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 PEXEADEME

Frédéric Streiff - Service Entreprises et EcotechnologieFrederic.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'entrepriseInformer, 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 décisionwww.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 énergétiqueR&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&DEnergie durable : production, gestion et utilisation efficaces

Investissement d'avenirAppels à Projets 

Industries et agricultures Eco‐efficientes

> 1 M€

< 1 M€

Investissement d'avenirAppels à Projets Initiative PMEPEBI: 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

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Exemples de projets financés

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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 etd’enveloppe multifonctionnels ;

- Systèmes et équipementsénergétiques du bâtiment ;

- Technologies de l’Information et dela Communication (TIC) appliquéesau bâtiment.

Performance énergétique dans l’industrie

- Récupération de chaleur fatale etvalorisation dans les procédésindustriels ;

- Solutions et équipements innovantstransverses à l’industrie ;

- Gestion et intégration optimisée del’énergie ;

- Offres technologiques de rupture etcompétitives pour des procédésspécifiques énergivores.

Périmètre :– Projets de démonstration portés par

des PME développant desméthodologies, des technologies,des services et des solutionsindustrielles ambitieuses, innovanteset 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

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Exemples de projets financés

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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 projetswww.ademe.fr/actualites/appels-a-projets 14

En savoir +

Positionnez ici votre logo

Efficacité énergétique industrielle Quel(s) marché(s) ?

Laurent FORTI – IFP Energies NouvellesMarie‐Françoise Chabrelie – CVT ANCRE/ IFP Energies nouvelles

Efficacité énergétique et industrie Nouvelle contrainte ?

Emissions polluantes

Auditénergétique

Actionnaires

Mondialisation

Quotas

Efficacité énergétique et industrie Ou opportunité ?  

• Baisse du coût de production (Energie)

• Réduction de l’impact environnemental (CO2)

Compétitivitécoût

• Nouvelles technologies / nouveaux services

• Nouvelles filières économiques

Compétitivité Hors coût

Efficacité énergétique et industrieDe 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 industrieEt 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 industrieQuelles possibilités ?  (Extrait feuille de route ANCRE – GP8)

Quels marchés ?

Le marché de l’efficacité énergétique industrielleVision globale

Fabrication d’équipements et de procédés pour l’efficacité énergétique  

+ 6% / an depuis 2011 – 13,5 Mds$ en 2015Source : 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 2020Source : BBC Research

201311,3 Mds$

2014   12,3 Mds$

201513,5 Mds$

Le marché de l’efficacité énergétique industrielleLes échangeurs thermiques Source : Factory Future

Le marché de l’efficacité énergétique industrielleRécupération / 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 industrielleSystèmes 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 effetsSource : Advanced Energy Economy

Le marché de l’efficacité énergétique industriellePour 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 hybridesou de chaleur fatale

Université de Lorraine – LERMABContact : Riad Benelmir ou Mohamad El Kadri

Faculté des Sciences et Technologies

GAZ

SOL

SOLEIL

CHALEUR

FROID

ELECTRICITE

1

2

3

4

56

AIR

SOL1

7

8

PLATEFORME ENERBAT1. sondes géothermiques2. Capteurs solaires3. Cogénérateur4. Pompe à chaleur5. Machine frigorifique à adsorption6. Bâtiment bizone7. Aéro‐réfrigérant8. ballon

1

Plateforme ENERBAT

Plafond rafraichissantPlancher chauffant

Energie solaire

Tri‐generationd’énergie

2

EVAPORATEURDETENDEUR

CO

MPR

ESSE

UR

CONDENSEUR

2

3

4 1

PARTIECOMPRESSION

PARTIEPASSIVE

Productionde froid

Rejetde chaleurà moyenneTempérature (40°C)

ConsommationElectrique

Production de froid par COMPRESSION

3

EVAPORATEURDETENDEURCONDENSEUR

23

4 1

Sorption

Consommation de chaleurà haute température (75‐90°C)

PARTIECOMPRESSION

PARTIEPASSIVE

Rejetde chaleurà moyenneTempérature (40°C) Production

De froid

Production de froid par SORPTION

4

VapeurH2O

Aéro‐réfrigérant

Condensat

Vapeur

Eauchaude

Eaufroide

Eaude refroidissement

Silica‐gel

CHALEURà haute température(récupération, solaire thermique, cogénération, pompe à chaleur)

FROID

Evaporateur

Silica‐gel

Compartiment 1

Compartiment 2 

Condenseur

Eaude 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 ParisTechPatrice 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 – entropied’un cycle ORC à deux étages

Voir: http://direns.mines‐paristech.fr/Sites/Thopt/fr/co/problematique‐fluides.html

Besoins

Données expérimentalesSimulation moléculaireModèles, corrélations

Simulation des procédés et des systèmes thermodynamiques

Diagramme de phase (R1234yf + R600a).Prédiction avec équations d’état

Aspendata

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

modelExp. data

Simulation sous Aspen d’un cycle deréfrigération (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.frFabien Boulanger  fabien.boulanger@cea.fr 

Marché en 2015:Electronique de puissance: 82B$ + 7% CAGRComposants 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 petitque son ancêtre en silicium pour la même densité de puissance dissipée (W/cm2)

Source PANASONIC

GAN/SI: DENSITÉ D’INTÉGRATION AUGMENTÉE

Filière Electronique de puissance

Design etfabrication 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’artsur un flow technologique compatible CMOS 200mm. L’effort se concentreaujourd’hui sur la fiabilité, l’intégration et la réduction des coûts

Les composants Grand Gap et GaN/Si notamment contribuent à l’intégration dessystèmes pour plus d’efficacité énergétique.

