Méthode Pinch : la première décision à prendre pour sécuriser ses projets de valorisation de chaleur fatale

Pourtant, malgré cette abondance apparente, une part importante de la chaleur disponible reste mal valorisée, voire définitivement perdue. Cette situation ne s’explique ni par un déficit technologique, ni par un manque de solutions industrielles, mais par une approche trop fragmentée. Les décisions sont prises équipement par équipement, opportunité par opportunité, sans vision globale du fonctionnement thermique du site.

C’est précisément à ce niveau que la méthode Pinch apporte une rupture méthodologique. Elle propose de regarder l’ensemble du système thermique comme un tout cohérent, en mettant en regard l’intégralité des sources chaudes et des besoins en chaleur, en tenant compte à la fois des puissances et des niveaux de température. L’objectif n’est pas d’installer rapidement un équipement performant. Il s’agit plutôt de comprendre comment la chaleur circule, comment elle peut être transférée, et dans quel ordre elle doit l’être pour maximiser son utilisation.

La méthode

Le cœur de la méthode repose sur les courbes composites : elles représentent sur un même graphique, l’ensemble des flux thermiques d’un site en croisant deux grandeurs : la température et la puissance thermique cumulée qui représentent l’ensemble des flux de récupération (en rouge) et des besoins (en bleu). Ces courbes permettent de visualiser immédiatement les zones de compatibilité thermique, les échanges directs possibles et les besoins qui ne pourront être couverts qu’au prix d’une élévation de température. Elles révèlent surtout un point fondamental, souvent sous-estimé : l’ordre dans lequel les échanges sont réalisés est déterminant.

Un exemple simple permet d’illustrer ce principe

Deux sources de chaleur sont disponibles :

• l’air chaud issu d’un sécheur à 90 °C, capable de fournir 100 kW ;
• le rejet d’un groupe froid, fournissant 100 kW entre 30 et 25 °C.

L’approche intuitive consiste à utiliser directement la source la plus chaude pour couvrir le besoin. Le raisonnement semble logique : le différentiel de température est important, l’échange est efficace et l’investissement limité. Pourtant, ce choix conduit à une impasse énergétique. En chauffant l’eau trop rapidement avec la source à 90 °C, la température du fluide dépasse rapidement le niveau compatible avec la source à 30 °C, qui devient alors inutilisable. Une chaleur fatale pourtant disponible est perdue, non par manque de puissance, mais par mauvais ordonnancement.

L’analyse Pinch montre, au contraire, que le besoin peut être couvert intégralement par récupération de chaleur, à condition de commencer par la source basse température, puis de compléter avec la source plus chaude. La différence entre les deux scénarios ne tient pas à la technologie, mais dans la séquence des échanges.

Dans l’analyse Pinch, on distingue deux courbes : la courbe rouge, représentant les sources chaudes, et la courbe bleue, représentant les besoins en chaleur. Leur position relative indique dans quelle mesure la chaleur disponible peut couvrir les besoins du procédé. Dans notre cas, la courbe bleue est entièrement recouverte par la courbe rouge, ce qui montre qu’il est possible de fournir les 150 kW nécessaires uniquement par récupération directe de chaleur.

Rôle des pompes à chaleur

Ce raisonnement prend toute sa dimension lorsque le système se complexifie, comme c’est le cas dans la majorité des sites industriels. Plusieurs sources intermédiaires apparaissent, les besoins se situent à différents niveaux de température, et certains usages dépassent les températures accessibles par échange direct.

En réalisant une analyse de pincement, on constate que, malgré une énergie disponible suffisante du côté des sources, tous les besoins ne peuvent pas être couverts par une récupération directe de chaleur en raison des écarts de température.

Une partie des besoins (courbe bleue) se situe à une température plus élevée que n’importe quelle portion de la courbe des sources (courbe rouge).

À ce stade, une pompe à chaleur (PAC) s’impose pour assurer la jonction entre les sources de chaleur à basse température et les besoins plus élevés. C’est dans cette réflexion et méthode que le fabricant de PAC HT Armstrong propose, dans ses projets, d’intégrer des pompes à chaleur haute température pouvant être précédées d’une analyse Pinch approfondie, non pour justifier l’installation d’une PAC, mais pour déterminer précisément son rôle dans l’architecture thermique globale.

Dans les configurations étudiées, l’analyse montre que la pompe à chaleur n’intervient jamais comme un substitut aux échanges directs, mais comme un maillon de liaison entre des sources à basse ou moyenne température et des besoins plus élevés.
Les températures d’évaporation et de condensation ne sont pas choisies arbitrairement, mais déduites de la grande courbe composite, garantissant un fonctionnement dans une zone thermodynamique favorable. Cette approche permet à la PAC de jouer pleinement son rôle, tout en préservant les gisements de chaleur fatale existants et futurs. L’intérêt de cette démarche dépasse ainsi largement la seule performance de la pompe à chaleur.

Bénéfices de la méthode
En respectant l’ordonnancement des flux, les échanges directs sont maximisés, les équipements sont dimensionnés au plus juste et les investissements inutiles sont évités. Le système énergétique gagne en robustesse et en évolutivité, car il reste compatible avec l’intégration ultérieure de nouvelles sources ou de nouveaux besoins.

Surtout, la qualité des gisements de chaleur fatale est préservée : les sources à basse température ne sont pas “consommées” prématurément par des usages inadaptés, ce qui garantit leur valorisation optimale dans le temps.

La méthode Pinch est donc un outil structurant. L’ordonnancement qu’elle introduit est essentiel pour tirer le meilleur parti de l’ensemble des chaleurs fatales d’un site.

Dans un contexte économique fragile, où la décarbonation doit se conjuguer avec agilité et maîtrise des coûts, une vision globale du système énergétique est un préalable indispensable pour sécuriser les décisions d’investissement.