Chapitre 7: Méthodes et Instruments de Collecte des Données Énergétiques

Méthodes et Instruments de Collecte des Données Énergétiques

Une collecte de données énergétiques efficace repose sur le choix de méthodes et d’instruments de mesure adaptés aux besoins et aux spécificités de chaque installation industrielle. Voici une présentation des principales options disponibles.

Méthodes de Collecte des Données Énergétiques

Différentes méthodes peuvent être utilisées pour collecter les données énergétiques, chacune présentant ses avantages et ses inconvénients en termes de coût, de précision, de granularité et d’automatisation :

• Relevés Manuels : Méthode la plus simple et la moins coûteuse à mettre en œuvre initialement. Elle consiste à relever périodiquement (journalière, hebdomadaire, mensuelle) les index des compteurs d’énergie (électriques, gaz, eau, etc.) à l’aide d’un opérateur.

  • Avantages : Faible coût initial, mise en œuvre immédiate, pas de nécessité d’infrastructure complexe.
  • Inconvénients : Intensive en main d’œuvre, risque d’erreurs de transcription, fréquence de collecte limitée, données agrégées (pas de données en temps réel), peu adaptée au suivi fin et à la détection d’anomalies.
  • Cas d’Usage : Adaptée pour un premier diagnostic énergétique simple, pour les petites entreprises avec peu de points de mesure, ou en complément d’autres méthodes plus automatisées.

• Compteurs Intelligents (Smart Meters) : Compteurs d’énergie communicants qui enregistrent la consommation et transmettent automatiquement les données à un système centralisé. Ils sont de plus en plus déployés par les distributeurs d’énergie pour la facturation, mais peuvent également être utilisés pour le suivi de la consommation énergétique interne des entreprises.

  • Avantages : Collecte automatisée des données, fréquence de collecte horaire ou plus fine, données numériques fiables, accès aux données à distance, possibilité de suivi en temps quasi réel.
  • Inconvénients : Coût plus élevé que les compteurs traditionnels, dépendance de l’infrastructure de communication du distributeur, données parfois limitées en termes de granularité et de types de mesures (souvent consommation globale uniquement).
  • Cas d’Usage : Suivi de la consommation énergétique globale de l’entreprise, facturation fine, identification des profils de charge, comparaison des consommations entre périodes.

• Sous-Comptage : Installation de compteurs supplémentaires (sous-compteurs) en aval du compteur principal, pour mesurer la consommation d’énergie de zones spécifiques (ateliers, bâtiments, lignes de production) ou d’équipements particuliers (machines, fours, systèmes de climatisation).

  • Avantages : Identification précise des principaux postes de consommation, localisation des gaspillages, analyse de la performance énergétique par zone ou équipement, meilleure compréhension des profils de consommation, base pour l’allocation des coûts énergétiques.
  • Inconvénients : Coût d’investissement plus élevé que le comptage global, nécessité d’installation et de câblage des sous-compteurs, gestion de plusieurs points de mesure.
  • Cas d’Usage : Diagnostic énergétique détaillé, optimisation de processus spécifiques, allocation des coûts énergétiques, suivi de la performance énergétique par centre de coûts, vérification de l’efficacité d’actions d’amélioration ciblées.

• Capteurs Connectés (IoT) : Déploiement de capteurs autonomes et communicants (sans fil) pour mesurer une variété de paramètres énergétiques et environnementaux (température, pression, débit, puissance électrique, luminosité, etc.). Les données sont transmises via des réseaux sans fil (LoRaWAN, Sigfox, WiFi, etc.) vers des plateformes cloud ou des systèmes locaux.

