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© Dunod, Paris, 2009 ISBN 978-2-10-054618-3 Toutes les marques citées dans cet

© Dunod, Paris, 2009 ISBN 978-2-10-054618-3 Toutes les marques citées dans cet ouvrage sont des marques déposées par leurs propriétaires respectifs. V © Dunod – La photocopie non autorisée est un délit. PRÉFACE L’année 2008 aura été un bon cru avec l’adoption à l’unanimité des parlementaires de la loi Grenelle 1, fait révélateur d’une réelle prise de conscience collective des enjeux du changement climatique et de la volonté de la France de s’engager résolu- ment dans la lutte contre les émissions de gaz à effet de serre. 2009 sera également un bon millésime avec la probable adoption de la loi Grenelle 2 ainsi que la récente décision du Gouvernement de mettre en œuvre la taxe carbone. Il serait légitime d’être partiellement déçu par la modestie du montant de cette dernière dans sa phase de démarrage, 17 euros la tonne de CO2, et le manque de visibilité quant à sa progressive augmentation dans les années à venir ; mais tâchons plutôt d’analyser l’enseignement positif de ce nouvel outil de ﬁscalité écologique. À notre sens, en ne s’appliquant pas à l’électricité, la taxe carbone indique claire- ment la volonté de notre pays d’encourager des transferts d’usage d’énergie fossile vers l’utilisation d’une électricité à la fois efﬁciente et faiblement carbonée. L’élec- tricité, à n’en pas douter, sera demain le vecteur énergétique essentiel de notre société. Autre perspective positive de notre point de vue, la taxe carbone reposi- tionne l’industrie, grande oubliée du Grenelle, en première ligne dans la bataille de l’efﬁcacité énergétique car cette dernière recèle justement un immense gisement de transfert rapide et aisé des énergies fossiles vers l’électricité. En mai 2009 à l’occasion du colloque de l’UFE (Union Française de l’Électricité), Jacques Oddou, directeur du programme Commerce et énergies renouvelables à la Direction R&D d’EDF, indiquait ainsi « il existe un potentiel d’au moins 50 TWh par an de combustibles fossiles que l’on pourrait substituer par 20 TWh/an d’électricité d’ici 2020 » dont 14 TWh réalisables facilement et rapidement sur la base de tech- nologies existantes. Monsieur Oddou rajoutait « la réalisation de cette substitution réduirait les émissions de l’industrie de plus de 12 millions de tonnes de CO2 par an, sans augmenter signiﬁcativement les émissions du parc électrique ». Ces solutions technologiques éprouvées sont bien connues et ne demandent qu’à être déployées massivement : moteurs électriques à haut voire très haut rendement, variateurs de vitesse, compensation de réactif, mécatronique, gestion intelligente des énergies par la mesure et les automatismes, etc. Pour ne prendre que l’exemple des moteurs électriques, il est stupéﬁant de noter que le parc installé français, de 12 millions d’unités, ne comprend que 120 000 moteurs à haut rendement ! Or la part de ces moteurs dans la consommation électrique de l’industrie s’élève à 70 %. VI Préface L’écart entre les intentions et les actes reste donc encore immense et nécessitera pour être comblé une politique plus incitative encore de la part des pouvoirs publics en faveur des solutions électriques et d’automatismes efﬁcientes. De plus, la prescription et le déploiement massif de ces solutions nécessitent de relever un déﬁ supplémentaire, la formation à grande échelle de professionnels qualiﬁés. C’est à ce déﬁ que répond le présent ouvrage et le Gimélec félicite ses auteurs et l’éditeur d’avoir pris l’initiative prémonitoire de proposer aux professionnels un livre complet, technique et richement documenté sur ce thème majeur de l’efﬁca- cité énergétique. Le partage des connaissances en la matière est un rouage essentiel de la révolution énergétique qu’entame notre XXIe siècle et toute initiative dans ce domaine doit être saluée. Antoine DE FLEURIEU Délégué général du Gimélec TABLE DES MATIÈRES Avant-propos IX 1 • Une utilisation croissante de l’électronique 1 1.1 L’utilisation croissante des équipements informatiques et de l’électronique de puissance 1 1.2 La notion de charges déformantes 3 1.3 Démystification des harmoniques 5 1.4 Conséquence de la pollution harmonique 8 2 • Origine et caractérisation des charges déformantes 11 2.1 Notion de charges linéaires et non linéaires 11 2.2 Nature et liste des principaux équipements pollueurs 15 2.3 La mesure du courant efficace et les appareils RMS 23 2.4 Le facteur de crête 26 2.5 Le taux d’harmonique individuel et global 27 2.6 Les harmoniques: en savoir plus 28 3 • Les effets néfastes de la pollution harmonique 31 3.1 Les perturbations observées sur les équipements et installations électriques 31 3.2 Les origines des harmoniques de tension 34 3.3 Principaux phénomènes rencontrés 36 3.4 Cas concrets de pollution harmonique sur des sites industriels et tertiaires 44 4 • Les enjeux de la qualité 55 4.1 Qualité de l’énergie électrique: critères et définitions 55 4.2 Textes et normes de