/wiki/Alcali

https://fr.wikipedia.org/wiki/Base_(chimie)

https://fr.wikipedia.org/wiki/Calcination

https://fr.wikipedia.org/wiki/Op%C3%A9ration_unitaire

https://fr.wikipedia.org/wiki/Dioxyde_de_carbone

https://fr.wikipedia.org/wiki/Oxyde_de_calcium

https://fr.wikipedia.org/wiki/Chaux_vive

https://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9action_exothermique

https://fr.wikipedia.org/wiki/Hydroxyde_de_calcium

https://fr.wikipedia.org/wiki/P%C3%A2te

https://fr.wikipedia.org/wiki/Chaux_%C3%A9teinte

https://fr.wikipedia.org/wiki/Chaux_%C3%A9teinte



forme. Il sera ensuite trempé puis du gypse y sera ajouté. Le clinker est l’ingrédient clé du

ciment et sa proportion peut varier dans la composition du ciment entre 20 et 65 % de manière

générale. Le ciment de Portland est composé à 95 % de clinker.

La récupération de chaleur est donc liée à la production de clinker. D’après le tableau 1.18 du

MTD Production de chaux, ciment et magnésie, la consommation thermique de cette étape est

au minimum de 3100 MJ/tonne de clinker. On suppose un taux de clinker de 20 % dans le

ciment. En considérant un fonctionnement de 337j/365j correspondant à 2 semaines de

fermetures et 2 semaines d’entretien des équipements :

𝛿𝑎 = 0,25 × 0,20 × 3,10 [𝐺𝐽. 𝑡−1] × 0,278 [𝑀𝑊ℎ. 𝐺𝐽−1] × 337 [𝑗. 𝑎𝑛−1] 𝜹𝒂 = 𝟏𝟒, 𝟓 [(𝑴𝑾𝒉. 𝒂𝒏−𝟏). (𝒕. 𝒋−𝟏)−𝟏]

Plâtre

Le plâtre est fabriqué par calcination du gypse à basse température (150 à 400 °C) dans des

fours. Aucun document MTD ne fournit d’indication sur l’énergie thermique nécessaire à cette

production. Cependant, en considérant la chaleur massique du gypse de 1,090 kJ/kg/K, un

chauffage du gypse dans les fours de 20 °C à 150 °C sans changement de phase, et en

approximant la masse de plâtre à la masse de gypse entrante, le besoin en énergie thermique est

de 0,14 GJ/tonne de plâtre. Cette énergie est l’énergie utile à fournir au gypse pour fabriquer

du plâtre. Or, d’après le rapport de l’ADEME « La chaleur fatale industrielle », dans un four,

celle-ci représente au maximum 40 % de la chaleur à fournir. En considérant que 25 % de la

chaleur fournie est récupérable grâce à un échangeur aux fumées et un fonctionnement de

337j/365j correspondant à 2 semaines de fermetures et 2 semaines d’entretien des équipements :

𝛿𝑎 =0,25

0,40 × 0,14 [𝐺𝐽. 𝑡−1] × 0,278 [𝑀𝑊ℎ. 𝐺𝐽−1] × 337 [𝑗. 𝑎𝑛−1]

𝜹𝒂 = 𝟖, 𝟐 [(𝑴𝑾𝒉. 𝒂𝒏−𝟏). (𝒕. 𝒋−𝟏)−𝟏]

▪ Fabrication de céramiques et réfractaires, rubrique n°2523

Informations issues du document de la Commission Européenne « Meilleures techniques

disponibles pour la fabrication de céramiques », août 2007.

Céramique technique

La céramique technique est une branche de la céramique qui traite des applications

industrielles, par opposition aux créations artisanales (poterie), artistiques (céramique d'art)

ou porcelaines. L’objectif de cette industrie est la création et l’optimisation de céramiques aux

propriétés spécifiques : mécaniques, électriques, magnétiques, optiques, supraconductrices …

La cuisson des céramiques varie en fonction du type de céramique mais se fait au minimum à

1250 °C dans un four. La consommation d’énergie thermique minimale pour la fabrication de

porcelaine électrique à usage industriel est de 12,0 MJ/kg de céramique, d’après le tableau 3.17

du MTD Céramiques.

