Optimisation énergétique dans la production alimentaire Résilience, efficacité, rentabilité : les trois piliers de la transition énergétique pour les laiteries et les brasseries

Jusqu'à présent, les laiteries, les brasseries et les boulangeries-pâtisseries gaspillaient la précieuse chaleur résiduelle issue de leurs installations de réfrigération, de leurs salles de brassage ou de leurs fours. Grâce aux pompes à chaleur industrielles, aux systèmes de stockage d'énergie et à la gestion numérique de l'énergie, ce potentiel peut désormais être exploité de manière systématique.

Selon les calculs du Ministère fédéral de l’Agriculture, de l’Alimentation et du Territoire, le « secteur agroalimentaire de production » allemand aura consommé plus de 231,6 millions de gigajoules d’énergie en 2024, soit plus de 10 % de la consommation finale totale d’énergie de l’ensemble des secteurs industriels. La hausse continue et la volatilité des prix de l’énergie, ainsi que le renforcement des exigences en matière de protection du climat et de durabilité, accentuent ainsi la pression sur les entreprises de ce secteur, déjà sensible aux prix, pour qu’elles repensent leur approvisionnement énergétique. Trois objectifs centraux sont au cœur de cette démarche : le renforcement de la résilience et de la sécurité d’approvisionnement, l’efficacité énergétique et en matière de CO₂, ainsi que la rentabilité et la stabilité des prix.

Technologies clés : pompes à chaleur et récupération de chaleur

La production alimentaire se caractérise par des besoins élevés en chaleur et en froid. Parallèlement, ce processus génère des quantités considérables de chaleur résiduelle jusqu’ici inutilisée, provenant par exemple des installations frigorifiques, des compresseurs, des systèmes à air comprimé ou des installations de production thermique. Les technologies adaptées à l'exploitation de ces potentiels de chaleur résiduelle sont les systèmes de récupération de chaleur (pour la récupération de chaleur issue des installations frigorifiques) ainsi que les pompes à chaleur industrielles.

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Dans les laiteries, la chaleur récupérée des installations frigorifiques peut, par exemple, être utilisée pour préchauffer l'eau de process ou pour les processus de nettoyage (CIP – Cleaning in Place). Dans les brasseries, la chaleur résiduelle issue de la réfrigération, de la fermentation ou des processus de la salle de brassage peut être utilisée pour la production d’eau chaude. Des potentiels similaires existent dans la transformation de la viande, dans l’industrie des boissons ainsi que dans la fabrication de confiseries et de produits de boulangerie, où la chaleur est nécessaire pour les processus de séchage, de nettoyage ou de production.

Les pompes à chaleur industrielles permettent ainsi de relier la chaleur résiduelle disponible à la chaleur de procédé exploitable. Ainsi, la chaleur résiduelle provenant, par exemple, d'entrepôts frigorifiques, de processus de fermentation ou de refroidissement peut être réchauffée à des niveaux de température adaptés aux applications d'eau chaude, aux processus de nettoyage ou au chauffage des bâtiments. Cela permet de remplacer partiellement ou totalement les combustibles fossiles.

Il est également possible d'optimiser les processus sur le plan énergétique dans d'autres domaines. Ainsi, la production de vapeur peut par exemple être alimentée à l'électricité ou par une solution hybride. Il est important à cet égard que des systèmes de stockage d'énergie permettent d'amortir les pics de charge.

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Le choix de la solution technique la plus adaptée dépend toujours de l'application ou de la tâche concrète. C'est ce que montre, par exemple, la comparaison entre différentes variantes de pompes à chaleur destinées à l'électrification de l'approvisionnement en chaleur. On dispose généralement de trois options : une pompe à chaleur à 1 étage, une pompe à chaleur à 2 étages de conception compacte ou une pompe à chaleur à 2 étages avec des modules séparés.

Ces trois types de pompes à chaleur présentent chacun leurs avantages et leurs inconvénients. Il en va de même pour tous les autres systèmes. Une approche de conseil indépendante des fabricants, telle que celle adoptée par Siemens, consiste donc à identifier, pour chaque mesure d’optimisation, la solution qui correspond le mieux à l’objectif concret visé. De plus, l’approche de Siemens se distingue par une combinaison d’expertises en matière d’énergie, de bâtiment et d’automatisation, ainsi que par l’association de l’ingénierie, du financement et de l’exploitation.

Numérisation : la transparence, clé de l'efficacité

Ce n'est qu'en assurant la transparence des flux énergétiques qu'il est possible d'exploiter systématiquement les potentiels de chaleur résiduelle. Les systèmes numériques de gestion de l'énergie constituent donc la base d'une utilisation efficace des pompes à chaleur, des systèmes de stockage et des charges flexibles.

