eco-conception des installation frigorifiques et outils d’évaluation de...
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Eco-conception des installation frigorifiques et outils d’évaluation de leurimpact environnemental
Eco-conception des installation frigorifiques et outils d’évaluation de leurimpact environnemental
Mohammed Youbi-IdrissiChargé de Recherche, Cemagref
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 1
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Plan de l’intervention
Introduction à l’éco-conception
Analyse du cycle de vie :principes
Etapes de l’ACV
Outils d’évaluation d’impact environnemental en génie frigorifique
Exemple de l’éco-conception en génie frigorifique
Exemple d’application d’ACV
Exercices
Discussions et questions
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Introduction à l’éco-conception
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Tout procédé ou produit a des impacts sur l’environnement et ce, notamment, au niveau de cinq étapes principales du cycle de vie, liées àdes acteurs différents
La conception des produits se doit d’intégrer aujourd’hui ces impacts pour les minimiser, notamment sur sept axes majeurs :
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Introduction à l’éco-conception
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� Leur production nécessite des matières premières, de l’énergie, de l’eau…
� Certains peuvent consommer, notamment lors de leur phase d’utilisation,
d’autres matières premières (fluides de process, …), de l’énergie, de l’eau…
� D’autres étapes peuvent également être influentes (opérations de nettoyage,
de maintenance…) avec les risques de pollutions que comportent les produits
mis en œuvre, leurs effluents ou leurs déchets
� Après leur utilisation, les produits et emballages génèrent d’autres émissions
polluantes, notamment lors de leur élimination
� Les produits abandonnés polluent (les métaux lourds peuvent se diffuser dans
les sols et perturber les éco-systèmes)…
Pourquoi les produits ontPourquoi les produits ont--ils des impacts sur lils des impacts sur l’’environnement ?environnement ?
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Introduction à l’éco-conception
Définition :
L’éco-conception ou éco-design consiste à intégrer la dimension
environnementale dès la conception des produits (services ou process)
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� L'attention n'est plus focalisée exclusivement sur un site mais sur un produit
en s'intéressant aux différents stades de son cycle de vie. L'objectif étant
de réduire son impact, l'intervention le plus en amont possible lors de son
élaboration s'avère être la méthode la plus efficace en terme de résultats et
de coûts
� L'amélioration de la performance environnementale ne saurait se faire au
détriment des performances techniques attendues
� De manière générale, un accroissement des performances techniques est
observé suite à la démarche d'éco-conception
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Introduction à l’éco-conception
Intérêt de l’éco-conception
1. Respect de l’environnement
2. Respect de la réglementation
3. Facteur d’innovation
4. Répondre aux attentes des clients
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Elle peut aider les entreprises à repositionner leur stratégie en y associant
l'environnement. C'est une opportunité pour développer une nouvelle offre
qui peut s'avérer être un avantage concurrentiel au vu des demandes
naissantes du marché
Concevoir des produits fonctionnels, économes, durables, sûrs, c'est
affirmer que " des produits de qualité sont aussi de qualité
environnementale
Il est essentiel de connaître la réglementation en vigueur mais il est
également souhaitable de pouvoir l’anticiper
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Eco-conception : approches & méthodes
� L’éco-conception recouvre plusieurs approches que l’on peut regrouper en deux catégories :
1. les méthodologies d’analyse
2. les méthodologie de conception
Le couplage entre les approches de ces deux catégories permet d'avoir une démarche globale
d'éco-conception
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Les méthodologies de conception
Elles consistent à améliorer la performance environnementale du produit par rapport à une ou plusieurs étapes de son cycle de vie (sans transfert de pollutions) Elles visent à rendre compatible le produit avec des critères environnementaux bien définis à des étapes précises de son cycle de vie
� Méthodologies en vue d'optimiser le produit par rapport aux aspects
« fabrication » : choix des matériaux et des technologies mis en œuvre
pour la matérialisation de l'objet
� Méthodologies en vue d'optimiser le produit par rapport à son utilisation
ou sa fin de vie. On trouve sous ce registre des concepts tels que
« démontabilité », « recyclabilité », « remise à niveau »,
« réutilisation », « facilité de maintenance », « éco-efficacité »
� Méthodologies en vue d'optimiser le produit par rapport à la
préservation des ressources naturelles. Les concepts qui se rattachent
à cette approche sont : « l'éco-efficacité », l'utilisation de matériaux
recyclés
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Les méthodologies d’analyse
Elles ont pour objectif d'identifier et d'évaluer les impacts sur l'environnement dus au produit en tant que tel
Il est fréquent de voir dans la littérature des expressions telles que :
� « Approche du berceau Approche du berceau àà la tombela tombe » pour illustrer l'approche
cycle de vie
� « Approche multicritApproche multicritèèrere » pour préciser qu'on s'intéresse à
l'ensemble des compartiments environnementaux : ressources, rejets,
transformation des milieux naturels et du cadre de vie
Le système est analysé sur l'ensemble de son cycle de vie (depuis l'extraction des matières premières jusqu'à l'élimination du produit) et relativement aux différents compartiments de l'environnement (eau, air, sols, déchets, bruits, énergie, matières premières...).
