Presentation complète rencontre ecotech efficacité énergétique dans l%27industrie light

PEXE
PEXEDélégué chez PEXE Eco-industries em PEXE
Efficacité énergétique dans l'industrie
30 juin 2016
Crédit coopératif
Code WIFI : Réseau : CC_GUEST
Login : coopforum - Mot de passe : 2016TousBanquiers!
Efficacité énergétique dans l'industrie
• 9h30 - 10h00 : Introduction
• 10h00 - 11h30 : Présentations flash de technologies et des plateaux
techniques de 15 laboratoires de recherche
• 11h30 - 12h30 : Temps de rencontre et de dialogue entre les entreprises et les
laboratoires
• 12h30 - 14h00 : Déjeuner networking
Introduction
• AAP Energie durable et AMI Industrie ecoefficiente : Frédéric Streiff, Service
Entreprises et Eco-Technologies de l’ADEME
• Etude du marché de l’efficacité énergétique industrielle sur les axes : Composant,
Procédé, Mesure / Contrôle / pilotage, Chaleur fatale – Laurent Forti de l’IFPEN
L’efficacité énergétique
industrielle, quel
accompagnement pour accélérer
l’innovation ?
30 juin 2016 – Les rencontres Ecotech by PEXE
ADEME
Frédéric Streiff - Service Entreprises et Ecotechnologie
Frederic.streiff@ademe.fr
ADEME
Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie
Statut : E.P.I.C sous double tutelle ministérielle en charge
- de l’Environnement, de l’Energie et de la Mer,
- de la Recherche
Opérateur de la Transition Energétique et Ecologique pour mobiliser les
collectivités, les entreprises et le grand public
Effectifs : ~ 950 salariés
- 3 sites centraux : Angers (Siège social) – Paris – Valbonne
- 26 directions régionales + 3 TOM + 1 bureau à Bruxelles
Budget d’intervention 2016 :
~ 590 M€ d'autorisations d'engagement sur crédits budgétaires
Programme Investissements d’Avenir :
~ 1 100 M€ d'autorisations d'engagement 2015-2016 pour le compte de l'État
Présentation de l’ADEME
2
3
Principaux dispositifs de soutien de l’efficacité
énergétique dans les entreprises
Prise de conscience 
du chef 
d'entreprise
Informer, 
sensibiliser
Etat des lieux:
‐ visite énergie
Diagnostic
‐ audit 
énergétique
‐ SMe Energie  
ISO 50001
‐ Diagnostics 
spécialisés / 
détaillés
Etude de 
faisabilité,
pour des 
investissements 
dans des solutions 
éprouvées
Investissements
- CEE
- BPI: Prêts verts
Prêt Eco-Energie
- Fonds Chaleur
Aide à la décision
www.diagademe.fr
Innovations pour nouvelles
offres et solutions
4
http://ademe-et-vous.ademe.fr,
Stratégie & Etudes N°41 (mars 2015)
En savoir +
5
Besoin d’innovation
Source: d’après Ceren, 2016
Principaux financement Efficacité énergétique
R&D
En savoir + www.ademe.fr/actualites/appels‐a‐projets
TRL 1 TRL 2 TRL 3 TRL 4 TRL 5 TRL 6 TRL 7 TRL 8 TRL 9
Coût "attendu" des projets 
Appel à thèses
Appel à Projets  R&D
Energie durable : production, 
gestion et utilisation efficaces
Investissement d'avenir
Appels à Projets 
Industries et agricultures 
Eco‐efficientes
> 1 M€
< 1 M€
Investissement d'avenir
Appels à Projets Initiative PME
PEBI: Performance énergétique 
dans le bâtiment et l’industrie
< 1 M€
Quelques points communs
En savoir +
Développer des nouvelles offres et solutions technologiques :
• la conception et fabrication des procédés, ligne de production est très souvent
externalisée ;
• les budgets R&D sont alloués aux produits.
Inclure des éléments de marché : de l’idée au marché
Partage du risque avec un soutien public
1- AAP Energie Durable: production, gestion et utilisation
efficace
8
AAP Energie Durable: production, gestion et utilisation
efficace
 Projets attendus
– Des projets innovants en amont de la démonstration
– Visant à améliorer l’efficacité énergétique dans l’industrie
• Récupération et valorisation d’énergie perdue
• Solutions et équipements transverses
• Offres technologiques de rupture dans les procédés
– Participation obligatoire d’une entreprise (> 30 % des coûts)
 Public visé
– Entreprises capables de diffuser ou faire émerger l’offre technologique en France et à l’étranger,
donc équipementiers, constructeurs et fabricants d’intrants agricoles principalement, mais aussi
bureaux d’études et ingénieries, installateurs et exploitants, et industriels utilisateurs.
 Aide sous forme de subvention < 300 k€
 Processus de pre-dépots
 Edition 2016 : clôturée en octobre 2015
9
Exemples de projets financés
10
 Commande et optimisation énergétique pour alimentation multi-bobines de chauffage par
induction industriel (Fives Celes)
 Compression mécanique de vapeur à fort taux de compression (Johnson Control)
 Couplage du séchage du papier à la VES avec récupération de chaleur par RMV (CTP)
 Séchage par concentrateur à miroir de Fresnel Solaire (Idhélio)
 Apports thermique et électrique pour les séchoirs de bois d’œuvre (Base Sarl)
 Effacement électrique par stockage de froid
 Régulation avancée
 Thermoacoustique
 Interne de colonne de distillation
 Turbine de détente diphasique
2- Initiative PME Performance énergétique dans le
bâtiment et l’industrie
11
Axes de l’AAP Descriptif
Performance
énergétique dans le
bâtiment
- Composants de structure et
d’enveloppe multifonctionnels ;
- Systèmes et équipements
énergétiques du bâtiment ;
- Technologies de l’Information et de
la Communication (TIC) appliquées
au bâtiment.
