à f i c h e Édito o m m a i r e Page 1 Edito Page 2 A l Affiche Modélisation et simulation numérique en aéraulique et thermique

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1 à f i c h e S o m m a i r e Page 1 Edito Page 2 A l Affiche Modélisation et simulation numérique en aéraulique et thermique Page 3 Applications Performances énergétiques des tunnels de traitement de surface avant peinture : une modélisation utile Page 4 Informations le crédit d impôt recherche Nouvelle offre CETIAT Congrès CETIAT Vers un Institut National des Pompes à Chaleur Page 5 Formation Page 6 Entre Nous réservée aux ressortissants Bilan du Workshop «Froid et Climatisation Durables» Édito Pour mieux répondre à l évolution des besoins de ses clients industriels, le CETIAT va mettre à profit l année 2009 pour mieux structurer et continuer à développer ses compétences et son savoirfaire sur les systèmes aérauliques et thermiques, en allant au-delà d une approche centrée sur les seuls appareils et composants. Ainsi, un nouveau chapitre «Systèmes aérauliques et thermiques pour le bâtiment» figure au programme des études collectives que le CETIAT mène pour ses ressortissants industriels. Il permettra de traiter des systèmes qui font appel à plusieurs sources d énergie, du couplage des appareils de chauffage, production d eau chaude, ventilation, conditionnement d air, du stockage de l énergie Par ailleurs, les systèmes pour les procédés ou bâtiments industriels seront traités dans le chapitre «Systèmes Aérauliques et Thermiques pour l Industrie», dont le contenu est défini par la Commission Technique correspondante. Cet accroissement de compétences sur les systèmes va notamment faire appel à la modélisation et la simulation numérique, jusque-là principalement utilisées par le CETIAT pour simuler par le calcul le fonctionnement des appareils et de leurs composants. La mise en œuvre et le développement d outils logiciels adaptés vont être accélérés pour mieux comprendre et prévoir le fonctionnement et les performances des systèmes pour le bâtiment ou l industrie. C est dans ce contexte que ce nouveau numéro de A aborde le thème de la modélisation et de la simulation numérique. Rendez-vous dans quelques mois, avec des compétences et une offre de services étoffées! François DURIER Directeur Scientifique Ont participé à ce numéro : François BATTISTONI,Youmna ROMITTI N 48 - Mars 2009 page 1

2 à l Affiche Modélisation et simulation numérique en aéraulique et thermique Utilisée depuis plusieurs décennies avec profit par des secteurs précurseurs (aéronautique, automobile, génie chimique ), la simulation numérique permet d accélérer et de fiabiliser la conception des produits ou des procédés. Elle réduit le nombre de prototypes, assiste les concepteurs en prévoyant les performances et en allant plus vite à la solution optimisée. Dans les domaines de l aéraulique et de la thermique, la modélisation et la simulation sont utilisées depuis une vingtaine d années à l échelle des composants, des appareils ou des systèmes. La simulation des composants Il s agit de prédire par exemple les écoulements issus d un diffuseur d air, les transferts thermiques dans un échangeur de chaleur ou un four, la combustion du gaz dans un brûleur, la circulation d eau dans un radiateur, l efficacité d un capteur solaire thermique, la perte de charge d un composant aéraulique La simulation numérique permet des études paramétriques plus nombreuses et plus rapides que sur la base d essais successifs. Les modèles disponibles sont validés et l utilisation des logiciels par des experts en mécanique des fluides et en thermique garantit l obtention de résultats représentatifs de la réalité. La simulation du fonctionnement des appareils La simulation du fonctionnement des appareils (chaudières, climatiseurs, pompes à chaleur, ventilateurs ) est plus complexe et nécessite de disposer de logiciels dédiés, permettant d assembler des modèles de composants (compresseur, brûleur, échangeurs, fluides, régulation ). On bâtit un appareil virtuel et on étudie son fonctionnement en régime permanent ou transitoire (marches, arrêts, changements d allures ). Là-aussi, une bonne connaissance des appareils et de la physique des phénomènes modélisés est nécessaire dans l utilisation de ces logiciels, ainsi que des démarches de validation soigneuses (bonne adéquation entre les résultats de calculs et de mesures, dans des configurations significatives). Et les systèmes? Les systèmes mettent en jeu différents appareils, eux-mêmes constitués de plusieurs composants. La modélisation et la simulation de leur fonctionnement est donc complexe. Les configurations que les logiciels existants peuvent traiter ne couvrent pas toutes celles rencontrées dans la pratique. Enfin, de nombreux outils de calcul souffrent d une validation encore insuffisante, en particulier parce que les essais des systèmes modélisés sont lourds, rares et souvent incomplets. La compétence en modélisation des systèmes est principalement présente dans des laboratoires de recherche et des organismes publics. Son utilisation industrielle est encore restreinte. Dans le cas