Méthode du pincement

La méthode du pincement est depuis plusieurs décennies la méthode de choix pour déterminer la consommation énergétique minimale d'un procédé ou identifier des opportunités d'optimisation et d'intégration énergétique.
Elle consiste en une analyse systématique d'une installation complète.

L'analyse s'intéresse à tous les flux et les opérations qui reçoivent ou rejettent de l'énergie. Ils sont classés en fluides chauds (qui doivent être refroidis) et fluides froids (qui doivent être échauffés).

Tous les besoins des fluides froids peuvent être satisfaits au moyen de fluides utilités (vapeur, combustible, ...) et tous les besoins des fluides chauds peuvent être satisfaits par les fluides de refroidissement tels que eau, air, ...; cependant certains échanges sont parfois possibles directement entre fluides chauds et fluides froids eux-même; tout échange ainsi réalisé contribue à réduire le recours aux utilités et économiser une quantité équivalente d'énergie consommée par l'installation.

Chaque fluide est caractérisé par sa température et sa charge thermique. Ils peuvent être représentés sur un graphique: température en fonction de la charge thermique; fluides chauds et fluides froids sont représentés par une courbe composite dont la charge thermique est le cumul des charges thermiques de chaque fluide.

Une température minimale d'approche pour l'échange thermique est choisie; les courbes peuvent être déplacées jusqu'à ce qu'en un point du graphique, cette approche minimale de température soit atteinte: c'est le "pincement" caractéristique du procédé étudié. La région centrale du graphique où les deux courbes se font face, décrit les possibilités d'échange direct entre fluides chauds et froids; les deux régions extrêmes du graphique de part et d'autre de la région centrale désignent les fluides devant faire appel aux utilités pour le chauffage et le refroidissement.

Optimisation des échanges

La température de pincement se situe à égale distance de la température du fluide chaud et celle du fluide froid au point de pincement.
Pour obtenir un échange de chaleur optimisé, il est important de:

• ne refroidir un fluide chaud dont la température est supérieure à la température de pincement qu'en échauffant un fluide dont la température est également supérieure à la température de pincement
• n'échauffer un fluide froid dont la température est inférieure à la température de pincement qu'avec un fluide chaud dont la température est également inférieure à la température de pincement

Si ces règles ne sont pas respectées, un déficit thermique sera créé pour les fluides dont la température est supérieure à la température de pincement, qui ne pourra être compensé que par l'accroissement du recours à un chauffage externe (vapeur, combustible, ...)

Utilisation d'une pompe à chaleur

Une pompe à chaleur ne se justifie que pour réaliser des échanges impossibles par un échangeur simple. Cela signifie qu'une pompe à chaleur doit:

• prélever la chaleur (à l'évaporateur) à un fluide dont la température est inférieure à la température de pincement,
• pour la restituer (au condenseur) à un fluide dont la température est supérieure à la température de pincement.

Cette analyse conduit à définir la consommation minimale théorique du procédé étudié, mais ne permet pas de préjuger de sa faisabilité. Après cette analyse il faut encore imaginer la configuration des échangeurs nécessaires pour atteindre cet idéal. Certains échanges thermiques peuvent s'avérer non économiques ou techniquement irréalisables.