https://fr.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9ramique

https://fr.wikipedia.org/wiki/Poterie

https://fr.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9ramique

https://fr.wikipedia.org/wiki/Porcelaine


En considérant un fonctionnement de 337j/365j correspondant à 2 semaines de fermetures et 2

semaines d’entretien des équipements, on obtient :

𝛿𝑎 = 0,25 × 12,0 [𝐺𝐽. 𝑡−1] × 0,278 [𝑀𝑊ℎ. 𝐺𝐽−1] × 337 [𝑗. 𝑎𝑛−1] 𝜹𝒂 = 𝟐𝟖𝟏 [(𝑴𝑾𝒉. 𝒂𝒏−𝟏). (𝒕. 𝒋−𝟏)−𝟏]

Matériau réfractaire

Un matériau réfractaire est un matériau qui a une forte résistance à un facteur (physique,

chimique, biologique) susceptible de le dégrader, le plus souvent la chaleur. Par exemple,

un four à pain peut être fait de briques réfractaires. Pour fabriquer ces matériaux réfractaires

qui composeront les fours des industries « sidérurgique, aciéries, forges, fonderies, les

cimenteries, verreries, céramistes et autres fumistes », une cuisson est nécessaire pour assurer

la céramisation.

Pour la fabrication d’une brique réfractaire de magnésite, la cuisson consomme au minimum

3 GJ/tonnes de produits dans des fours où 25 % de la chaleur est récupérable, d’après le tableau

3.17 du MTD. En considérant un fonctionnement de 337j/365j correspondant à 2 semaines de

fermetures et 2 semaines d’entretien des équipements, on obtient :

𝛿𝑎 = 0,25 × 3,0 [𝐺𝐽. 𝑡−1] × 0,278 [𝑀𝑊ℎ. 𝐺𝐽−1] × 337 [𝑗. 𝑎𝑛−1] 𝜹𝒂 = 𝟕𝟎, 𝟑 [(𝑴𝑾𝒉. 𝒂𝒏−𝟏). (𝒕. 𝒋−𝟏)−𝟏]

Briques ou tuiles

La cuisson des briques ou tuiles est réalisée majoritairement via des fours Hoffmann ou des

fours tunnels, à des températures avoisinant les 1000 °C. A l’heure actuelle, on fait cuire les

briques et tuiles dans des fours tunnels sous atmosphère oxydante. Les produits à cuire sont

chauffés à une température de maturation comprise entre 800 °C et 1300 °C. Le temps de

cuisson est compris entre 10 et 40 heures pour les tuiles, 45 à 60 pour les pavages et 17 à 25h

pour les blocs d’argile La température des effluents est comprise entre 170 et 200° C.

D’après le tableau 2.2 du MTD, la consommation d’énergie en séchage et cuisson pour

fabriquer des tuiles ou briques est d’environ 1,6 MJ/kg. En supposant que 25 % de la chaleur

est récupérable dans les fumées rejetées par les fours, en considérant un fonctionnement de

337j/365j correspondant à 2 semaines de fermetures et 2 semaines d’entretien des équipements,

on obtient :

𝛿𝑎 = 0,25 × 1,6 [𝐺𝐽. 𝑡−1] × 0,278 [𝑀𝑊ℎ. 𝐺𝐽−1] × 337 [𝑗. 𝑎𝑛−1] 𝜹𝒂 = 𝟑𝟕, 𝟓 [(𝑴𝑾𝒉. 𝒂𝒏−𝟏). (𝒕. 𝒋−𝟏)−𝟏]

▪ Fabrication de verre, rubrique n°2530

Informations issues du document de la Commission Européenne «Best available techniques

reference document for the manufacturing of glass », mars 2012.

La famille des verres sodocalciques regroupe des verres à base de silice SiO2, de calcium et

de sodium introduits en général à la fabrication sous forme de CaO et Na2O. Ces verres sont

https://fr.wikipedia.org/wiki/Mat%C3%A9riau

https://fr.wikipedia.org/wiki/Temp%C3%A9rature

https://fr.wikipedia.org/wiki/Four_%C3%A0_pain

https://fr.wikipedia.org/wiki/Brique_r%C3%A9fractaire

https://fr.wikipedia.org/wiki/Silice

https://fr.wikipedia.org/wiki/Calcium

https://fr.wikipedia.org/wiki/Sodium



les plus répandus ; ils sont utilisés pour la fabrication de bouteilles, de flacon et de vitrages, et

représentent de l'ordre de 90 % de la production de verre.

