La chaleur descend.
À chaque marche, on perd un peu.
Une ordure qui brûle, c'est de l'énergie. Le métier consiste à la faire descendre du très chaud vers le très froid en lui volant au passage le maximum d'électricité. Chaque étage a son rendement. Voici la chaîne complète — bouge les curseurs, regarde où l'énergie file.
Le rendement four-chaudière
Première marche, la plus grosse. On brûle le déchet et on essaie de faire passer un maximum de cette chaleur dans l'eau des tubes de chaudière pour fabriquer de la vapeur. Le rendement, c'est simplement : combien de chaleur finit dans la vapeur, sur toute la chaleur qu'il y avait dans le déchet.
Imagine une casserole géante posée sur un feu de camp. Le feu chauffe la casserole… mais aussi l'air autour, tes mains, le ciel. Le rendement, c'est la part de flamme qui finit vraiment dans la soupe. Les fumées qui montent toutes chaudes dans la cheminée, c'est de la soupe qu'on jette.
- Le carburant, c'est le PCI (pouvoir calorifique inférieur) du déchet : ~2 000 à 3 000 kWh par tonne. Plus le déchet est sec et riche en plastique/carton, plus le PCI monte.
- La perte n°1, ce sont les fumées. Elles sortent à 195 °C (imposé par les filtres à manches) : on ne joue pas sur leur température mais sur leur débit — trop d'air = plus de fumées à chauffer = plus de perte.
- Viennent ensuite les imbrûlés (mâchefers mal brûlés), le rayonnement des parois et les purges.
195 °C
111 kNm³/h · O₂ 8%
Le rendement du groupe turbo-alternateur
La vapeur HP arrive pleine d'énergie. On la fait se détendre dans la turbine : en gonflant, elle pousse les aubes et fait tourner l'arbre. L'arbre entraîne l'alternateur qui fabrique le courant. Trois rendements s'enchaînent : la détente, la mécanique, puis l'alternateur.
C'est un moulin à vent sous stéroïdes. La vapeur, c'est le vent. Mais un moulin parfait n'existe pas : une partie du souffle glisse entre les aubes sans rien pousser. Ce « souffle perdu », c'est le rendement isentropique — jamais 100 %.
- La puissance dépend de la chute enthalpique Δh : l'écart d'énergie de la vapeur entre l'entrée et la sortie de turbine. Plus la vapeur sort « vidée », plus on a extrait.
- Le rendement isentropique (~78–86 %) dit à quel point la détente réelle approche la détente idéale.
- Ensuite l'alternateur (21 MW · 11 kV · 50 Hz · 1500 tr/min) convertit le couple en courant avec ~98 % de rendement (cos φ 0,8), puis un transformateur élève la tension pour l'injection sur le réseau EDF.
L'aérocondenseur sous pression
En sortie de turbine, la vapeur est « fatiguée » mais encore vapeur. Il faut la re-condenser en eau pour la renvoyer en chaudière — et surtout créer un vide en bout de turbine. Ce vide, c'est de l'or : plus la sortie est basse en pression, plus la vapeur peut se détendre, donc plus on produit d'électricité. L'aérocondenseur (ACC) fait ça avec de gros ventilateurs et de l'air, sans consommer d'eau.
C'est l'aspirateur en bout de tuyau. La turbine « tire » d'autant plus fort que le condenseur aspire derrière. Un jour de canicule, l'air est chaud, l'aspirateur s'essouffle : la pression remonte, et la turbine perd des kW. La météo pilote ta prod.
- La température de condensation ≈ T° de l'air + un écart (qui dépend du régime des ventilos et de la charge).
- À cette température correspond une pression de saturation : c'est la contre-pression que subit la turbine.
- Air chaud → condensation chaude → pression haute → moins d'électricité. Ventiler plus fort rattrape en partie… mais consomme des auxiliaires.
Le rendement des échangeurs de chaleur
Partout dans l'usine, on transfère de la chaleur d'un fluide à un autre sans les mélanger : réchauffer l'eau d'appoint, préchauffer l'air de combustion, refroidir des fumées… L'efficacité d'un échangeur, c'est : combien de chaleur on a réellement échangée, comparé au maximum théorique possible.
C'est le troc thermique. Le fluide chaud donne, le froid reçoit, à travers une paroi. Deux façons de les faire circuler : dans le même sens (co-courant) ou en sens opposé (contre-courant). Le contre-courant, c'est toujours le meilleur deal — regarde pourquoi.
- Efficacité ε = chaleur échangée / chaleur maximale. On la calcule avec le nombre d'unités de transfert (NUT), qui grandit avec la surface d'échange.
- Co-courant : les deux fluides se rapprochent d'une température commune → on plafonne vite. Contre-courant : le froid ressort peut même dépasser la sortie du chaud → efficacité plus haute.
- Le couple de fluides fixe le coefficient d'échange U : eau/eau est excellent, fumée/fumée (gaz/gaz) est médiocre → il faut de grandes surfaces.
Économiseur & réchauffeur d'air
Après la chaudière, les fumées sont encore brûlantes (250–350 °C). Les envoyer directement à la cheminée, c'est jeter de l'argent. On les fait donc passer dans deux récupérateurs avant de les lâcher : l'économiseur préchauffe l'eau alimentaire, le réchauffeur d'air préchauffe l'air de combustion. Chaque degré récupéré, c'est du rendement chaudière en plus.
