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 physicien Lavoisier résume le premier principe de la thermodynamique : l’énergie est présente partout autour de nous. Elle se conserve, se transforme et ne disparaît jamais. 

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

Elle provient de sa propre 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...) 

Pour prendre quelques exemples, une voiture avance grâce à la transformation de l’énergie chimique (pétrole) 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 Sadie 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 démontré 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 dans l’atmosphère, 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 en 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 énergétiques 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, dotés par exemple de moteurs à haut rendement, de compresseurs avec récupération de chaleur, d’échangeurs thermiques à plaques brassées, de surfaces d’échanges thermiques 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. Installer des panneaux photovoltaïques sur le toit de l’entreprise limite les pertes électriques en rapprochant les sites de production et de 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 de la France !

Des technologies matures permettent aux entreprises de récupérer et valoriser leur propre chaleur fatale, de la réinjecter dans le réseau local ou encore de la vendre :

• Un système de récupération de chaleur réinjecte l’énergie qui aurait été perdue. Les échangeurs thermiques préchauffent l’eau ou l’air avec la chaleur résiduelle d’un process. Les chaudières à condensation récupèrent la chaleur latente des fumées.
• La technologie thermodynamique du Cycle Organique de Rankine (ORC) transforme la chaleur fatale résiduelle – même à basse température – en électricité. 
• Le raccordement à un réseau de chaleur industriel ou urbain valorise localement la chaleur récupérée.

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. Les chercheurs l’ont bien compris, à la recherche de solutions de stockage toujours plus performantes pour les entreprises. 

Si les batteries restent la solution la plus courante pour des besoins courts et ponctuels, d’autres formes de stockage existent : 

• le stockage mécanique (STEP, volant d’inertie)
• le stockage thermique (dans des matériaux) 
• le stockage hydrogène (suscite de grands espoirs pour l’avenir).

4^ème levier : optimiser les conversions d’énergie

L’un des défis de la thermodynamique est de limiter les pertes au moment de la conversion d’une énergie à l’autre. Cela suppose d’identifier pour chaque système son “paysage énergétique optimal », c’est-à-dire les conditions idéales de transformation (comme la température ou la pression) pour maximiser le rendement. 

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

Comment intégrer la thermodynamique dans votre stratégie énergétique ? 

Vous souhaitez exploiter la thermodynamique pour décarboner votre entreprise et améliorer l’efficacité énergétique de votre entreprise ? 

Voici les étapes clés pour une transition énergétique réussie. 

Mesurer et analyser pour agir efficacement

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

• Le Coefficient de Performance (COP) mesure l’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 d’énergie calorifique pour 1 kW de consommation électrique (ce qui équivaut à un COP de 3 à 7). 
• L’Energy Efficiency Ratio (EER) est l’équivalent du COP pour les installations frigorifiques.

En parallèle, vous devez analyser vos consommations par process (chauffage, process, éclairage, ventilation, etc.) afin d’orienter vos investissements vers les actions les plus rentables financièrement et énergétiquement. 

L’audit énergétique collecte toutes vos données énergétiques. Poste par poste, il détaille vos consommations et dépenses, et propose des recommandations concrètes, chiffrées et hiérarchisées. Mais l’audit énergétique ne vous propose une vision statique, qu'à un instant T.

Passer à l’action de la décarbonation

Cette analyse approfondie des consommations et des dépenses 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 de déploiement réaliste, précise les rôles et responsabilités de chacun, définit les indicateurs clés de suivi et anticipe les éventuels ajustements. 

Le choix du prestataire est essentiel pour réussir cette phase : il conditionne non seulement la qualité du diagnostic, mais aussi la pertinence de la stratégie.

Financer la décarbonation et l’efficacité énergétique

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

• Le Fonds Chaleur de l’ADEME : depuis 2015, l’agence nationale de la transition énergétique apporte un soutien financier aux projets de production de chaleur (issus d’énergies renouvelables et de récupération), ainsi qu’aux projets de réseaux de chaleur.
• Le dispositif des Certificats d’Économie d’Énergie (CEE) : financent de nombreuses opérations d’efficacité énergétique et de récupération de chaleur (isolation thermique, systèmes de récupération de chaleur, etc…) 
• Le Prêt Économies d’Énergie (PEE) : peut compléter le financement des opérations éligibles aux CEE)
• Les financements des collectivités territoriales : voir auprès de votre Région, de votre Département et de votre Chambre de Commerce et d’Industrie (CCI). 

Pour conclure…

La thermodynamique n’est pas que 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 vos pertes d’énergie, valorise votre 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 de votre entreprise, 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.