Les échangeurs de chaleur sont partout : voitures, chaudières, raffineries, industrie chimique, industrie agroalimentaire, installations industrielles et domestiques, etc. Il s’agit de composants essentiels de toutes les installations industrielles. On les retrouve donc dans beaucoup d’appareils techniques, car ils permettent de transférer de la chaleur d’un fluide à un autre.
Et pourtant, on trouve peu d’informations économiques concernant les échangeurs thermiques sur le net. Aucun problème pour comprendre leur fonctionnement et trouver les détails très techniques des calculs de dimensionnement, mais rien sur les prix des échangeurs de chaleur à plaques.
C’est ce que nous avons voulu résoudre avec ce dossier : anticiper le budget d’achat d’un échangeur thermique à plaques ! Nous allons donc détailler les différents types d’échangeurs de chaleur à plaques, et essayer de donner une fourchette de prix.
Rappel sur le prix d’un échangeur de chaleur à plaques
Un échangeur à plaques et joints.
Les échangeurs de chaleur sont des appareils très complexes et très techniques. Il existe beaucoup de fabricants et de modèles. Concernant les échangeurs à plaques, on les regroupe dans 3 grandes familles :
- Échangeurs à plaques & joints (gasketed plate heat exchanger ou « GPHE »)
- Échangeurs à plaques soudées (welded plate heat exchanger ou « WPHE »)
- Échangeurs à plaques brasées (brazed heat exchanger ou « BHE »).
Les modèles d’échangeurs sont souvent spécialisés dans un certain type d’industrie (par exemple, on trouve surtout des BHE dans l’HVAC). Les fonctionnalités de l’échangeur peuvent aussi beaucoup varier : il peut servir de refroidisseur, d’évaporateur, de condenseur, etc.
Enfin, en plus du contexte industriel dans lequel un échangeur est utilisé, le choix du modèle (et donc son coût) est influencé par de nombreux paramètres :
- La pression (certains échangeurs thermiques excellent dans le transfert de chaleur à faible pression, ou au contraire à forte pression)
- La température (transfert de chaleur recherché, risques de gel, etc.)
- Les fluides qui servent à l’échange thermique (corrosifs, abrasifs, visqueux, etc.)
- Les contraintes hygiéniques (les standards ne sont pas les mêmes pour de l’eau chaude sanitaire ou un vaccin par exemple)
- Les contraintes physiques de l’endroit où sera positionné l’échangeur (l’emprise au sol, entre autres)
- Etc.
Cette grande diversité de modèles explique pour beaucoup pourquoi il est tout à fait impossible de donner une fourchette de prix sans connaître la situation exacte dans laquelle l’échangeur sera installé, ainsi que son utilité bien sûr.
Les fourchettes de prix que nous allons donner sont donc à titre indicatif : le seul moyen de connaître le prix final est de faire faire un devis !
Prix par type d’échangeur à plaques
Échangeur à plaques et joints
Les échangeurs à plaques et joints ont été inventés au début du XXème siècle pour être utilisés dans la pasteurisation du lait.
Beaucoup plus performants que les échangeurs tubulaires, ils conviennent à des pressions et températures moyennes. En effet, les joints qui isolent les plaques les unes des autres sont en polymères, des matériaux qui supportent mal les conditions extrêmes.
Les échangeurs à plaques et joints se trouvent partout, depuis l’industrie agroalimentaire jusqu’à l’industrie pétrochimique.
On en trouve à partir de 2 000€, et jusqu’à 20 000€ environ. Pour certains échangeurs, fabriqués avec des métaux très rares (comme le titane ou le tantale) et pour des applications complexes, on peut même atteindre des budgets dépassant le million d’euros !
Échangeur à plaques soudées
Pour résoudre le problème de la limite de température et de pression des échangeurs à plaques et joints, les constructeurs ont développé dans les années 70 de nouvelles techniques de fabrication, basées notamment sur la soudures des plaques entre elles.
On élimine ainsi les joints en soudant les plaques, ce qui rend les échangeurs bien plus résistants. Par contre, ces échangeurs ne sont pas démontables, et la maintenance est bien plus difficile que sur un modèle à plaques et joints.