L'intérêt d'une telle approche est d'éviter les transferts de pollutions d'une phase du cycle de vie vers une autre, ou d'un compartiment à un autre
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Démarche
Les six recommandations pour lLes six recommandations pour l’é’écoco--conception dconception d’’un produit :un produit :
Les substances toxiques, tu éviteras
La consommation d'énergie et de ressource dans les phase de production, de transport et d’utilisation, tu économiseras
Pour les matériaux de qualité technique et environnementale, tu opteras
A l’adaptation et l’évolution du produit, tu réfléchiras
Au recyclage des matières en fin de vie du produit, tu penseras
Les performances techniques à travers la certification, les labels, les manuels, … tu communiqueras
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Analyse du Cycle de Vie : ACV
Introduction / HistoriqueIntroduction / Historique
Années 60 : Premières études (énergétiques)
Années 70 : Pb des ressources et des produits (REPA : Ressource and Environmental Profile Analysis)
Fin des années 80 : mouvements environnementaux croissants mais aussi crise du Koweit � besoin d’outils d’analyse environnementale…
But : couvrir toute la vie d’une machine� approche « cradle to grave »
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Analyse du Cycle de Vie : ACV
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ACV / ACV / LCA LCA «Compilation et évaluation des consommations d’énergie, des utilisations de matières premières, et des rejets dans l’environnement, ainsi que l’évaluation de l’impact potentiel sur l’environnement associé à un produit, ou à un procédé, ou à un service, sur la totalité de son cycle de vie »
Acquisition matières 1ères
Transformation / Transport
Fabrication du produit
Transport / Vente
Utilisation/Maintenance/Stockage
Fin de vie / recyclage
Énergie
Matières 1ères
Émissions
Déchets liq.
Déchets sol.
Co-produits
Autres…
Ent
rées
sort
ies
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Analyse du Cycle de Vie : ACV
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Quelle mQuelle mééthode ?thode ?
� Rassembler un inventaire de tous les flux entrant ou sortant
� Évaluer les impacts environnementaux potentiels associés à ces entrées et
sorties
� Interpréter les résultats
Définition des objectifs
Inventaire du cycle de vie
Évaluation des impacts
Interprétation,
Synthèse,
Recherche
d’amélioration
Les diffLes difféérentes rentes éétapes dtapes d’’une ACVune ACV
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Analyse du Cycle de Vie : ACV
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Comment conduire lComment conduire l’é’étude ?tude ?
