Le marché européen de l’échangeur thermique

Un échangeur thermique peut se trouver partout : automobile, HVAC (chauffage – ventilation & climatisation), industrie, … .

 Le marché des échangeurs thermiques dans l’industrie bénéficie dans le monde depuis de nombreuses années d’une croissance favorable.

En Europe, par exemple, elle est en moyenne de 2% par an depuis 2005.

Factory Future vous dresse un panorama de cette industrie variée des échangeurs de chaleur  avec un focus particulier sur le marché européen.

L’échangeur thermique est devenu indispensable dans l’industrie afin de récupérer l’énergie et pour améliorer les procédés industriels.

Cet article vous apportera quelques premiers éléments pour comprendre pourquoi le marché des échangeurs thermiques dans l’industrie est en croissance.

Après un tour d’horizon complet du marché des échangeurs de chaleur, vous trouverez enfin un récapitulatif des chiffres les plus importants pour comprendre ce secteur d’activité et ses évolutions.

Note : échangeur thermique et échangeur de chaleur étant des synonymes, nous allons les utiliser indifféremment tout au long de l’article !

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Sommaire

Le principe de fonctionnement des échangeurs thermiques

Les différents marchés d’application des échangeurs de chaleur

Les modèles d’échangeurs thermiques sur le marché de l’industrie

La maintenance des échangeurs thermiques

Les principaux acteurs du marché de l’échangeur thermique

Comment choisir sa solution d’échangeur thermique ?

Les chiffres du marché des échangeurs thermiques dans l’industrie

Le principe de fonctionnement des échangeurs thermiques

Commençons par évacuer une double question très basique : à quoi sert un échangeur thermique, et comment fonctionne-t-il ?

L’énergie, d’un fluide à l’autre

Le fonctionnement d’un échangeur thermique pourrait sembler très technique pour un néophyte, mais il n’en est rien : le principe de base est on ne peut plus simple !

Il s’agit en effet de transférer de l’énergie calorifique d’un fluide à l’autre.

En ce sens, il faudrait presque les renommer : les « échangeurs » de chaleur « n’échangent rien » si ce n’est des calories. Ils transfèrent l’énergie thermique d’un fluide vers un autre sans mélanger ou échanger ces fluides.

Il existe plusieurs types d’échangeur de chaleur — nous en reparlerons un peu plus tard dans cet article de manière plus détaillée.

Conséquence ? Ces appareils peuvent fonctionner avec plusieurs types de fluides différents.

Une convention cependant : le fluide chauffant est appelé « fluide primaire », et le fluide chauffé est nommé « fluide secondaire ».

Cela dit, il s’agit là d’une habitude devenue presque technique : ne soyez pas étonné d’entendre parler de « fluide chaud » et de « fluide froid » !

Mais quels sont ces fluides, et lesquels fonctionnent avec lesquels ? Prenez des notes : en fonction du type de fluide, on parle tout aussi bien d’échangeurs thermiques gaz/gaz, liquide/gaz, liquide/liquide, air/air, eau/air et eau/eau.

Au sein de l’appareil, la circulation des fluides peut être organisée de plusieurs façons :

  • à co-courant ou courants parallèles : les fluides parcourent la surface d’échange dans le même sens ;
  • à contre-courant ou à courants opposés : l’écart de température reste alors important sur toute la surface d’échange ;
  • à courants croisés : ce fonctionnement est considéré comme étant intermédiaire aux modes co-courants et contre-courants).
Schéma de fonctionnement d'un échangeur thermique

Fonctionnement d’un échangeur thermique (source : Wiltec)

De très nombreuses fonctions

À quoi servent les échangeurs de chaleur ? À beaucoup de choses, en particulier pour une application industrielle, qui s’avère par ailleurs pleine de promesses en matière de performance énergétique.

Les échangeurs de chaleur dans l’industrie peuvent ainsi assurer de nombreuses fonctions différentes — mais complémentaires. Voici les principales :

  • Préchauffer ou refroidir un liquide (de l’eau…) ou un gaz (de l’air…) ;
  • Récupérer de l’énergie thermique, issue d’un procédé industriel. On l’appelle alors « chaleur fatale ». Cette fonction peut s’avérer très intéressante, tant d’un point de vue environnemental que financier !
  • Réfrigérer un procédé, c’est-à-dire qu’il dissipe l’énergie produite lors d’une opération industrielle vers un milieu extérieur. Un exemple ? Vous avez peut-être déjà entendu parler de procédé aéro-réfrigérant : il s’agit de refroidir en utilisant de l’air, qu’il soit sec ou humide ;
  • Capter ou à émettre de l’énergie thermique. C’est l’utilisation la plus évidente, en particulier lorsque l’on sort quelques instants des applications industrielles des échangeurs : dans ce cas, l’échangeur a pour rôle de capter l’énergie calorifique et de la transmettre vers les équipements où celle-ci sera utilisée.
    Un exemple tout simple ? C’est la mission qu’assurent nos radiateurs, en captant la chaleur du système de chauffage et en la transmettant vers l’air ambiant des pièces chauffées !
  • Servir de condenseur, en assurant notamment la condensation partielle ou totale d’un gaz ;
  • Servir d’évaporateur, en assurant une partie (ou, dans certaines applications, la totalité !) de l’évaporation d’un liquide.

En lisant ces différentes applications, vous en identifiez deux ou trois qui pourraient vous intéresser, notamment dans une démarche d’efficacité énergétique et de récupération de la chaleur fatale ?

Bonne nouvelle : en général, un modèle d’échangeur de chaleur est en mesure d’assurer plusieurs de ces rôles, en fonction de l’installation dans laquelle il est utilisé.

