Froid industriel : pourquoi et comment le décarboner ?
Le froid industriel, essentiel dans des secteurs comme l’agroalimentaire, la logistique, la santé ou la chimie, pèse lourd dans la consommation d’énergie des sites et génère une part importante des émissions de gaz à effet de serre.
Face aux enjeux environnementaux, réglementaires et économiques, sa décarbonation est aujourd’hui un levier stratégique pour l’industrie.
Qu’est-ce que le froid industriel ?
Le froid industriel désigne l’ensemble des procédés et équipements utilisés pour produire, maintenir ou contrôler des températures basses dans un contexte industriel.
Il n’est pas anodin d’avoir une production frigorifique sur un site industriel. Lorsque c’est le cas, c’est bien souvent parce qu’on ne peut pas s’en passer pour des questions de qualité des produits.
L’objectif principal du froid industriel est alors de refroidir des produits, des matériaux ou des process pour garantir leur qualité, leur conservation, ou leur transformation. C’est pour cette raison que les secteurs les plus consommateurs de froid sont l’agroalimentaire (dont la filière laitière), la pharmacie, la plasturgie et la métallurgie.
C’est d’autant plus vrai compte tenu des hausses de températures qui sont prévues dans les prochaines années.
Comment fonctionne le froid industriel ?
La production de froid en tant que telle n’existe pas ! On ne fait que prélever de la chaleur dans un milieu pour la transférer dans un autre.
L’intérêt des systèmes frigorifiques est qu’ils prélèvent de la chaleur dans un milieu froid, pour la rejeter dans un milieu chaud. Le sens habituel des variations de température est pourtant plutôt dans le sens inverse.
Alors comment cela fonctionne-t-il ?
La majorité des installations de froid industriel utilisent la compression de vapeur. Le principe est simple : un fluide frigorigène circule dans un circuit fermé où il change d’état (liquide ↔ gaz) pour absorber et rejeter de la chaleur.
- Quand le fluide s’évapore (passe de liquide à gaz), il absorbe de la chaleur dans la zone à refroidir : c’est là que le froid est produit.
- Pour que la « création de froid » puisse se faire de manière continue, il est nécessaire que le fluide en phase gazeuse puisse revenir en phase liquide pour recommencer le cycle. C’est la condensation, phénomène au cours duquel le gaz cède sa chaleur pour se liquéfier.
Cependant, à pression constante, les températures d’évaporation et de condensation d’un fluide donné sont égales. Impossible donc de transférer de la chaleur si l’évaporation et la condensation ont lieu à la même température. Ainsi, on utilise un compresseur pour créer un différentiel de pression dans le circuit :
- Zone basse pression (BP) : c’est ici que la température de changement d’état liquide – gaz sera la plus basse, c’est donc là qu’aura lieu la production de froid.
- Zone haute pression (HP) : la température de changement d’état sera plus haute, ce qui permettra de rejeter la chaleur prélevée lors de la production de froid côté BP.
Pour réussir à créer ce différentiel de pressions et ainsi faire fonctionner le système en continu, un système à compression comprend 4 éléments clés : condenseur, détendeur, évaporateur et compresseur.
Il existe de nombreuses autres façons de produire du froid, mais elles ne sont pas aussi efficaces que les systèmes à compression de vapeur.
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Le froid industriel, indispensable à de nombreux secteurs industriels comme l’agroalimentaire, la logistique, la santé ou la chimie, représente une part très significative de la consommation énergétique des sites industriels et une part non négligeable des émissions de gaz à effet de serre. C’est un levier majeur de décarbonation.
En plus d’enjeux environnementaux, décarboner le froid industriel relève également d’enjeux réglementaires, techniques et économiques.
Qui sont les acteurs concernés par le froid industriel ?
Pour rappel, le froid industriel a pour objectif principal de refroidir des produits, des matériaux ou des procédés afin d’en assurer la qualité, la conservation ou la transformation. C’est pour cette raison que les secteurs les plus consommateurs de froid sont l’agroalimentaire (dont la filière laitière), la pharmacie, la plasturgie et la métallurgie.
