Dans l'ensemble des industries manufacturières mondiales, la consommation d'énergie augmente tandis que les prix de l'énergie restent volatils. Parallèlement, les fabricants subissent une pression croissante pour réduire leurs coûts d'exploitation, améliorer leurs indicateurs de durabilité et maintenir une qualité de produit constante. Dans ce contexte, l'efficacité énergétique n'est plus une option, mais un impératif stratégique. 

Malgré cette réalité, de nombreuses usines fonctionnent encore avec une visibilité limitée sur leur consommation énergétique. Les factures d'énergie indiquent un total mensuel, mais ne révèlent pas quelles machines consomment le plus d'énergie, à quel moment surviennent les pics de demande, ni comment les modifications de processus influent sur la consommation. Sans ce niveau de détail, les efforts d'optimisation reposent souvent sur des suppositions plutôt que sur des faits. 

Un principe bien connu s'applique : On ne peut optimiser ce qu'on ne mesure pas.. La surveillance énergétique permet de relever ce défi en fournissant une vision continue et précise des flux d'énergie au sein d'une installation. La collecte des données énergétiques au niveau des équipements et des procédés permet d'identifier les inefficacités, d'équilibrer les charges, de réduire les coûts liés aux pics de consommation et de relier directement la consommation d'énergie à la production. 

Pour les industriels de la transformation, notamment dans les usines d'aliments pour animaux et les unités de granulation, le suivi de la consommation énergétique est particulièrement précieux. Ces environnements dépendent fortement des moteurs, broyeurs, presses à granulés, ventilateurs, compresseurs et systèmes de vapeur, autant d'équipements énergivores sujets à l'usure, à la variabilité et aux compromis opérationnels. Le suivi de la consommation énergétique permet aux industriels de comprendre ces compromis et d'optimiser leur fonctionnement. 

Comprendre le suivi énergétique 

Le suivi énergétique consiste en la mesure et l'analyse continues de la consommation d'énergie des machines, des procédés et des systèmes d'une usine. Son objectif est de fournir une visibilité en temps réel et un historique de la consommation d'énergie afin que les opérateurs, les ingénieurs et les gestionnaires puissent prendre des décisions éclairées. 

Fondamentalement, le suivi énergétique répond à trois questions essentielles : 

1. Quelle quantité d'énergie est utilisée ? 
2. Où cette énergie est-elle consommée ? 
3. Pourquoi la consommation évolue-t-elle au fil du temps ? 

En répondant à ces questions, les fabricants acquièrent les connaissances nécessaires pour améliorer leur efficacité, réduire leurs coûts et atteindre leurs objectifs opérationnels à long terme. 

Comprendre le suivi énergétique 

Un système de surveillance énergétique efficace comprend généralement : 

• Capteurs et compteurs – Appareils mesurant les paramètres électriques tels que la tension, le courant, la puissance et l'énergie. 
• Acquisition de données – Les automates programmables, les systèmes d’E/S ou les dispositifs en réseau qui collectent et transmettent des données. 
• Historien des données – Un référentiel centralisé qui stocke des données énergétiques chronologiques à des fins d'analyse et de reporting. 
• Visualisation et analyse – Des tableaux de bord, des tendances et des alertes qui transforment les données brutes en informations exploitables. 

Ensemble, ces composants offrent une visibilité en temps réel et un suivi des performances à long terme. 

Technologies de surveillance énergétique

Moniteurs de puissance de haut niveau 

Les moniteurs de puissance avancés, tels que les appareils Phoenix Contact EMpro ou les unités Allen-Bradley PowerMonitor 5000, vont au-delà des simples mesures électriques. Outre la tension, le courant, la puissance et la consommation d'énergie, ces appareils peuvent : 

• Détecter les chutes et fluctuations de tension 
• Identifier les conditions de perte de phase 
• Performances du facteur de puissance de la piste 
• Comparer la consommation d'énergie mesurée aux données de facturation des services publics 

Ce niveau de connaissance permet aux fabricants d'identifier les problèmes de qualité de l'énergie, les inefficacités et les anomalies de facturation qui passeraient autrement inaperçues. 

Variateurs de fréquence et démarreurs progressifs avec communication 

Les variateurs de fréquence (VFD) et les démarreurs progressifs équipés d'un protocole de communication Ethernet/IP ou équivalent sont de puissants outils de surveillance énergétique. Outre le contrôle de la vitesse et du couple du moteur, les variateurs modernes peuvent fournir des informations sur : 

• Puissance réelle (kW) 
• Consommation d'énergie (totalisateurs de kWh) 
• Puissance apparente (kVA) 
• Puissance réactive (kVAR) 
• Facteur de puissance 
• Courant et tension par phase 

Même les variateurs de fréquence non connectés au réseau fournissent souvent une sortie analogique de 4 à 20 mA représentant la puissance, permettant ainsi l'intégration avec les systèmes PLC. 