Certes, cela ne rend pas le choix de l’échangeur thermique plus facile. Mais nous sommes là pour vous guider tout au long de ces pages !

N’oubliez pas qu’un échangeur de chaleur tire sa force de sa polyvalence.

Il vous faudra donc le choisir avec minutie, en particulier si vous songez à remplacer un modèle antérieur.

Votre appareil doit en effet vous permettre d’être plus efficace d’un point de vue énergétique, ce qui n’est aujourd’hui plus une option dans nos sociétés contemporaines, où l’on organise et institutionnalise la « chasse au gaspillage », des particuliers aux professionnels en passant par le monde industriel !

Les différents marchés d’application des échangeurs de chaleur

Les industries ayant recours à l’utilisation d’échangeurs de chaleur sont nombreuses et variées. Du fait des pressions économiques et réglementaires favorisant la récupération d’énergie, toutes ces industries voient, en général, une augmentation de leur utilisation d’échangeurs thermiques.

Le marché des échangeurs thermiques dans l’industrie est habituellement segmenté suivant les 6 domaines d’application suivants.

Le saviez-vous ?

L’Ademe (Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie) considère que chaque année, plus de 100 TWh de chaleur sont perdus dans l’industrie, dont 60% à plus de 100°C.

Industrie agro-alimentaire

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L’industrie agro-alimentaire représente 10% du marché des échangeurs de chaleur

40% de l’eau chaude consommée dans l’industrie l’est dans l’agro-alimentaire.

Il n’est donc pas étonnant que les industries agro-alimentaires soient l’un des plus gros « consommateurs » d’échangeurs thermiques, en particulier dans sa déclinaison pleine d’avenir, l’échangeur de chaleur à plaques — nous en reparlerons.

Le marché agro-alimentaire regroupe toutes les industries en charge de la transformation de futurs aliments, par exemple pour les grandes surfaces et/ou les collectivités : pasteurisation du lait et autres produits laitiers, brassage, préparation, etc.

Ce secteur extrêmement varié s’étend de la simple découpe de viande à la production de plats préparés !

Il consomme souvent, de fait, beaucoup d’énergie, et peut en perdre tout autant.

D’où l’intérêt de penser à récupérer la chaleur fatale via un échangeur thermique !

Industrie pharmaceutique et biotechnologies

Un secteur qui monte et dont l’activité est renforcée avec l’apport des « biotechs » !

Très important en France, ce secteur d’activité regroupe aussi bien des grands groupes pharmaceutiques que des start-ups.

Pour les échangeurs thermiques, les équipements sont souvent proches techniquement de ceux rencontrés dans l’industries agro-alimentaire, mais avec des exigences réglementaires souvent bien plus draconiennes, notamment concernant la traçabilité.

C’est le cas par exemple de la Food & Drug Administration américaine dont les exigences imposent, directement ou non, des contraintes sur le marché des échangeurs thermiques.

Reposant sur des procédés souvent énergivores, le secteur pharmaceutique gère l’élaboration, la production, la mise sur le marché et la surveillance de tous les médicaments commercialisés, qu’ils soient à destination des hommes ou à destination des animaux.

Pour les « biotechs », il s’agit en revanche de transformer des matériaux grâce à des agents biologiques, afin de produire des biens et des services.

Comme leur nom l’indique, elles résultent de la rencontre entre la biologie — la science des êtres vivants — et de très nombreuses technologies : la microbiologie, la biochimie, la génétique, la biologie moléculaire, la biophysique, l’informatique… C’est un secteur très prisé par les startups !

Chimie

La chimie (combinée avec la pétrochimie) est le plus grand marché d’échangeurs thermiques dans l’industrie.

Cela s’explique d’abord par la conception des procédés de production qui nécessite de nombreuses étapes de transfert de chaleur, mais ce n’est pas la seule raison.

Là encore, l’installation d’échangeurs thermiques au sein des entreprises de ce type est rendue plus que pertinente par la quantité de chaleur utilisée et produite — voire très souvent perdue, alors qu’elle pourrait être valorisée.

Que regroupe le marché de la chimie en France et en Europe ?

Toutes les usines dont l’activité consiste à fabriquer des produits par synthèse chimique contrôlée, comme la soude, le chlore, l’éthylène, l’acide chlorhydrique ou encore les monomères.

Mais ce secteur regroupe aussi les usines qui créent des pigments, des colorants, des savons ou encore divers cosmétiques.

L’industrie chimique européenne reste d’ailleurs, selon la Commission européenne, le premier exportateur mondial du secteur.

Son chiffre d’affaires a même augmenté en termes absolus depuis la crise de 2008 !

Raffinage (et pétrochimie)

Dans la catégorie « industrie nécessitant et produisant de la chaleur pouvant être valorisée grâce à un échangeur thermique », nous tenons là un incontournable !

Le secteur du raffinage est celui chargé de la transformation du pétrole brut (après séparation de ses composants) en produits pétroliers finis — une étape essentielle : sans transformation, le pétrole brut ne sert pas à grand-chose.

Le raffinage permet ainsi d’extraire du pétrole brut une large gamme de produits : des produits nécessaires aux activités de la vie courante (chauffage, transport, cuisine, etc.), tout comme des produits dérivés qui seront utilisés dans des procédés industriels (la pétrochimie, la fabrication de revêtements routiers, etc.).

Le raffinage possède une importance capitale dans notre économie contemporaine.

Son efficacité énergétique peut être très largement — et positivement ! — impactée par l’installation d’un échangeur thermique, ce que la plupart des groupes pétroliers ont déjà commencé à faire.

Power (production d’énergie)

Avec 19% du total des ventes en Europe, la production énergétique est le deuxième segment de marché le plus important (après la chimie et la pétrochimie combinées) sur le marché des échangeurs thermiques dans l’industrie.