La fabrication de WHE nécessite des investissements de plusieurs millions d’euros, ce qui explique en partie pourquoi le coût de fabrication d’un échangeur soudé est plus important que pour un GPHE.
Les échangeurs à plaques soudées se trouvent commercialisés entre 5 000 € et 30 000 € pièce, en fonction du dimensionnement. Dans certains contextes, comme pour les échangeurs à plaques et joints, on peut atteindre des coûts d’achat de plusieurs centaines de milliers d’euros par unité!
Échangeur à plaques brasées
Les échangeurs à plaques brasées sont fabriquées selon une technique un peu similaire à la soudure ; on parle de brasage car on utilise du cuivre.Ils sont hermétiquement scellés et leur construction maximise la surface d’échange, ce qui les rend très performants et très compacts.
Par contre, il est impossible de rajouter ou d’ôter des plaques, et ces modèles ne sont pas modulables : ils conviennent plutôt aux installations qui n’évoluent pas beaucoup. Ils sont par exemples très répandus dans le génie climatique (chauffage, ventilation, climatisation).
Plus standards que leurs comparses à plaques et joints et à plaques soudées, les échangeurs à plaques brasées sont aussi moins onéreux : entre 100 et 1 000 € pièce. Il est possible d’en trouver sur les sites de vente en ligne, et de trouver dans le cadre d’un budget raisonnable sans forcément être en contact direct avec le fabricant ou un de ses distributeurs.
Qu’est-ce qui fait varier le prix ?
Le premier facteur faisant varier le prix d’un échangeur est sans aucun doute son dimensionnement, c’est-à-dire le nombre de plaques, pour simplifier à l’extrême.
Le dimensionnement se fait au cas par cas, car il dépend des performances d’échange souhaitées, des pressions d’entrée et de sortie, mais aussi de la nature des fluides : un échangeur de chaleur ne fonctionne pas de la même façon si c’est du lait qui circule que si c’est du pétrole, et les plaques ne sont pas faites du même métal !
Presque tous les fabricants proposent des indications de dimensionnement pour leurs échangeurs, et certains vont même jusqu’à offrir un outil en ligne : voir par exemple celui d’Alfa Laval.
Ensuite, le prix des échangeurs est majoritairement influencé par le cours des matières premières, car ces équipements sont surtout constitués de métaux. Si le cours est haut, il y a de fortes chances que le fabricant répercute ces variations de prix sur la facture finale. S’il ne s’agit que de petites commandes, l’impact du cours des métaux sur le coût global sera minime, mais lorsqu’on parle d’échangeurs coûtant plusieurs dizaines de millers, voire plusieurs centaines de milliers d’euros, il peut être important !
Le devis : la solution à tous les problèmes de prix
Comme nous le disions plus haut, le dimensionnement de l’échangeur (c’est-à-dire la surface d’échange nécessaire et les contraintes associées), le type de fluides, les pressions d’entrée et de sortie, mais aussi les éventuelles pertes de charges font varier le prix d’un échangeur du tout au tout.
C’est la raison pour laquelle un devis reste la meilleure manière d’avoir une idée des différents prix en fonction des gammes de matériel.
Bien sûr, les modèles performants sont plus chers, mais offrent un meilleur retour sur investissement, par exemple en récupérant de l’énergie permettant de chauffer ou refroidir d’autres fluides à d’autres étapes des process des installations.
Prenons l’exemple de la chimie.L’utilisation des échangeurs à plaques peut y être si intensive qu’il est nécessaire d’en remplacer les plaques ou les joints très régulièrement. Dans ce contexte, on pourrait penser qu’il serait plus intéressant d’investir dans un modèle d’échangeur tubulaire, plus résistant, mais la performance des échangeurs à plaques est telle qu’il est souvent plus intéressant d’investir dans leur maintenance et leur « retrofitting ».
Et le coût d’un échangeur ne doit pas s’analyser uniquement par son prix d’achat. Il faut aussi l’analyser au travers des frais de maintenance et des gains économiques apportés par les performances de l’échangeur thermique tout au long de la vie de l’équipement !