Découper le processus global en processus élémentaires
Flux "économiques"
Entréesproduits, énergie, service…
Sortiesproduits, énergie, service…
Flux environnementaux
Ressourcesmatières 1ères, occupation de surface…
Rejetsémissions gazeuses, liquides, bruits…
Processusélémentaire
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Analyse du Cycle de Vie : ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 15
Applications de Applications de ll’’ACVACV� Évaluer les impacts environnementaux associés à un produit existant
ou nouveau
� Quantifier les rejets dans l’air, l’eau, le sol à chaque stade d’un processus ou de la vie d’un produit
� Comparer les impacts entre 2 produits/ processus ou plus
Limites de Limites de ll’’ACVACV� Problème de l’obtention des données
� Qualité variable des données
� Demande du temps et des ressources
� L’ACV n’est qu’un outil d’aide à la décision parmi d’autres (économiques p.ex)
� L’ACV ne permet pas d’analyser des phénomènes locaux, ni dépendant du temps
� Les processus considérés sont linéaires
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Analyse du Cycle de Vie : ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 16
Les normes ISOLes normes ISO
� 1989 : Travaux précurseurs de la SETAC(Society of Environmental Toxicology and Chemistry)
� Série ISO 14000 : Problématiques environnementales� Série ISO 14040 : ACV
� Normes traitant des aspects techniques et organisationnels de l’ACV
� ISO 14040 (1997) : Principes et cadre de travail
� ISO 14041 (1998) : Définition des objectifs et Inventaire
� ISO 14042 (2000) : Analyse des impacts
� ISO 14043 (2000) : Interprétation
� TR 14049 (1999) : Rapport technique présentant des exemples d’inventaires
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Etapes de l’ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 17
Phase I : DPhase I : Dééfinition des objectifs finition des objectifs
But : Donner le cadre et le contexte de l’étude
Etape I.1 : objectifs de lEtape I.1 : objectifs de l’é’étudetude
� Informations générales
� Raisons ayant conduit à cette étude
Etape I.2 : DEtape I.2 : Dééfinition des frontifinition des frontièères res
� Caractéristiques temporelles et spatiales
� Technologies assumées
� Frontières du système étudié (exclusion éventuelle de certaines opérations)
� Impacts environnementaux traités
� Niveau de complexité
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Etapes de l’ACV
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Etape I.3 : Flux de rEtape I.3 : Flux de rééfféérencerence
� Identifier et décrire la « fonctionnalité » attendue
� Définir l’unité fonctionnelle
� Éventuellement sélectionner d’autres produits permettant d’avoir la même fonctionnalité
� Déterminer, pour chaque produit, les flux de référence permettant de remplir la fonctionnalité
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Etapes de l’ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 19
Phase II : Inventaire du cycle de vie Phase II : Inventaire du cycle de vie
But : Quantifier les différents flux
� Cut-off et allocation
� Complexité du diagramme
Etape II.1 : REtape II.1 : Rééalisation du diagramme de fluxalisation du diagramme de flux
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Etapes de l’ACV
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Etape II.2 : Rassemblement des donnEtape II.2 : Rassemblement des donnééeses
� Se définir une « qualité attendue »
� Définir des catégories de données
� Décrire chaque processus unitaire à l’aide des données collectées
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Etapes de l’ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 21
Etape II.3 : Etape II.3 : CutCut--off et estimation des donnoff et estimation des donnééeses
� pour des processus identiques dans le cas de différentes alternatives
� y préférer l’estimation, si c’est possible
Etape II.4 : Calcul et rEtape II.4 : Calcul et réésultats de lsultats de l’’inventaireinventaire
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Etapes de l’ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 22
Phase III : Phase III : ÉÉvaluation des impactsvaluation des impacts
But : Évaluer en terme d’impacts, les résultats de l’inve ntaire
� Choix d’une technique d’évaluation
� orientée vers les problèmes ("mid-point approach")
� orientée vers les dommages ("end-point approach")
� Eco-indicateurs
� Sélection des catégories d’impact
dans le cas d’une approche orientée problèmes
Etape III.1 : Choix des indicateursEtape III.1 : Choix des indicateurs
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Etapes de l’ACV
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Exemple : changement climatique Exemple : changement climatique
� Indicateur de l’effet de serre [kg-CO2eq]
� à partir des résultats de l’inventaire, c.a.d. des émissions de
GES [kg]
� facteurs de caractérisation issus d’un modèle (IPCC) : GWP
(à l’horizon de 100 ans) pour les différents GES [kg-
CO2eq/kg-émis]
� autres facteurs (ou méthodes) de caractérisation : GWP20 ,
GWP500 …
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Etapes de l’ACV