Performance
énergétique dans
l’industrie
- Récupération de chaleur fatale et
valorisation dans les procédés
industriels ;
- Solutions et équipements innovants
transverses à l’industrie ;
- Gestion et intégration optimisée de
l’énergie ;
- Offres technologiques de rupture et
compétitives pour des procédés
spécifiques énergivores.
 Périmètre :
– Projets de démonstration portés par
des PME développant des
méthodologies, des technologies,
des services et des solutions
industrielles ambitieuses, innovantes
et durables.
 Type d’aide :
– Subventions max 200 k€ (RDI ou de
minimis)
– Versements : 70% à la notification,
30% au solde
 Edition 2016 clôturée le 25 mars
2016
3- AAP Industrie et agriculture éco-efficientes
 Projets attendus
– Des projets innovants de démonstration
– Dans l’industrie, l’agriculture et la filière bois
– Visant au moins l’un des 2 objectifs suivants
• La réduction de l’intensité énergétique et des émissions de GES
• La réduction de l’intensité en matière et/ou en eau
– Avec un budget global du projet > 1 M€
– De 1 à 8 partenaires
 Public visé
– Entreprises capables de diffuser l’offre technologique en France et à l’étranger, donc
équipementiers, constructeurs et fabricants d’intrants agricoles principalement, mais
aussi bureaux d’études et ingénieries, installateurs et exploitants, et industriels ou
agriculteurs utilisateurs.
 Aide sous forme d’avances remboursables principalement
 Date de clôture : 30 novembre 2016
12
Exemples de projets financés
13
OSIRIS MISTRAL ORCASIL
3,2 M€ 17,8 M€ 9,0 M€
Agroéquipement innovant
intégrant séchage et
refroidissement du grain
dans un même outil.
Réduction de 30% de la
consommation
énergétique par rapport
aux procédés actuels.
Procédé novateur de
recirculation sélective de
fumées à l’agglomération
de minerai de fer à Fos-
sur-Mer.
Réduction de la
consommation
énergétique et des
émissions polluantes.
Développement d’une
machine à cycle
organique de Rankine
(ORC) et mise en œuvre
sur les fumée d’un four de
production de silicium.
Production d’électricité à
partir de chaleur fatale.
MERCI
Aide à l’investissement :
www.ademe.fr/fondschaleur
Bonnes pratiques énergétiques :
www.ademe.fr/energie-dans-votre-atelier
Technologies de récupération d'énergie: site ADEME-CETIAT dédié
www.recuperation-chaleur.fr/
Appels à projets
www.ademe.fr/actualites/appels-a-projets 14
En savoir +
Positionnez ici 
votre logo
Efficacité énergétique industrielle 
Quel(s) marché(s) ?
Laurent FORTI – IFP Energies Nouvelles
Marie‐Françoise Chabrelie – CVT ANCRE/ IFP Energies nouvelles
Efficacité énergétique et industrie 
Nouvelle contrainte ?
Emissions 
polluantes
Audit
énergétique
Actionnaires
Mondialisation
Quotas
Efficacité énergétique et industrie 
Ou opportunité ?  
• Baisse du coût de 
production (Energie)
• Réduction de l’impact 
environnemental (CO2)
Compétitivité
coût
• Nouvelles technologies / 
nouveaux services
• Nouvelles filières 
économiques
Compétitivité 
Hors coût
Efficacité énergétique et industrie
De gros progrès déjà faits et des investissements
Part des investissements consacrés aux économies 
d’énergie dans l’industrie – Source INSEE
• En 2013, les économies d’énergie 
dans l’industrie des pays de l’UE ont 
atteint 150 Mtep par rapport à 
l’année 1990 (1744 TWh)
• Depuis 2000, les économies ont 
atteint 60 Mtep (698 TWh)
En France, 8 % des investissements 
réalisés dans l’industrie sont destinés à 
économiser l’énergie.
Efficacité énergétique et industrie
Et encore du potentiel
Selon le CEREN, le gisement 
technique d’économies d’énergie 
dans les procédés de fabrication 
dans l’industrie lourde se situe entre 
28 et 67 TWh en énergie finale.
• Technologies de rupture 13 / 33 TWh
• Récupération chaleur  3 / 7 TWh
• Optimisation 2 à 4 TWh
• Amélioration (ou rupture) pour les composants et 
les procédés
– Fours, échangeurs, séchages, systèmes de production de 
froid…
• Intégration énergétique à toutes les échelles 
procédés, usine, territoire
• Contrôle et Pilotage
• Récupération / Valorisation de chaleur fatale
Efficacité énergétique et industrie
Quelles possibilités ?  (Extrait feuille de route ANCRE – GP8)
Quels marchés ?