C’est aussi l’un des « favoris » pour la récupération et la valorisation de la chaleur fatale.

Le secteur de l’énergie regroupe d’une part l’exploitation des sources d’énergie, et d’autre part la production et la distribution.

Il comprend donc à la fois la production et la distribution d’électricité, de produits pétroliers et de gaz naturel.

Les différents modes de production traditionnelle d’énergie électrique (par exemple les centrales thermiques au fioul ou au charbon, les centrales de co-génération au gaz, les centrales nucléaires) sont tous des grands consommateurs d’échangeurs thermiques.

Mais pas seulement : dans une démarche de recherche d’énergies propres, on a vu ces dernières années se développer les « énergies vertes ».

Il s’agit notamment de la biomasse ou du photovoltaïque qui eux aussi nécessitent de nombreux échangeurs thermiques dans leurs procédés.

HVAC (Heating, Ventilation & Air-Conditioning)

Il existe enfin un dernier marché d’échangeurs thermiques dans l’industrie. Celui lié au chauffage, à la ventilation et à la climatisation des installations industrielles.

Ces activités ne sont pas directement impliquées dans les procédés industriels décrits ci-dessus, mais peuvent y être intimement liées.

De nombreuses récupérations d’énergie réalisées dans les procédés par des échangeurs de chaleur sont utilisées pour chauffer ou refroidir les bâtiments en utilisant d’autres échangeurs thermiques.

Le saviez-vous ?

Il est possible de valoriser la chaleur fatale des procédés industriels en l’utilisant pour chauffer des logements ou des bâtiments grâce à un réseau de chaleur !

La chaleur est acheminée aux logements à travers le réseau. C’est déjà le cas à Helsinki, où un réseau de chaleur valorise le dégagement des datacenters !

Les modèles d’échangeurs thermiques sur le marché de l’industrie

Nous vous l’avons dit à quelques reprises dans les pages précédentes de cet article : il existe de nombreux modèles différents d’échangeurs thermiques.

Ils peuvent être regroupés dans 5 familles principales  :

  • Tubulaires ;
  • À plaques et joints ;
  • À plaques brasées
  • Aérauliques (échangeurs air/air)
  • Les technologies hybrides : les tours de refroidissement, par exemple.

Quelles sont les particularités de chaque type d’échangeur thermique ? Comment fonctionnent ces appareils ? À qui conviennent-ils ? Réponse tout de suite !

Les échangeurs tubulaires

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Échangeur Tubulaire (Source : Kelvion)

Les échangeurs tubulaires sont encore parmi les plus utilisés dans le secteur industriel : ils représentent encore 24 % des ventes d’échangeurs thermiques dans l’industrie.

Ils constituent une technologie ancienne qui, même si elle se trouve de plus en plus concurrencée par les technologies des échangeurs à plaques et joints ou par les échangeurs à plaques soudées, reste une technologie indispensable notamment pour des fluides à forte pression ou très visqueux.

Les échangeurs thermiques tubulaires fonctionnent grâce à un faisceau de tubes, disposés à l’intérieur d’une enveloppe que l’on nomme « calandre ».

Placés verticalement ou horizontalement, ces tubes permettent l’échange thermique : l’un des fluides circule à l’intérieur des tubes, pendant que l’autre circule dans la calandre — et par conséquent autour des tubes, permettant ainsi le transfert des calories d’un fluide vers l’autre.

Le principal avantage des échangeurs thermiques tubulaires est sans aucun doute leur robustesse. Ils sont en effet théoriquement utilisables dans toutes les applications industrielles.

Capables de résister à des températures et pressions extrêmes, ils acceptent par ailleurs des écarts de température potentiellement importants.

Autre caractéristique notable : ces appareils peuvent être gigantesques.

Ils peuvent mesurer jusqu’à plusieurs dizaines de mètres de long et de diamètre, devenant ainsi une des rares solutions à pouvoir répondre à des besoins très importants d’échange thermique.

Ce qui nous amène à l’un des inconvénients majeurs des échangeurs tubulaires : très grands, ils ne sont pas pratiques en termes de maintenance.

Cela constitue un réel problème car dans l’industrie, les fluides utilisés peuvent être sales, ce qui entraîne des encrassements à l’intérieur des tubes et donc des risques importants de colmatage.

Enfin, dans bien des environnements leurs performances ne sont pas optimales aujourd’hui par rapport à celles des échangeurs à plaques (soudées ou jointées) !

Avantages

  • Robustes
  • Résistants à des pressions et températures extrêmes

Inconvénients

  • Très grands
  • Peu performants

Les échangeurs à plaques et joints

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Échangeur de chaleur à plaques et joints (Source : Azprocédé)

A l’origine inventés pour la pasteurisation du lait dans les années 1920, les échangeurs à plaques et joints connaissent un véritable développement depuis les années 1970 grâce à différents progrès technologiques.

Ils sont souvent plus économiques que les échangeurs tubulaires.

Dans de nombreuses applications, les échangeurs à plaques et joints sont en effet moins chers à installer, plus faciles à maintenir en bon état, présentent une empreinte au sol plus faible, sont moins lourds et consomment moins.

Ils présentent donc l’avantage de permettre une efficacité énergétique et des gains économiques réels.

Comment fonctionnent-ils ?

Comme leur nom l’indique, à l’image d’un paquet de cartes, par une succession de plaques métalliques entre lesquelles les fluides circulent, sans se mélanger.

Les plaques sont chargées de réaliser le transfert de chaleur et sont elles-mêmes isolées les unes des autres par des joints.

Parlons d’abord des plaques.

Selon l’application et le fluide process, elles peuvent être réalisées dans différentes matières : de l’acier inoxydable, de l’aluminium ou même des métaux plus exotiques comme le tantale ou le titane.