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Etape III.2 : CaractEtape III.2 : Caractéérisation des impactsrisation des impacts
� Classification des impacts (Qualitatif)
� Attribution d’un impact à plusieurs catégories
� Les flux non évalués
� Évaluation des indicateurs (Quantitatif)
� Quantifier en un seul terme les impacts des flux rattachés à une même catégorie
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Etapes de l’ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 26
Etape III.3 : Evaluation globale des impactsEtape III.3 : Evaluation globale des impacts
� Normalisation
Calculer un profil normalisé en divisant chaque catégorie par un facteur de normalisation
� Étapes optionnelles (à utiliser avec précaution)
Classement/Regroupement : Réunir plusieurs catégories d’impact, les classer…
Pondération : Dans le but d’obtenir un unique indicateur…
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Etapes de l’ACV
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Les résultats de cette phase…
Profil environnemental
Profil pondéré
Profil normalisé
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Etapes de l’ACV
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Phase IV : InterprPhase IV : Interpréétation tation
But : Prendre du recul par rapport à l’évaluation des impacts
Etape Etape IV.1IV.1 : Consistance et Repr: Consistance et Repréésentativitsentativitéé
� L’étude est-elle consistante ?� L’étude réalisée est-elle en accord avec la définition des
objectifs ?� Dans le cas d’une comparaison, quelles sont les différences
dans le traitement des alternatives ?� Si des inconsistances sont trouvées…
� L’étude est-elle complète ?� En demandant l’avis d’experts, en comparant avec des
études déjà réalisées� Dans le cas d’une comparaison, bien faire attention aux
allocations et aux Cut-off
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Etapes de l’ACV
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Etape IV.2 : Analyse des contributionsEtape IV.2 : Analyse des contributions
� Contribution :� des processus,� des flux
� Au niveau :� de l’inventaire,� du profil environnemental,� du profil environnemental normalisé,� du profil pondéré
� Sous la forme :� de tableaux,� de graphes
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Etapes de l’ACV
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Etape IV.3 : Analyse Etape IV.3 : Analyse PerturbativePerturbative
� Analyse par perturbations� Effet de petites variations sur le résultat final pour tous les
flux : environnementaux, mais aussi économiques� Méthode :
� Faire varier successivement chaque flux de 1%� Regarder l’effet relatif sur les résultats (de l’inventaire, du
profil environnemental, du profil environnemental normalisé, du profil pondéré)
� Le rapport des deux donne le facteur de perturbation
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Etapes de l’ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 32
Etape IV.3 : Conclusions et recommandations Etape IV.3 : Conclusions et recommandations
� Résumer les points essentiels
� Conclure sur l’étude en rapport avec la définition des objectifs et les résultats trouvés
� Utiliser les analyses de la phase IV pour commenter pertinemment les résultats
� Souligner les limites de l’étude
� Dans le cas d’une comparaison, donner la signification et la portée des différences dans les résultats
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Etapes de l’ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 33
Conclusion sur lConclusion sur l’’ACV ACV
� Démarche scientifique, outil puissant
� Permet d’appréhender :� un nombre important d’indicateurs,� sur toute la vie d’un produit
� Dans la démarche :� il est nécessaire de faire des suppositions mais…� il est aussi essentiel de les justifier
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Outils d’évaluation d’impact en G.F.
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5
1
234
56
P
h1
234
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P
h1
234
56
P
h
Cycle réel
Qo
Qk
WFrigorigène
Consommables :�Electricité�Frigorigène et lubrifiant
W
QCOP o=
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Outils d’évaluation d’impact en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 35
� Fluides naturelsNH3, HC, CO2
� CFC : ChloroFluoroCarburesMolécules très stables, destructrices d’ozone (ODP élevé), premier frigorigène synthétique
� HCFC : HydroChloroFluoroCarburesMolécules moins stables que CFC, destructrices d’ozone (ODP faible), fluides de transition
� HFC : Hydrofluorocarbures ODP = 0, fluides de substitution
CFC/HCFC/HFC participent CFC/HCFC/HFC participent àà ll’’effet de serreeffet de serreSoumis Soumis àà des contraintes rdes contraintes rééglementairesglementaires
Types de frigorigTypes de frigorigèènes nes
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Outils d’évaluation d’impact en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 36
RRééglementation des frigorigglementation des frigorigèène en Europe ne en Europe
� Protocole de Montréal (1988) : Suppression des fluides ayant une action sur l’ozone stratosphérique (CFC, HCFC)