Ces données permettent une analyse détaillée de la charge du moteur, de son rendement et de son intensité énergétique au niveau de l'équipement. 

Transducteurs de puissance 

Moniteurs de puissance de haut niveau 

Pour les moteurs et les charges non contrôlés par des variateurs de fréquence ou des démarreurs progressifs, les transducteurs de puissance constituent une solution économique. Ces dispositifs génèrent un signal analogique proportionnel à la puissance réelle consommée, permettant ainsi aux fabricants de surveiller les équipements existants et d'obtenir des informations précieuses sans nécessiter de mises à niveau majeures. 

Impact sur l'activité : réduction des coûts et efficacité 

Identification des inefficacités 

Le suivi de la consommation énergétique permet de déceler les inefficacités. Moteurs fonctionnant à vide, équipements laissés au ralenti, processus mal réglés et composants usés : autant d'anomalies qui se manifestent par des profils de consommation énergétique anormaux. Une fois identifiées, ces inefficacités peuvent être corrigées par des modifications des pratiques opérationnelles ou une maintenance ciblée. 

Quantification du retour sur investissement 

Pour les moteurs et les charges non contrôlés par variateurs de fréquence, de petites améliorations de l'efficacité peuvent générer des gains financiers importants. Par exemple, une réduction de la consommation d'énergie d'un moteur 2-5% dans une grande usine d'aliments pour animaux peut se traduire par des économies annuelles substantielles. Le suivi de la consommation d'énergie fournit les données nécessaires pour quantifier ces économies et justifier les investissements dans la modernisation des équipements, l'automatisation ou la modification des procédés. 

Équilibrage de charge et planification 

En identifiant les pics de consommation énergétique, les fabricants peuvent adapter leurs calendriers de production afin d'éviter les surcoûts liés à la demande. L'équilibrage de la charge entre plusieurs lignes ou processus permet de réduire la pression sur l'infrastructure électrique et de diminuer les coûts d'exploitation. 

Applications pratiques dans la fabrication d'aliments pour animaux et de granulés 

Opérations de broyage 

Le broyage est l'un des procédés les plus énergivores dans une usine d'aliments pour animaux. Le suivi de la consommation d'énergie permet de mettre en œuvre plusieurs stratégies d'optimisation : 

• Montée en puissance contrôlée – Un démarrage moteur plus lent réduit les pics de courant d'appel et évite les pénalités liées à la demande. 
• Suivi de l'énergie par tonne – Le suivi de la consommation d'énergie en kWh par tonne permet d'identifier l'usure du marteau et du tamis. 
• Stratégies spécifiques aux produits – Une mouture fine consomme plus d'énergie qu'une mouture grossière ; le suivi permet d'équilibrer les exigences de qualité et les coûts énergétiques. 
• Améliorations de la conception du système – La réduction du nombre de machines inactives et l'optimisation des flux de matières permettent de réduire le gaspillage d'énergie. 

Dans les environnements multiproduits, les données énergétiques peuvent également orienter les décisions, comme par exemple éviter le broyage simultané de matériaux difficiles sur plusieurs broyeurs. 

Opérations de granulation 

La granulation présente ses propres défis énergétiques, et la surveillance fournit des informations précieuses : 

• Optimisation du démarrage – Une montée en puissance progressive évite les pics de courant et réduit les contraintes mécaniques. 
• Surveillance de l'état des matrices et des rouleaux – Une augmentation de l'énergie par tonne indique souvent des matrices ou des rouleaux usés. 
• Gestion de la qualité de la vapeur – Une mauvaise qualité de vapeur augmente la consommation d'énergie et réduit la qualité des granulés. 
• Optimisation du ventilateur du refroidisseur – Le réglage de la vitesse du ventilateur en fonction de la demande réelle permet de réduire la consommation d'énergie inutile. 
• Sensibilisation à la formulation – Les modifications de formulation peuvent réduire le coût des ingrédients mais augmenter le coût énergétique ; un suivi attentif permet d’en mesurer l’impact réel. 

Les comparaisons énergétiques entre les matrices et les rouleaux neufs et usés illustrent clairement le coût d'un entretien différé. 

Systèmes d'air comprimé et de vapeur 

L'air comprimé et la vapeur représentent souvent une part importante de la consommation énergétique totale : 

• Air comprimé – Le suivi de la consommation d'énergie permet d'identifier les fuites d'air et les utilisations inutiles, comme le fonctionnement continu des vibrateurs ou des dépoussiéreurs à manches. 
• Vapeur – Le suivi de la consommation de vapeur ou de gaz naturel par cycle de production de granulés révèle les inefficacités et permet une meilleure gestion de la chaudière. 
• Arrêt des équipements inactifs – L’automatisation permet de s’assurer que les ventilateurs, les compresseurs et les convoyeurs s’arrêtent lorsqu’ils ne sont pas utilisés. 

