POMPES À CHALEUR
Install Magazine 1006 – février 2026

Production de vapeur par pompe à chaleur

Sucres de Tirlemont réduit ses émissions de CO₂

Plus besoin de présenter Sucres de Tirlemont. Fondée en 1836, l’entreprise est pratiquement aussi vieille que la Belgique. La marque est une véritable icône belge : chaque ménage possède probablement un paquet de sucre dans une armoire de la cuisine. La production sucrière est toutefois une activité énergivore. Jusqu’à récemment, l’usine figurait parmi les plus gros émetteurs de CO₂ du pays. Südzucker, le groupe qui chapeaute Sucres de Tirlemont, est déterminé à réduire ces émissions. L’un des aspects les plus innovants de son plan consiste à utiliser une pompe à chaleur pour créer de la vapeur. Le projet est soutenu par le programme européen SPIRIT. Energik, l’association flamande des technologies de l’environnement et de l’énergie, a organisé une visite des installations pour découvrir leur fonctionnement.

D’une chaleur résiduelle à la vapeur

Une étape centrale dans la production de sucre est l’extraction de jus de betterave servant de base aux étapes ultérieures de la transformation. Ce procédé consomme énormément de vapeur, et donc beaucoup d’énergie. Sucres de Tirlemont a cherché à optimiser la production de vapeur.

En fin de processus d’évaporation du jus de sucre, il reste de la vapeur résiduelle sous vide à environ 80°C. L’entreprise a décidé de la valoriser en utilisant une pompe à chaleur pour la transformer en une vapeur haute température, à 138°C. Cette vapeur est ensuite réinjectée en début du processus de production, qui devient alors plus circulaire.

Le projet a bénéficié du soutien du programme européen SPIRIT visant à décarboner l’industrie grâce à des pompes à chaleur haute température. Tirlemont est l’un des trois sites de démonstration SPIRIT en Europe, aux côtés d’une entreprise de transformation de crevettes en Norvège et d’une papeterie en République tchèque.

Les défis dans la pratique

Le coeur du système est une pompe à chaleur de 4 MW, construite par GEA, utilisant du n-pentane (R601) comme réfrigérant. Exploiter la chaleur résiduelle pour rendre un processus de production plus circulaire est simple en théorie mais dans la pratique, plusieurs défis doivent être surmontés. Le R601 est par exemple inflammable : la pompe à chaleur doit donc être installée dans un environnement protégé, avec des zones ATEX délimitées. Un bâtiment dédié a été construit et équipé de systèmes de sécurité renforcés et une ventilation spécifique avec une extraction au niveau du sol, le pentane étant plus lourd que l’air. Plusieurs composants ont été placés sur le toit. L’évaporateur doit être installé à une certaine hauteur pour évacuer les condensats sous vide sans rompre le vide. Le condenseur est également sur le toit pour faciliter le passage des tuyauteries.

Dans les modèles théoriques, on suppose facilement que la chaleur résiduelle est disponible en permanence à une température fixe. Dans un processus de production concret, ce n’est pas le cas en raison de dysfonctionnements, d’opérations de maintenance, etc. La priorité est de produire du sucre, pas de fournir de la chaleur résiduelle. Il fallait donc optimiser l’installation de chaleur pour pouvoir absorber d’éventuelles fluctuations. Des températures sources basses réduisent le rendement de la pompe à chaleur. De plus, la source de chaleur – ici la vapeur sous vide – doit parvenir jusqu’à la pompe à chaleur. La faible capacité thermique de la vapeur sous vide exige de longues conduites jusqu’au bâtiment de la pompe à chaleur.

Le concept des échangeurs de chaleur est crucial pour le bon fonctionnement du système. Le composant qui fonctionne comme évaporateur côté réfrigérant sert simultanément de condenseur côté vapeur. Cela nécessite une conception spécifique pour garantir un écoulement correct, et une installation largement sur mesure, donc un investissement supérieur. En contrepartie, il est possible d’acquérir une expérience précieuse avec les pompes à chaleur dans l’industrie, ouvrant la voie à de futures optimisations.

Une vision globale pour réduire les émissions de CO₂

Une installation de récupération de chaleur résiduelle doit être intégrée dans le concept général du processus de production. À mesure que ce dernier gagne en efficacité, il demande moins d’énergie et la quantité de chaleur résiduelle disponible diminue, ce qui influe sur la rentabilité de l’installation de récupération. De plus, il convient d’examiner si la production de vapeur est le moyen le plus approprié pour valoriser la chaleur résiduelle, par rapport à d’autres applications. Bref, une telle installation n’a de sens que si elle s’inscrit dans une stratégie globale de décarbonation du processus de production.

Le placement de la pompe à chaleur chez Sucres de Tirlemont s’inscrit dans une stratégie globale, visant à réduire drastiquement les émissions de CO₂ de l’usine. À cet égard, la chaufferie a été entièrement rénovée. Les nouvelles chaudières vapeur sont 15% plus efficientes que les modèles précédents. D’autres composants de la chaufferie ont été modernisés, avec notamment des pompes à vitesse variable, un système de dégazage performant et des économiseurs pour le préchauffage de l’eau d’alimentation. De plus, les chaudières sont conçues pour fonctionner à l’énergie verte. Elles fonctionnent actuellement au gaz naturel mais sont peuvent fonctionner avec de l’hydrogène, et des résistances électriques sont prévues pour permettre une électrification partielle de la production de vapeur.

La betterave servant à la production sucrière contient beaucoup d’eau. Sucres de Tirlemont la récupère et la purifie pour obtenir du biogaz. L’entreprise a récemment mis en service une installation permettant de convertir le biogaz en biométhane, lequel peut ensuite être utilisé ou injecté dans le réseau gaz vert de Fluvius, selon les besoins.

La décarbonation industrielle ne se donc limite pas à la simple mise en œuvre d’une technologie particulière ; elle exige une vision globale de tous les aspects de la production. Sucres de Tirlemont l’a bien compris.

Par: Alex Baumans