� Protocole de Kyoto : Réglementation d’utilisation des fluides ayants une action sur l’effet de serre (HFC)- Ratifié par l’UE en 2002, entré en vigueur en février 2005
après la signature de la Russie - Les états de l’union doivent réduire collectivement leurs
émissions de GES de 8% entre 2008 et 2012- Moyens pour atteindre les objectifs de ce protocole : efficacité
énergétique, développement des sources d’énergie renouvelable, promotion de formes d’agriculture durable, collaboration et échange d’expérience et d’information, …
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Outils d’évaluation d’impact en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 37
RRééglementation des frigorigglementation des frigorigèène en Europe ne en Europe
� Directive Européenne F-gaz (17/05/2006) :- S’appliquera au 4/07/2007 à tous les GES contenus dans les équipements de froid, climatisation, pompes à chaleur, …- L’étanchéité des équipements doit être contrôlée selon une fréquence définie (chaque 3 mois pour les installations contenants >300 kg)- Des mesures de récupération des fluides résiduels doivent être mises en places - Les opérations de maintenance et de contrôle doivent se faire par du personnel qualifié et certifié- A partir du 1/01/2011, les nouveaux types de véhicules équipés de climatisation dont le GWP>150 ne peuvent pas obtenir « CE »- A partir du 01/01/2007, les véhicules neufs équipés de climatisation dont le GWP>150 ne peuvent pas obtenir « CE »
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Outils d’évaluation d’impact en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 38
Substituts des CFC Substituts des CFC
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Outils d’évaluation d’impact en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 39
GWP : GWP : Global Warming PotentialGlobal Warming Potential(Potentiel de r(Potentiel de rééchauffement planchauffement planéétaire) taire)
Il caractérise la participation d’un frigorigène à l’effet de serre. Il est calculé pour une durée déterminée ( 20 , 100 ,500 ans...), par rapport
au CO2 auquel on attribue un GWP = 1
<1HCR600a
4 300HFCR143a
120HFCR152a
1 300HFCR134a
1 500HCFCR22
8 100CFCR12
GWP100ans (téq. CO2)TypeFluide
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Outils d’évaluation d’impact en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 40
Total Equivalent Warming Impact approach : TEWITotal Equivalent Warming Impact approach : TEWI
Il characterise l’impact d’une installation frigorifique sur l’effet de serre� Impact direct : fuites du frigorigènes� Impact indirect : CO2 rejeté lors de la production d’électricité
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Outils d’évaluation d’impact en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 41
A
E
r
n
f
M
GWP100 Global Warming Potential of refrigerant
Masse de fluide frigorigène
taux de fuite annuel
Nombre d’années de service
facteur de récupération de fluide en fin de vie
Consommation électrique
Emission de CO2 par 1 kWh consommé
( )( ) AEnMrMnfGWPTEWI 1 100 +−+=direct indirect
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Outils d’évaluation d’impact en G.F.
Valeur moyenne de la quantité de frigorigène émise courant une année, liée à l’utilisation de l’installation � Installation neuve : 5%� Installation existante
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 42
Taux de fuite annuelTaux de fuite annuel
5%5%10%Amélioration espérée
7%7%15%Amélioration moyenne
10%15%22%Pratiques habituelles
Climatisation fixe
Froid industriel
Froid commercial
Scénario
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Outils d’évaluation d’impact en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 43
Emission de CO2/kWhEmission de CO2/kWh
0.84Danemark 0.29Belgique
0.98Grèce0.48Espagne
1.08Luxembourg0.59Italie
0.5Moyenne UE0.6Allemagne
0.7Irlande0.24Finlande
0.64Portugal0.2Autriche
0.64Pays-Bas0.1France
0.64Royaume Uni0.04Suède
kg CO 2/kWhPayskg CO 2/kWhPays
Il dépend du mode de production de l’électricité
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Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 44
Dans les applications de la réfrigération et du conditionnement d’air, une démarche éco-conception doit permettre la réduction de l’impact environnemental du système frigorifique complet
Axes d’amélioration
� Confinement du frigorigène
� Réduction de la charge
� Réduction de la consommation en électricité
� Choix des matériaux pour les composants
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Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 45
Confinement du frigorigConfinement du frigorigèène : un devoirne : un devoir
Sources des fuites :� Manipulation (opération de maintenance ou en fin de vie des
installations)� Qualité des composants
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Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 46
RRééduction de la chargeduction de la chargeCompresseur
0.67%
Evaporateur 18.67%
Bouteille liquide 33.33%
Condenseur 26.00%
Conduite liquide 21.33%
Condenseur 39%
Conduite liquide 32%
Evaporateur 28%
Compresseur 1%
Où se trouve le fluide ?
