NOTE TECHNIQUE

AUDIT DES USAGES DES FLUIDES INDUSTRIELS


PRESENTATION DE L'AUDIT AIRPROFIL DES USAGES

La SARL EAC – site Internet www.airprofil.com – est spécialisée dans la réalisation d'études instrumentées, de campagnes de mesures et de campagnes de détection des fuites sur les installations d'air comprimé, d'azote, d'eau froide process ou d'eau chaude process.

Pour autant, nous proposons le plus souvent de commencer une étude par une prestation d'étude non instrumentée « minimale » : l'AUDIT AIRPROFIL DES USAGES.

Un premier intérêt de cette prestation est qu'elle est peu coûteuse, du fait de son caractère minimal et non instrumentée, parfois très rentable et qu'elle peut être réalisée dans des délais très brefs. C'est le contact avec des adeptes du « Lean » qui, il y a quelques années, nous a amenés à créer cette prestation.

Dans certains cas, l'audit des usages est suffisant :

  • soit qu'il vous permette d'engager directement des actions conformes à vos buts,
     
  • soit qu'il conclue que votre installation est déjà très proche de l'optimum – ce qui évite alors de s'engager dans une lourde étude instrumentée parfaitement inutile, même si elle est subventionnée par une agence de l'énergie ! Cette présentation a pour but d'expliquer en quoi consiste l'audit des usages de l'air comprimé, de l'azote, de l'eau froide process ou de l'eau chaude process et pourquoi l'audit des usages n'est guère applicable à certaines consommations d'énergie comme le chauffage ou la climatisation. C'est la raison pour laquelle nous parlons d'eau froide « process » et d'eau chaude « process ».

On explique ensuite les prestations éventuellement utiles à la suite de l'audit des usages, et qui en sont donc exclue. On ne se lancera dans des mesures que si on sait précisément à quoi elles serviront !

On montre enfin que l'audit des usages aborde, à son modeste niveau, certains aspects stratégiques pour votre Entreprise.

UTILITE DE L'AUDIT DES USAGES

Sur un plan méthodologique, il paraît rationnel de commencer, le plus souvent, une étude des installations d'air comprimé, d'azote, d'eau froide process ou d'eau chaude process (ceci incluant les autres fluides caloporteurs comme la vapeur ou les fluides thermiques) par une étape non instrumentée.

C'est un choix tout naturel si vos installations sont complexes ou si vos buts d'étude ne sont pas extrêmement simples !

Assez souvent, les campagnes de mesures proposées par les installateurs et les fabricants répondent avant tout à leurs propres buts : vendre un compresseur, un groupe frigorifique ou une chaudière ! En général, ces mesures bien trop globales n'aident guère à réduire les consommations d'air comprimé, d'azote ou d'eau.

Souvent aussi un plan de comptage existe mais ne fournit pas d'informations facilement exploitables :

  • Sur un site au Royaume-Uni, l'Industriel avait installé 6 compteurs d'air comprimé en entrée de chacun des bâtiments. L'audit des usages de l'air comprimé a montré (18 janvier 2013) que :

    • Des mesures de débit en entrée de chacune des lignes de conditionnement auraient été plus utiles pour permettre aux « Engineers », responsables chacun d'une ligne, de disposer d'un ratio d'efficacité « m3/pièce » significatif.
       
    • De manière assez surprenante, les enregistrements des 6 débits en entrée de bâtiment et du débit en sortie de la centrale de production d'air comprimé n'étaient l'objet d'aucune utilisation particulière !
       
  • Sur un site en France (25 janvier 2013), un audit AIRPROFIL des usages de l'air comprimé intervenait après pas moins de TROIS campagnes de mesures réalisées par un installateur de compresseurs (à deux reprises !) et par un bureau d'études. L'audit des usages faisait apparaître que :
     
  • Les principales consommations d'air comprimé étaient groupées dans un seul service. Ce sont ces consommations, et non le débit général de l'usine, qu'il aurait été intéressant de mesurer, au moins ponctuellement !
     
  • Les usages de l'air comprimé incluaient, notamment, une grenailleuse dont la pression de service allait baisser du fait d'un changement de corindon. Le Client avait décidé d'utiliser à très court terme un corindon plus léger afin que l'état de surface des pièces grenaillées soit meilleur. La pression de service allait baisser de 7 bars à 4.5 bars relatifs. Il aurait été possible et intéressant de mesurer le débit des deux buses de grenaillage à 7.0 bars puis à 4.5 bars et de savoir si le débit maxi allait baisser, et de combien !
     