En dehors de films minces, déposés suivant diverses méthodes, le processus de synthèse de

verre est très souvent le suivant : fusion, trempe et recuit, méthode dite de « fusion-trempe ».

Concernant les verres silico-sodocalciques, les éléments nécessaires à la synthèse du verre,

généralement des oxydes (silice) et des carbonates (carbonates de calcium, de sodium) sont

mélangés puis amenés à fusion. Pour le verre à vitre standard, on utilise du sable blanc, de la

soude, de la chaux et du verre cassé (le calcin) qu'on porte à 1 550 °C.

D’après le MTD Verrerie paragraphe 3.2.3, l’énergie actuelle dépensée dans les fours verriers

pour fondre le verre est d’environ 3.3 GJ/tonne de verre fondu. En supposant 337j/365j de

fonctionnement correspondant à 2 semaines de fermeture et 2 semaines de maintenance, on

obtient :

𝛿𝑎 = 0,25 × 3,3 [𝐺𝐽. 𝑡−1] × 0,278 [𝑀𝑊ℎ. 𝐺𝐽−1] × 337 [𝑗. 𝑎𝑛−1] 𝜹𝒂 = 𝟕𝟕, 𝟑 [(𝑴𝑾𝒉. 𝒂𝒏−𝟏). (𝒕. 𝒋−𝟏)−𝟏]

▪ Fabrication du coke, rubrique n°2542


reference document for iron and steel production », mars 2012, disponible uniquement en

anglais.

Le coke est un combustible obtenu par pyrolyse de la houille dans un four à l'abri de l'air ; ces

fours sont regroupés en batteries dans une usine appelée cokerie. Ce procédé a longtemps été

très polluant et l'est encore dans les pays en développement. En Europe, il ne subsiste que

quelques cokeries dont les émissions, sous-produits et déchets sont contrôlés. En France, il ne

reste que 3 établissements du groupe ArcelorMittal qui pratiquent cette activité à Serémange-

Erzange, Dunkerque et Fos-sur-Mer. Pour obtenir du coke métallurgique (utilisable dans

les haut-fourneaux), le temps de chauffage varie entre 16 et 20 heures à des températures

de 1 200 à 1 350 °C. D’après la figure 5.11 du MTD, pour une production d’une tonne de coke,

les pertes de chaleur récupérable sont égales à 1 576 MJ. En supposant 337j/365j de

fonctionnement correspondant à 2 semaines de fermeture et 2 semaines de maintenance, on a :

𝛿𝑎 = 1,576 [𝐺𝐽. 𝑡−1] × 0,278 [𝑀𝑊ℎ. 𝐺𝐽−1] × 337 [𝑗. 𝑎𝑛−1] 𝜹𝒂 = 𝟏𝟒𝟕, 𝟔 [(𝑴𝑾𝒉. 𝒂𝒏−𝟏). (𝒕. 𝒋−𝟏)−𝟏]

▪ Fabrication d’acier, de fonte et de ferro-alliage, rubrique n°2545


reference document for iron and steel production », mars 2012, disponible uniquement en

anglais.

Acier

La fabrication d’acier est un processus compliqué, fortement consommateur d’énergie et

émetteur de résidus. Il existe principalement 4 manières d’obtenir du fer, présentées sur la figure

suivante :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Bouteille

https://fr.wikipedia.org/wiki/Flacon

https://fr.wikipedia.org/wiki/Vitrage

https://fr.wikipedia.org/wiki/Calcin

https://fr.wikipedia.org/wiki/Combustible

https://fr.wikipedia.org/wiki/Pyrolyse

https://fr.wikipedia.org/wiki/Houille

https://fr.wikipedia.org/wiki/Four

https://fr.wikipedia.org/wiki/Cokerie

https://fr.wikipedia.org/wiki/Haut-fourneau


Il existe donc de nombreux procédés internes. D’après le MTD, la consommation moyenne

d’énergie pour produire une tonne d’acier est de 500 kWh. On fait l’hypothèse que cette

consommation se fait entièrement dans des fours. En supposant 337j/365j de fonctionnement

correspondant à 2 semaines de fermeture et 2 semaines de maintenance, on a :