Le marché de l’efficacité énergétique industrielle
Vision globale
Fabrication d’équipements et de procédés pour 
l’efficacité énergétique  
+ 6% / an depuis 2011 – 13,5 Mds$ en 2015
Source : Advanced Energy Economy2011 
9,8 Mds$
2012 10,5 
Mds$
Le marché mondial des technologies industrielles dans le 
domaine de l’efficacité énergétique (technologies du chauffage, 
de la production de froid, de la motorisation, du contrôle et de la 
gestion de l’énergie) pourrait croître de manière soutenue.
+ 8,8 %/an pour atteindre environ 62 G$ en 2020
Source : BBC Research
2013
11,3 Mds$
2014   
12,3 Mds$
2015
13,5 Mds$
Le marché de l’efficacité énergétique industrielle
Les échangeurs thermiques Source : Factory Future
Le marché de l’efficacité énergétique industrielle
Récupération / Valorisation de la chaleur fatale
Source : Marketsandmarkets
• 2013 : 38 Mds$
• 2018 : 53 Mds$ (+6.5% / an)
• Forte demande en zone Asie‐Pacifique
• Facteur clé : Réglementations et/ou  
incitations gouvernementales
Le marché de l’efficacité énergétique industrielle
Systèmes de management de l’énergie pour l’industrie 
Marché français de l’audit énergétique 
en industrie
• 2013 : 40 M€
• 2015 : 69 M€
• 2017 : 64 M€
Source : CODA Stratégies ‐ ADEME
Marché mondial
• 2011 : 9,8 Mds$
• 2015 : 13,5 Mds$ 
• Capteurs / Actuateurs – Outils numériques
• Bilan, Aide à la décision, Mesure des effets
Source : Advanced Energy Economy
Le marché de l’efficacité énergétique industrielle
Pour conclure
Des marchés importants 
et en croissance
Un contexte contraint 
mais préservant des opportunités
Des acteurs présents 
pour des partenariats fructueux 
et pour aider à leur financement
Positionnez ici 
votre logo
MERCI DE VOTRE 
ATTENTION
Présentations flash de technologies et des plateaux
techniques des laboratoires de recherche
Production de froid 
à partir d’énergies renouvelables, 
de ressources énergétiques hybrides
ou de chaleur fatale
Université de Lorraine – LERMAB
Contact : Riad Benelmir ou Mohamad El Kadri
Faculté des Sciences et 
Technologies
GAZ
SOL
SOLEIL
CHALEUR
FROID
ELECTRICITE
1
2
3
4
5
6
AIR
SOL
1
7
8
PLATEFORME ENERBAT
1. sondes géothermiques
2. Capteurs solaires
3. Cogénérateur
4. Pompe à chaleur
5. Machine frigorifique à adsorption
6. Bâtiment bizone
7. Aéro‐réfrigérant
8. ballon
1
Plateforme 
ENERBAT
Plafond rafraichissant
Plancher chauffant
Energie solaire
Tri‐generation
d’énergie
2
EVAPORATEUR
DETENDEUR
COMPRESSEUR
CONDENSEUR
2
3
4 1
PARTIE
COMPRESSION
PARTIE
PASSIVE
Production
de froid
Rejet
de chaleur
à moyenne
Température (40°C)
Consommation
Electrique
Production de froid par COMPRESSION
3
EVAPORATEUR
DETENDEUR
CONDENSEUR
2
3
4 1
Sorption
Consommation de chaleur
à haute température (75‐90°C)
PARTIE
COMPRESSION
PARTIE
PASSIVE
Rejet
de chaleur
à moyenne
Température 
(40°C)
Production
De froid
Production de froid par SORPTION
4
Vapeur
H2O
Aéro‐
réfrigérant
Condensat
Vapeur
Eau
chaude
Eau
froide
Eau
de refroidissement
Silica‐gel
CHALEUR
à haute température
(récupération, solaire 
thermique, 
cogénération, pompe 
à chaleur)
FROID
Evaporateur
Silica‐gel
Compartiment 1
Compartiment 2 
Condenseur
Eau
de refroidissement
Mode opératoire
(2 compartiments pour un fonctionnement continu)
5
 Verrou technologique : faible efficacité de l’échangeur de chaleur et 
de masse ADSORBEUR (ou DESORBEUR)
 Conséquence : Faible COP de la machine frigorifique à adsorption
 Recherche de partenaire industriel pour : 
La Conception de configurations optimisées de l’échangeur de 
chaleur et de masse de type tubes, tubes‐ailettes ou à plaques 
(faisabilité à vérifier pour ce dernier).
6
Importance de la maîtrise des propriétés 
thermophysiques
Christophe Coquelet, CTP‐Mines ParisTech
Patrice Paricaud, UCP‐ENSTA ParisTech
Efficacité énergétique
2 voies:
‐ Architecture des systèmes 
(thermodynamique des systèmes)
‐ Changement de fluide 
(thermodynamique des fluides)
Besoins
Prédiction des propriétés thermophysiques
‐Thermodynamiques (diagramme de phases, masses volumiques, calorimétrie)
‐Propriétés de transport (viscosité, conductivité thermique, tension de surface)
Exemple: Cycle de Rankine
Propriétés thermodynamiques
‐ Changement de fluides et d’architecture:  
estimation des performances énergétiques, des 
limites de fonctionnement (zone critique), 
courbes de bulles et de rosée, efficacité de 
séparation, capacités calorifiques, influence des 
impuretés, ...
Propriétés thermophysiques
‐Changement d’architecture: dimensionnement, 
transferts de matière et de chaleur, etc..