  • Une agitation de bain de traitement de surface pouvait permettre d'économiser un débit d'air comprimé non négligeable. Ces bains ne faisant qu'environ un mètre de profondeur, un compresseur refoulant à 300 mbar au lieu de 8 bars aurait été suffisant et très économique en électricité. Mesurer le débit de ces agitations de bains aurait été intéressant pour l'étude !
     
  • Enfin, l'activité du site allait baisser sensiblement pendant deux ans – et donc sans doute les consommations d'air comprimé –du fait de l'arrêt d'une fabrication. Mesurer les consommations des ateliers qui allaient arrêter leur production aurait été bien utile !
     
  • Nous-mêmes avons annoncés (fièrement !) au responsable d'un atelier de soudage d'une grande usine automobile qu'il y avait 3000 m3/h de fuites (ou de consommations continues) dans son atelier :

    • Il nous a répondu que si nous pouvions préciser lesquels de ses 350 îlots de fabrication présentait des fuites, cela lui ferait bien plaisir.
       
    • C'était il y a plus de 10 ans : aujourd'hui, nous essayons d'être plus spécifiques !

Pour aller dans le sens de vos buts, et surtout si vous voulez économiser en supprimant ou en réduisant les usages, vous aurez besoin de savoir plus précisément où vous consommez votre énergie et vos fluides – et sans doute de mesures moins globales que des mesures au point de livraison.

METHODOLOGIE DE L'AUDIT DES USAGES

L'audit des usages de l'air comprimé, de l'azote et de l'eau de process( chaude ou froide) concerne plutôt des installations complexes.

On dit qu'une installation est complexe quand elle est composée de plusieurs « systèmes » interconnectés entre eux. Ces systèmes ont un comportement que l'on peut en partie prévoir, mais par prédire. Ils sont susceptibles d'être instables et très variables. Les mesures y sont relativement plus difficiles et incertaines que dans des systèmes plus simples (tels que les bancs d'essais !), et il est parfois difficile d'interpréter les résultats de ces mesures !

Une conséquence est qu'on ne proposera pas, habituellement, d'audit des usages pour des « systèmes » qui serait à la fois simples, précisément mesurés, stables et répondant à des buts clairement compris :

  • Si vous produisez de l'air comprimé sur un compresseur unique et pour un usage unique, par exemple alimenter une réaction chimique comme la production d'ammonitrates, vous n'avez aucun besoin d'un audit des usages. On peut supposer que vous n'utilisez pas un compresseur refoulant à 40 bars pour alimenter un réacteur à 6 bars : les ingénieries ne commettent pas de telles bourdes en général !
     
  • De même, si vous utilisez de l'azote pour inerter un four de recuit unique, vous n'avez aucun besoin d'un audit des usages. On peut supposer que la qualité de votre azote est adaptée au besoin, surtout si celui-ci est constant ! Si vous avez un doute, une simple consultation auprès de 2 ou 3 gaziers vous permettra de le lever.
     
  • Enfin, si vous refroidissez un équipement unique, par exemple un compresseur, on peut supposer que vous utilisez un débit d'eau adapté et de l'eau à une température et d'une qualité adaptée.

Nous pensons que certaines utilités comme le chauffage, la climatisation ou l'éclairage ne constituent pas, en général, des systèmes complexes. Ces systèmes peuvent présenter des défauts de conception ou des dysfonctionnements mais ne présentent pas, en général, un comportement chaotique ou imprévisible ! On ne propose donc pas d'audit des usages de l'eau froide utilisée en climatisation ou de l'eau chaude de chauffage : on envisagera plutôt un audit énergétique.

Les installations de production et de distribution de l'électricité sont des systèmes complexes, mais ce n'est pas généralement le cas de l'utilisation industrielle de l'électricité. Seules les études relatives à la qualité de l'électricité se rapprochent un peu de l'audit des usages, mais c'est un domaine où l'on a en général besoin d'instrumentation dès le début de l'étude !

La ventilation est un système complexe dès lors que le fonctionnement de divers extracteurs peut se perturber mutuellement. Il y a aussi des ambigüités importantes sur la définition de la qualité de l'air souhaitable dans un atelier ! La ventilation pourrait donc parfois donner lieu à un « audit des usages », mais cela n'est pas très fréquent !

Certaines « utilités » telles que les réseaux d'air comprimé, d'azote, d'eau froide process et d'eau chaude process sont à la fois des installations très banales et des systèmes souvent très complexes :

  • Ces systèmes présentent des instabilités et une variabilité importantes, que ce soit à une échelle de temps très courte (la journée ou la semaine), intermédiaire (l'année) ou longue (2 ou 3 années). On a d'ailleurs du mal à s'assurer qu'une campagne de mesure de 10 ou 15 jours est représentative de la situation actuelle. La solution pour prévoir, autant que possible, les consommations futures, passe souvent par l'examen des usages et la mesure de quelques débits sur les principales utilisations.
     