0.8 à 4 kg de fluide par kW
frigorifique
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Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 47
RRééduction de la chargeduction de la charge(Travaux de (Travaux de H.MacchiH.Macchi et D. et D. LeducqLeducq, 2000, 2000--2005)2005)
� Réduire la masse, c’est réduire les diamètres hydrauliques des tuyaux et des échangeurs (15% du problème)
�Utilisation des mini-canaux (Dh = 0.5 à 3 mm)
�Compromis entre réduction du volume et augmentation des pertes de charge
� Mais réduire le TEWI, c’est aussi (et surtout) réduire les consommations énergétiques (85% du problème)
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Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 48
RRééduction de la chargeduction de la charge(Travaux de (Travaux de H.MacchiH.Macchi et D. et D. LeducqLeducq, 2000, 2000--2005)2005)
Problématique scientifique:
� Les lois de transfert et de pertes de charges, sont-elles transposables à ces faibles diamètres hydrauliques ?
� Est-il possible de maîtriser (modéliser) les probables problèmes de distribution de fluide ?
� Existe-t-il un optimum pour la fonction
TEWI = Σf(Dhcomposant)
(compromis perte de charge / consommation énergétique)
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Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 49
� Deux installations en parallèle� même chambre froide (47 m3)� même fluide (R404A)� même puissance frigorifique
• 4 kW à -20°C� Installation classique
• Mise en place par un intervenantextérieur
� Prototype à charge réduite
� Comparaison� Charge en frigorigène� Performances énergétiques� Impact sur l’effet de serre (TEWI)
Toiture
Condenseurà air
MurMachinefrigorifique
Plafonddu couloir
Cellule 7
Plancheren bois
Plateau
Frigorifère2 évaporateurs à air
2 condenseurs à air
2 groupes frigorifiquesen //
PrincipePrincipe
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Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 50
Toiture
Condenseurà air
MurMachinefrigorifique
Plafonddu couloir
Cellule 7
Plancheren bois
Plateau
FrigorifèreEvaporateur à air
Condenseur à airGroupe frigorifique
Installation classiqueInstallation classique
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Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 51
Installation compacte (innovInstallation compacte (innovéée)e)
diamètre 6mm
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Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 52
Résultats sur la masse
0,191,4Ratio de charge
(kg/kW froid)
0,737,093TOTAL
0,33Bouteille
accumulatrice
0,0070,013Compresseur
0,1051,225Conduite de liquide
0,21,225Evaporateur
0,121,63Condenseur
Prototype à mini-canaux
Installation classique
réduction de 90%
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Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 53
Résultats sur le COP
1
1,2
1,4
1,6
1,8
-30 -25 -20 -15
Température d'évaporation [°C]
CO
Pg
lob
al
Installation classique
Prototype
Amélioration de 10%
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Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 54
Résultats sur le TEWI
0
20 000
40 000
60 000
80 000
100 000
120 000
140 000
160 000
Tewi indirectTewi direct
-20 -15
-10 -5température de cellule (°C)
TE
WI g
loba
l (kg
CO
2)
Machine classique
prototype mini-canaux
-66% dont -20% sur l'indirect -90% sur le direct
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Eco-conception en G.F.
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RRééduction de la charge : autres techniqueduction de la charge : autres technique
� Utilisation d’une ligne liquide intégrée (les 2 conduites nécessaires à une installation classique remplacées par 1 conduite à D réduit coaxiale)
condenseur à mini-canaux
Ligne Liquide Intégrée
Conduite de vapeur diamètre 22 mm
Isolant thermique
Conduite de liquide diamètre 4mm
� Production du froid indirect via des boucles secondaires de fluide frigoporteur (eau glycolée, coulis de glace, CO2, …)
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Eco-conception en G.F.
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EfficacitEfficacitéé éénergnergéétique : quelques mesurestique : quelques mesures
� Raisonner en terme du COP saisonnier� Réduire les fluctuations de température d’évaporation et de
condensation� Intensifier les échanges thermiques dans les composants
échangeurs� Améliorer les rendements de compresseurs, ventilateurs, …� Réduire les irréversibilités � Valoriser les pertes thermiques� …
−=
ok
oex TT
TCOP η
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Exemple d’application d’AVC en G.F.
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Objectif
S’appuyer sur les résultats de l’ACV pour
répondre à une question récurrente :
Quelle technologie de froid est bénéfique
pour l’environnement ?
Refroidissement direct ou indirect ?
