Thermodynamique & efficacité énergétique pour une industrie bas carbone

Si le mot « thermodynamique » évoque chez certains des souvenirs de physique lointains, ses applications sont bien concrètes dans nos entreprises, nos bâtiments, nos systèmes de production ou de chauffage. Cette science nous rappelle une vérité physique implacable : chaque transformation d’énergie engendre des pertes. En comprendre les mécanismes, c’est se donner les moyens d’agir efficacement vers une transition énergétique durable et rentable.

Quels sont les grands principes de la thermodynamique ? Comment les transformer en actions concrètes, au service de l’efficacité énergétique et de la décarbonation industrielle ?

Sirenergies plonge au cœur de la thermodynamique pour optimiser vos rendements énergétiques et réduire vos émissions de gaz à effet de serre, sans compromettre votre performance industrielle.

Thermodynamique et efficacité énergétique : comprendre pour agir

Comprendre le fonctionnement de l’énergie est le premier pas vers la transition énergétique. C’est ce à quoi s’attache la thermodynamique, une branche de la physique. Elle repose sur deux lois fondamentales : la conservation de l’énergie et sa dégradation.

Ces principes nous éclairent sur les enjeux liés à l’efficacité énergétique et aux pertes d’énergie dans les entreprises.

Premier principe de la thermodynamique : la conservation de l’énergie

« Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. » Cette célèbre maxime prêtée au chimiste Lavoisier résume le premier principe de la thermodynamique : l’énergie se conserve, se transforme et ne disparaît jamais.

Omniprésente sur Terre, l’énergie ne surgit jamais de nulle part.

Elle provient de sa transformation d’une forme à l’autre : elle peut être 

• mécanique (issue de la force des hommes, du vent ou de l’eau),
• chimique,
• électrique,
• thermique,
• lumineuse (produite à partir du soleil, de la biomasse, de combustibles fossiles…).

Par exemple, une voiture avance grâce à la transformation de l’énergie chimique (carburant) en énergie thermique (par combustion), puis en énergie mécanique (pression sur les pistons).

Second principe de la thermodynamique : la dégradation de l’énergie

Le physicien Sadi Carnot a énoncé le second principe de la thermodynamique : si l’énergie se conserve, elle se dégrade de manière irréversible à chaque transformation.

Comme l’a montré le cycle de Carnot, le rendement théorique maximal d’une machine thermique est inatteignable dans la réalité. Les pertes d’énergie sont inévitables, qu’elles soient liées aux frottements, aux pertes électriques ou encore à la dissipation de chaleur.

La chaleur est la forme d’énergie la plus dégradée : une part s’échappe toujours vers l’environnement, comme on le constate autour d’un ordinateur en fonctionnement.

Les scientifiques dénomment cette perte d’énergie utile l’entropie. Plus celle-ci est élevée, plus l’énergie perd sa capacité à produire un travail utile (on parle alors de baisse d’exergie).

Des lois physiques aux impacts environnementaux

Si l’énergie ne disparaît jamais totalement, les pertes d’énergie entraînent des consommations supplémentaires, aux impacts négatifs sur l’environnement.

Les pertes d’énergie se traduisent par :

• Des émissions de gaz à effet de serre évitables, à chaque étape du cycle énergétique (extraction, transport, combustion…).
• Des îlots de chaleur urbains et des écosystèmes perturbés par la chaleur perdue rejetée dans l’air, l’eau ou le sol.
• Une pression accrue sur les ressources fossiles et naturelles.

Pour les entreprises, les pertes d’énergie se traduisent aussi par un surcoût sur la facture énergétique.

Comment décarboner et optimiser le rendement énergétique de votre entreprise grâce à la thermodynamique ?

La thermodynamique met en lumière une réalité physique fondamentale : il n’y a pas de décarbonation sans efficacité énergétique.

Réduire la consommation ne suffit pas.

Il faut aussi traquer les pertes d’énergie et valoriser l’énergie résiduelle. Ces lois s’appliquent dès qu’un système échange de l’énergie avec son environnement, c’est-à-dire partout dans l’entreprise : bâtiments tertiaires, process industriels, chaînes du froid… Quatre leviers concrets guident les entreprises.

1^er levier : réduire les pertes thermiques à la source

La première priorité consiste à éviter les fuites d’énergie. Les entreprises peuvent s’appuyer sur des solutions simples et éprouvées :

• Améliorer l’isolation thermique des bâtiments, des équipements et des réseaux. Le calorifugeage des tuyauteries est accessible à tous, avec des impacts immédiatement visibles sur la facture d’énergie et le bilan carbone.
• Optimiser les systèmes de chauffage et de climatisation : fondée sur la thermodynamique, la pompe à chaleur industrielle (PAC) offre des rendements élevés, avec un coefficient de performance (COP) entre 3 et 7.
• Acquérir des équipements plus performants : moteurs à haut rendement, compresseurs avec récupération de chaleur, échangeurs thermiques à plaques brasées, surfaces d’échanges optimisées…
• Optimiser les réseaux de chaleur en abaissant la température du fluide, en modulant la vitesse des pompes ou en renforçant l’isolation des canalisations.
• Réduire les pertes dans les réseaux électriques en adaptant les niveaux de tension et en favorisant la production décentralisée (par exemple, des panneaux photovoltaïques en toiture pour rapprocher production et consommation).