Le CEA dispose d’une filière grand GAP complète en GaN/Si du matériaujusqu’au système avec des solutions de caractérisation et de testsdisponibles sur ses plateformes technologiques

Miniaturiser les convertisseurs de puissance passe par des solutions depackaging 3D innovantes et des nouvelles technologies de passifs

SYNTHESE

Les échanges thermiquesEssais et simulations

Captation/récupération de la chaleur

Échangeur de chaleur

Echangeur polymère à bas-coutsImpression 3D, extrusionEchangeurs 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 transfertsUtilisation de nano-structuration de surface pour intensifier l’ébullition ou la condensationUtilisation de nanoparticules dans les fluides

Simulation des transferts monophasiquesTransferts de chaleur par conduction, convection (forcée, naturelle, mixte) et rayonnementTurbulence, couplage à des réactions chimiques

Simulation des changements de phaseSimulation des écoulements et transferts de chaleur en ébullition et condensationValidation expérimentale

Captation/récupération de la chaleur

Échangeur de chaleur

Tests d’encrassement des échangeursEn phase gazeuse (fumées), liquide ou en fluides pétroliersBoucles en fluides réels ou simulants

Echangeurs-réacteursRéalisation d’une réaction chimique en continu dans l’échangeur avec maitrise de la températureApplication pour réaction exo/endothermiques

Test d’échangeursEn gaz (air) ou en liquide (eau)Différents débits et niveaux de température

Facteu

r d’intensificatio

n

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’échangeursObservation a posteriori

Suivi des résistances thermiques par mesures entrée/sortie

Sondes d’encrassementMesure 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 phénoménologiquesSouvent pour des travaux de

thèse

Institut Mines-Télécom

Mines Douai - Dépt Énergétique Industrielle

Thermique des Composants et Systèmes

Intensification des transfertsdans 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 dynamiquesS-PIV, LDV

Devt de veines aérauliques

Méthodes d’optimisation

Optimisation de forme : boucle logicielle, plans d’expériences,

surfaces de réponseOptimisation 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 maquetteValidation localeInvestigation 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 projetEtudes de concepts & géométries innovants

Identification expérimentale de champs locaux

Simulation numériqueAnalyse des mécanismes d’intensification

NiveauxTRL

TRL1 TRL2 TRL3 TRL4 TRL5 TRL6

DIESTADevelopment of Internally and Externally StructuredTubes 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 RechercheDépartement Energétique Industrielledaniel.bougeard@mines-douai.fr

Smart Spy : La boîte noire pour votre activité

Marion ANDRILLAT +33 6 47 22 08 61 marion.andrillat@cea.frFabien Boulanger  fabien.boulanger@cea.fr 

CIRC

UIT

GÉN

ÉRIQUE

DEDA

TALO

GGING

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‐températureso 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 v12014

SmartSpy v22015

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 v1Système: 20 g, 6 cm x 6 cm x 6 mmAutonomie: 2 à 3 heuresRésolution 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 v32016

SmartSpy v2Modulaire  (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 donnéesTraitement de données Machine Learning

Analytics : vue générale

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Données (signaux, images)

Traitement

Extraction de variableSéparation de sourcesSegmentation

VisualisationFouille de données

Comparaisons (entre capteurs, composants)ProjectionsClassification Détection d’anomalie…

Apprentissage de modèle

Reconnaissance automatiqueInférenceDiscrimination

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 croiséedes 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 électriqueSoH : 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 clientsDimensions composantsCaractéristiques matériauxInfo 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 ZoughaibResponsable 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 procédé Modèle procédé

Flux thermiques

Intégration énergétique

Choix d’utilités et échangeurs

Nouveaumodèle 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

UtilitésProcédés Métaux

Pâtes et papiers Agro-alimentaire

Technologies de valorisation de chaleur

Optimisation technico‐économiqueFormulation mathématique MILPAnalyse exergétiquePréselection des utilités (PAC, ORC)

Interface utilisateurMéthode du pincement – Calcul MER

Bibliothèque de modèles ModelicaEnvironnement Open Modelica

Bibliothèque CERES

Travaux en cours et offre partenarialeDes 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 HAVETONIRIS, site de la Géraudière, 44322 NANTES

michel.havet@oniris-nantes.fr

280 personnes dont 80 Enseignants Chercheurs5 sites : Nantes (2), Saint-Nazaire, Carquefou, La Roche sur Yon4 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 ProcédésEnvironnement – Agroalimentaire

Directeur : Pr Jack LEGRAND

280 personnes dont 80 Enseignants Chercheurs5 sites : Nantes (2),

Plateforme Optimisation énergétique de procédés de

l’agroalimentaire

2400 m² dédié au génie des procédés alimentaires et sciences des alimentsdont 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 produitsalimentaires (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%

Ren

dem

ent c

onve

rsio

n

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’ > T23  (et également T4’1’ < T41) aboutissant à un rendement de Carnot plus élevé.

Travail fourni à la détente |H3’4’| > |H34|

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 Supercritique23 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 expandeurspirale

Plateforme de caractérisation de matériaux à haute température

Gilles ParentProfesseur au Laboratoire d’Energétique et de Mécanique, Théorique et 

Appliquée (LEMTA), UMR CNRS 7563,université de Lorraine2 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 chaleurfatale 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 3D20°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 confianceAirbus, Safran, CEA, HelioFocus, Daum, Baccarat, Pochet de Courval, St GobainRecherche, 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’InnovationSystèmes 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 numériquespour le développement de procédés chimiques

Supercalculateur ENER110

…Des moyens numériques et analytiques…

…Des moyens de test à toutes les échellesCaractérisations 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 DATE8ème édition du Forum natinal des éco-entreprises : 30 mars 2017

Le portail de la filière

http://ecoentreprises-france.fr

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