Le matériel ne constitue toutefois qu’un aspect de l’optimisation énergétique. Pour gérer les flux d’énergie en toute transparence et exploiter les installations de manière optimale, le recours à un système de gestion de l’énergie est également indispensable. Mais les possibilités offertes par la numérisation vont désormais bien au-delà : si le système de gestion de l’énergie est intégré dans des architectures informatiques à plus grande échelle, les données collectées peuvent être exploitées de manière bien plus complète. Les plateformes ouvertes telles que Building X – une suite basée sur l’IA pour la gestion globale des bâtiments, développée par Siemens Smart Infrastructure – en constituent la base technologique.

Rentabilité : une brasserie montre l'exemple

Les mesures d'optimisation énergétique garantissent non seulement une plus grande résilience grâce à une sécurité d'approvisionnement et d'exploitation accrue, mais elles sont également rentables sur le plan financier. Les leviers d'économies typiques sont la réduction des coûts de combustible et d'électricité, ainsi que, le cas échéant, des paiements de compensation liés au CO₂. De manière générale, plus les installations existantes ont besoin d’être modernisées, plus le potentiel d’économies est élevé. Celui-ci peut généralement atteindre 20 %. Par conséquent, ces mesures sont souvent amorties en l’espace de quelques années seulement.

Une brasserie de taille moyenne située dans le nord de l'Allemagne, conseillée par Siemens, fournit des chiffres concrets à titre d'exemple pratique : là encore, la récupération de la chaleur résiduelle provenant de la salle de brassage, du système de refroidissement, de la fermentation et d'autres processus s'est avérée être le levier le plus efficace pour réaliser des économies d'énergie. Cela correspond à une réduction annuelle des coûts d’environ 410 000 euros et à une diminution des émissions de CO₂ de 1 170 tonnes, soit 27 %.

D'autres secteurs de l'industrie agroalimentaire recèlent également des potentiels comparables. Dans les laiteries, les processus de refroidissement génèrent d'importantes quantités de chaleur résiduelle à basse température, tandis que dans les boulangeries-pâtisseries, ce sont notamment les gaz d'échappement des fours et les installations de refroidissement qui constituent des sources de chaleur intéressantes. Dans l’industrie des boissons, la récupération de chaleur et la gestion de la charge peuvent permettre de réaliser des économies considérables, notamment lors des processus de nettoyage, de mise en bouteille et de refroidissement.

Flexibilité : prêts pour le marché de l'électricité de demain

Les économies réalisées grâce à ces mesures d'optimisation proviennent, d'une part, de la réduction de la consommation d'énergie. D'autre part, ces installations pilotées par logiciel tirent parti des avantages d'un marché de l'électricité dynamique : grâce à un fonctionnement flexible des installations et à l'utilisation de technologies de stockage, il est possible de s'approvisionner en électricité à des prix avantageux pendant les périodes de forte offre. Dans le même temps, l’entreprise est ainsi déjà préparée à l’avenir de l’approvisionnement énergétique. En effet, l’Agence fédérale des réseaux supprimera les privilèges prévus à l’article 19 du règlement sur les redevances d’accès au réseau électrique (StromNEV) d’ici fin 2028 au plus tard et les remplacera par des redevances de réseau individuelles qui récompenseront encore davantage une utilisation atypique du réseau.

Cependant, même si ces projets d’optimisation s’amortissent relativement rapidement, ils doivent d’abord être (pré)financés. Cela peut se faire par autofinancement, mais ce n’est pas obligatoire. Siemens offre en effet une grande flexibilité grâce à différents modèles économiques. Dans ce cadre, les installations restent dans un premier temps la propriété du fournisseur et l’exploitant ne paie les mesures que plus tard, sans incidence sur le budget et de manière à optimiser la trésorerie, à partir des économies réellement réalisées (« Pay as you Save ») ou dans le cadre d’un tarif de service lié à la performance, selon la devise « Energy / Efficiency as a Service ».

Qu'il s'agisse d'une brasserie, d'une laiterie, d'un fabricant de produits de boulangerie ou d'un producteur de boissons, presque toutes les entreprises du secteur agroalimentaire disposent de sources de chaleur jusqu'à présent insuffisamment exploitées. La combinaison intelligente de la récupération de la chaleur résiduelle, des pompes à chaleur industrielles, des systèmes de stockage d'énergie et de la gestion numérique de l'énergie permet d'exploiter ces potentiels de manière rentable. Les entreprises améliorent ainsi non seulement leur efficacité énergétique et réduisent leurs émissions de CO₂, mais gagnent également en flexibilité et en sécurité d'approvisionnement sur un marché de l'énergie de plus en plus volatil.

Cet article a d'abord été publié sur notre marque médiatique sœur FoodTec Insider.