Réduction des consommations, conformité et performance énergétique.
Sur la plupart des projets de récupération de chaleur fatale, la contrainte n'est pas la quantité de chaleur disponible. C'est le décalage entre le moment où elle est produite et le moment où elle serait utile. Le stockage thermique est la réponse à ce décalage. Encore faut-il savoir quel type de stockage, pour quelle durée et à quel niveau de température.
Un cas typique. Un site industriel produit de la chaleur fatale en continu sur ses compresseurs d'air et ses groupes froids. Son besoin de chaleur, lui, est concentré : nettoyage en fin de poste, préparation d'un bain de lavage, chauffage de locaux le matin.
Sans stockage, la récupération ne se valorise qu'à hauteur de la concomitance : la part de chaleur disponible au moment où elle est demandée. Sur certains profils, cette part descend sous la moitié du gisement. Le reste repart en toiture.
Un autre cas, inverse. Un four industriel fonctionne par campagnes. La chaleur fatale est disponible par pics de forte puissance et absente entre deux. Le besoin, lui, est régulier. Sans stockage, il faut dimensionner l'échangeur et le réseau pour le pic, ce qui renchérit l'installation et dégrade son taux d'utilisation.
Dans les deux cas, le stockage fait la même chose : il découple la production de la consommation. Il permet de dimensionner l'échangeur sur une puissance moyenne plutôt que sur un pic, et de valoriser une part nettement supérieure du gisement.
Les trois questions à poser avant de dimensionner un stockage
Le stockage sensible est le plus répandu et le plus simple. Il consiste à chauffer une masse — de l'eau le plus souvent, parfois du béton, de la pierre ou du sable — et à récupérer la chaleur en la refroidissant. Sa capacité dépend de la masse, de la chaleur massique du matériau et de l'écart de température admissible. L'eau en est le support de référence pour les températures inférieures à 100 °C, avec une mise en œuvre bien maîtrisée sous forme de ballons tampons et de cuves.
Le stockage latent utilise un changement d'état, généralement la fusion et la solidification d'un matériau. Son intérêt est de stocker une quantité d'énergie importante dans un faible volume et à température quasi constante, autour du point de fusion du matériau. C'est ce que recouvre l'expression « batterie thermique ». Le choix du matériau détermine la température de service : il faut un point de fusion compatible avec la source et avec le besoin, ce qui restreint fortement les combinaisons utilisables.
Le stockage thermochimique repose sur une réaction réversible. Il offre la densité la plus élevée et des pertes très faibles dans le temps, mais il reste peu déployé industriellement.
Type de stockage · Support courant · Atout principal · Limite principale
La faute la plus courante est de dimensionner le stockage sur la puissance de la source. Un groupe froid rejetant 300 kW ne demande pas un stockage de 300 kW. Il demande un stockage capable d'absorber l'énergie produite pendant la durée du décalage.
Le calcul se fait sur deux courbes superposées, au pas horaire au minimum, sur une période représentative : la courbe de chaleur disponible et la courbe de besoin. L'énergie à stocker est l'intégrale de l'écart positif entre les deux, sur la plus longue période de décalage.
Deux conséquences pratiques. D'abord, ce calcul suppose des mesures et non des estimations. Un profil de besoin reconstitué à partir d'une facture mensuelle ne permet pas de dimensionner un stockage. Ensuite, le dimensionnement optimal n'est presque jamais celui qui couvre 100 % du décalage : la dernière tranche de capacité est la plus chère et la moins utilisée.
Un stockage ne crée pas de température. Il conserve celle qu'on lui donne, moins les pertes.
Si la chaleur récupérée est à 35 °C et que le besoin est à 60 °C, le stockage ne résout rien à lui seul. Il faut une machine thermodynamique pour remonter le niveau, et la question devient alors de savoir où la placer : avant le stockage, ce qui impose de stocker à 60 °C avec des pertes plus importantes, ou après, ce qui permet de stocker à basse température mais impose de faire fonctionner la machine au moment du besoin.
Ce choix a des conséquences économiques directes. Stocker à basse température réduit les pertes et le coût de l'isolation, mais oblige à dimensionner la pompe à chaleur sur la puissance de pointe du besoin. Stocker à haute température permet de dimensionner la machine sur une puissance moyenne, donc plus petite, mais augmente les pertes du stockage.
Il n'y a pas de réponse générale. Il y a un calcul, qui dépend du rapport entre la durée du besoin et la durée de disponibilité de la source.
Un stockage perd de la chaleur en permanence, proportionnellement à sa surface d'échange avec l'ambiance et à l'écart de température.
Sur un stockage journalier, ces pertes sont généralement acceptables et se traitent par l'isolation. Sur un stockage hebdomadaire ou saisonnier, elles deviennent dimensionnantes : un volume important présente un rapport surface sur volume plus favorable, ce qui plaide pour un gros stockage plutôt que plusieurs petits.
Un point souvent négligé : les pertes d'un stockage placé dans un local chauffé ne sont pas perdues, elles chauffent le local. Les pertes d'un stockage placé en extérieur le sont intégralement. L'implantation est donc un paramètre du bilan, pas seulement une contrainte de place.
Le stockage thermique n'a pas de fiche d'opération standardisée propre. Il se finance dans le cadre de l'opération dont il fait partie.
Sur un projet de récupération de chaleur fatale industrielle, le stockage entre dans l'assiette de l'opération. Sur un projet de récupération sur groupe de production de froid en tertiaire, le ballon de stockage d'eau chaude sanitaire fait partie intégrante de l'installation. Sur un dossier instruit par l'ADEME, l'assiette subventionnable couvre l'installation complète.
La conséquence est qu'il ne faut pas isoler le stockage du reste du projet dans le chiffrage. Un stockage présenté comme un poste à part se défend mal ; un stockage présenté comme ce qui porte le taux de couverture du besoin se défend bien, parce que c'est exactement son rôle.
Enregistrez le profil de la source sur une période représentative, au pas horaire : puissance thermique disponible et température de rejet. Sur un groupe froid, cela suppose de relever le fonctionnement réel des compresseurs, pas leur puissance de plaque.
Enregistrez le profil du besoin dans les mêmes conditions : puissance appelée et température requise. Un besoin d'eau chaude sanitaire se mesure en débit et en température, pas en nombre de points de puisage.
Superposez les deux et calculez l'énergie de décalage sur la période la plus défavorable. C'est ce chiffre, en kWh, qui dimensionne le stockage.
Vérifiez enfin la place disponible et sa qualification : charge au sol admissible, accès pour la mise en place, local chauffé ou non. Un stockage correctement dimensionné mais impossible à implanter ne sert à rien, et cette vérification se fait avant l'étude détaillée, pas après.
Sources : ADEME, La chaleur fatale (guide), https://librairie.ademe.fr · ADEME, Fonds Chaleur, https://www.ademe.fr · Fiche d'opération standardisée IND-UT-138 (récupération de chaleur fatale sur effluents d'un équipement industriel), ministère de la Transition écologique · Fiche d'opération standardisée BAT-TH-139 (système de récupération de chaleur sur un groupe de production de froid) · Agence Qualité Construction, dossier sur la récupération de la chaleur fatale, Revue Qualité Construction n° 210