Exemple:
Nombre de Nusselt
Nu

hD

Diagramme température – entropie
d’un cycle ORC à deux étages
Voir: 
http://direns.mines‐
paristech.fr/Sites/Thopt/fr/co/problematique
‐fluides.html
Besoins
Données expérimentales
Simulation moléculaire
Modèles, corrélations
Simulation des procédés et des 
systèmes thermodynamiques
Diagramme de phase (R1234yf + R600a).
Prédiction avec équations d’état
Aspen
data
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
0 10 20 30 40 50
COP
T°C cold source
model
Exp. data
Simulation sous Aspen d’un cycle de
réfrigération (prédiction du COP)
Composants innovants d'électronique de 
puissance en GaN pour convertisseurs 
électriques ou driver pour LED
Thierry Bouchet 04 38 78 28 94 Thierry.bouchet@cea.fr
Fabien Boulanger  fabien.boulanger@cea.fr 
Marché en 2015:
Electronique de puissance: 82B$ + 7% CAGR
Composants de puissance: 15 B$
DISTRIBUTION > 1kW
POWER SUPPLY <1kW POWER CONVERTER > 1kW
« Transportation »
Moyenne puissance
(KWATT)
« Consumer »
faible puissance
(WATT)
« Industry/PV/SmartGrid»
Forte puissance (MWATT)
Silicium GaN/Si
100 V
SiC
1200 V
L’ELECTRONIQUE DE PUISSANCE EST PRÉSENTE PARTOUT
GaN intrinsèquement plus performant que le silicium et le SiC …
… pour plus d’efficacité énergétique au niveau système
GAN/SI : MEILLEURE EFFICACITÉ ENERGÉTIQUE
Les composants GaN
- fonctionnent à plus haute fréquence permettant de réduire les passifs
- ont une structure latéral à électrode coplanaire pour une intégration
monolithique de fonctions ….
… pour plus de densité d’intégration des systèmes
Pour le même calibre en tension le composant GaN est 2 à 4 fois plus petit
que son ancêtre en silicium pour la même densité de puissance dissipée (W/cm2)
Source PANASONIC
GAN/SI: DENSITÉ D’INTÉGRATION AUGMENTÉE
Presentation complète rencontre ecotech efficacité énergétique dans l%27industrie   light
Filière Electronique de puissance
Design et
fabrication des puces
Assemblage Intégration Système
Plate-forme de test industriel de composants de puissance
 Les composants GaN/Si du CEA ont un niveau de performance à l’état de l’art
sur un flow technologique compatible CMOS 200mm. L’effort se concentre
aujourd’hui sur la fiabilité, l’intégration et la réduction des coûts
 Les composants Grand Gap et GaN/Si notamment contribuent à l’intégration des
systèmes pour plus d’efficacité énergétique.
 Le CEA dispose d’une filière grand GAP complète en GaN/Si du matériau
jusqu’au système avec des solutions de caractérisation et de tests
disponibles sur ses plateformes technologiques
 Miniaturiser les convertisseurs de puissance passe par des solutions de
packaging 3D innovantes et des nouvelles technologies de passifs
SYNTHESE
Les échanges thermiques
Essais et simulations
Captation/récupération de la
chaleur
Échangeur de chaleur
Echangeur polymère à bas-couts
Impression 3D, extrusion
Echangeurs eau/air ou eau fumées, récupération de
chaleur basse température (<120°C)
Optimisation des échangeurs (micro canaux)
Etudes, design, fabrication par CIC, essais HT
Application pour des échangeurs de grande compacité
Intensification des transferts
Utilisation de nano-structuration de surface pour
intensifier l’ébullition ou la condensation
Utilisation de nanoparticules dans les fluides
Simulation des transferts monophasiques
Transferts de chaleur par conduction, convection
(forcée, naturelle, mixte) et rayonnement
Turbulence, couplage à des réactions chimiques
Simulation des changements de phase
Simulation des écoulements et transferts de chaleur en
ébullition et condensation
Validation expérimentale
Captation/récupération de la
chaleur
Échangeur de chaleur
Tests d’encrassement des échangeurs
En phase gazeuse (fumées), liquide ou en fluides
pétroliers
Boucles en fluides réels ou simulants
Echangeurs-réacteurs
Réalisation d’une réaction chimique en continu dans
l’échangeur avec maitrise de la température
Application pour réaction exo/endothermiques
Test d’échangeurs
En gaz (air) ou en liquide (eau)
Différents débits et niveaux de température
Facteur d’intensification
Encrassement en fluide pétrolier
• Boucle Beech dédiée
• Avec les produits réels (pétrole brut,
RAT)
• Tests d’échangeurs avec deux
circuits encrassants
Encrassement en liquide
• Boucle Oscar en eau
• particules simulantes (CaCO3
• Tests d’échangeurs avec deux
circuits encrassant
Encrassement en gaz
• Boucle Ruth dédiée en air chaud
• Avec particules réelles ou simulantes
• 150 °C, 400 Nm3/h,
• Ensemencement 1g/Nm3
Test d’échangeurs
Observation a posteriori
Suivi des résistances thermiques
par mesures entrée/sortie
Sondes d’encrassement
Mesure locale de résistance
thermique
Haute température
• Tests d’échangeurs gaz/gaz
• Jusqu’à 850 °C
• Deux gammes de débits ~0.04 et 0.4
kg/s
Condensation d’eau
• Condensation de vapeur d’eau dans
des tubes d’échangeurs jusqu’à 2 m
• Inclinaison réglable
• 25 °C, 35 mbar, 20 kW
Evaporation de fluides organiques
• hydrocarbures ou réfrigérants
• échangeurs à plaques ou tubulaires
Stockage thermique en lits de
roches
• fluide caloporteur huile 300°C
• réservoir de 2.4 m3
Stockage thermochimique
• hydratation/déshydratation d’un sel
• différents niveau de T° possibles
• stockage longue durée
(intersaisonnier)+
Boucles phénoménologiques
Souvent pour des travaux de
thèse
Institut Mines-Télécom
Mines Douai - Dépt Énergétique Industrielle
Thermique des Composants et Systèmes
Intensification des transferts
dans les échangeurs et les procédés industriels
Échangeurs à haute efficacité énergétique
Institut Mines-Télécom2 MINES DOUAI
Thermique expérimentale
Identification de champs thermiques
Thermo IR
Devt de bancs d’essais
Modélisation et simulation
numérique
Dévt de modèles numériques
Logiciels CFD
Codes Open-Source
Mécanique des fluides exp.