  • Ces systèmes ne sont d'ailleurs pas très faciles à mesurer et ces mesures présentent alors une très importante incertitude :
     
    • Il y a beaucoup d'inversion du sens de l'écoulement dans les réseaux d'air comprimé. Or la plupart des débitmètres utilisés sur l'air comprimé – par exemple les débitmètres massiques thermiques ou à turbines – comptent indifféremment dans les deux sens !
       
    • Dans les réseaux d'azote, il y a souvent deux sources – azote cryogénique et azote sur membranes – et il n'est pas rare que l'on constate que les soupapes s'ouvrent sur la cuve d'azote cryogénique quand les prélèvements sont insuffisants.
       
    • Les réseaux d'eau glacée utilisant le free-cooling, comme aussi les réseaux d'eau chaude utilisant la récupération de chaleur présentent parfois des dysfonctionnements graves comme l'arrêt d'une pompe qui peut alors fonctionner à l'envers : l'eau chaude de la chaudière partant alors dans les réfrigérants atmosphériques !
       
    • Sur les réseaux d'eau glacée ou d'eau surchauffée, la mesure des différences de température est parfois très imprécise : par exemple 2°C +/-0.5°C. Le calcul des puissances thermiques échangées est particulièrement incertain quand les écarts de température sont petits !
       
  • La complexité même de ces systèmes est la cause de surconsommations d'énergie, d'erreurs de manœuvre ou de mauvais diagnostic.
     
  • Enfin, les conditions de mise en œuvre de ces fluides sont souvent entachées d'ambigüités : quelles unités de mesure des débits de gaz (m3/h ou Nm3/h), unités de mesure de la pression (bar absolu ou bar relatif), point de mesure de la pression (en sortie de centrale ou à l'arrivée sur la machine).

Les installations d'air comprimé, d'azote, d'eau froide ou d'eau chaude sont donc les domaines par excellence ou un audit des usages est parfois utile, si le système à étudier est complexe.

Concrètement, on visite la totalité de votre installation, y compris les centrales de production ou de livraison des fluides et on liste les usages qui sont faits de cette énergie et de ces fluides.

L'audit des usages recherche ensuite des « voies de travail » qui paraissent susceptibles de faire évoluer votre installation de sa situation présente à une situation future plus conforme à vos buts.

On utilise pour cela les 4 verbes issus de l'analyse fonctionnelle du besoin et de l'analyse de la valeur :

  • SUPPRIMER des usages non justifiés de l'air comprimé, de l'azote ou de l'eau. Les usages tels que le séchage ou le refroidissement de pièces par air comprimé peuvent souvent être supprimés et remplacés par la mise en œuvre d'air soufflé à basse pression (ventilateurs centrifuges ou « turbine à canal latéral »). L'agitation de bains de traitement de surface peut souvent être supprimée et remplacée par la mise en œuvre d'air à basse pression, de pompes ou d'ultrasons.
     
  • REDUIRE certains usages (soit en en réduisant le débit instantané, soit en en réduisant la durée d'utilisation). Les fuites d'air comprimé et d'azote sont évidemment à réduire ! Parfois, c'est la qualité de ces fluides qui peut l'être.
     
  • AMELIORER la couverture de certains besoins, par exemple en stabilisant la pression ou la qualité de l'air comprimé ou de l'azote, ou en stabilisant la température de l'eau froide process ou de l'eau chaude process.
     
  • CREER des fonctions techniques utiles à votre process et qui n'existeraient pas. On a eu d'innombrables cas où le bipassage de filtres dégradait gravement la qualité d'un réseau d'air comprimé.

PRESTATIONS EVENTUELLES A LA SUITE DE L'AUDIT DES USAGES

Après l'audit des usages, on propose souvent un « audit complet » qui suit le « chemin d'audit » suivant :

  • On commence en général par examiner et discuter vos BUTS, afin de bien les comprendre, sans ambiguïtés.
     
  • On prend ensuite connaissance des RESULTATS DE MESURES DISPONIBLES, dont notamment la facturation dans le cas de l'électricité, de l'eau chaude, de l'air comprimé ou de l'azote achetés « au mètre cube » ou de l'eau glacée.
     