Tout dépend de l’utilisation qui est faite de ces échangeurs et de la « recette » du fabricant !

Ce qui rend ces échangeurs thermiques très intéressants d’un point de vue économique, c’est que l’épaisseur des plaques est très faible pour une même surface d’échange qu’un échangeur tubulaire, ce qui les rend plus compacts et moins lourds.

L’épaisseur des plaques d’un échangeur à plaques est comprise entre 0,1 mm et 0,8 mm.

Les plaques sont séparées entre elles au sein de l’échangeur de chaleur par des espaces minimes, puisqu’ils sont compris selon les modèles et les fabricants entre 5 et 10 mm.

Les joints, ensuite.

La plupart du temps, ils sont fabriqués en polymère.

Il faut dire que cette matière présente certaines caractéristiques qui la rendent particulièrement avantageuse : la souplesse, la légèreté, ainsi qu’une bonne isolation électrique et thermique.

Ils permettent de maintenir les plaques en place et assurent l’étanchéité de l’installation.

Les plaques sont pressées pour présenter des corrugations à leur surface.

Ces corrugations permettent à un échangeur de chaleur à plaques et joints de créer beaucoup plus de turbulences que dans un échangeur tubulaire.

Ces turbulences, loin d’être un inconvénient, permettent une maintenance plus aisée (les résidus circulent, mais ne se déposent pas) et de meilleures performances énergétiques !

Deux bémols cependant.

D’une part,  bien que moins encombrants, les échangeurs à plaques et joints ne résistent pas à des températures et à des pressions aussi importantes que les échangeurs tubulaires.

D’autre part, la création de turbulences dans les échangeurs à plaques et joints entraîne des pertes de charge qu’il faut compenser par des pompes dans les circuits process.

Avantages

  • Performants
  • Compacts
  • Modulables

Inconvénients

  • Limites de Température & pression
  • Perte de charge importante

Les échangeurs à plaques soudées

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Échangeur de chaleur à plaques soudées Alfa Laval

Résumons :

  • les échangeurs de chaleur tubulaires sont puissants mais encombrants
  • les échangeurs à plaques et joints sont compacts mais moins résistants à la pression.

Est-il possible d’allier le meilleur des deux mondes ? La première réponse des industriels à cette question, c’est l’échangeur de chaleur à plaques soudées.

Son fonctionnement est similaire à celui de l’échangeur thermique à plaques et joints.

La différence est que les joints disparaissent, puisque les plaques sont soudées entre elles.

Les échangeurs à plaques soudées offrent ainsi des performances thermiques très nettement supérieures aux échangeurs tubulaires classiques (selon les fabricants, des performances quatre fois supérieures à celles d’un échangeur tubulaire), pour un encombrement réduit.

Autre avantage : les échangeurs thermiques à plaques soudées permettent une inspection aisée, ainsi qu’un nettoyage mécanique sur les deux fluides avec des buses à haute pression.

Ils offrent une durée de vie légèrement plus intéressante que les échangeurs à plaques et joints — même s’il faut consentir à un investissement plus important.

Comme leurs homologues à plaques et joints, le fonctionnement des échangeurs à plaques soudées repose en grande partie sur les turbulences créées au sein de l’appareil au moment de l’échange de chaleur.

Avec ce que cela implique de positif en termes de facilités de maintenance !

Avantages

  • Performants
  • Compacts

Inconvénients

  • Maintenance difficile
Échangeur de chaleur à plaques brasées Swep

Échangeur de chaleur à plaques brasées Swep

Les échangeurs à plaques brasées

Avec les échangeurs de chaleur à plaques soudées, c’est l’autre réponse des fabricants aux besoins des industriels, que ce soit en termes de performances comme de maintenance.

Les échangeurs de chaleur à plaques brasées sont constitués d’un nombre variable de plaques corruguées (c’est-à-dire striées de manière transversale) de haute qualité.

Celles-ci sont la plupart du temps en acier inoxydable ou en cuivre, et sont brasées sous vide en utilisant du cuivre ou du nickel.

À l’intérieur de l’appareil, une plaque sur deux est retournée à 180°. Chacun des deux fluides circule donc à contre-courant de part et d’autre des plaques d’échange.

Cela permet entre autres de maximiser la surface d’échange utile.

Les échangeurs de chaleur à plaques brasées présentent donc de nombreux avantages :

  • simples à installer et compacts
  • peu de maintenance car pas de joints
  • très fiables à l’usage
  • hermétiquement scellés
  • écoulement très turbulent, donc transfert de chaleur efficace même à de faibles débits volumiques
  • faible encrassement, pas de zones mortes
  • résistance à de très hautes pressions et températures.

Les échangeurs de chaleur à plaques brasées sont l’un des types d’échangeurs thermique les plus utilisés dans les industries du génie climatique (HVAC – CVC).

Avantages

  • Plus résistants que les plaques et joints
  • Performants

Inconvénients

  • Hermétiques
  • Non modulables

Les échangeurs thermiques « air » (ou échangeurs thermiques aérauliques)

Échangeur aéraulique (Source : Lennox)

Échangeur aéraulique (Source : Lennox)

L’un des derniers membres de la grande famille des échangeurs de chaleur, les échangeurs thermique « air », ou aérauliques, sont d’une conception différente des échangeurs à plaques ou des échangeurs tubulaires.

Ils sont habituellement constitués de tubes de cuivre ou d’aluminium dans lesquels circule un liquide réfrigérant.

Ces tubes traversent des batteries d’ailettes (fines tôles habituellement en aluminium) au contact de l’air avec lesquelles elles échangent des calories.

Enfin, pour accélérer les échanges entre les ailettes et l’air, on place le plus souvent un ventilateur qui va accélérer la circulation d’air.