  • Avantages : Installation facile et flexible (sans fil), coût de déploiement réduit, couverture de nombreux points de mesure, données en temps réel et à haute fréquence, possibilité de mesurer des paramètres variés, adaptés à la modernisation d’installations existantes.
  • Inconvénients : Dépendance de la connectivité réseau sans fil, autonomie des batteries (pour certains types de capteurs), sécurité des données à prendre en compte, nécessité de plateformes de gestion des données IoT.
  • Cas d’Usage : Surveillance environnementale (température, humidité, luminosité), suivi de l’état des équipements (température moteurs, vibrations), optimisation des systèmes HVAC, détection de fuites (air comprimé, vapeur), suivi de la consommation électrique de machines isolées.

• Systèmes SCADA/MES (Supervisory Control and Data Acquisition / Manufacturing Execution Systems) : Systèmes de supervision et de contrôle commande des processus industriels (SCADA) et systèmes de gestion de la production (MES) qui collectent déjà de nombreuses données, y compris des données énergétiques (puissance, consommation, temps de fonctionnement, etc.).

  • Avantages : Réutilisation des infrastructures existantes, données en temps réel et synchronisées avec les données de production, contexte industriel riche (données de processus, alarmes, statuts équipements), possibilité de pilotage énergétique intégré au contrôle commande.
  • Inconvénients : Accès aux données parfois complexe (protocoles propriétaires, architectures spécifiques), nécessité d’expertise en systèmes industriels, données souvent orientées contrôle commande et moins vers l’analyse énergétique fine, coût d’intégration avec des outils d’analyse externes.
  • Cas d’Usage : Suivi de la performance énergétique des processus industriels, optimisation énergétique en boucle fermée (pilotage automatique), maintenance prédictive basée sur les données de fonctionnement, analyses corrélant énergie et production.

Instruments de Mesure des Données Énergétiques

Un large éventail d’instruments de mesure est disponible pour collecter les données énergétiques, en fonction du type d’énergie et du paramètre à mesurer :

• Compteurs d’Énergie Électrique : Mesurent la consommation d’électricité en kWh.

  • Compteurs Électromécaniques : Compteurs traditionnels à disque rotatif, relevé manuel de l’index.
  • Compteurs Électroniques (Intelligents) : Compteurs numériques avec affichage digital, enregistrement de données, communication à distance (protocoles de communication : Modbus, M-Bus, etc.). Différents types : monophasés, triphasés, pour différents niveaux de tension et de courant.
  • Analyseurs de Réseau Électrique : Instruments plus sophistiqués mesurant en plus de l’énergie, la puissance active, réactive, apparente, la tension, le courant, le facteur de puissance, les harmoniques, etc. Utiles pour des diagnostics électriques approfondis et la qualité de l’énergie.

• Compteurs de Gaz : Mesurent la consommation de gaz naturel en m³ ou kWh (en convertissant le volume en énergie).

  • Compteurs à Membranes : Compteurs mécaniques traditionnels, relevé manuel de l’index.
  • Compteurs à Turbine, Compteurs Ultrasons : Compteurs plus précis et adaptés aux gros débits, souvent électroniques avec communication à distance.
  • Correcteurs de Volume : Dispositifs corrigeant le volume de gaz mesuré en fonction de la température et de la pression, pour une mesure plus précise de l’énergie consommée.

• Débitmètres : Mesurent le débit de fluides (vapeur, air comprimé, eau, fluides thermiques) en m³/h, kg/h, L/min, etc.

  • Débitmètres Volumétriques : Mesurent le volume de fluide qui traverse le capteur (débitmètres à engrenages, à piston, à roues ovales).
  • Débitmètres Massiques : Mesurent directement le débit massique du fluide (débitmètres thermiques, de Coriolis).
  • Débitmètres à Effet Doppler, Ultrasons, Vortex : Débitmètres sans pièces mobiles, adaptés à différents types de fluides et de conditions de process.

• Capteurs de Température : Mesurent la température en °C ou °F.

  • Thermocouples : Capteurs robustes et économiques, adaptés aux hautes températures.
  • Sondes Thermistances (CTN, CTP) : Capteurs précis et sensibles, adaptés aux températures modérées.
  • Sondes PT100, PT1000 : Sondes à résistance de platine, précises et stables, standards industriels.
  • Capteurs de Température Ambiante : Capteurs intégrés dans des boîtiers pour mesurer la température de l’air.
  • Caméras Thermiques (Thermographie) : Permettent de visualiser les répartitions de température sur des surfaces, utiles pour détecter les points chauds, les défauts d’isolation, les pertes thermiques.

