À propos de l’auteur
Melissa Deleau
Energy manager chez IDEX
Élève à l’ENOV en Mastère TED
Dans l’industrie, une part importante de l’énergie consommée finit rejetée dans l’environnement sous forme de chaleur, sans jamais être utilisée. Pourtant, la récupération de chaleur fatale ouvre un levier considérable pour la transition énergétique. En France, ce gisement est estimé à environ 110 TWh par an, soit près d’un tiers de l’énergie consommée par le secteur industriel. Mais d’où vient cette chaleur, comment la récupérer et quel est réellement son potentiel de décarbonation ? Cet article fait le point sur les définitions, les chiffres clés, les modes de valorisation et la technologie ORC.
Sommaire de l’article :
- Qu'est-ce que la chaleur fatale dans l'industrie ?
- Quel est le gisement de chaleur fatale industrielle en France ?
- Récupération de chaleur fatale et décarbonation de l'industrie
- Comment valoriser la chaleur fatale ? Modes de valorisation et intérêt économique
- Focus sur l'ORC : produire de l'électricité à partir de la chaleur fatale
- La chaleur fatale, un levier prioritaire vers la neutralité carbone ?
Qu’est-ce que la chaleur fatale dans l’industrie ?
Avant d’évaluer son potentiel, il convient de bien cerner ce que recouvre la notion de chaleur fatale. En effet, le terme « fatale » ne renvoie pas à un danger : il désigne une énergie inévitablement produite par les procédés, puis perdue.
Énergie fatale et chaleur fatale : définitions
L’énergie fatale désigne l’énergie perdue lors d’une transformation, ou résiduelle après son utilisation finale. Dans l’industrie, la chaleur fatale correspond plus précisément à l’énergie thermique générée par les procédés et rejetée dans l’environnement sans valorisation.
Les principales sources de chaleur fatale industrielle
Cette chaleur peut provenir de nombreux équipements. Parmi les sources les plus courantes, on trouve notamment :
- les systèmes de refroidissement.
- les fumées de fours ou de chaudières ;
- les équipements électroniques ;
- les effluents liquides ;
Une ressource exploitable pour l’efficacité énergétique
Cette énergie constitue pourtant une ressource exploitable. Sa récupération permet en effet de valoriser des calories pour améliorer l’efficacité énergétique d’un site industriel. Elle contribue également à réduire son empreinte carbone et à diminuer ses coûts énergétiques.
Concrètement, la valorisation peut prendre deux formes. D’une part, elle peut être directe, par réintégration dans les procédés ou pour le chauffage. D’autre part, elle peut être indirecte, via une conversion en électricité ou en froid.
Quel est le gisement de chaleur fatale industrielle en France ?
Une fois la notion posée, reste à mesurer l’ampleur du phénomène. Or, les chiffres disponibles montrent que la chaleur fatale constitue un véritable gisement énergétique, dont la valorisation dépend toutefois de plusieurs facteurs.
Un potentiel estimé à 110 TWh par an
Le potentiel est considérable. En France, l’ADEME estime le gisement de chaleur fatale industrielle à environ 110 TWh par an, d’après une étude de 2015 actualisée en 2017. Cela représente près d’un tiers de l’énergie consommée dans le secteur industriel.
La température, facteur clé de la valorisation
Ce potentiel dépend toutefois fortement des niveaux de température de la chaleur rejetée. Ainsi :
- 52,9 TWh sont disponibles à des températures supérieures à 100 °C, et sont donc facilement valorisables en chaleur ou en électricité ;
- 16,7 TWh sont disponibles à plus de 60 °C à proximité de réseaux de chaleur, soit l’équivalent de plus de 1,6 million de logements chauffés (sur 37 millions de logements en France, soit 4 %).
Autrement dit, plus la chaleur rejetée est chaude, plus elle est facile à valoriser.
Un gisement déjà partiellement exploité
Cependant, ce chiffre de 110 TWh correspond à un gisement théorique, déjà en partie exploité. En 2022, environ 27,9 TWh/an étaient valorisés en France, soit près de 25 % du potentiel initial. Le gisement restant est quant à lui estimé autour de 90 TWh.
La récupération de chaleur fatale est donc déjà engagée, mais elle reste encore sous-exploitée. Il faut néanmoins garder à l’esprit qu’une partie de ce gisement restera techniquement ou économiquement difficile à valoriser.
Récupération de chaleur fatale et décarbonation de l’industrie
Au-delà des volumes en jeu, la chaleur fatale intéresse particulièrement les industriels pour son impact sur les émissions. En effet, elle permet d’agir sur un secteur fortement émetteur en valorisant une énergie déjà produite.
Le secteur industriel représente 18 % des émissions de gaz à effet de serre en France. Par ailleurs, la chaleur constitue une part majeure de ses consommations énergétiques. La récupération de chaleur fatale s’inscrit donc directement dans une stratégie de décarbonation.