Quand l’échangeur thermique « air » crée du froid, on l’appelle un évaporateur.

Quand il dissipe du chaud on l’appelle un condenseur.

On retrouve beaucoup de condenseurs sur le marché des échangeurs thermiques de l’industrie car ces derniers sont abondamment utilisés pour refroidir des procédés industriels, notamment en power et en raffinerie.

Les avantages ?

Faciles à installer, les échangeurs thermiques « air » sont robustes.

Ils se révèlent fiables à l’usage, notamment parce qu’ils ne reposent sur peu de  pièces en mouvement à part le ventilateur.

Enfin, ils offrent souvent un rapport qualité/prix très intéressant.

Les tours de refroidissement (ou tours aéro-réfrigérantes)

Tour de refroidissement de la centrale nucléaire de Belleville

Tour de refroidissement de la centrale nucléaire de Belleville

Les tours de refroidissement sont une famille très spécifique sur le marché des échangeurs thermiques.

Elles servent à évacuer dans l’air des quantités importantes d’énergie utilisées dans les process.

Leur taille les rend souvent très visibles de l’extérieur (on pense notamment aux tours de refroidissement des centrales nucléaires) et leur construction tient souvent plus du génie civil que de l’industrie manufacturière proprement dite.

Les tours aéroréfrigérantes sont ainsi constituées d’une tour (le plus souvent en béton et pouvant atteindre plus de 100 m de haut !) avec en son cœur un système de ventilation et d’échange thermique permettant de maîtriser le procédé de transfert de calories.

La technologie des tours de refroidissement est quasiment exclusivement réservée au marché du Power et à quelques applications bien spécifiques dans la chimie.

Les autres échangeurs thermiques

La grande famille des échangeurs de chaleur ne s’arrête pas à l’opposition entre « échangeur tubulaire » et « échangeur à plaques ».

Il existe d’autres technologies d’échangeurs thermiques. Citons notamment :

  • Échangeur thermique spiralé Alfa Laval

    Échangeur thermique spiralé Alfa Laval

    Les échangeurs spiralés
    Ils fonctionnent grâce à deux plaques de métal enroulées, qui forment une paire de canaux en spirale.
    L’échangeur à spirales ne convient pas à toutes les utilisations, et ce pour deux raisons principales : tout d’abord, il correspond principalement à une utilisation de fluides visqueux et aux mélanges liquide-solide ; ensuite, il ne résiste pas aux trop hautes pressions.
    Un élément le rend cependant intéressant : il possède une réelle capacité auto-nettoyante.

  • Les échangeurs rotatifs
    Ils permettent un échange entre deux gaz — principalement de l’air — au milieu desquels on place un cylindre.
    C’est ce dernier qui va transférer une partie de la chaleur provenant de l’air chaud à l’air ambiant entrant, et ce grâce à une structure alvéolée qui accumule la chaleur.
  • Les échangeurs à bloc
    Ils ne sont pas les plus courants, et pour cause : ils sont réservés à des applications particulières.
    Ils consistent en un bloc (le plus souvent composé de graphite, additionné parfois de polymères pour améliorer les propriétés mécaniques) d’une matière thermiquement conductrice, lequel se trouve percé de multiples canaux qui permettent de faire circuler les deux fluides et est placé dans une structure qui assure la distribution des liquides dans les différents canaux.
  • La colonne de Bouhy
    Une alternative aux échangeurs à plaques dans les sécheurs d’air comprimé, qui offre une très faible perte de charge.

La maintenance des échangeurs thermiques

Vous l’aurez compris : les besoins en maintenance des échangeurs thermiques varient selon le modèle adopté.

Mais le niveau de performances énergétiques des échangeurs thermiques dépend fortement de ces opérations régulières.

Si les recommandations ne sont pas les mêmes selon les fournisseurs, il reste quelques impératifs et solutions toutes simples, que nous avons le plaisir de vous expliquer ici !

La maintenance d’un échangeur tubulaire

Voilà bien une opération qui n’est pas donnée à tout le monde ! La maintenance d’un échangeur de chaleur tubulaire est rendue compliquée par la taille de l’appareil — qui peut faire plus d’une dizaine de mètres de long.

Et pourtant, il en a bien besoin : le peu de turbulences rencontrées par les fluides qui y circulent provoque souvent de l’encrassement.

Alors, comment procéder ?

Eh bien, il faut faire appel à un professionnel, qui se chargera de retirer les tubes et de les inspecter.

Il utilisera ensuite un jet à haute pression pour retirer les traces de calcaire et d’encrassement, changera les pièces qui doivent l’être, puis replacera les tubes dans la calandre.

Ensuite, il reste une dernière étape : contrôler le bon fonctionnement de l’imposant appareil avant sa remise en service.

La maintenance de l’échangeur à plaques

Cette fois, les choses sont plus simples, surtout pour les échangeurs à plaques et joints.

Nous l’avons dit, les échangeurs thermiques à plaques ont pour eux une maintenance absolument facilitée par rapport aux modèles tubulaires.

Vous souhaitez nettoyer votre échangeur de chaleur à plaques ?

La bonne nouvelle, c’est qu’en respectant bien sûr les préconisations et les conseils du fabricant, vous pouvez le faire vous-même.

De nombreuses sociétés (dont les fabricants d’origine) peuvent également se proposer de le faire pour vous.

Tout d’abord, il convient de s’assurer qu’aucune incrustation et qu’aucun dépôt ne se sont formés sur les plaques.

Des problèmes de ce type causent et accélèrent la corrosion des plaques, et impactent le rendement énergétique de l’appareil.

Vous constatez des dépôts ?