C’est d’autant plus vrai compte tenu des hausses de températures qui sont prévues les prochaines années. Cela entraîne une augmentation des besoins en climatisation et/ou au moins du rafraîchissement, et nous remarquons une augmentation des sujets sur les réseaux mutualisés de froid et le développement accru des data center qui vont demander beaucoup de froid.
Comment décarboner le froid industriel ? Exemple avec la récupération de chaleur
Pour décarboner le froid industriel, la récupération de chaleur est une solution souvent privilégiée parmi les nombreux moyens existants.
Dans le cas du froid industriel, les groupes frigorifiques rejettent une quantité importante de chaleur via les condenseurs. Cette chaleur, souvent perdue, peut pourtant être récupérée pour des usages utiles sur site, ce qui représente alors un potentiel de récupération important.
Objectifs et enjeux
La récupération de chaleur fatale dispose de deux objectifs distincts : améliorer l’efficacité énergétique globale des installations et réduire les émissions de gaz à effet de serre.
Les enjeux économiques sont assez clairs, la récupération de chaleur fatale permet de diminuer les coûts d’exploitation en substituant une partie de l’énergie achetée (gaz ou électricité) par une ressource accessible directement sur le site. De fait, l’impact sur l’environnement est positif grâce à cette réutilisation de chaleur qui serait perdue. C’est donc un levier stratégique pour décarboner l’industrie en valorisant une ressource gratuite et disponible sur site.
Actions clés à mettre en œuvre
- Identifier les sources de chaleur : un diagnostic énergétique est à prévoir pour localiser les rejets thermiques du site, quantifier le potentiel et qualifier la température.
- Repérer les usages possibles : il s’agit de regarder où sont les besoins dans l’usine et de vérifier si cette chaleur perdue peut être réutilisée directement ou transformée pour répondre à ces besoins.
- Mettre en œuvre une solution technique adaptée : dans un premier temps, il est nécessaire de dimensionner les équipements et y intégrant des solutions de pilotage intelligent pour assurer un suivi de performance post-installation.
Bénéfices obtenus et résultats concrets
- Réduire vos consommations d’énergie primaire : valoriser une ressource déjà présente sur le site permet de réduire les besoins provenant de l’extérieur.
- Diminuer les émissions de CO2 : cette chaleur perdue étant réutilisée, l’empreinte carbone, diminue et contribue donc aux objectifs de décarbonation.
- Améliorer la compétitivité industrielle : dans un contexte de volatilité des prix de l’énergie, réduire les coûts d’exploitation devient un levier essentiel pour améliorer la performance économique des sites cela passe notamment par différentes démarches comme le rapport RSE et par la mise en place de la certification ISO 50001.
Quels sont les leviers de financement disponibles pour décarboner le froid industriel ?
De nombreuses aides financières ou subventions sont disponibles pour vous aider à financer vos projets :
- Elles peuvent prendre la forme de subventions proposées par l’ADEME avec le Fonds Chaleur, par exemple, qui soutient les projets de valorisation de chaleur fatale pour des usages industriels ou les projets de récupération de chaleur renouvelable sur les installations frigorifiques.
- Le dispositif des CEE est un autre moyen de financer vos projets qui permet de financer une partie du surcoût d’investissement.
Conclusion
Produire, maintenir ou réguler des basses températures est une nécessité pour garantir la qualité des produits dans de nombreux secteurs industriels, notamment l’agroalimentaire, la pharmacie, la plasturgie, la chimie ou encore la métallurgie. Le froid industriel est donc crucial.
Cependant, ces procédés ont un impact non négligeable : sur l’environnement, sur les consommations d’énergie et d’eau, puis sur les coûts d’exploitation.
Face à ces enjeux, décarboner le froid industriel représente une opportunité stratégique.
Les industriels engagés dans cette voie pourront :
• Réduire significativement leur empreinte carbone,
• Améliorer l’efficacité énergétique de leurs installations,
• Réduire leur consommation d’eau,
• Sécuriser la continuité de la production de froid pour préserver la qualité des produits,
• Anticiper les évolutions réglementaires,
• Renforcer leur démarche RSE.
Pour amorcer cette transformation, nos experts recommandent de s’appuyer sur les 3 solutions clés présentées dans notre livre blanc, illustrées par des cas pratiques concrets issus de l’expérience de MANERGY Industries.
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