𝛿𝑎 = 0,25 × 0,50 [𝑀𝑊ℎ. 𝑡−1] × 337 [𝑗. 𝑎𝑛−1] 𝜹𝒂 = 𝟒𝟐, 𝟏 [(𝑴𝑾𝒉. 𝒂𝒏−𝟏). (𝒕. 𝒋−𝟏)−𝟏]

Fer

Les procédés pour obtenir du fer sont similaires. D’après la partie 8.2.2.4 du MTD, l’énergie

perdue au niveau des fours est de 100 kWh/t. En supposant 337j/365j de fonctionnement

correspondant à 2 semaines de fermeture et 2 semaines de maintenance, on a :

𝛿𝑎 = 0,100 [𝑀𝑊ℎ. 𝑡−1] × 337 [𝑗. 𝑎𝑛−1] 𝜹𝒂 = 𝟑𝟑, 𝟕 [(𝑴𝑾𝒉. 𝒂𝒏−𝟏). (𝒕. 𝒋−𝟏)−𝟏]

▪ Traitement de minerais non ferreux, élaboration et affinage des métaux et

alliages non ferreux, rubrique n°2546


reference document for the non-ferrous metals industries », juin 2016, disponible uniquement

en anglais.

On s’intéresse aux productions primaires et non aux productions secondaires, c’est-à-dire issues

d’un recyclage, pour lesquelles les consommations énergétiques sont de l’ordre de 5 % à 20 %

des productions primaires.

Cuivre



La production primaire de cuivre, c’est-à-dire à partir du minerai de cuivre, peut se faire par

pyrométallurgie (20 %), ou par hydrométallurgie (80 %). L’hydrométallurgie utilise des

procédés chimiques mettant en jeu de l’acide sulfurique ou des solution oxydante. La

pyrométallurgie contient des étapes de cuisson, de fonte qui ont lieu dans des fourneaux ou dans

des fours électriques. D’après le tableau 3.32 concernant les données d’opération des fours à

tambour de production de cuivre, leur consommation est au minimum de 700 MJ/t de cuivre.

En supposant un procédé pyrométallurgique et un fonctionnement 337 jours sur 365,

correspondant à 4 semaines de fermetures annuelles, on obtient :

𝛿𝑎 = 0,25 × 0,70 [𝐺𝐽. 𝑡−1] × 0,278 [𝑀𝑊ℎ. 𝐺𝐽−1] × 337 [𝑗. 𝑎𝑛−1] 𝜹𝒂 = 𝟏𝟔, 𝟒 [(𝑴𝑾𝒉. 𝒂𝒏−𝟏). (𝒕. 𝒋−𝟏)−𝟏]

Aluminium

L’aluminium est obtenu à partir d’oxyde d’aluminium, aussi appelé alumine. L’alumine est

généralement issue de la bauxite, un minerai présent à l’état naturel, par le procédé Bayer. Dans

ce dernier, la dernière étape est une étape de calcination (cf figure 4.2 du MTD), c’est-à-dire

une opération par laquelle on modifie la structure du matériau en le soumettant à de haute

température. C’est principalement dans cette étape que de la chaleur est récupérable.

La production d’aluminium se fait ensuite par électrolyse à partir de l’alumine dans une cuve à

électrolyse. On considère seulement la chaleur récupérable lors de l’étape de calcination de

l’alumine. D’après le tableau 4.5 du MTD sur les données d’entrée de la production d’alumine,

la consommation d’énergie de cette étape est au minimum de 7,6 GJ/t. En supposant un

fonctionnement 337 jours sur 365, correspondant à 4 semaines de fermetures annuelles, on

obtient :

𝛿𝑎 = 0,25 × 7,6 [𝐺𝐽. 𝑡−1] × 0,278 [𝑀𝑊ℎ. 𝐺𝐽−1] × 337 [𝑗. 𝑎𝑛−1] 𝜹𝒂 = 𝟏𝟕𝟖, 𝟎 [(𝑴𝑾𝒉. 𝒂𝒏−𝟏). (𝒕. 𝒋−𝟏)−𝟏]