C'est le récupérateur sur le tuyau de poêle. La chaleur qui filait dans le conduit, on la capte au passage pour chauffer la pièce. Sauf qu'ici il y a une limite dure : si on refroidit trop les fumées, la vapeur d'eau et les acides se condensent sur les parois — c'est le point de rosée acide, et ça ronge le métal.
- L'économiseur renvoie sa chaleur à l'eau : moins de vapeur « gaspillée » à réchauffer le liquide, plus de vapeur produite pour le même déchet.
- Le réchauffeur d'air renvoie sa chaleur à l'air comburant : meilleure combustion, moins d'imbrûlés.
- Le plancher, c'est le point de rosée acide (~110–140 °C selon soufre et chlore). On s'en approche… sans jamais passer dessous.
Le cycle de Rankine (diagramme T-s)
Voici la vue d'ensemble de la thermodynamique. L'eau fait un tour complet : pompée, chauffée en vapeur, détendue dans la turbine, condensée, et rebelote. Sur le diagramme température-entropie, ce tour dessine une boucle fermée. Et là, la magie : l'aire de la boucle = le travail net récupéré. Plus la boucle est grosse, plus on produit.
C'est un manège thermique. L'eau monte tout en haut (vapeur chaude sous pression), redescend en poussant la turbine, et revient au départ. L'aire dessinée par le tour, c'est ton bénéfice. Pour l'agrandir : monter la pression/température en haut, descendre le condenseur en bas.
- On agrandit la boucle en montant la pression HP et la surchauffe, et en baissant la pression du condenseur (d'où l'importance de l'aérocondenseur !).
- La limite absolue, c'est Carnot : η = 1 − Tfroid/Tchaud. On ne peut jamais faire mieux.
- Le piège de l'UVE : les fumées sont corrosives, on ne peut pas monter la vapeur trop haut (≈ 40 bar / 400 °C). C'est toute la raison du rendement modeste (~25 %) face à une centrale gaz. Franchis la « zone UVE » : alerte corrosion.
Rendement global & indice R1
Bonus, et pas des moindres. On empile tous les rendements précédents : du PCI du déchet jusqu'à l'électricité réellement livrée au réseau. Attention au piège : le brut (ce que produit l'alternateur) n'est pas le net — l'usine se sert d'abord (pompes, ventilateurs, traitement des fumées, aérocondenseur…). Ces auxiliaires peuvent manger 8 à 15 % de la prod.
- Rendement global électrique d'une UVE : typiquement 18 à 28 % net. C'est bas comparé à une centrale gaz, car la vapeur reste modérée (~40 bar) pour éviter la corrosion par les fumées agressives.
- Si on valorise aussi la chaleur (réseau urbain), le rendement énergétique total grimpe très fort : c'est la cogénération.
- L'indice R1 (directive européenne) tranche : une UVE assez efficace est classée valorisation énergétique (R1 ≥ 0,65), sinon simple élimination. Enjeu réglementaire majeur.
Le chaînage — tout est lié
La synthèse. Jusqu'ici chaque atelier vivait seul. Ici tout est branché : la vapeur du four alimente vraiment la turbine, dont la sortie dépend vraiment de l'aérocondenseur. Trois molettes maîtres seulement — et tu vois la conséquence se propager d'un bout à l'autre de la chaîne.
C'est une rivière avec des barrages en série. Tu ouvres la vanne en amont (le déchet), et le débit se répercute jusqu'à la mer (le réseau). Mais un barrage à sec en aval — l'aérocondenseur un jour de canicule — bride tout le reste, même si l'amont déborde.
- Monte le débit déchets ou le PCI : plus de vapeur → plus de couple turbine → plus d'électricité. La chaîne suit.
- Monte la T° de l'air (canicule) : l'aérocondenseur s'essouffle, la contre-pression remonte, la turbine perd — alors que le four n'a pas bougé. C'est ça, l'interdépendance.
- À chaque étage, une part d'énergie s'échappe (fumées, condensation, auxiliaires). Ce qui reste au bout, c'est l'électricité nette.
Cas concrets d'exploitation
Assez de théorie — voici des situations réelles telles qu'on les vit en salle de conduite. Chaque cas rejoue la chaîne complète (déchets → vapeur → électricité + chaleur CPCU → R1) avec des ordres de grandeur crédibles pour une UVE du type L'Interval : ~350 000 t/an, vapeur vendue au réseau de chauffage urbain, électricité exportée vers RTE. Clique un scénario, compare au nominal, lis ce qui se passe et pourquoi.
Le fil rouge à retenir : le R1 se joue surtout sur la chaleur vendue. En incinération française, le PCI moyen tourne autour de 2 000–2 300 kWh/t, on produit ~300–400 kWh d'électricité par tonne — mais c'est la vente de chaleur qui fait basculer une usine de « élimination » à « valorisation ».
- Le R1 est un ratio : il dépend peu du PCI en soi, mais énormément de la part de vapeur envoyée au réseau de chaleur (la chaleur compte 1,1× dans la formule).
- L'électricité et la chaleur sont concurrentes : plus on extrait de vapeur pour la CPCU, moins il en reste pour la turbine. Hiver = chaleur ; été = électricité.
- Humidité, encrassement, appoint de gaz : autant de voleurs de rendement qu'on retrouve dans les cas ci-dessous.