ObjectifObjectif
S’appuyer sur les résultats de l’ACV pour
répondre à une question récurrente :
Quelle technologie de froid est bénéfique
pour l’environnement ?
Refroidissement direct ou indirect ?
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Exemple d’application d’AVC en G.F.
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Eau ou air
Eau ou air
condenseur
évaporateur
Eau ou air
Eau ou air
condenseur
Fluide médium- Eau,- CO2 diphasique- Mélange eau/Nh3- Coulis de glace
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Exemple d’application d’AVC en G.F.
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Eau ou air
Eau ou air
condenseur
évaporateur
Eau ou air
Eau ou air
condenseur
Fluide médium- Eau,- CO2 diphasique- Mélange eau/Nh3- Coulis de glace
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Exemple d’application d’AVC en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 60
� Avantages :*Technologie simple*Savoir faire acquis *Économe en énergie ???*Moins coûteux à établir
� Inconvénients :*Choix limité du type de frigorigène*Hétérogénéité de la température de surface d’échange (et du produit à refroidir) *Givrage irrégulier *Grande quantité de frigorigène*Taux de fuite élevé
Froid directFroid direct
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Exemple d’application d’AVC en G.F.
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Froid indirectFroid indirect
� Avantages :*Simplification de la distribution de froid à de nombreux postes utilisateurs, à partir d’une machine frigorifique unique*Salle des machines isolée (sécurité, moins de bruit, maintenance)*Choix large du frigorigène *Réduction du volume du circuit frigorifique et de la charge en frigorigène*La machine étant plus compacte, les conduites sont plus courtes et les pertes de charge diminuent*Meilleur confinement du frigorigène*Meilleure efficacité des échangeurs *Givrage plus uniforme
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Exemple d’application d’AVC en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 62
Froid indirectFroid indirect� Inconvénients :
*Abaissement de la température de vaporisation : il y a deux écarts à prendre en compte et
*Rendement thermodynamique « théorique » plus réduit
*Augmentation de la consommation énergétique via les pompes
*Coût total de l’installation plus élevé (circuit frigoporteur, réservoirs, isolations, pompes)
*Encombrement souvent accru
*Possibilité de difficultés dans le choix du frigoporteur acceptable
*Certains frigopoteurs sont encore en étude : manque de données
{ }fpair TT − { }frfp TT −
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Exemple d’application d’AVC en G.F.
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Compte tenu des différences profondes de structure entre le
système direct et indirect, les éléments de comparaison ne
peuvent porter que sur le maintien en température des
produits, les température d’air de soufflage, les températures
d’évaporation, les consommations énergétiques et les
performances environnementales.
Compte tenu des différences profondes de structure entre le
système direct et indirect, les éléments de comparaison ne
peuvent porter que sur le maintien en température des
produits, les température d’air de soufflage, les températures
d’évaporation, les consommations énergétiques et les
performances environnementales.
Analyse de cycle de vie : outil de comparaison et de décisionAnalyse de cycle de vie : outil de comparaison et de décision
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Exemple d’application d’AVC en G.F.
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Etape 1 : DEtape 1 : Dééfinition de lfinition de l’’objectifobjectifComparer deux d'installations de distribution de froid direct et indirect produisant
chacune 150 kW à -6°C et 450 kW à 3°C en France et en Allemagne.
Comparer deux d'installations de distribution de froid direct et indirect produisant
chacune 150 kW à -6°C et 450 kW à 3°C en France et en Allemagne.