Zinc

La production de zinc se fait majoritairement par hydrométallurgie en Europe dont les étapes

sont : grillage, calcination, nettoyage, purification et électrolyse. Les deux premières étapes ont

lieu dans des fours. D’après le tableau 6.8 du MTD, le processus nécessite l’utilisation de 0,48

GJ/t de zinc d’énergie pour les fours. En supposant un fonctionnement 337 jours sur 365,

correspondant à 4 semaines de fermetures annuelles, on obtient :

𝛿𝑎 = 0,25 × 0,48 [𝐺𝐽. 𝑡−1] × 0,278 [𝑀𝑊ℎ. 𝐺𝐽−1] × 337 [𝑗. 𝑎𝑛−1] 𝜹𝒂 = 𝟏𝟏, 𝟐 [(𝑴𝑾𝒉. 𝒂𝒏−𝟏). (𝒕. 𝒋−𝟏)−𝟏]

Plomb

La production de plomb se fait majoritairement par recyclage de batterie au plomb. Ce recyclage

se fait dans des fours dont la consommation est donnée dans le tableau 5.9 du MTD. Un

fourneau électrique a une consommation minimale de 100 kWh/t de plomb. En supposant un

fonctionnement 337 jours sur 365, correspondant à 4 semaines de fermetures annuelles, on

obtient :


𝛿𝑎 = 0,25 × 0,100 [𝑀𝑊ℎ. 𝑡−1] × 337 [𝑗. 𝑎𝑛−1] 𝜹𝒂 = 𝟖, 𝟐 [(𝑴𝑾𝒉. 𝒂𝒏−𝟏). (𝒕. 𝒋−𝟏)−𝟏]

Analyse du MTD Forges et fonderie

Informations issues du document de la Commission Européenne « Document de référence sur

les meilleures techniques disponibles : Forges et fonderies », mai 2005.

Les principaux marchés servis par la fonderie sont les secteurs automobiles (50 %), le génie

général (30 %) et la construction (10 %). Le procédé de fonderie est composé des activités

suivantes :

- Fusion et traitement des métaux dans l’atelier de fusion

- Préparation des moules et de noyaux dans l’atelier de moulage

- Coulée du métal en fusion dans le moule, refroidissement en vue de la solidification

démoulage dans l’atelier de coulée

- Finition du produit moulé brut dans l’atelier de finition

Les principales divisions du secteur sont : métaux ferreux ou non ; moules perdus ou moules

permanents. En général on a les combinaisons suivantes : fonderie ferreuse + moules en sable

perdus / fonderie non ferreuse + moules permanents.

Les différents procédés possibles sont présentés sur la figure suivante.



Procédés de fonte de métaux (Source : MTD Forges et fonderie)

La fonderie génère des poussières minérales chargées en métal des composés acidifiants et des

composés acidifiants volatils. L’étape de fusion a lieu dans des fours et représente entre 40 %

et 60 % de la consommation d’énergie totale. Elle est toujours source de chaleur récupérable.

La production des moules nécessite dans certains cas une étape de chauffage. Ne pouvant

connaître exactement les procédés de fabrication des moules, on néglige la chaleur récupérable

à cette étape. On considère donc que la chaleur récupérable se situe exclusivement au niveau

de l’étape de fusion.

▪ Fonderie d’alliage ferreux, rubrique n°2551

Acier

D’après le tableau 3.17 du MTD donnant les propriétés habituelles des fours et les données

d’émission pour la fusion des métaux ferreux, la consommation énergétique des fours de fusion

est au minimum de 500 kWh/t d’acier pour un four à arc électrique et vaut au maximum 800

kWh/t d’acier pour un four à induction.