des systèmes aérauliques et thermiques pour le bâtiment, la simulation numérique doit permettre d évaluer et de prévoir les consommations d énergie, le confort thermique (vitesses d air, répartitions de températures), la qualité d air intérieur (diffusion de l air, évacuation des polluants, filtration, le bruit). La modélisation nécessite en général la prise en compte de l enveloppe du bâtiment (isolation, inertie) et du climat subi par le bâtiment (orientation, ensoleillement, vent ). Pour les systèmes aérauliques et thermiques pour l industrie, les résultats attendus des simulations numériques portent sur la capacité des systèmes à répondre à leur fonction (traitement des produits, conditions d ambiance et qualité de l air sur les postes de travail), mais aussi sur les consommations ou la récupération d énergie, les paramètres de fonctionnement, le dimensionnement Quels développements? La simulation numérique des composants et des appareils aérauliques et thermiques est relativement maîtrisée, même si des progrès restent à faire pour pouvoir traiter tous les appareils. Le traitement des systèmes aérauliques et thermiques pour l industrie reste à perfectionner. De nombreux travaux sont en cours à ce sujet dans les équipes de recherche. Par le renforcement de ses activités dans ce domaine, le CETIAT va contribuer à une utilisation accrue de ces outils par les industriels. Quelques codes de calcul actuellement utilisés par le CETIAT : Fluent et Phoenics (écoulements, diffusion d air, transferts de chaleur, combustion, transport de polluants ou de particules ) Boost* (chaudières, chauffe-eau, pompes à chaleur, procédés industriels - voir page suivante) Cyrano* (échangeurs de chaleur) Momo* (climatiseurs, pompes à chaleur) Comfie (puits canadiens) Doptun (étuves de cuisson de peinture par air chaud et infrarouge) Select (séchage combiné air chaud + hautes fréquences ou micro-ondes) HFSS (chauffage micro-ondes) *outils développés par le CETIAT Modélisation, simulation La modélisation est l écriture d équations mathématiques à partir des lois de la physique (et de la chimie) qui vont représenter de façon simplifiée la réalité des phénomènes, pour en faciliter la compréhension et la prévision. Un modèle utilise des données d entrée issues de la connaissance du système ou de mesures. Il fournit des résultats sur des grandeurs auxquelles on aurait pu accéder par des mesures plus facilement qu en mettant en œuvre ces dernières. Il donne aussi accès à des grandeurs difficilement mesurables. La simulation numérique résout les équations du modèle. Elle utilise des méthodes numériques qui font le plus souvent appel à des itérations et nécessitent donc un ordinateur pour le calcul. A N 48 - Mars 2009 page 2

3 Applications Performances énergétiques des tunnels de traitement de surface avant peinture : une modélisation utile Une chaîne d application de peinture sur des pièces métalliques fait en général appel aux traitements suivants : préparation de surface, séchage en étuve, application de peinture, séchage final. La préparation de surface se fait par action mécanique (sablage, grenaillage) ou chimique (solvants ou produits lessiviels). Dans la préparation de surface par action chimique, les pièces sont nettoyées à l aide de produits de dégraissage et de décapage afin de retrouver un métal sain (élimination des graisses, poussières, rouille, calamine), puis elles subissent en général un traitement de phosphatation/passivation pour former à la surface du métal, grâce à des solutions appropriées, un film protecteur de phosphates et/ou d oxydes pour une meilleure adhérence de la peinture et une meilleure tenue à la corrosion. Ces opérations font appel à des bains de traitement dans lesquels les pièces sont immergées ou à des systèmes d aspersion de solutions liquides adéquates sur les pièces à traiter. Entre ces opérations, les pièces sont rincées à l eau, éventuellement traitée. Ainsi, une chaîne de traitement de surface avant peinture par voie chimique est constituée d un tunnel traversé par le système de convoyage des pièces à traiter. Ce tunnel abrite des cuves et des équipements de pulvérisation avec les différentes solutions de traitement et de rinçage, des systèmes d alimentation et de dosage des produits de traitements, des équipements de chauffage des bains, des systèmes d élimination des huiles et graisses retenues dans les bains, des équipements de production d eau traitée pour le rinçage, des sas pour éviter la contamination d une zone de traitement à l autre et un système de ventilation du tunnel pour évacuer les buées générées par les bains chauds et éviter le rejet direct de polluants dans l atelier. Les performances énergétiques des tunnels de traitement de surface avant peinture (pièces métalliques traitées par voie chimique) ont fait l objet d une étude menée par le CETIAT, à la demande de sa Commission Technique «Systèmes aérauliques et thermiques pour l industrie» et de l ADEME, et en collaboration avec le Cetim. Cinq installations industrielles ont fait l objet de mesures et d un audit pour en établir le bilan énergétique. A partir de ces éléments, un