Au-delà des machines : exploiter les gisements de performance des installations

Dans une usine, l'amélioration se fait souvent une machine à la fois. Mais les machines d'un site fonctionnent comme un tout. Si vous prenez, par exemple, un système de refroidissement et un sécheur-atomiseur qui fonctionnent tous les deux efficacement, il reste un gisement de performance inexploité : le premier dégage de la chaleur dont le second a besoin. Il est également possible que des équipements fonctionnent exactement comme prévu, mais qu'entre-temps les exigences de production aient changé. Autrement dit, notre démarche ne se limite pas à un exercice ponctuel. Pour améliorer les performances d'une installation, il faut identifier les bonnes opportunités, les mettre en œuvre de manière intégrée et continuer à chercher à améliorer l'exploitation dans le temps. Ce raisonnement est celui qui est à la base de la démarche Better Journey de GEA : Think Better, Build Better and Run Better (mieux penser, mieux construire et mieux gérer).

Trois projets du secteur laitier illustrent ce que cela signifie concrètement. Chez Arla Foods, une analyse plus globale des flux énergétiques a mis en évidence une opportunité qui allait bien au-delà du sécheur-atomiseur lui-même. Chez Aurivo, les systèmes de traitement, de chauffage et de refroidissement ont été conçus pour fonctionner en synergie, ce qui a permis de réduire pratiquement à zéro le recours au fioul pour la pasteurisation. Au sein de l'Association des producteurs laitiers du Michigan (MMPA), les données et l'accompagnement continu d'experts contribuent à maintenir et à améliorer les performances des sécheurs-atomiseurs dans le temps.

Des installations différentes, des défis différents, mais une approche commune : avoir une vue d'ensemble, la transformer en une solution intégrée et continuer à s'améliorer au fur et à mesure que les besoins de production évoluent.

Think Better : poser les bonnes questions

Dans l'usine de lait en poudre AKAFA d'Arla au Danemark, Arla et GEA ne se sont pas limitées au sécheur-atomiseur et ont examiné les installations dans leur ensemble. Un audit énergétique global réalisé en 2018 a mis en évidence une opportunité : le sécheur-atomiseur de l'usine consommait de grosses quantités de chaleur, tandis que d'autres parties des installations devaient être refroidies. Ces deux exigences distinctes pouvaient être satisfaites en étant intégrées au sein d'une unique solution.

Cette simple constatation a amené Arla et GEA à réaliser une première mondiale en intégrant un système de pompe à chaleur haute température GEA AddCool® dans un sécheur-atomiseur laitier en service. La température de l'énergie issue du refroidissement peut désormais être augmentée pour réutiliser cette énergie sous forme de chaleur utile. Ce système permet de réduire de 59 % la consommation de gaz naturel nécessaire pour produire l'air chaud requis pour le séchage par atomisation. De plus, lorsqu'il est alimenté avec de l'électricité issue de sources renouvelables, il permet de diminuer les émissions de CO₂ d'environ 1500 tonnes par an.

Comme l'explique Line Brandt Pedersen, directrice de la durabilité de la chaîne d'approvisionnement chez Arla Foods : « Un des enseignements-clés du projet AKAFA est que le développement durable et les performances, y compris financières, peuvent marcher main dans la main. » Le projet est parti du problème des émissions, mais la solution se devait d'être efficace sur ces trois fronts.

Build Better : mettre en pratique une vision d'ensemble

Chez Aurivo en Irlande, une approche similaire a rendu les chaudières à fioul auparavant utilisées pour la pasteurisation pratiquement superflues. Dans le cadre d'une modernisation de grande envergure de la laiterie d'Aurivo à Killygordon, GEA a installé un pasteurisateur plus grand et d'autres équipements de traitement des liquides, et remplacé un système de réfrigération vieillissant. Cela a permis de concevoir les systèmes de manière à ce qu'ils s'adaptent les uns aux autres.

Au lieu de se contenter d'évacuer la chaleur dissipée lors du refroidissement, GEA a intégré une pompe à chaleur qui récupère cette énergie et en augmente la température pour pouvoir l'utiliser. L'eau chaude à environ 78 degrés Celsius obtenue peut ainsi être utilisée pour la pasteurisation. « Nous ne nous sommes pas contentés de fournir une pompe à chaleur et un pasteurisateur ; nous avons optimisé ce pasteurisateur pour l'adapter à cette pompe à chaleur », explique Kenneth Hoffmann, chef de produit pour les pompes à chaleur chez GEA. Les chaudières au fioul fonctionnent désormais environ une heure par semaine, soit juste le temps nécessaire pour lancer chaque cycle de production.