2^ème levier : valoriser les pertes d’énergie inévitables

Certaines pertes d’énergie sont inévitables. C’est le cas de la chaleur fatale générée en excès au cours des processus industriels.

En 2017, l’ADEME estimait le potentiel de chaleur fatale en France à 117,9 TWh, soit plus d’un quart de la consommation électrique du pays.

Des technologies matures permettent de récupérer et valoriser cette chaleur, de la réinjecter dans le réseau local ou de la vendre :

• Récupération de chaleur : des échangeurs thermiques préchauffent l’eau ou l’air avec la chaleur résiduelle d’un process ; des chaudières à condensation récupèrent la chaleur latente des fumées.
• Cycle organique de Rankine (ORC) : transforme la chaleur fatale (même à basse température) en électricité.
• Raccordement à un réseau de chaleur industriel ou urbain pour valorisation locale.

3^ème levier : stocker l’énergie pour ne pas la perdre

La production d’énergies renouvelables génère des pertes. Difficile à stocker, l’électricité doit être utilisée au moment où elle est produite, sinon elle est perdue.

C’est pourquoi le stockage de l’énergie est un enjeu stratégique. Au-delà des batteries pour des besoins courts et ponctuels, d’autres formes existent : stockage mécanique (STEP, volants d’inertie), stockage thermique (matériaux), stockage hydrogène (très prometteur).

4^ème levier : optimiser les conversions d’énergie

Limiter les pertes lors des conversions d’énergie suppose d’identifier pour chaque système son « paysage énergétique optimal » (conditions idéales de transformation : température, pression…) afin de maximiser le rendement.

Par exemple, dans une centrale thermique, minimiser les écarts de température entre deux zones (chaudière / échangeur) réduit les pertes d’énergie.

Comment intégrer la thermodynamique dans votre stratégie énergétique ?

Vous souhaitez exploiter la thermodynamique pour décarboner et améliorer l’efficacité énergétique de votre entreprise ? Voici les étapes clés pour une transition réussie.

Mesurer et analyser pour agir efficacement

Mesurer avant d’agir est une règle fondamentale. Pour évaluer la performance de vos équipements, établissez une base de référence et maîtrisez les principaux indicateurs :

• Coefficient de performance (COP) : efficacité d’un système thermique en comparant la chaleur produite à l’énergie consommée. Par exemple, les PAC produisent en moyenne 3 à 7 kW de chaleur pour 1 kW électrique consommé (COP = 3 à 7).
• Energy Efficiency Ratio (EER) : équivalent du COP pour les installations frigorifiques.

En parallèle, analysez vos consommations par process (chauffage, process, éclairage, ventilation, etc.) afin d’orienter les investissements vers les actions les plus rentables.

L’audit énergétique collecte vos données, détaille poste par poste consommations et dépenses, et propose des recommandations chiffrées et hiérarchisées. Mais l’audit ne fournit qu’une vision statique, à un instant T.

Suivre votre performance dans le temps permet d’identifier les dérives et les écarts entre kWh utiles et kWh consommés. L’application Pilott de Sirenergies centralise vos données, visualise les tendances et alerte en cas d’anomalie.

Tester Pilott

Passer à l’action de la décarbonation

Cette analyse approfondie aide à construire une stratégie énergétique claire, ciblée et efficace.

La feuille de route identifie les actions prioritaires, évalue les retours sur investissement, fixe un calendrier réaliste, précise les responsabilités, définit les indicateurs clés de suivi et anticipe les ajustements.

Le choix du prestataire conditionne la qualité du diagnostic et la pertinence de la stratégie.

Le cabinet de conseil et de sourcing en énergie Sirenergies décrypte vos consommations et dépenses et propose une approche sur mesure, alignée avec vos objectifs, vos contraintes et votre capacité d’investissement.

Découvrir nos solutions

Financer la décarbonation et l’efficacité énergétique

Plusieurs aides s’adressent aux entreprises pour décarboner leurs processus et renforcer leur efficacité énergétique :

• Fonds Chaleur (ADEME) : soutien aux projets de production de chaleur (EnR&R) et aux réseaux de chaleur.
• Certificats d’économies d’énergie (CEE) : financent de nombreuses opérations d’efficacité énergétique et de récupération de chaleur.
• Prêt Économies d’Énergie (PEE) : complète le financement d’opérations éligibles aux CEE.
• Financements des collectivités territoriales : renseignez-vous auprès de votre Région, de votre Département et de votre CCI.

Pour conclure…

La thermodynamique n’est pas qu’un ensemble de lois physiques abstraites : c’est un outil concret pour mieux comprendre et piloter l’énergie. Appliquée à vos équipements et procédés, elle limite les pertes, valorise l’énergie résiduelle et vous guide vers des choix techniques plus efficaces.

Cette approche guidée par la physique transforme l’énergie invisible en économies bien réelles : elle améliore l’efficacité énergétique, décarbone vos processus et réduit l’impact environnemental de vos activités.

Des solutions concrètes existent. Des financements sont accessibles. Les technologies sont matures. Vous avez toutes les cartes en main pour agir.

Partenaire de confiance, Sirenergies vous guide vers des solutions spécifiques, personnalisées et performantes.