On suppose que la fonte d’acier se fait suivant les hypothèses favorables du MTD, c’est à dire

avec une consommation de 500 kWh/t d’acier pour la fusion. En supposant 337j/365j de


fonctionnement correspondant à 2 semaines de fermeture et 2 semaines de maintenance, on

obtient :

𝛿𝑎 = 0,25 × 0,500 [𝑀𝑊ℎ. 𝑡−1] × 337 [𝑗. 𝑎𝑛−1] 𝜹𝒂 = 𝟒𝟐, 𝟏 [(𝑴𝑾𝒉. 𝒂𝒏−𝟏). (𝒕. 𝒋−𝟏)−𝟏]

Fonte


d’émission pour la fusion des métaux ferreux, la consommation énergétique des fours de fusion

est au minimum de 600 kWh/t de fonte pour un four rotatif à gaz et vaut au maximum 1200

kWh/t de fonte pour un cubilot à vent froid.

On suppose que la fonte d’aluminium se fait suivant les hypothèses favorables du MTD, c’est

à dire avec une consommation de 600 kWh/t d’aluminium pour la fusion. En supposant

337j/365j de fonctionnement correspondant à 2 semaines de fermeture et 2 semaines de

maintenance, on obtient :

𝛿𝑎 = 0,25 × 0,600 [𝑀𝑊ℎ. 𝑡−1] × 337 [𝑗. 𝑎𝑛−1] 𝜹𝒂 = 𝟓𝟎, 𝟔 [(𝑴𝑾𝒉. 𝒂𝒏−𝟏). (𝒕. 𝒋−𝟏)−𝟏]

▪ Fonderie de métaux et d’alliage non ferreux, rubrique n°2552

Aluminium


d’émission pour la fusion de l’aluminium, la consommation énergétique des fours de fusion est

au minimum de 475 kWh/t d’aluminium pour un four à creuset à induction et vaut au maximum

1250 kWh/t d’aluminium pour un four rotatif à gaz.

On suppose que la fonte d’aluminium se fait suivant les hypothèses favorables du MTD, c’est

à dire avec une consommation de 475 kWh/t d’aluminium pour la fusion. En supposant

337j/365j de fonctionnement correspondant à 2 semaines de fermeture et 2 semaines de

maintenance, on obtient :

𝛿𝑎 = 0,25 × 0,475 [𝑀𝑊ℎ. 𝑡−1] × 337 [𝑗. 𝑎𝑛−1] 𝜹𝒂 = 𝟒𝟎, 𝟎 [(𝑴𝑾𝒉. 𝒂𝒏−𝟏). (𝒕. 𝒋−𝟏)−𝟏]

Zinc

D’après la partie 3.6 du MTD donnant les propriétés habituelles des fours de fusion de zinc, le

zinc est fondu dans un four à creuset à gaz. La consommation énergétique de l’étape de fusion

puis de la coulée sous pression est de 700 kWh/t de zinc.

En retenant que 40 % de cette consommation est due à l’étape de fusion, en supposant 337j/365j

de fonctionnement correspondant à 2 semaines de fermeture et 2 semaines de maintenance, on

obtient :

𝛿𝑎 = 0,40 × 0,25 × 0,700 [𝑀𝑊ℎ. 𝑡−1] × 337 [𝑗. 𝑎𝑛−1] 𝜹𝒂 = 𝟐𝟑, 𝟔 [(𝑴𝑾𝒉. 𝒂𝒏−𝟏). (𝒕. 𝒋−𝟏)−𝟏]



Cuivre

D’après la partie 3.5.1 du MTD donnant les propriétés habituelles des fours de fusion de cuivre,

le cuivre est fondu dans un four à creuset à gaz. La consommation énergétique de l’étape de

fusion puis de la coulée sous basse pression est de 1360 kWh/t de cuivre.

En retenant que 40 % de cette consommation est due à l’étape de fusion, en supposant 337j/365j

de fonctionnement correspondant à 2 semaines de fermeture et 2 semaines de maintenance, on

obtient

𝛿𝑎 = 0,40 × 0,25 × 1,36 [𝑀𝑊ℎ. 𝑡−1] × 337 [𝑗. 𝑎𝑛−1] 𝜹𝒂 = 𝟒𝟓, 𝟖 [(𝑴𝑾𝒉. 𝒂𝒏−𝟏). (𝒕. 𝒋−𝟏)−𝟏]

▪ Fonderie de plomb, rubrique n°2550

Documents

Détermination du gisement de chaleur fatale industrielle