air
air
Tch = -6°C
Tch = +3°C
kWQ 4500=
kWQ 1500=
T0 = -14°C
-10°C
-7°C -3°C
-6°C
T0 = -28°C
-25°C
-21°C
Tk = +3°C
air
airTch = +3°C
kWQ 4500= T0 = -10°C
air
airTch = -6°C
kWQ 1500= T0 = -25°C
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Exemple d’application d’AVC en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 65
Etape 2 : REtape 2 : Rééalisation de lalisation de l’’inventaireinventaireHypothèsesHypothèses
10% de la Puissance frigo-Travail des pompes
25% / an25% / anTaux de fuite
Alcali (eau/NH3)Eau glycolée
-Frigoporteur
R404AR404AFluide frigorigène
7j /j 7 et 16 heures / j7j /j 7 et 16 heures / jFonctionnement
15 ans15 ansDurée de vie
Froid indirectFroid direct
Matières premières considérées : - Acier (canalisations, échangeurs, compresseurs)- Aluminium (ailettes des batteries)- Cuivres (tubes des batteries, compresseurs)- Huile synthétique (compresseurs)
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Exemple d’application d’AVC en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 66
Inventaire du système directInventaire du système direct Electricité Fluide frigorigène Lubrifiants Acier Aluminium Cuivre
Caractéristiques kW kg dm 3 kg kg kg
Condenseur 1 Fournisseur ALFALAVAL : AL-AC606/6 Condenseur à air : batteries à ailettes
2 unités de 300 kW chacune 48 221 - 524 712 1384
Bouteille 1 Volume interne : 450 dm3 Taux de remplissage : 60%
- 268 - 55 - -
Compresseur 1 Fournisseur BITZER : 6F.2Y
Compresseur à pistons ouverts 5 unités de 30,7 kW chacune
153.5 - 24 1200 - -
Evaporateur 1 Fournisseur ALFALAVAL : CGL6-S Echangeur à air : batteries à ailettes
165 unités de 2,8 kW chacune 4 49 - 396 76 1508
Canalisations liquides 1000 m de canalisation - 25 - - - 420
Condenseur 2 Fournisseur ALFALAVAL : ACCS303 Condenseur à air : batteries à ailettes
2 unités de 110 kW chacune 16 117 - 244 284 690
Bouteille 2 Volume interne : 150 dm3 Taux de remplissage : 60%
- 90 - 32 - -
Compresseur 2 Fournisseur BITZER : 6G.2Y
Compresseur à pistons ouverts 4 unités de 19 kW chacune
76 - 19 912 - -
Evaporateur 2 Fournisseur ALFALAVAL : CGL6-S Echangeur à air : batteries à ailettes
40 unités de 2,8 kW chacune 1 12 - 96 37 347
Canalisations liquides 1000 m de canalisation - 25 - - - 420
Total 298.5 807 43 3459 1109 4769
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Exemple d’application d’AVC en G.F.
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Inventaire du système indirectInventaire du système indirect
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Exemple d’application d’AVC en G.F.
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� Choix des indicateurs
*Changement climatique : quantité totale de CO2 émise pour chaque système (IPCC GWP 100a)
*Épuisement des ressources naturelles
*Qualité de l’écosystème
*Santé humaine
� Outils
Base de données de SIMAPRO 6
Etape 3 : Evaluation des impactsEtape 3 : Evaluation des impacts
Eco Indicateur 99 E/V2.1
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Exemple d’application d’AVC en G.F.
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Electricité
Frigorigène
Froid direct en France
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Exemple d’application d’AVC en G.F.
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Electricité
Frigorigène
Froid direct en Allemagne
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Exemple d’application d’AVC en G.F.
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Electricité
Frigorigène
Froid indirect en France
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Exemple d’application d’AVC en G.F.
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Exemple d’application d’AVC en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 73
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Exemple d’application d’AVC en G.F.
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Exemple d’application d’AVC en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité 06 Nov. 2006 75
Tenant compte des hypothèses que nous avons considéré :
L’utilisation du refroidissement indirect indirect est
bénéfique aussi bien qu’en France qu’en
Allemagne mais avec des proportions différentes
LL’’ utilisation du refroidissement indirect indirect est utilisation du refroidissement indirect indirect est
bbéénnééfique aussi bien qufique aussi bien qu’’ en France quen France qu’’ en en
Allemagne mais avec des proportions diffAllemagne mais avec des proportions difféérentesrentes
1. Les émissions de CO2 sont réduites d’un tiers en Allemagne alors qu’elles sont divisées par 3 en France
2. Les ressources naturelles sont économisées d’environ 65% en Allemagne et de 80% en France
3. Les émissions influant sur la santé humaine sont réduites de 17% en Allemagne et de 40% en France
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Exemple d’application d’AVC en G.F.
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Contraintes rencontrées lors de la réalisation de l’étude ACV :
� Acquisition des données auprès des fournisseurs
� Durée relativement longue pour la réalisation de l’inventaire
� Difficulté de généraliser à partir d’une étude de cas
� Difficulté d’interprétation des résultats
� Sensibilisation des professionnels/partenaires à l’importance
des renseignements supplémentaires obtenus par l’ACV