Économies d'énergie grâce à l'automatisation et au contrôle 

Entraînements à fréquence variable 

L'ajout de variateurs de fréquence est l'une des stratégies les plus efficaces pour économiser l'énergie. Ses avantages sont les suivants : 

• Régulation de la vitesse en fonction des exigences du processus 
• Usure mécanique réduite 
• Consommation d'énergie réduite en fonctionnement à charge partielle 
• Élimination des fonctionnements inutiles à pleine vitesse 

Dans les broyeurs à marteaux et les presses à granulés, les longs temps de montée en puissance évitent les pics de demande, tandis que le fonctionnement à basse vitesse entre les cycles réduit le gaspillage d'énergie. 

Stratégies d'automatisation 

L'automatisation amplifie la valeur du suivi énergétique en permettant des réponses intelligentes aux données énergétiques : 

• Arrêt automatique des équipements inutilisés 
• Détection de la fin du nettoyage par la charge du moteur 
• Prévenir les démarrages simultanés de gros moteurs 
• Mise en œuvre de stratégies d'écrêtement des pics de consommation et de limitation de la demande 
• Avertir ou bloquer les opérateurs lorsque les actions dépasseraient les limites de la demande 

Réduction des pics de consommation et limitation de la demande 

Les stratégies d'écrêtement des pointes et de limitation de la demande empêchent les installations de dépasser les seuils de puissance prédéfinis (kW). Le délestage automatique privilégie les équipements critiques tout en coupant temporairement l'alimentation des charges non essentielles, ce qui permet de se prémunir contre les surcoûts liés à la demande et d'améliorer la stabilité du réseau.

Au-delà des économies de coûts : maintenance prédictive et durabilité 

Le suivi de la consommation énergétique ne se limite pas aux économies d'argent ; il permet également : 

• Maintenance prédictive – Les variations de la consommation d'énergie signalent souvent des problèmes mécaniques avant même qu'une panne ne survienne. 
• Fiabilité améliorée – La détection précoce des chutes de tension, des pertes de phase ou des surcharges réduit les temps d'arrêt imprévus. 
• Objectifs de développement durable – Des données énergétiques précises permettent de soutenir les rapports sur les émissions de carbone, les indicateurs de performance en matière d'efficacité énergétique et les initiatives de développement durable à long terme. 

En intégrant la sensibilisation à l'énergie dans leurs opérations quotidiennes, les fabricants instaurent une culture d'amélioration continue. 

Facteurs de marché et indicateurs financiers – Suivi énergétique dans la fabrication d'aliments pour animaux 

• Intensité énergétiqueUne usine d'aliments pour animaux américaine typique consomme 40 à 60 kWh par tonned'aliments composés. Les États-Unis en produisent environ 240 à 270 millions de tonnes métriquesLa demande énergétique totale du secteur industriel, qui représente une quantité considérable d'énergie produite chaque année, fait des logiciels de surveillance énergétique un investissement à fort retour sur investissement. 
• Procédés à forte consommation: Les étapes les plus énergivores de la fabrication des aliments pour animaux : pelletisation (40%), broyage/fraîchissement (26%), et mélange (9%). 
• Gains d'efficacité: Une gestion stratégique de l'énergie peut réduire les coûts énergétiques de l'usine par 5% à 25%en optimisant la demande de pointe et en identifiant les inefficacités des équipements. 

Conclusion 

Il n'existe pas de solution miracle pour réaliser des économies d'énergie instantanées dans la production industrielle. Une amélioration significative exige des mesures précises, une analyse approfondie et une mise en œuvre rigoureuse. Le suivi de la consommation énergétique constitue le fondement de cette démarche. 

En offrant une visibilité en temps réel sur la consommation d'énergie au niveau des équipements et des procédés, le suivi énergétique transforme l'énergie, d'une charge fixe, en une variable maîtrisable. Les industriels peuvent ainsi identifier les inefficacités, optimiser leurs opérations, réduire les pics de consommation et prendre des décisions éclairées par les données pour améliorer leur rentabilité. 

Dans les usines d'aliments pour animaux et les unités de granulation, les avantages sont particulièrement évidents. Du broyage à la granulation, en passant par les systèmes d'air comprimé et de vapeur, le suivi énergétique révèle des opportunités qui resteraient autrement insoupçonnées. Associées à l'automatisation, aux variateurs de fréquence et aux stratégies de contrôle intelligentes, ces informations se traduisent par des économies substantielles, une fiabilité accrue et une durabilité à long terme. 

L’efficacité énergétique ne s’acquiert pas du jour au lendemain, mais avec les données et les outils adéquats, elle devient un atout stratégique. Le suivi de la consommation énergétique est la première et la plus cruciale étape de cette démarche.