Analyse de champs dynamiques
S-PIV, LDV
Devt de veines aérauliques
Méthodes d’optimisation
Optimisation de forme : boucle
logicielle, plans d’expériences,
surfaces de réponse
Optimisation topologique
Développement de méthodes et outils d’analyse
Validation sur prototypes
Thermique des Composants et Systèmes
Thermique des
Composants
& Systèmes
Institut Mines-Télécom
 Analyse des mécanismes de transfert
3 MINES DOUAI
Thermique des Composants et Systèmes
Modélisation/simulation numérique
Aéroréfrigérants – Aérocondenseurs Finned tube Aerocondensers Offset Strip Fins
Institut Mines-Télécom
 Analyse locale des transferts thermiques et de la structure des écoulements
4 MINES DOUAI
Thermique des Composants et Systèmes
Méthodes d’analyse expérimentale
Expérimentation sur maquette
Validation locale
Investigation de concepts
−1.5 −1 −0.5 0 0.5 1 1.5
0.5
y/H
1
0
Lignes de courant dans plan transversal
Convection thermique
PIV stéréoscopique
Générateur de vorticité
Tube aileté
Institut Mines-Télécom
 Optimisation de forme par CFD
 Optimisation topologique
5 MINES DOUAI
Thermique des Composants et Systèmes
Exemple de boucle
logicielle
Front de pareto
Techniques d’optimisation
Exemple en conduction 3D (siège automobile)
Exemple en conduction 2D
Institut Mines-Télécom6 MINES DOUAI
Thermique des Composants et Systèmes
Exemple de projet
Etudes de concepts &
géométries innovants
Identification expérimentale de
champs locaux
Simulation numérique
Analyse des mécanismes d’intensification
Niveaux
TRL
TRL1 TRL2 TRL3 TRL4 TRL5 TRL6
DIESTA
Development of Internally and Externally Structured
Tubes for Air coolers
Institut Mines-Télécom
 Éléments de bilan
 Partenariat industriel développé
 Brevets et publications réguliers : 10 articles ACL + 2 brevets sur 2014-2015
 Co-animation du groupe national « Échangeurs » de la Société Française de Thermique (SFT)
(en partenariat avec le LARIS, Univ. Angers)
 Moyens
 Vélocimétrie laser par imagerie de particules : PIV 2D/3C à 100 Hz
 Thermographie infrarouge rapide (360Hz)
 Bancs d'essais dédiés analyse transferts convectifs & échangeurs : mesures locales de
coefficient de transfert, caractérisation de la dynamique d’écoulements
 Bancs d'essais pour prototypes d’échangeurs industriels de moyennes puissances
(certification APAVE obtenue en 2013)
 Moyens de calculs significatifs : cluster de 600 cœurs de calcul, stations de travail
7 MINES DOUAI
Thermique des Composants et Systèmes
Mines Douai - Dépt Énergétique Industrielle
Institut Mines-Télécom
Merci de votre attention
serge.russeil@mines-douai.fr
Contact MINES DOUAI :
Daniel Bougeard, Adjoint Recherche
Département Energétique Industrielle
daniel.bougeard@mines-douai.fr
Smart Spy : 
La boîte noire pour votre activité
Marion ANDRILLAT +33 6 47 22 08 61 marion.andrillat@cea.fr
Fabien Boulanger  fabien.boulanger@cea.fr 
CIRCUITGÉNÉRIQUE
DEDATALOGGING
IHM
• batterie et chargeur
 1h à 1 journée
• Microcontrôleur
 basse consommation
 200 mesures par seconde
• Mémoire
 quelques heures d’enregistrement
• boutons et leds
• module de communication PC
• mémoires supplémentaires
• Capteurs :
o Chocs & vibrations 
(accéléromètre)
o Orientation (magnétomètre)
o Distance (optique)
o Mesure sans contact 
(capacitif)
o Climat (P, T°C, H%)
ACCESSOIRES
• Développé sous Qt
 potentiellement multiplateforme
 propriété source
• Modulaire
• Permet de paramétrer le circuit
• Afficheur basse conso (e‐paper)
• Communication sans‐fil (Bluetooth)
• Recharge inductive
• Ajout de capteurs
o Détection métal (inductif)
o Distance (optique indépendant de la surface détectée)
o Multi‐températures
o Couleur (optique)
o Sons (microphone)
FONCTIONNALITÉS EN DÉVELOPPEMENT
Principe d’utilisation
Récupération des 
données post 
acquisition
Canal de transmission 
temps réel
EMBARQUÉ
Cœur
DÉBARQUÉ
Mémoire
Transmission
Charge
TraitementCapteur
Affichage 
post acquisition
Affichage 
temps réel
Configuration
Principe du système
SmartSpy v1
2014
SmartSpy v2
2015
Réseau de capteur 
d’attitude sans fil
2012
2007
2013
2007‐2011
Amélioration des 
algorithmes de capture 
de mouvement
Monitoring de machines de convoyage
‐ Capteurs 3A3M3G + distance
‐ Miniaturisé (<100g, hauteur<1cm)
Monitoring de 
thermocouple
SmartSpy v1
Système: 20 g, 6 cm x 6 cm x 6 mm
Autonomie: 2 à 3 heures
Résolution hauteur de vol  < 1 mm 
SmartSpy v3 (en développement)
Sans fil : communication (Bluetooth)
et charge (inductive, norme Qi)
+ large panel de capteurs
+ écran E‐paper
SmartSpy v3
2016
SmartSpy v2
Modulaire  (capteurs, comm.)
