Conception et essais d’un emballage
DS Smith, acteur majeur du secteur de l’emballage carton, a sollicité le Pôle Cristal afin de concevoir et valider le comportement thermique d’un emballage cartonné destiné aux produits frais.
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- DATE DE CREATION
- juin 4, 2024
Préfiguration des process industriels :
prendre le problème à la source
Pourquoi et comment améliorer l’efficacité énergétique et industriel des process ?
En France, l’industrie est le 4ème secteur qui émet le plus de gaz à effet de serre. Pour atteindre les objectifs de neutralité carbone fixés par la France d’ici 2050 (Green Deal, SNBC) et lutter contre le réchauffement climatique, les acteurs industriels doivent accélérer leur transition énergétique avec la mise en place d’actions concrètes.
Le développement de process de refroidissement plus respectueux du climat est capital et très complexe car il ne dépend pas uniquement de la performance du système de production de froid/chaud (utilités énergétiques) mais aussi de nombreux paramètres liés à l’environnement (météo) et au process : consignes de température, flux de produit, recettes, saisonnalité,etc… Autrement dit, si on veut réduire la facture, prenons le problème à la source ! Dans ce contexte, la préfiguration de process industriel représente un avantage indéniable que nous allons vous présenter dans cet article.
La transition dans le bon ordre
La décarbonation de notre société peut se réaliser à travers trois piliers de la transition énergétique :
- La sobriété énergétique = réduire le besoin
- L’ efficacité énergétique = améliorer le rendement du système
- L’usage des énergies renouvelables = remplacer les sources d’énergies fossiles par des sources pérennes et décarbonnées
Ces 3 termes désignent des stratégies complémentaires et correspondent à des actions distinctes. Elles doivent se succéder dans un ordre stratégique pour en retirer le maximum de bénéfices.
La sobriété énergétique est le premier pilier de transition énergétique à appliquer.
Elle consiste à réduire le besoin d’énergie en jouant sur la conception et en modifiant les usages. Il faut donc repenser la manière de produire, le système ou ses réglages, prioriser, ajuster la consommation au strict besoin et voire même accepter de réduire certains usages non essentiels avec la mise au point, la création ou le remplacement de process Si on utilise l’analogie de l’habitat, on renforce l’isolation, on réduit la consigne du chauffage, on réduit la durée des douches, etc…
Ensuite on utilisera l’efficacité énergétique pour réduire la demande en énergie.
L’efficacité énergétique désigne les stratégies et les solutions qui permettent de réduire la quantité d’énergie nécessaire à la satisfaction d’un même besoin. Cela passe par le pilotage de la performance (mesurer / améliorer) et la modification des utilités (modifier ou remplacer un générateur par un autre plus performant).
Enfin, on intègre les énergies renouvelables
pour réduire au minimum le recours au fossiles, ce qui nécessite souvent d’adapter le pilotage et/ou d’intégrer des systèmes de stockage d’énergie pour faire face à l’intermittence.Les process de réfrigération
Lors du remplacement ou de la création d’un process de refroidissement, on doit intégrer de nombreuses contraintes :
· Mise en œuvre soit rapide pour limiter les arrêts de production
· Mise au point aisée pour limiter les pertes de production
· Dimensionnement optimisé pour ne pas pénaliser le débit
· Process fiable pour limiter les risques
· Souplesse et adaptabilité afin d’accepter les évolutions de la production dans le temps
La prise en compte des ces contraintes ne favorise pas la recherche de la sobriété (ajuster le besoin au minimum) ni l’intégration de solutions innovantes (jugées plus risquées).
D’autant plus que les cinétiques de refroidissement en condition réelle d’exploitation sont souvent méconnues, ce qui rend difficile un dimensionnement ajusté. Et pour cause, la maîtrise de cette cinétique est le produit d’interactions entre plusieurs facteurs qui sont difficiles à maîtriser :
- Le comportement thermique du produit (piéceage recettes)
- L’ impact de l’emballage,
- La logistique interne de l’usine
- L’ itinéraire thermique des différentes étapes de process
- L’ homogénéité des températures dans les zones réfrigérées (cellule de refroidissement ou chambre froides)
En raison de cette complexité, Il est difficile, voire impossible de modéliser sans compléter par l’expérimentation.
Les bénéfices de la préfiguration industrielle
La préfiguration de process industriel telle que nous l’entendons se définit par un ensemble d’actions visant à obtenir l’ensemble des informations nécessaires à une conception ajustée du process de refroidissement, en levant les incertitudes sur les interactions entre les différents paramètres cités plus haut, et en identifiant ceux qui ont le plus d’impact sur le résultat attendu.
En amont de la réalisation d’un nouveau process ou d’une modification importante, intégrer cette étude de préfiguration présente de nombreux avantages à la fois pour le concepteur et l’exploitant
- Se donner la possibilité de tester plusieurs technologies/ configurations (choix éclairé)
- Avoir les éléments de décisions étayés pour faire des choix industriels qui ne sont pas basés sur des informations non vérifiées (dérisquer)
- Dimensionner les installations au juste besoin (sobriété + efficacité)
- Anticiper la mise au point (bien faire du 1er coup)
Etude de cas client
Une Coopérative maraichère a sollicité le Pôle Cristal dans le cadre de la réhabilitation de son site de production en raison d’une hausse d’activité. Cette coopérative assure l’agréage, le refroidissement, le stockage, le picking et le transport de fraises pour ses adhérents.
Pour rappel, la fraise est un produit furtif, fragile, avec une DLC courte et une forte saisonnalité. L’impact est de la cinétique de refroidissement est très important sur la qualité et la conservation
L’entreprise souhaite se doter d’un process de refroidissement et de stockage des fraises plus performant et à faible impact environnemental.
Pour préfigurer le process de refroidissement d’un futur site, nos équipes ont reproduit dans les cellules climatiques un couloir de refroidissement, en prenant en compte la réalité du terrain. L’objectif était de tester plusieurs configurations de refroidissement et mesurer l’impact sur les temps de refroidissement et la qualité des fruits
Les essais ont porté sur l’influence des paramètres de fonctionnement de la cellule sur la cinétique de refroidissement des fraises.
1ère étape : Vérification du comportement thermique entre les fraises et le produit de substitution utilisé
2ème étape : Évaluation des paramètres physiques (température, vitesse d’air,…)
3ème Étape : Étude de l’impact du process de refroidissement sur les fruits avec la configuration adaptée et qualifiée
La Coopérative maraichère dispose d’informations fiables pour construire au plus juste son futur entrepôt frigorifique de stockage de fraises. Dans ce cas, la préfiguration industrielle va permettre de penser et d’optimiser les paramètres de fonctionnement en fonction de la réalité du comportement des produits (température, orientation flux, guidage aéraulique, vitesse d’air, humidité, flux logistiques, temps de séjour). Elle a permis également d’identifier des voies de progrès en performance et en consommation d’énergie en travaillant sur le besoin (packaging, paramètres d’exploitation du système frigorifique) avec des gains durables à coût limité.
Projet collaboratif « COOL CONTROL»
Le projet COOL CONTROL vise à faire des économies d’énergie dans les usines agroalimentaires en relevant de quelques degrés les températures de travail dans les ateliers, tout en assurant une qualité sanitaire des produits.
Vous avez une question sur la préfiguration des process industriels ? Contactez-nous !
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