Commencez par faire circuler dans l’échangeur de chaleur, sans l’ouvrir, une solution de nettoyage à la place des fluides de fonctionnement, pour la faire ensuite ressortir, entraînant avec elle les fameux dépôts.

Complétez l’opération en faisant circuler de l’eau dans le module, jusqu’à ce qu’elle ressorte sans trace de la solution de nettoyage.

Si cela devait ne pas suffire, vous pouvez également nettoyer les plaques et joints manuellement.

Pour cela, démontez-les — en respectant bien les consignes de démontage fournies par le constructeur de l’échangeur à plaques.

Nettoyez-les en utilisant une brosse en nylon et de l’eau tiède, ou un jet à haute pression — une solution plus risquée pour le matériel, c’est pourquoi il faut toujours diriger le jet perpendiculairement aux plaques et ne pas dépasser une pression de 30 bars.

Dernière solution pour la maintenance de l’échangeur thermique à plaques : le lavage chimique dans des cuves appropriées.

Petite précaution d’importance : si votre échangeur à plaques est un modèle à plaques et joints, retirez ces derniers avant le bain.

Vous constatez des incrustations grasses ou bactériologiques ?

Utilisez de la soude caustique (NaOH) à 4 % maximum et à une température de 80 °C, et faites durer le bain environ 24 heures.

Vous constatez des impuretés de type calcaire ?

Préférez l’utilisation d’acide nitrique (HNO3) à 4 %, porté à une température de 60 °C.

La durée du bain doit alors être limitée à 1 heure.

Dans tous les cas, conformez-vous aux recommandations du fabricant de l’échangeur de chaleur à plaques.

C’est la seule garantie que vous aurez de conserver, dans le temps, les performances de votre appareil.

N’oubliez pas de vérifier également que vous utilisez le bon matériel et/ou les bons produits chimiques !

Et les autres échangeurs ?

Moins pratiques et/ou moins répandus, les autres types d’échangeurs de chaleur doivent également faire l’objet d’une maintenance régulière, réalisée par un professionnel agréé.

Ce sont souvent les fabricants qui la réalisent — ou la « délèguent » à des entreprises sélectionnées.

Les principaux acteurs du marché de l’échangeur de chaleur

Vous êtes convaincu de l’intérêt, notamment en termes de performances énergétiques et d’optimisation des consommations, d’un échangeur de chaleur ?

Reste à savoir vers qui vous tourner.

Voici les principaux fabricants présents sur le marché européen, soit directement, soit via des distributeurs.

Cette liste est volontairement limitée aux acteurs présents sur le marché des échangeurs thermiques dans l’industrie, et exclut les acteurs exclusivement présents dans le génie climatique (« HVAC »).

Alfa Laval

Alfa Laval industrie profil

Groupe international d’origine suédoise, implanté en France depuis plus de 100 ans, Alfa Laval est le leader mondial du secteur de l’échangeur thermique.

Il compte quarante deux sites majeurs de production dans le monde, dont trois en France pour les échangeurs de chaleur : Grenoble, Nevers et Chalon-sur-Saône.

Ayant marqué l’histoire de la technologie des échangeurs de chaleur, Alfa Laval propose l’une des gammes les plus étendues du marché :

  • Des échangeurs à plaques brasées, soudées ou à plaques et joints ;
  • Des échangeurs tubulaires ;
  • Des échangeurs à surface raclée ;
  • Des échangeurs spiralés.

API Heat Transfer

API-heat-transfer-logo

API Heat Transfer est une société allemande qui possède des unités de production en Allemagne, en Chine, aux États-Unis mais aussi en Angleterre.

API possède également une gamme très impressionnante d’échangeurs et de refroidisseurs, utilisables dans la majorité des industries :

  • échangeurs à plaques soudées
  • échangeurs à plaques et joints
  • échangeurs à plaques brasées
  • échangeurs tubulaires
  • refroidisseurs
  • évaporateurs
  • etc.

Barriquand

Barriquand échangeurs de chaleur

Le premier français de notre liste ! Barriquand est en effet un groupe installé dans la Loire à Roanne.

Il ne produit que des échangeurs de chaleur (à plaques soudées ou brasées, tubulaires, à plaques et joints).

Les échangeurs thermiques Barriquand se retrouvent dans de nombreux secteurs d’activité, comme l’agroalimentaire, l’industrie lourde, le génie climatique, les produits chimiques, etc. Barriquand possède en particulier de nombreuses références dans l’industrie sucrière.

CIAT

ciat échangeurs de chaleur

Un autre acteur « bleu-blanc-rouge » ! Du moins à l’origine, puisqu’il a intégré en 2014 le groupe UTC qui possède également Carrier.

CIAT (Compagnie Industrielle d’Applications Thermiques) est installée dans l’Ain à Culoz. Forte d’une expérience de 80 ans, la société développe des « solutions énergies renouvelables qui respectent l’environnement ».

CIAT ne se concentre pas uniquement sur les échangeurs de chaleur (là encore, de tous types), puisque l’entreprise vend aussi des solutions de climatisation, de chauffage, de réfrigération et de traitement de l’air.

Danfoss

Danfoss échangeurs de chaleurOriginaire du Danemark, l’entreprise Danfoss (la contraction de « Danmark », Danemark, et de « fosse », flux) est aujourd’hui implantée un peu partout dans le monde.

Elle compte quelques 24 000 salariés, pour un chiffre d’affaires de 4,6 milliards d’euros.

Très présent dans l’HVAC, Danfoss a développé et vend des échangeurs de chaleur brasés qui font l’objet de nombreux brevets ainsi que des échangeurs micro-canaux.

Ces 2 gammes d’échangeurs thermiques sont essentiellement à destination des OEM (Original equipment Manufacturer – fabricant d’origine).