Miniaturisation accrue
Exemples et évolutions
Analyse statistique de données pour la 
supervision de systèmes industriels
Jérôme Gauthier – CEA List
jerome.gauthier@cea.fr
A propos du CEA‐LIST
Laboratoire d’Analyse de Données et Intelligence des Systèmes
• Objectif : 
– transfert de technologies innovantes vers l’industrie
– fournir des algorithmes d’analyse automatique des données pour extraire 
de la connaissance et apprendre
• Application : diagnostic, pilotage anticipatif, supervision
• Compétences clefs : 
30/06/2016 2
Fouille de données
Traitement de 
données
Machine Learning
Analytics : vue générale
30/06/2016 3
Données (signaux, images)
Traitement
Extraction de variable
Séparation de sources
Segmentation
Visualisation
Fouille de données
Comparaisons (entre capteurs, composants)
Projections
Classification 
Détection d’anomalie…
Apprentissage 
de modèle
Reconnaissance automatique
Inférence
Discrimination
Analyse continue
Supervision d’infrastructure de réseau d’eau
Objectifs : 
• Gestion intelligente de la distribution d’eau 
• Supervision et aide à la décision pour la surveillance du réseau (infrastructure & qualité)
Résultat : détection précoce et évaluation du risque
• Fuites et ruptures de canalisation par l’analyse du réseau de capteurs présents
• Contamination à partir d’indicateurs sur la qualité (PH, T°, etc.)
Vérification croisée
des données de conso. 
suivant les différents
secteurs
Analyse de paramètres systèmes de batterie électrique
PRÉVENTION DU VIEILLISSEMENT BATTERIE
• Comprendre pour prédire le comportement de dégradation d’un système batterie 
intégrée à une voiture en roulage temps réel
• Apprendre l’évolution pour anticiper l’évolution dans le temps
Analyse des 
attributs pertinents
+
Explication et 
quantification des 
relations
3 ans de données 
de roulage réel 
véhicule
Ve : Véhicule électrique
SoH : Indicateur santé équipement (State of Health)
Identifier facteurs de dégradation prématurée à partir des usages de conduite
Identification des 
facteurs d’impact
Quantification
Prédire SoH* matériel Km ? Usage ?
Taux erreur < 10%
Données historisées hétérogènes 
Analyse de tests de non‐conformités
• Valoriser les données d’essais de non‐conformités des « risers » en 
production pour prédire les résultats des tests 
• Intégrer la variété des données disponible au sein des traitements
• Fournir des résultats interprétables   
Modéliser la réponse aux tests de conformité
Traitement intensif de 
l’historique de 
données
+
Sélection des 
classifieurs / modèles
+
Tests nouvelles 
donnéesModélisation 
statistique
Résultats des tests 
prédictifs sur
nouvelle donnée :
Taux d’erreur : 8% 
(82% sensibilité, 
92% spécificité)
Prédire le résultat du test de conformité 
Références clients
Dimensions composants
Caractéristiques matériaux
Info corrosion
…etc
Données nouvelles
Amélioration de l’efficacité de machines 
thermiques via le contrôle‐commande 
prédictif
Mohamed BENALLOUCH (mohamed.benallouch@ecam.fr)
Christophe CHANGENET (christophe.changenet@ecam.fr)
Principe de la commande prédictive de type PFC
• PFC
 Modèle
 Trajectoire de référence
 Horizon de coïncidence
 Contraintes 
Application à une machine frigorifique à compression
EvaporateurCompresseur
Détendeur
Condenseur
Utilisation d’un modèle 
physique pour déterminer 
les paramètres nécessaires 
à la mise en œuvre de la 
commande :
développement de 
modèles macroscopiques 
des éléments de machines 
à réguler ≡ Approche
qualifiée de « Métier »
Nécessité d’avoir un modèle de connaissance
Tests sur la boucle de régulation de la surchauffe pour 
différentes charges
Influence sur le Coefficient de Performance (COP) 
de la machine : gain moyen de 12%
Usine sobre : du diagnostic à la 
conception de solutions ‐
Plateforme CERES
Assaad Zoughaib
Responsable Scientifique 
Mines Paristech ‐ CES
Contexte
• Industrie
– Opérations à haute intensité énergétique
– sur un même lieu (usine)
– Systèmes complexes
Gisements d’économies
 Obligations d’audit
◦ >250 salariés
◦ ou CA HT > 50 M€
◦ et Bilan > 43 M€
◦ sur 80 % de la facture
◦ auditeur interne ou externe
certifié
Le problème
Procédé
Utilités et
technologies
de
valorisation
de chaleur
Rejets et
effluents
Qualité
produit
Quel est le problème ?