De plus, ce levier est prioritaire au regard des principes de la transition énergétique, à savoir sobriété, efficacité et renouvelables. Il consiste en effet à substituer une énergie récupérée à une énergie fossile.
Sur le plan environnemental, la récupération de chaleur fatale permet ainsi :
- de réduire la consommation d’énergie primaire du site ;
- de limiter les rejets thermiques et les émissions de CO₂ ;
- d’améliorer le bilan carbone global des installations industrielles.
Comment valoriser la chaleur fatale ? Modes de valorisation et intérêt économique
Si l’intérêt environnemental est clair, la décision d’un industriel repose aussi sur des critères économiques. Or, la chaleur fatale peut être valorisée de plusieurs façons, avec des niveaux de coûts très différents selon la solution retenue.
Les trois modes de valorisation de la chaleur fatale
On distingue trois modalités de valorisation :
- En interne et directement : la chaleur est réintégrée dans les procédés ou utilisée via des boucles d’eau chaude, éventuellement couplées à des pompes à chaleur pour élever le niveau de température. Selon l’ADEME, 63 % de la chaleur fatale peut être valorisée directement sur site ;
- En interne et indirectement : la chaleur est convertie en électricité, notamment grâce à la technologie ORC ;
- En externe : la chaleur est revendue à des tiers (réseaux de chaleur, entreprises voisines), ou bien sous forme d’électricité ou de froid.
Dans tous les cas, cette valorisation permet de réduire les achats d’énergie externe, et donc les coûts énergétiques. Pour repérer ces gisements sur un site, un audit énergétique dans l’industrie constitue d’ailleurs un point de départ utile.
Quel coût pour la récupération de chaleur fatale ?
Sur le plan économique, la récupération de chaleur présente des coûts très compétitifs, mais variables. Pour une valorisation thermique directe, ils se situent entre 5 et 36 €/MWh selon l’ADEME.
En revanche, la conversion en électricité, notamment via ORC, conduit à des coûts plus élevés : typiquement 80 à 150 €/MWh électrique. Cet écart s’explique par les investissements nécessaires et par les rendements thermodynamiques.
Fonds Chaleur et CEE : des dispositifs de soutien
Enfin, ces projets sont soutenus par des dispositifs publics comme le Fonds Chaleur de l’ADEME. Ils peuvent également générer des revenus via les certificats d’économies d’énergie (CEE).
Focus sur l’ORC : produire de l’électricité à partir de la chaleur fatale
Parmi les solutions de valorisation indirecte, l’ORC occupe une place à part. Cette technologie permet en effet de tirer parti de la chaleur fatale lorsque les usages thermiques ne sont pas disponibles ou adaptés.
Comment fonctionne le cycle organique de Rankine ?
Le cycle organique de Rankine (ORC) permet de convertir de la chaleur en électricité, notamment à partir de sources à basse ou moyenne température. Son fonctionnement repose sur un fluide organique à faible température d’ébullition. Ce fluide se vaporise, entraîne une turbine, puis est condensé dans un cycle fermé.
Un rendement qui dépend de l’écart de température
Le rendement d’un ORC dépend de l’écart de température entre la source chaude et la source froide. Il atteint de l’ordre de 40 % du rendement de Carnot et reste inférieur à celui d’une valorisation thermique directe. L’ORC est donc particulièrement pertinent lorsque les usages thermiques ne sont pas disponibles ou adaptés.
Applications et déploiement de l’ORC
Cette technologie trouve des applications dans l’industrie et dans la valorisation énergétique des déchets. Elle est également utilisée dans le domaine des énergies renouvelables, qu’il s’agisse de solaire thermique, de géothermie ou de biomasse.
En pratique, environ 3 000 ORC sont installés dans le monde. Pourtant, leur déploiement reste encore limité dans la récupération de chaleur fatale industrielle : on compte environ 1 000 installations pour seulement 3 TWh produits. Ainsi, moins de 5 % du potentiel est aujourd’hui valorisé en électricité via ORC.
Combiner ORC et usages thermiques
Dans une logique d’optimisation énergétique, l’ORC peut aussi être combiné à des usages thermiques, comme les réseaux de chaleur ou les procédés. Dans ce cas, on valorise d’abord la chaleur, puis on produit de l’électricité à partir du surplus.
La chaleur fatale, un levier prioritaire vers la neutralité carbone ?
Combinant enjeux économiques et environnementaux, la récupération de chaleur fatale constitue un levier prioritaire pour améliorer l’efficacité énergétique de l’industrie. Avec un potentiel estimé à 110 TWh par an en France, elle représente ainsi une opportunité majeure pour accélérer la transition vers la neutralité carbone.
Pour saisir cette opportunité, les industriels ont toutefois besoin de professionnels capables d’identifier les gisements, de dimensionner les solutions et d’en mesurer les gains. C’est précisément l’objet des formations à la transition énergétique de l’ENOV, qui préparent aux métiers d’avenir de la transition énergétique.