Güntner

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Güntner, société d’origine allemande, est l’un des fournisseurs de condenseurs industriels (échangeurs aérauliques) les plus connu en Europe.

Spécialisée dans les condenseurs de moyenne puissance, elle est très présente dans le secteur du power et des industries agro-alimentaires.

Güntner est l’un des pionniers dans l’utilisation de la technologie des micro-canaux.

Hamon

Hamon est une société d’origine belge connue pour ses réalisations d’échangeurs de chaleur de grande puissance : échangeurs thermiques à plaques ou tubulaires ainsi que des tours de refroidissement pour les industries de procédés ou le Power.

Hisaka

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Société japonaise très présente sur le marché des échangeurs thermiques pour l’industrie en Asie, Hisaka a développé une gamme complète d’échangeurs : échangeurs plaques & joints, échangeurs brasés et échangeurs spiralés.

Ces principales applications sont les industries chimiques et agro-alimentaires ainsi que la marine.

En HVAC, Hisaka est particulièrement connu pour ces échangeurs à plaques brasées qui équipent de nombreux OEM japonais et chinois de l’HVAC.

Hisaka n’est présent en Europe qu’au travers de distributeurs.

Kelvion

Kelvion échangeurs de chaleur

Connu jusqu’en novembre 2015 sous le nom de GEA Heat Exchangers, Kelvion est l’un des principaux acteurs du marché des échangeurs thermique dans l’industrie.

Kelvion une société allemande spécialisée dans la fabrication et la commercialisation d’échangeurs thermiques  de tout type : échangeurs de chaleur à plaques, tubulaires, échangeurs aérauliques et tours de refroidissement modulaires.

Le tout pour une large gamme d’applications industrielles, notamment sur les marchés de l’HVAC, de l’énergie électrique, du pétrole et du gaz, de la chimie, des applications navales, de l’environnement, ou encore des industries agro-alimentaires.

Lennox

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Groupe américain spécialisé essentiellement dans le génie climatique, Lennox produit également une gamme d’échangeurs aérauliques de type dry cooler qui trouvent de nombreuses applications dans l’industrie et en Power.

Mersen

Mersen échangeurs de chaleur

Encore un acteur du secteur qui a récemment changé de nom !

« Mersen » est ainsi la nouvelle appellation de Carbone Lorraine.

Coté en Bourse à Paris, présent sur les cinq continents, Mersen propose à la vente des échangeurs à blocs (cubiques ou cylindriques) et des échangeurs de chaleur à tubes.

Ces produits sont disponibles en plusieurs matériaux, selon le niveau de performances recherchées : le graphite, le carbure de silicium, les métaux nobles…

Profroid

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Filiale du groupe américain Carrier, lui-même filiale d’UTC (comme CIAT), Profroid, basé à Aubagne dans le sud de la France, surtout connu pour ses centrales frigorifiques, est également un producteur important de fluid coolers, des échangeurs air-air ou air-eau qui sont réputés notamment dans les industries alimentaires et les grandes surfaces.

Sondex

Seondex échangeurs de chaleur

Un autre acteur originaire du Danemark.

La société Sondex a été créée en 1984. Elle compte 1200 employés et a intégré le groupe Danfoss en juillet 2016.

Sondex est spécialisé dans les solutions intégrant des échangeurs à plaques haute performance, sur une large gamme de pressions et de température.

En France, la société Sondex est installée dans le Rhône à Saint-Genis-Laval.

Depuis quelques années, Sondex développe par ailleurs ses activités connexes, comme les skids et les pompes.

Sa gamme d’échangeurs de chaleur s’avère très complète, et répond aux besoins de nombreux secteurs d’activité.

SPX

Société américaine présente dans le monde entier, SPX fournit des échangeurs de chaleur principalement sur les marchés des échangeurs thermiques du Power et de l’HVAC.

Sa filiale SPX Flow a racheté la marque APV un des acteurs historiques de la fabrication des échangeurs thermiques dans les industries agro-alimentaires.

Swep

Swep échangeurs de chaleur

Installée en France à Aulnay-sous-Bois, Swep est une société suédoise — preuve, s’il le fallait, que les pays du nord de l’Europe restent ceux les plus en avancé en matière d’échange thermique.

SWEP est représenté dans plus de 50 pays, et est membre du groupe Dover depuis 1994.

Vous recherchez un échangeur à plaques brasées ? Il peut être pertinent de s’adresser à Swep, qui propose l’une des gammes les plus complètes du marché.

Thermokey

Thermokey échangeurs de chaleurLe seul fabricant italien de notre liste !

Thermokey est une société née à Rivoreta (Frioul), spécialisée dans la production d’échangeurs de chaleur, en particulier à plaques brasées.

Tranter

Tranter échangeurs de chaleur

L’un des « géants » du marché des échangeurs de chaleur dans l’industrie.

Tranter est un groupe américain, filiale autonome d’Alfa Laval AB, qui a acquis au fil de ses nombreuses années d’existence un certain nombre de concurrents.

Résultat ? Tranter est aujourd’hui le plus grand fournisseur mondial d’échangeurs soudés, sa technologie « vitrine » !

Wesper

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Wesper est un fabricant français historique d’échangeurs de chaleur, qui avait fermé boutique fin 2016. Heureusement, la société est repartie de plus belle fin 2016 !

Wesper propose une gamme 100% fabrication française à Pons : évaporateurs, condenseurs, aéroréfrigérants, centrales de traitement d’air, batterie d’échange de série ou sur-mesure, le choix est très varié !

Comment choisir sa solution d’échangeur thermique ?

Installer dans une usine un échangeur thermique constitue une démarche, aujourd’hui, pleine de bon sens.