 Quelle est l’Energie et
l’Exergie Minimale Requise
(EMR) et (ExMR)?
 Comment optimiser la part de
l’énergie dans les coûts ?
Des développements basés sur la méthode du pincement :
La méthodologie
– Présélection automatique des utilités sur des critères exergétiques
– Conception de la solution optimale selon des critères énergétiques et 
économiques, respectant les contraintes technologiques industrielles
CERES‐2 et suites  |  09/06/2016
Etape préliminaire: Modélisation du procédéModèle
procédé
Flux
thermiques
Intégration
énergétique
Choix
d’utilités et
échangeurs
Nouveau
modèle
procédé
Etape 1 : Identification des flux du procédé
Etape 2 : Intégration énergétique et exergétique
Etape 3a : Sélection des utilités
Etape 4 : Construction du nouveau système énergétique
Etape 3b : Construction du réseau d’échangeurs (HEN)
La plateforme CERES
CERES‐2 et suites  |  09/06/2016
Méthodologie
Utilités
Procédés
 Métaux
 Pâtes et papiers
 Agro-alimentaire
Technologies de valorisation
de chaleur
Optimisation technico‐économique
Formulation mathématique MILP
Analyse exergétique
Préselection des utilités (PAC, ORC)
Interface utilisateur
Méthode du pincement – Calcul MER
Bibliothèque de modèles Modelica
Environnement Open Modelica
Bibliothèque CERES
Travaux en cours et offre partenariale
Des développements méthodologiques (partenariats EDF, TOTAL, PS2E…)
Application sur différents procédés avec des résultats concluants et aboutissant à 
des innovations technologiques 
Formation à la méthodologie et à l’utilisation de la plateforme (en partenariat 
avec l’ADEME) 
Plateforme
Optimisation énergétique de procédés de
l’agroalimentaire
Pr. Michel HAVET
ONIRIS, site de la Géraudière, 44322 NANTES
michel.havet@oniris-nantes.fr
280 personnes dont 80 Enseignants Chercheurs
5 sites : Nantes (2), Saint-Nazaire, Carquefou, La Roche sur Yon
4 Axes de recherche :
- Bioprocédés et Séparations en Milieu Marin
- Ingénierie de l’Energie
- Ingénierie de l’Environnement
- Matrices et Aliments : Procédés, Propriétés, Structure, Sensoriel (MAPS2)
Laboratoire de Génie des Procédés
Environnement – Agroalimentaire
Directeur : Pr Jack LEGRAND
280 personnes dont 80 Enseignants Chercheurs
5 sites : Nantes (2),
Plateforme
Optimisation énergétique de procédés de
l’agroalimentaire
2400 m² dédié au génie des procédés alimentaires et sciences des aliments
dont 250 m² dédié à l’optimisation énergétique des procédés
Objectifs : - Amélioration de l’efficacité énergétique de procédés conventionnels,
- Développement de procédés innovants moins énergivores à qualités de
produits conservées.
Procédés étudiés : Traitements thermomécaniques, thermiques et frigorifiques de produits
alimentaires (Cuisson, pasteurisation, séchage, réfrigération, congélation…)
Equipements : - Fours multi-énergie conventionnels (Convection, IR) et innovants
- Technologie de Fours froids (Chauffage ohmique)
- Cellules de Refroidissement rapide et de congélation
- Générateurs et cavités et tunnel micro-ondes
- Instrumentation (possibilité audits)
Démarche scientifique : - Modélisation des phénomènes multi-physiques
- Elaboration de lois de commandes
(objectifs multicritères : efficacité énergétique – qualité produit).
- Conception de bancs expérimentaux, démonstrateurs
- Développement de simulateurs
Réalisations marquantes
Fours de cuisson à jets en impact
(Gain énergétique de 17,5%)
Fours de cuisson Infrarouge – ‘Chaleur tombante’)
(Gain énergétique de 20% - Cuisson + rapide)
0 100 200 300 400 500 600
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
temps [s]
Ti[°C]
profil des températures dans le matériau
Profils cibles prédéterminés
Commande d’un procédé de décongélation micro-ondes
(2009)  (2015)
De la conception à l’industrialisation
Conversion en électricité de chaleur 
fatale
Cartographie des différentes technologies de conversion chaleur/électricité
10%
20%
30%
50%
40%
Rendementconversion
Puissance Utile (kW)
1 1000 1000000
Cartographie des différentes technologies de conversion chaleur/électricité
Intérêts d’un cycle ORC transcritique
 Température « chaude » du fluide plus élevée 
pendant la phase d’échange avec la source chaude 
T2’3’ > T23  (et également T4’1’ < T41) aboutissant 
à un rendement de Carnot plus élevé.
 Travail fourni à la détente |H3’4’| > |H34|
 A l’échangeur chaud les irréversibilités et les pertes 
sont moins élevées en supercritique et la quantité de 
chaleur transmise est plus élevée  la source chaude 
est davantage épuisée.
