Comment l’industrie 4.0 ameliorera l’efficacité des usines

rofesseur Sauer, comment analyser l’efficacité énergétique dans la production ?

On définit en général l’efficacité par le rapport entre les moyens mis en œuvre et leur utilité. Plus le quotient est faible et plus l’efficacité est élevée. Pour définir l’efficacité énergétique d’une usine, il faut en premier lieu délimiter le cadre du bilan. S’agit-il d’un processus, d’une ligne de production ou de la totalité de l’usine ? On sélectionne ensuite la grandeur d’évaluation pour les moyens mis en œuvre. C’est bien sûr le kilowattheure qui vient à l’esprit. Mais il est aussi possible de prendre une tonne de CO₂ ou une autre référence. On peut donc réduire les coûts ou améliorer le bilan carbone en remplaçant une forme d’énergie par une autre sans modifier la quantité d’énergie nécessaire mesurée en kilowattheures.

Les possibilités d’accroître l’efficacité énergétique dépendent-elles du mode de calcul ?

Si je limite le bilan énergétique à un processus de fabrication qui nécessite uniquement de l’électricité, l’unique possibilité d’accroître l’efficacité consiste à réduire la quantité de courant par pièce fabriquée. Si je considère le hall de production en totalité, la chaleur dissipée pourrait par exemple être utilisée pour d’autres processus. L’efficacité électrique ne serait pas améliorée dans ce cas concret. Mais tout bien considéré, les besoins énergétiques de l’usine seraient plus faibles. De nombreuses optimisations de ce type sont possibles.

D’après vous, quelle est l’importance de l’efficacité énergétique dans l’industrie aujourd’hui ?

C’est une préoccupation de longue date des entreprises énergivores. Mais lorsque la consommation énergétique est faible ou moyenne, cette préoccupation reste cependant toute relative. La plupart de ces entreprises n’ont que peu de moyens de mesure du gaz ou de l’électricité et les consommations concernées ne donnent pas lieu à davantage de précision. Pourtant l’analyse précise de l’état réel est un premier pas vers l’amélioration de l’efficacité énergétique. Les entreprises seront à l’avenir plus nombreuses à prendre de telles mesures.

Industrie 4.0 pourra-t-elle contribuer à l’avenir à améliorer l’efficacité énergétique dans la production ?

Plus les différents composants de la production seront interconnectés et plus il sera facile de les coordonner. Un projet nous a permis d’analyser dans un atelier I4.0 à quel moment cela valait la peine de mettre les machines-outils en stand by, en tenant compte par exemple de la période de préchauffage. Une fois ces paramètres inventoriés, il est possible de mettre en évidence de nouveaux potentiels d’efficacité énergétique de la production en réseau. Il est ainsi possible d’organiser des lots de manière automatique. La machine produit en continu pendant un temps donné au lieu de fonctionner par intermittences et de rester en marche.

Comment évaluer l’efficacité énergétique dès la phase de planification d’un nouveau site de production ?

Dans les entreprises énergivores des secteurs de la chimie, de l’industrie sidérurgique ou verrière, l’approvisionnement énergétique a toujours été important. La plupart des usines utilisant des outils de planification de production réalisent des modélisations tenant compte des flux logistiques. Il faudra, qu’à l’avenir, une usine soit aussi capable de modéliser les flux énergétiques.

Cette démarche est écologique et contribue à réduire les coûts de l’énergie. Dans le même ordre d’idée, il est à l’heure actuelle question de savoir s’il est pertinent d’équiper une partie de l’usine en courant continu à la place du courant alternatif. Cela reste encore une vision d’avenir mais pourrait offrir des avantages : le site de production nécessiterait moins d’électronique de puissance et pourrait être directement alimenté en courant continu par le biais des installations photovoltaïques ou des batteries qui emmagasinent le courant de restitution. C’est un concept sur lequel nous travaillons activement à l’EEP.

Quel sera le rôle dans la production des réseaux intelligents ?

Les réseaux intelligents dans la production permettent de piloter les besoins énergétiques de manière ciblée. Les entreprises industrielles savent déjà limiter le plus possible les variations de puissance. Dès qu’une entreprise réussit à maintenir constante sa consommation énergétique, il est possible de l’augmenter ou de l’abaisser en partie en fonction des besoins.

Entre l’accumulation de chaleur et la mise en œuvre de ressources énergétiques alternatives, il existe plusieurs possibilités pour contrôler les besoins énergétiques qui apporteront leur contribution à double titre : dans les pays qui disposent d’une réserve élevée d’énergies renouvelables, les sites de production peuvent mieux réagir aux surcapacités et aux sous-capacités du réseau. Les réseaux intelligents permettent aux régions approvisionnées en énergie de manière classique d’éviter les pannes d’électricité, parce que les usines fonctionnent temporairement à un niveau d’énergie plus faible et au moyen de leurs propres ressources, comme une centrale combinée de chaleur et d’électricité.

Quels seront les facteurs favorables à l’efficacité énergétique ?

Tout d’abord, les avantages en termes de coûts, qui peuvent atteindre un pourcentage à deux chiffres sur les coûts de l’énergie, surtout par une entreprise n’ayant pas pris de dispositions jusqu’à présent. Ensuite, les clients s’intéresseront au type d’énergie avec lequel un produit a été fabriqué. Enfin, à mon avis, le principal facteur restera la pression exercée par la société et par les dispositions légales. Pour atteindre les objectifs d’émissions décidés dans l’accord de Paris sur le climat, il ne suffit pas d’agir uniquement du côté de la production d’énergie.

Les directives ne pourront être respectées que si l’efficacité énergétique progresse de manière considérable. La réglementation va sans doute être renforcée dans les prochaines années. Il est certain que les prix de l’énergie seront plus volatils. Les sites efficaces en énergie seront moins touchés par ces fluctuations et seront donc plus indépendants. Avec les réseaux industriels intelligents, les entreprises efficaces en énergie pourront même tirer parti de ces fluctuations.

Le professeur Alexander Sauer dirige depuis 2015 l’institut pour l’efficacité énergétique dans la production (EEP) de l’université de Stuttgart. Jusqu’en 2006, il était chef de département dans le laboratoire d’Aix-la-Chapelle pour la machine-outil et la formation en entreprise (WZL). Il dirigeait aussi le centre de compétences de fabrication des outils et des moules d’Aix-la-Chapelle. Il a ensuite travaillé chez un équipementier automobile où, en tant que membre de la direction, il était chargé des méthodes, de la logistique, de la maintenance et de la production.

Entre 2011 et 2015, il a dirigé le laboratoire de technologie industrielle appliquée de l’institut universitaire de sciences appliquées Munichois.