  • On examine ensuite les SCHEMAS DISPONIBLES des installations, y compris les réseaux de distribution
     
  • Dans certains cas, des « inputs » supplémentaires relatifs à vos méthodes d'ACHATS de matériels ou contrats, ou bien à votre ORGANISATION se révèlent très utiles.

D'une manière générale, les prestations éventuelles que nous pourrions vous proposer ou que vous pourriez organiser en interne à la suite d'un audit des usages sont les suivantes :

1. La mise en place de moyens de MESURES adaptés aux endroits adaptés à vos buts : campagnes de mesures ponctuelles ou sur quelques jours, mesures à poste fixe.

2. L'élaboration du document EXPRESSION FONCTIONNELLE DU BESOIN (EFB) ou du document CAHIER DES CHARGES FONCTIONNEL (CDCF) prévus par la norme NF X50-151 relative à l'analyse fonctionnelle du besoin.

En fait, ces deux documents sont presque identiques sur un plan technique, mais l'EFB est prévu pour un usage en interne, par vos propres services, tandis que le CDCF concerne plutôt des offreurs extérieurs qui auront besoin de moins de détails organisationnels mais parfois de quelques compléments d'information, comme un glossaire des termes techniques particuliers utilisés dans votre activité !

ASPECT STRATEGIQUES DU RAPPORT FINAL D'AUDIT DES USAGES

Le rapport final porte en premier lieu sur la liste des usages et des « voies de travail » proposées.

Le rapport est souvent complété par la prise en compte d'autres possibilités d'amélioration ou d'action plus « qualitatives » :

  • La prédiction exacte du comportement d'un système complexe étant impossible, on s'efforce, néanmoins, de le PREVOIR. Ceci suppose une connaissance suffisante des installations existantes, acquise à l'occasion de l'audit des usages, de vos prévisions d'évolution de l'activité et de vos prévisions d'investissements.
     
  • Les mesures étant inévitablement incertaines, on s'efforce de suggérer des moyens de mesures qui seraient adaptés et de proposer des emplacements où ils seraient le plus utiles afin de vous permettre de mesurer ou de PRECISER des indicateurs de performances. D'une manière générale, on note qu'un débitmètre fournissant une mesure trop générale – comme la totalité de la consommation d'un fluide – est en général assez peu utile pour évaluer précisément vos performances.
     
  • Les installations trop complexes étant en général plus fragiles et plus coûteuses en exploitation, on s'efforcera de vous aider à les SIMPLIFIER.
     
  • Les cahiers des charges et les contrats qui en résultent étant souvent ambigus, on travaillera avec vos Services à les CLARIFIER.

Cette démarche complémentaire est engagée dès l'audit des usages mais prend tout son sens dans la suite de l'expression fonctionnelle du besoin.

On doit noter que ces quatre verbes PREVOIR, PRECISER, SIMPLIFIER et CLARIFIER portent sur les aspects stratégiques de l'adaptation de vos consommations d'énergie et de fluides.

On peut donner un exemple concret de ce que le fait de SIMPLIFIER peut apporter à un CDCF :

  • Un client produisait l'air comprimé sur un réseau unique qui alimentait deux types de besoins absolument différents :
     
    • Un besoin d'air sec et propre à pression stable (7 bars) pour des outillages et quelques consommations continues : petit débit assez constant, incluant sans aucun doute quelques fuites difficiles à éradiquer complètement dans un environnement assez sévère (forge).
       
    • Un besoin d'air non séché à pression initiale un peu plus élevée que 7 bars pour deux pilons. Le débit instantané des pilons est énorme mais assez bref. Il est principalement fourni par des réservoirs de plusieurs dizaines de mètres cubes. Il est impossible, en pratique, d'inhiber la marche simultanée des pilons.
       
  • Pour ce Client notre approche a consisté à dire que la structure de la future installation devrait ressembler à la structure de ses besoins. Au lieu d'une installation centralisée, nous avons envisagé 3 centrales dédiées : l'une pour les usages « usine », les deux autres pour chacun des pilons.
     
  • Le CDCF résultant n'interdira nullement de centraliser la production – il suffit de prévoir des vannes d'interconnexion entre les 3 centrales et des secours communs – mais suggère d'envisager, au lieu d'un projet complexe, trois projets extrêmement simples.

Un rapport d'audit des usages, même s'il s'agit d'une prestation minimale peut coûteuse, a donc vocation à vous fournir bien plus qu'une « photographie » de la situation présente.

Ce que fournit l'audit des usages, c'est une aide à la décision quant aux objectifs à retenir, aux directions à prendre et aux moyens à mettre en œuvre pour que la situation future de vos usages des fluides évolue de manière conforme à vos buts.