2 1
3
4
Sous‐critique Supercritique
23 3’ 2’
Heat source
Heat source
3’
2’
• Résultats scientifiques :
– Avancement des modèles stationnaires
• Modèle du cycle complet transcritique
• Modèles d’échangeurs  en fluide supercritique
• Outils d’analyse de la pertinence des différentes 
technologies de turbine / expandeur
– Modèle de cycle alternatif avec éjecteur
• Résultats techniques :
– Conception et montage du prototype avec gestion de la 
charge électrique
• Prototype au R134a
• Puissance thermique nominale : 150 kW
• Puissance électrique nominale : 7‐8 kWe
– Développement et validation d’une méthode de mesure 
non‐intrusive de vitesse de rotation de l’expandeur
Travaux au CEA
Vue du prototype ORC 
transcritique du CEA
Technologie expandeur
spirale
Plateforme de caractérisation de 
matériaux à haute température
Gilles Parent
Professeur au Laboratoire d’Energétique et de Mécanique, Théorique et 
Appliquée (LEMTA), UMR CNRS 7563,université de Lorraine
2 Av de la forêt de Haye – Vandoeuvre les Nancy
Benjamin Rémy (PR), Vincent Schick (MCF), Hadrien Chaynes (Ingénieur d’études)
La conception ou l’optimisation de systèmes thermiques de récupération de chaleur
fatale à haute température nécessite une bonne connaissance des propriétés thermo‐
optiques des matériaux aux températures de fonctionnement :
‐ Emissivité et absorptivité (caractérisation du rayonnement émis par une source de chaleur,
absorptivité et émissivité d’un capteur de rayonnement pour la récupération de chaleur)
‐ Conductivité thermique (parois d’échangeurs)
‐ Capacité calorifique (inertie thermique, capacité de transport de chaleur d’un fluide)
‐ Prestation de service (caractérisation de matériaux)
‐ Partenariats, Projets collaboratifs (financements ADEME)
‐ Conseil, Etudes
Services proposés
Mesure de conductivité
Solides et liquides (ex. verre fondu) par méthode Flash Laser 3D
20°C à 1400°C (Air ou gaz inerte) et 1600°C (sous‐vide).
Mesure de capacité thermique
2 Types de cellules : 
• Capteur calorimétrique 3D (à 3 dimensions) « Capteur Drop » disposant de 56 thermocouples
• Capteur de DSC à flux de chaleur (hf‐DSC) (20 thermocouples).
Gamme de température : de l’ambiante à 1600°C 
Setaram MHTC96‐EVO
Mesure d’émissivité spectrale à haute température
Chauffage par laser CO2 : Température 600°C – 2000°C (Tambiante – 600 °C par méthode indirecte)
Gamme spectrale : 5000 cm‐1 – 500 cm‐1 ( [2 µm ‐ 20µm]) ou plus selon température
Quelques entreprises qui nous ont fait confiance
Airbus, Safran, CEA, HelioFocus, Daum, Baccarat, Pochet de Courval, St Gobain
Recherche, Arcelor Mittal …
Exemple de matériaux
‐ Carbone monolithique, Alumine, Graphite, Titane, Verre liquide, SiC, etc
‐ Mousses métalliques ou céramiques (développement en cours)
Plateforme de Recherche et d’Innovation
Systèmes chimiques, thermodynamiques et 
thermochimiques éco efficients
Un écosystème pour accélérer vos développements 
Laurent FORTI – Antoine ALBRECHT – IFP Energies Nouvelles
Missions d’intérêt général d’IFPEN
• Apport de solutions aux défis  
sociétaux de l’énergie et du 
climat
• Création de richesse et d’emplois, 
en soutenant l’activité 
économique française et 
européenne et la compétitivité 
des filières industrielles associées
 Des compétences scientifiques et techniques mais aussi juridiques et marketing 
 Des moyens de conception, de simulation, d’analyse, de test et de démonstration 
Au delà des chiffres clés et des missions d’intérêt général…
Analyse GC 2D
Simulations numériques
pour le développement de procédés chimiques
Supercalculateur 
ENER110
…Des moyens numériques et analytiques…
…Des moyens de test à toutes les échelles
Caractérisations mécaniques 
sous sollicitations et en milieux complexes
Caractérisations thermodynamiques 
de tout type
Du micro‐pilote à l’échelle semi‐industrielle
Design optimisé 
de procédé
Quelques exemples
Outil numérique de modélisation 
et d’optimisation de réseaux d’échangeurs
Accompagnement technologique 
pour l’amélioration du système
Co‐développement ORC
IFPEN propose un écosystème complet pour 
vos développement d’innovations technologiques
TRL 5‐7 Accélérez le développement de votre démonstrateur 
et testez le en conditions opérationnelles réelles
TRL 3‐4 Optimisez votre « Proof of concept » pour le marché 
visé
TRL 0‐2 Evaluez rapidement le potentiel de votre concept 
innovant
MERCI DE VOTRE 
ATTENTION
Information et inscription :
http://ecoentreprises-france.fr/rencontres-finances
La Prochaine Rencontre Ecotech
SAVE THE DATE
8ème édition du Forum natinal des éco-entreprises : 30 mars 2017
Le portail de la filière
http://ecoentreprises-france.fr
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• Agenda
• Annuaires
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