Les ingénieurs ayant par ailleurs dû travailler sur des installations de transformation qui fonctionnaient à plein régime ; une coordination minutieuse a été indispensable. « L'une de nos plus grosses craintes était de subir des temps d'arrêt prolongés et de ne pas pouvoir livrer nos clients comme prévu », se souvient Stephen Carlin, responsable de l'ingénierie chez Aurivo. Il a précisé qu'aucune perturbation de la capacité de transformation du lait ou de sa qualité n'avait été enregistrée pendant la phase de mise en service.

Cette modernisation à grande échelle a permis de réduire de 80 % les émissions de CO₂ du site de Killygordon. En ce qui concerne le traitement, le chauffage et la réfrigération, la consommation d'énergie a baissé de près de 12 %, tandis que la capacité horaire de traitement du lait a augmenté de 80 % et que les économies d'exploitation annuelles ont dépassé 347 000 €.

Même les installations bien conçues ne restent pas optimisées d'elles-mêmes. Les produits, les volumes et les conditions d'exploitation ne cessent d'évoluer, ce qui signifie que l'optimisation doit elle aussi se poursuivre.

Run Better : s'améliorer avec le temps

Dans l'usine MMPA d'Ovid dans le Michigan, la rotation importante du personnel d'exploitation était en partie à l'origine des performances irrégulières de son sécheur-atomiseur. Le système de contrôle avancé des processus GEA OptiPartner a permis de rendre les performances de ce sécheur-atomiseur moins dépendantes de l'opérateur en combinant un modèle mathématique de la machine avec des données d'exploitation en temps réel. Le système ajuste automatiquement les paramètres de fonctionnement, tels que la température et le débit d'air, et se charge d'une grande partie des réglages fins et constants, nécessaires pour maintenir la production à un niveau proche de l'optimum.

Des gains ont été enregistrés à toutes les étapes du process : la productivité a augmenté et la consommation d'énergie spécifique du sécheur-atomiseur a baissé de 6,4 %. Ces améliorations ont été maintenues depuis la mise en place d'OptiPartner en 2021. Mais le système lui-même n'est pas statique. Il peut évoluer au fur et à mesure que les recettes changent, que les équipements sont reconfigurés ou que les priorités de production évoluent.

GEA propose OptiPartner en association avec Performance Care, un service d'optimisation continue sur abonnement. Un spécialiste GEA dédié travaille avec l'usine sur le long terme, en s'appuyant sur les données de performance pour affiner les paramètres d'exploitation, résoudre les problèmes et identifier de nouvelles opportunités. Comme l'explique Kristina Uhd, spécialiste en optimisation numérique chez GEA : « En réalité, notre travail commence après la mise en service » Pour Gasper Calandrino, directeur technique de MMPA, cette relation continue est essentielle : « Pour nous, le gros avantage est que nous avons une ressource qui se consacre constamment aux performances du système et des procédés ».

La prochaine opportunité

Ces projets illustrent la réalité des performances actuelles des installations. Une usine n'est pas un simple ensemble de machines, mais un système de processus interdépendants, qui évolue sans cesse. Une usine qui a été optimisée il y a ne serait-ce que cinq ans peut aujourd'hui être utilisée de manière légèrement différente.

Toutes les améliorations ne nécessitent pas non plus une nouvelle installation de grande envergure, ni un nouvel algorithme. Pendant la durée de vie d'une installation, des opportunités peuvent émerger dans le cadre de la maintenance, de la modernisation des équipements, de la mise à niveau ou, simplement, en réexaminant un processus mis au point il y a plusieurs années. La mise en service est une étape importante, mais ce n'est pas la dernière décision qu'une usine aura à prendre en matière d'efficacité énergétique.

Nous continuons à travailler avec ces trois clients. Arla et GEA planchent actuellement sur la mise en service progressive de nouveaux sécheurs atomiseurs sur le site d'AKAFA. Chez Aurivo, le projet est passé de la phase de la construction à celle de l'exploitation, et GEA assure désormais la maintenance, la surveillance et l'optimisation en continu. Et, chez MMPA, l'expérience acquise dans le domaine du contrôle avancé des processus sur le sécheur-atomiseur a débouché sur une nouvelle opportunité : étendre cette approche à ses évaporateurs.

Dans chaque cas, une étape a conduit à la suivante. L'amélioration des performances d'une installation ne repose pas sur une unique technologie ou une unique décision. Elle résulte de la concaténation des maillons de la démarche. Ensemble, ces trois projets illustrent les liens qui unissent les phases Think Better, Build Better et Run Better : La compréhension de l'ensemble des installations détermine ce qui sera construit, tandis que l'expérience d'exploitation indique les points sur lesquels se concentrer.

Étant donné que les usines ne s'arrêtent jamais, les efforts visant à les améliorer doivent être continus.