Que vient faire un moteur Ericsson, une machine imaginée il y a près de deux siècles, sur le site de production de la PME fabricante de casseroles Cristel ? L’opération n’est ni commémorative, ni anachronique, jure Brice Bryon, le président et cofondateur de la start-up belfortaine Ananké, qui est à la manœuvre. Depuis 2017, elle peaufine son moteur Ericsson – ou moteur à apport de chaleur externe (Mace) – pour lui faire gagner les usines.
Affichant près de 200 ans au compteur, le moteur Ericsson « est une idée ancienne, longtemps effacée par les moteurs à combustion interne, convient Brice Bryon. Mais nous la ressortons des tiroirs pour répondre à des applications nouvelles, comme la récupération de chaleur fatale ». Installé au sein d’un conteneur et branché sur les cheminées d’échappement des fumées de Cristel, à Fesches-le-Châtel (Doubs), le démonstrateur doit être mis en route d’ici à la fin du mois de janvier. Destiné à produire de l’air comprimé, il devrait fournir l’équivalent de 5 à 10 kW au site de Cristel (soit près de 400 kWh par an) et permettre à Ananké de se frotter aux conditions réelles du monde industriel.
Valoriser la chaleur externe
Comme son nom l’indique, le moteur à apport de chaleur externe utilise des calories issues de son environnement. « A la différence d’un moteur de voiture, qui brûle du carburant en son sein, l’apport d'énergie provient de l’extérieur de l’enceinte, ce qui permet d’utiliser n’importe quelle source de chaleur concentrée (un liquide, un gaz, un rayonnement solaire…) pour faire fonctionner la machine », précise Brice Bryon auprès de L'Usine Nouvelle.
Valoriser cette chaleur extérieure, issue en l'occurrence du four de traitement thermique de Cristel, passe par plusieurs étapes, selon un cycle thermodynamique complexe. « Après avoir comprimé de l’air ambiant au sein du moteur, on l’envoie vers un échangeur thermique positionné sur la cheminée du client afin de récupérer les calories des fumées et de le chauffer. Cela augmente la pression et permet ensuite de lancer une phase de détente, au cours de laquelle l’air chaud pousse un piston qui entraîne un compresseur. Ce dernier permet de produire de l’air comprimé, tandis que l’air chaud restant peut être utilisé en cogénération », résume l'ingénieur. Couplé à un alternateur, le module pourra, dans d'autres configuration, servir à produire de l'électricité.
Rendement optimisé
Mettre au point l’architecture complexe indispensable pour optimiser ce déroulé a pris des années. D’abord, au sein de la société de conseil Assystem et du laboratoire Femto-ST, à Besançon (Doubs), puis au sein la start-up Ananké. Cette dernière est fondée en 2017 par Brice Bryon, Thibaut Cartigny, Pierre Ranc et Mathieu Doubs, avec l'objectif affiché d'industrialiser le concept.
Bien sûr, le module offert par Ananké n'a rien à voir avec les machines de laboratoire du XIXe siècle. Armés d'outils numériques et de nouvelles idées, les entrepreneurs ont optimisé les volumes du moteur, utilisé des composants dernier cri (comme l'échangeur de chaleur, acheté en Belgique), ajouté un contrôle numérique et mis au point un système d'injection d'air variable permettant d'optimiser le rendement de la machine quelle que soit la température de chaleur fatale à disposition.
« Un four industriel peut varier en température selon les étapes d’une opération de traitement thermique, illustre Brice Bryon. Notre système permet de travailler au mieux quelle que soit l’énergie contenue dans les fumées. » De quoi transformer jusqu’à 20-25% de la chaleur récupérée en puissance utile, chiffre Brice Bryon. L’idée de remplacer les pistons par des soufflets, un temps avancée par la jeune pousse pour diminuer les frottements, a en revanche été mise de côté.
Industrialisation en 2023
L’objectif est désormais de gagner les usines, en visant d'abord les installations de taille moyenne. « Nous ciblons des industries qui produisent des fumées à haute température, comme le verre, le métal, la chimie ou les matériaux de construction », liste Brice Bryon, qui précise que le moteur, qui fonctionne à partir de 450°C, est au meilleur de sa forme à 900°C.
Des conditions que ne remplit qu’à moitié le site de Cristel, dont les fours ne produiront pas assez de chaleur pour permettre au moteur d’Ananké de tourner à pleine puissance. Conçu comme un module de 20 kW (comprenant une machine de 6 mètres cubes installée au sein d'un conteneur), le moteur n'aura une puissance que de 5 à 10 kW, et seulement une fois la phase de rodage terminée, chiffre Bryon. La proximité entre Ananké et Cristel, ainsi que l’arrêt du site la nuit et les week-ends, devraient toutefois favoriser l’implémentation de cette tête de série, dont les premiers pas en usine risquent de révéler des problèmes imprévus.
En plus de devoir gérer ces derniers, Ananké prévoit dans sa feuille de route la fabrication d'un second démonstrateur en 2023, avant de se lancer dans l’industrialisation de modules de 40 kW l’année suivante. La start-up se donne pour objectif d’atteindre 100 millions d’euros de chiffre d’affaires d’ici dix ans. Pour y parvenir, la société prévoit de se positionner comme fournisseur de solutions de récupération de chaleur (y compris de sociétés partenaires) afin de pouvoir répondre à tous types de cas de figure. Une levée de fonds est au programme pour 2022.
Mise à jour 20/01 : corrections pour indiquer que le module d'Ananké installé chez Cristel ne produira que de l'air comprimé, et non pas de l'électricité.
