CHAUFFAGE ÉLECTRIQUE : LES DÉFIS DE L’INDUSTRIE

Last updated on août 22nd, 2022 at 11:15 pm

Professeur Alina Adriana Minea, Université technique « Gheorghe Asachi » de Iasi

Bd. D. Mangeron no.63, Iasi, 700050, Roumanie

E-mail : aminea@tuiasi.ro

Les nombreux avantages du chauffage électrique font qu’il est largement utilisé dans l’industrie malgré le prix plus élevé de l’énergie comparé à la combustion. Bien sûr, il y a toujours un équilibre à trouver entre le chauffage à combustion et le chauffage électrique. Leur utilisation dépend des processus spécifiques et de l’analyse économique et, dans tous les cas, le compromis entre les processus est le moteur du choix de la bonne méthode de chauffage.

L’un des principaux avantages de l’utilisation de l’électricité est la précision du contrôle de la température et de sa distribution à l’intérieur de l’enceinte chauffée, ainsi que la simplicité de l’équipement. Il convient de mentionner que le chauffage par combustion nécessite un équipement supplémentaire (par exemple, des échangeurs de chaleur, des canaux pour la collecte des gaz). En outre, les processus impliquant le chauffage électrique sont généralement plus rapides, plus propres, plus silencieux et ne rejettent pas une grande quantité de chaleur résiduelle dans l’environnement. 

De manière générale, le chauffage électrique est un processus plus écologique que les chauffages à combustion.

Les méthodes de chauffage électrique comprennent : 

• Le chauffage par résistance
• Le chauffage à l’arc électrique
• Le chauffage par induction
• Le chauffage diélectrique 

Ces méthodes sont classées en deux grandes catégories : le chauffage direct et le chauffage indirect. Dans chaque cas, le transfert de chaleur implique une combinaison de rayonnement, de convection et de conduction ; les deux premiers étant spécifiques aux fluides et se produisant simultanément. La troisième (c’est-à-dire la conduction) est spécifique aux solides.

Les spécificités de chaque processus diffèrent sur certains points essentiels. Par exemple, dans le soudage à l’arc, l’électricité est appliquée directement sur les pièces à souder. Dans le cas du chauffage par induction, la chaleur est créée à l’intérieur de la pièce.

Le choix du type de chauffage doit être fait en fonction de certaines considérations importantes. Il faut considérer le processus dans son ensemble et tenir compte des exigences spécifiques à l’industrie et du nombre d’équipements nécessaires à un processus particulier. En général, les mesures à prendre pour un four à chauffage électrique efficace sont, par exemple, les suivantes :

1. Une répartition uniforme de la chaleur
2. Le fonctionnement à la température souhaitée
3. La réduction des pertes de chaleur par les ouvertures du four
4. Le maintien d’un tirage correct dans le four
5. Une utilisation optimale de la capacité
6. Des pertes réfractaires minimales
7. L’utilisation de revêtements céramiques

Chaque étape décrite précédemment est essentielle et des mesures correctes doivent être mises en œuvre. Généralement à l’aide de méthodes de calcul exceptionnelles faisant appel à des techniques analytiques, numériques et expérimentales.

Atténuer les émissions de gaz à effet de serre

L’enjeu le plus important reste néanmoins l’augmentation des émissions de gaz à effet de serre (GES) au cours des dernières années. Par exemple, les États-Unis ont émis 6,7 GtCO2eq en 2018, répartis entre le transport (28 %), l’électricité (27 %), l’industrie (22 %), le secteur commercial et résidentiel (12 %) et l’agriculture (10 %) [1]. La majeure partie des émissions de GES dans la plupart des secteurs (par exemple, le transport, l’électricité et le résidentiel) proviennent de la combustion de combustibles fossiles. La diminution de l’empreinte carbone de la plupart des processus industriels et non industriels peut être abordée en remplaçant la combustion par des processus renouvelables et à faible teneur en carbone, un objectif majeur de ces dernières décennies. 

Pisciotta et al [2] ont décrit un aperçu intéressant de ce problème dans un article récent publié dans Progress in Energy and Combustion Science. Leur principale conclusion est qu’une expansion supplémentaire est nécessaire pour valider les technologies de four émergentes à l’échelle commerciale, en particulier le remplacement du gaz naturel par l’hydrogène dans les fours rotatifs et les fours à cuve, et la technologie des fours électriques à haut débit de matériaux.

Références :

1. U.S. EPA. Inventory of U.S. Greenhouse Gas Emissions and Sinks 1990-2018. 2020.

2. Maxwell Pisciotta, Hélène Pilorgé, John Feldmann, Rory Jacobson, Justine Davids, Shelvey Swett, Zachary Sasso, Jennifer Wilcox, Current state of industrial heating and opportunities for decarbonization, Progress in Energy and Combustion Science, 2022, 100982, https://doi.org/10.1016/j.pecs.2021.100982.

Biographie

Alina Adriana Minea est professeur titulaire à l’Université technique Gheorghe Asachi de Iasi, en Roumanie, et directrice du Conseil de coordination de l’école doctorale en génie des matériaux. Elle a publié plus de 140 articles et a écrit ou coécrit 17 livres, la plupart dans le domaine du transfert thermique. Ses recherches portent notamment sur le transfert de chaleur dans les équipements industriels, basé sur la modification de la géométrie de l’enceinte thermique et l’amélioration de la consommation d’énergie, ainsi que sur les nanofluides comme technique d’amélioration du transfert de chaleur.

Elle est actuellement membre du comité de rédaction régional de la revue Thermal Sciences, rédactrice adjointe du Journal of Thermal Science (Springer) et de l’International Journal of Thermophysics (Springer), rédactrice du Journal of thermal science and engineering progress (Elsevier) et rédactrice en chef de la revue IREHEAT. En 2013 et 2016, elle a reçu le prix du meilleur réviseur de Applied Energy, Elsevier. En 2016 et 2019, elle a reçu le prix du meilleur chercheur de l’Université technique Gh. Asachi de Iasi. Asachi from Iasi.

Ses principaux projets actuels sont « Nanouptake COST action » et « NanoRound ». Son travail actuel est basé sur des études numériques et expérimentales dans le développement de nouveaux fluides de transfert de chaleur.