Un échangeur de chaleur peut en effet vous aider à gagner en performances énergétiques, à consommer moins, voire à réutiliser de l’énergie calorifique perdue jusque-là dans l’atmosphère — la trop fameuse « chaleur fatale ».

Sauf que, nous l’avons vu, il existe de nombreuses technologies disponibles et au moins autant de fournisseurs différents.

Voici donc quelques pistes pour vous aider à vous décider !

Echangeur thermique à plaques ou échangeur tubulaire ?

C’est souvent la première question à vous poser : devez-vous choisir un échangeur thermique tubulaire ou un échangeur de chaleur à plaques ?

Aujourd’hui, le marché penche de plus en plus pour la deuxième solution pour des raisons économiques et techniques.

Certes, les échangeurs tubulaires résistent à des pressions et des températures plus importantes.

Mais au fil des développements technologiques des échangeurs de chaleur à plaques, cet avantage compétitif tend à se réduire et ne suffit pas à en faire la solution la plus intéressante pour les industriels dans bien des cas.

En effet, nous l’avons dit, les échangeurs tubulaires prennent beaucoup de place et sont souvent beaucoup plus lourds, ce qui les rend plus coûteux.

Par ailleurs, ils offrent une maintenance moins aisée et une flexibilité moindre par rapport aux évolutions des sites et des procédés industriels.

À l’inverse, les échangeurs de chaleur à plaques et joints, à plaques soudées ou à plaques brasées constituent des solutions de plus en plus crédibles pour la plupart des installations industrielles.

Leur maintenance est facile. Ils coûtent souvent moins cher — dans le court, le moyen et le long terme.

Ils prennent moins de place, et peuvent par exemple être installés en hauteur pour ne pas encombrer le sol.

Enfin, ils offrent, des performances énergétiques extrêmement intéressantes !

Nouveau matériel ou retrofit ?

Bien sûr, vous pourriez lire ces lignes tout en ayant déjà votre échangeur de chaleur, et vouloir obtenir de meilleures performances énergétiques (par exemple avec un système de récupération) tout en limitant vos investissements.

On appelle cela le « retrofit« , ou l’action de faire du neuf avec du vieux.

Est-ce une solution crédible ?

Oui, mais ça dépend. Le matériel « upgradé » ne doit pas être trop ancien.

Il ne doit pas subir de pannes trop régulières. Bref, il doit être en état de « tenir » encore quelques années pour ne pas finir par vous coûter plus cher qu’un échangeur de chaleur tout neuf !

Et le fabricant ?

Vers quel fabricant devez-vous vous tourner ?

La réponse à cette question dépendra principalement de vos attentes, car tous ne pratiquent pas le même niveau de prix.

Sur le marché des échangeurs thermiques, les plus grandes marques (Alfa Laval, Kelvion, Barriquand, Swep, Tranter, etc.) peuvent paraître moins accessibles, mais elles proposent des machines à la finition irréprochable.

D’autres sont moins chères, mais peuvent répondre uniquement à des procédés industriels simples ou proposer des niveaux de service moins sophistiqués.

Un conseil : complétez vos recherches par une analyse réalisée par un expert thermicien. Il pourra vous guider dans l’étude de vos besoins et des offres présentes sur le marché !

Les chiffres du marché des échangeurs thermiques dans l’industrie

Le marché des échangeurs thermiques dans l’industrie est estimé à 5 milliards d’Euros de chiffre d’affaires annuel pour l’Europe et à 15 milliards d’Euros pour le monde.

Ce marché bénéficie de nombreuses tendances favorables :

  • Le développement de l’économie mondiale (notamment les pays émergents) qui construisent de nouvelles usines et donc commandent des échangeurs de chaleurs ;
  • Les coûts de l’énergie qui augmentent structurellement, et incitent donc à l’amélioration des performances énergétiques des procédés industriels, et donc à l’utilisation renforcée des échangeurs thermiques ;
  • Les réglementations mises en place dans de nombreux pays pour favoriser les économies d’énergie et la récupération de chaleur ;
  • Les besoins croissants de confort qui incitent de plus en plus à travailler dans des environnements à la température contrôlée, ce qui là aussi incite à l’utilisation d’échangeurs de chaleur, et donc à la croissance du marché des échangeurs thermiques dans l’industrie ;

Parmi les éléments freinant le développement du marché des échangeurs thermiques, citons :

  • La chute des prix du pétrole, qui entraîne une baisse du coût de l’énergie, et donc réduit l’incitation à utiliser plus intensément les échangeurs de chaleur ;
  • La chute des prix des matières premières métalliques (acier inoxydable, aluminium, cuivre, titane, etc.) dont les échangeurs thermiques sont de grands consommateurs, entraîne mécaniquement une baisse des prix de ventes de ces mêmes échangeurs thermiques.

Les éléments favorisant la hausse sont structurels alors que ceux favorisant la baisse sont, à ce jour, plutôt conjoncturels.

Le pronostic est donc sur le moyen terme à une hausse moyenne du marché des échangeurs thermiques dans l’industrie de 1-2% par an, avec des hausses allant jusqu’à 3-4% par an pour le marché des échangeurs de chaleurs à plaques du fait de leur popularité croissante face aux échangeurs tubulaires et aux tours de refroidissement.

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Sur le marché des échangeurs thermiques les principaux marchés d’Europe sont :

  • Allemagne : 28%
  • Italie : 15%
  • France : 14%

Cet article était consacré au marché des échangeurs thermiques dans l’industrie et aux différentes solutions qui existent !

Nous espérons avoir répondu à toutes vos questions sur le sujet.

Si vous souhaitez en savoir plus, contactez-nous.

Nous sommes des passionnés et nous ferons de notre mieux pour vous aider à trouver les bonnes réponses à vos questions.

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