référence 61 4.3 Le contrat Émeraude 66 5 • Les techniques de filtrage : une solution aux perturbations harmoniques 71 5.1 Phénomènes de résonance 71 5.2 Les solutions de filtrage 79 5.3 Étude de cas d’un filtrage passif sur un convertisseur de traitement de surface 86 VIII Table des matières 5.4 Les solutions de filtrage des industriels 94 5.5 Les solutions de l’avenir 124 6 • La mesure de la qualité 125 6.1 Spécificités de la pollution harmonique 125 6.2 Différents niveaux d’analyse harmonique 128 6.3 Appareils de mesure des harmoniques et de la qualité des réseaux 130 6.4 Mesures, analyse et interprétation 147 6.5 Quelques considérations liées aux mesures sur site 156 7 • Établir un diagnostic d’analyse de qualité réseau 157 7.1 L’analyse et le diagnostic harmonique 157 7.2 Analyse harmonique sur un système de remontée mécanique 161 7.3 Travailler en partenariat avec un bureau d’études 166 8 • L’efficacité énergétique au service des réseaux électriques 175 8.1 Le concept d’efficacité énergétique 175 8.2 Mettre en place une démarche d’efficacité énergétique au service des réseaux électriques 177 8.3 La mesure : une étape essentielle 179 8.4 Un exemple de solution globale de gestion et de suivi des réseaux électriques 179 8.5 Des exemples d’initiatives pour la réduction des consommations d’énergie électrique 188 Index 195 IX © Dunod – La photocopie non autorisée est un délit. AVANT-PROPOS Cet ouvrage a pour objectif de proposer au lecteur une véritable démarche de quantiﬁcation, d’analyse, de gestion et d’optimisation des installations électriques, démarche qui s’intègre aujourd’hui dans le contexte de l’« efﬁcacité énergétique ». Face à une forte augmentation de la facture en énergie électrique ces dernières années, les économies d’énergie dans ce domaine permettent d’amortir rapidement le surcoût issu de l’investissement d’un appareillage électrique (compensation d’énergie réactive, dispositif de surveillance de la consommation d’électricité ou encore utilisation d’un moteur à haut rendement par exemple) mais aussi d’assurer la compétitivité de son entreprise. La part non négligeable de la ligne budgétaire Énergie est d’autant signiﬁcative dans le coût de production d’un objet ﬁni ou encore du fonctionnement d’un ensemble tertiaire. Les retours d’expériences sur les gains obtenus grâce à une meilleure gestion énergé- tique démontrent aux industriels et aux exploitants de sites tertiaires que le retour sur investissement est relativement court (2 à 3 ans en moyenne). La mesure, constituant alors un élément clé de la réussite de l’optimisation énergé- tique, va permettre d’obtenir une image précise des données du réseau, nécessaire et indispensable pour analyser la qualité du réseau électrique. L’observation et l’analyse des consommations électriques, ainsi que des perturbations éventuelles affectant l’installation, autorisera l’identiﬁcation les gisements possibles d’économie d’énergie sur ce réseau électrique. Les instruments de mesure sont aujourd’hui disponibles chez les fabricants pour l’obtention des données techniques nécessaires à cette analyse (pinces de puissance et d’harmoniques, analyseurs d’énergie et de réseaux ou encore les appareils de thermo- graphie infrarouge. Un échantillonnage représentatif de ces appareils de mesure est présenté dans le contenu de cet ouvrage). Les solutions logicielles d’analyse communiquent en temps réel avec les systèmes d’acquisition de données aﬁn d’analyser celles-ci, nous vous en présentons ici quelques applications possibles. Les décisionnaires sont ainsi en possession de toutes les données techniques qui leur permettront de prendre la bonne décision pour optimiser leur installation électrique. Les gestionnaires de réseau trouveront dans cet ouvrage les méthodes à mettre en place avec les outils adaptés pour entrer dans la dynamique de l’« efﬁcacité énergé- tique ». Cette stratégie est la clef de voûte essentielle de la réussite énergétique de l’entreprise du XXIe siècle (double enjeu de compétitivité industrielle et de dévelop- pement durable). X Avant-propos m Suppléments en ligne Les suppléments en ligne sont accessibles sur la page web de Dunod dédiée à l’ouvrage, www.dunod.com. Ce sont des ressources essentielles pour la bonne mise en pratique de la démarche d’efﬁcacité énergétique : l’accès direct aux télécharge- ments de guides indispensables en la matière, des liens constructeurs pour enrichir vos connaissances sur le sujet et collecter des informations complémentaires et incontournables sur les équipements de mesure. Ces suppléments vous permet- tront d’accompagner efﬁcacement votre projet de gestion et d’optimisation de la qualité de vos réseaux électriques. m À qui s’adresse cet ouvrage ? Cet ouvrage s’adresse aux techniciens de l’industrie, dans le cadre de la mainte- nance et de l’exploitation des réseaux électriques, aux responsables de sites et aux directeurs d’unité de production, mais aussi aux uploads/Industriel/ qualite-des-reseaux-electriques-et-efficacite-energetique.pdf