• Capteurs de Pression : Mesurent la pression en Pascal, bar, psi, etc.

  • Capteurs de Pression Relatives : Mesurent la pression par rapport à la pression atmosphérique.
  • Capteurs de Pression Absolue : Mesurent la pression par rapport au vide absolu.
  • Capteurs de Pression Différentielle : Mesurent la différence de pression entre deux points.
  • Transmetteurs de Pression : Capteurs intégrant un conditionnement du signal et une sortie standardisée (4-20mA, 0-10V, communication numérique).

• Autres Instruments :

  • Capteurs d’Humidité Relative : Mesurent l’humidité de l’air en %.
  • Capteurs de Luminosité (Luxmètres) : Mesurent l’éclairement en lux.
  • Capteurs de Vibration : Mesurent les vibrations mécaniques des équipements, utiles pour la maintenance prédictive.
  • Analyseurs de Gaz de Combustion : Mesurent la composition des gaz de combustion des chaudières et des fours, pour optimiser la combustion et réduire les émissions.

Conseils pour l’Installation et la Configuration des Instruments de Mesure

Une installation et une configuration correctes des instruments de mesure sont essentielles pour garantir la fiabilité et la précision des données collectées. Voici quelques conseils :

• Choisir des Instruments Adaptés : Sélectionner les instruments en fonction du type d’énergie, du paramètre à mesurer, de la plage de mesure, de la précision requise, de l’environnement industriel (température, humidité, vibrations, atmosphère corrosive), et du budget.
• Respecter les Normes et les Recommandations des Fabricants : Suivre scrupuleusement les instructions d’installation et de configuration fournies par les fabricants des instruments de mesure. Respecter les normes de sécurité électrique et les normes spécifiques aux environnements industriels.
• Positionner Correctement les Capteurs : Placer les capteurs de température, de pression, de débit aux endroits les plus pertinents pour obtenir des mesures représentatives du processus ou de l’équipement. Éviter les sources de perturbations (chaleur, vibrations, interférences électromagnétiques).
• Assurer l’Étanchéité et la Protection des Capteurs : Protéger les capteurs contre les intempéries, la poussière, l’humidité, les chocs mécaniques, les produits chimiques, en utilisant des boîtiers de protection adaptés et en assurant l’étanchéité des connexions.
• Calibrer et Vérifier les Instruments : Calibrer les instruments de mesure avant leur mise en service et périodiquement selon les recommandations des fabricants et les exigences de qualité. Vérifier régulièrement le bon fonctionnement des instruments et la cohérence des mesures.
• Documenter l’Installation et la Configuration : Tenir un registre précis de l’emplacement de chaque instrument, de sa configuration, de sa date de mise en service, des dates de calibrage et de maintenance. Documenter les schémas de câblage et les paramètres de communication.
• Sécuriser les Réseaux de Communication : Mettre en place des mesures de sécurité pour protéger les réseaux de communication des données énergétiques (cryptage, authentification, pare-feu), en particulier pour les systèmes sans fil et les connexions au cloud.
• Former le Personnel à l’Utilisation et à la Maintenance : Former le personnel chargé de l’installation, de la configuration, de la maintenance et de la supervision des instruments de mesure. Mettre en place des procédures de maintenance préventive et corrective.

En conclusion, le choix des méthodes et des instruments de collecte des données énergétiques est une étape clé pour une analyse efficace. Une approche combinant différentes méthodes (relevés manuels, sous-comptage, IoT, SCADA/MES) et utilisant des instruments de mesure adaptés, correctement installés et configurés, permettra de collecter des données fiables, précises et pertinentes pour optimiser la performance énergétique de l’industrie.