Développer un four plus performant et moins polluant

L'industrie céramique émet une importante quantité de gaz à effet de serre. Afin de réduire cette considérable empreinte carbone, une équipe de chercheurs et de développeurs de l'UE a recouru à la technologie, à des simulations et à des tests pour créer un four plus efficace. Il en résulte un four de pointe à la consommation énergétique optimisée, et aux émissions et aux coûts d'exploitation réduits.

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Published: 5 June 2020  
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Développer un four plus performant et moins polluant

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© malp #204874730, source:stock.adobe.com 2020

L’industrie céramique joue un rôle considérable dans l’économie de l’UE, avec ses 17 000 entreprises employant plus de 240 000 personnes et produisant près de 30 milliards d’EUR de revenus. Toutefois, cette industrie consomme énormément d’énergie. En réalité, la simple production d’une tonne de carreaux de céramique nécessite 1,67 MWh d’énergie.

La majorité de cette énergie (55 %) est utilisée durant le processus de cuisson, au cours duquel l’argile et les vernis sont amenés à une température très élevée. Cette cuisson s’effectue généralement en recourant au gaz naturel qui, en tant que combustible fossile, produit une quantité non négligeable de gaz à effet de serre. Alors que ces gaz sont très réglementés, il n’est pas surprenant que l’industrie céramique compte le plus grand nombre d’installations dans le système d’échange de quotas d’émission (SEQE) de l’UE.

La clé pour réduire cette empreinte carbone consiste à créer un four plus efficace, ce que le projet DREAM, financé par l’UE, s’est précisément donné pour mission.

«Afin d’orienter l’évolution des fours vers un paradigme plus durable, le projet DREAM a conçu, développé et démontré le bien-fondé d’une architecture entièrement revue pour les fours industriels destinés à la céramique», explique Gabriele Frignani, responsable du département de recherche appliquée à Sacmi, une corporation multinationale de céramique implantée en Italie, et coordinateur du projet DREAM. «Il en résulte un nouveau four de pointe à la consommation énergétique optimisée, et aux émissions et aux coûts d’exploitation réduits.»

L’expérimentation par la technologie

Par le passé, l’industrie a déjà réduit ses émissions polluantes en installant un sac filtrant dans la cheminée d’évacuation du four. Bien que cette solution permette de maintenir les taux d’émission juste sous le seuil légal, elle n’empêche pas les polluants comme l’azote et les oxydes de soufre de s’échapper dans l’air. Cette défaillance, combinée au fait que les taux d’émission acceptables doivent être revus à la baisse, a contraint l’industrie à trouver une meilleure solution.

Afin de résoudre ce problème, le projet DREAM s’est tourné vers la technologie. L’équipe a développé et testé un modèle logiciel de simulation capable d’analyser tous les processus thermiques qui se produisent dans un four, y compris le préchauffage, la cuisson et le refroidissement. Ce système a permis non seulement d’identifier rapidement les points à améliorer, mais aussi de tester numériquement différentes modifications et solutions.

«Ces simulations font gagner du temps et réduisent les coûts durant la phase de développement étant donné qu’elles mettent rapidement en lumière les options prometteuses et celles qui mèneraient probablement à une impasse», explique M. Frignani.

«Cette approche s’avère précieuse dans ce type de projet de recherche où, en raison des contraintes liées au délai et au budget, il est nécessaire de suivre une feuille de route précise.»

Par exemple, grâce aux exercices de simulation, on peut s’attendre à ce que le remplacement des grandes turbines par des microturbines tout au long de la ligne de production génère un niveau personnalisé d’électricité pour une machine spécifique.

Cette option permet non seulement d’éviter d’utiliser (et de gaspiller) un excédent d’énergie, mais elle réduit également le temps nécessaire pour restaurer les conditions thermiques après les pannes électriques et contribue à diminuer l’empreinte carbone d’un four.

Un meilleur type de four

Malgré leurs avantages, les outils de simulation ont leurs limites. Par exemple, ils ne peuvent pas prédire si une variation dans le processus de cuisson aura un impact négatif sur le matériau. Afin de combler cette lacune, le projet a mené un test au niveau industriel, en appliquant son modèle virtuel à un véritable four de production.

«Ces tests ont montré de manière concluante qu’avec notre logiciel, les entreprises de céramique peuvent disposer d’un suivi en temps réel et intervenir directement le cas échéant pour améliorer l’efficacité d’une phase», explique M. Frignani. «Le résultat net est un four plus performant qui consomme et pollue moins.»

M. Frignani souligne que, en raison du temps et de l’investissement requis, ce type de recherche et de développement est devenu presque impossible à financer pour des entreprises individuelles, en particulier dans un secteur concurrentiel comme la céramique. «Les projets de recherche comme DREAM joueront un rôle de plus en plus considérable dans le développement des technologies et du savoir-faire dont dépendront les solutions écologiques de demain», conclut-il.

Project details

  • Acronyme du projet: DREAM
  • Participants: Italie (coordinateur), Allemagne, Espagne, Royaume-Uni
  • Numéro du project: 723641
  • Coût total: € 5 076 105
  • Contribution de l'EU: € 5 076 105
  • Durée: octobre 2016 à septembre 2019

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