outil de calcul baptisé TS a été développé sur la base d une modélisation simplifiée des différents éléments constitutifs du tunnel. L outil de calcul TS permet de dresser un tableau synoptique de l installation de traitement de surface par immersion ou par aspersion. Les données d entrée décrivent chacun des bacs (dimensions, températures, système de chauffage, consommation des auxiliaires), le tunnel (dimensions, températures, débits de ventilation), l étuve de séchage (températures, débits, système de chauffage, consommation des auxiliaires) et le scénario de fonctionnement de l installation. Les résultats du calcul donnent accès au bilan énergétique du tunnel et de ses composants (pertes par la ventilation, les extractions, les sas d entrée et de sortie ; énergie cédée aux pièces, énergie perdue par évaporation d eau ; consommation d énergie de chacun des bacs, consommation des auxiliaires, consommations d énergie globales). Il permettent d évaluer l incidence d un paramètre de réglage ou de production de l installation sur la consommation énergétique et donc d améliorer ou d optimiser la ligne de traitement de surface sur le plan de sa consommation énergétique et de l efficacité du traitement (notamment en séchage). La validation des résultats de calcul de l outil TS a été effectuée en se basant sur les résultats des cinq bilans thermiques réalisés. L outil ne prend pas en compte les phases d arrêt, de redémarrage de l installation au cours de l année et le résultat final ne constitue donc pas une évaluation de la facture énergétique réelle de l installation simulée. Cet outil TS pourra être utilisé tant au niveau de la conception de nouvelles installations que du diagnostic de lignes existantes et apporter des éléments de réponse sur les puissances électriques et thermiques mises en œuvre, sur les consommations énergétiques associées et sur les paramètres de réglage de la ligne. Pertes par les extractions 31% Energie cédée au convoyeur 3% Pertes par les sas 61% Energie cédée aux pièces métalliques 2% Pertes par les parois 3% Un des tunnels de traitement de surface audités Exemple des postes de consommation énergétique d une étuve de séchage A N 48 - Mars 2009 page 3

4 Informations Comment intégrer le crédit d impôt recherche au coeur d une stratégie de Recherche et Développement? Dans un contexte économique incertain, les activités de R&D des entreprises doivent être plus que jamais valorisées pour une meilleure compétitivité. Le gouvernement français l a bien compris et a favorablement aménagé le crédit d impôt recherche (CIR). Cette incitation fiscale de référence existe en France depuis 1983 et a fait l objet de multiples reconductions. Depuis sa dernière réforme en 2008, le CIR finance les projets innovants à hauteur de 30% des dépenses éligibles (50 % pour une première utilisation), et les crédits d impôt distribués augmenteront de près de 45% en 2009 par rapport à Le CETIAT, laboratoire d études, d essais et d étalonnages dans les domaines de l aéraulique, de la thermique et de l acoustique, assiste les industriels dans leurs projets de R&D. Les prestations qu il réalise dans ce cadre sont prises en compte pour le double de leur montant dans l assiette des dépenses éligibles au titre du CIR. Les experts du CETIAT et Leyton & Associés, cabinet de conseil spécialisé dans le crédit d impôt recherche,ont exposé les différents aspects de ce dispositif, en témoignant de leur propre expérience en matière de CIR, lors d une conférence à Villeurbanne, le 12 mars dernier. Ils ont abordé en particulier, les questions suivantes : Quels sont les avantages de la sous-traitance à un prestataire agréé tel que le CETIAT? Comment utiliser le CIR pour valoriser au mieux les projets innovants? Comment optimiser et sécuriser la mise en place de ce dispositif fiscal doté de nombreux aménagements? la dge devient la dgcis Partenaire des industriels et des Centres Techniques, la Direction Générale des Entreprises (DGE) intègre la nouvelle Direction Générale de la Compétitivité, de l Industrie et des Services (DGCIS). Placée sous l autorité du ministre de l Économie, de l Industrie et de l Emploi, la DGCIS a pour mission de développer la compétitivité et la croissance des entreprises de l industrie et des services. la DGCIS s appuiera sur le réseau des Directions Régionales des Entreprises, de la Concurrence, de la Consommation, du Travail et de l Emploi (Direccte) en cours de constitution et qui intégreront les parties économiques et les activités métrologiques des Directions Régionales de l Industrie, de la Recherche et de l Environnement (Drire), les Délégations Régionales au Commerce et à l Artisanat et les Délégations Régionales au Tourisme. Une nouvelle présentation de l offre du CETIAT en direction du marché CVC Le marché CVC, constitué des fabricants européens d équipements de chauffage ventilation et conditionnement d air est un des marchés stratégiques pour le CETIAT. Ce marché évolue actuellement fortement, les industriels étoffent leur offre d équipements en terme d applications, de technologies et de sources énergétiques. Pour accompagner cette évolution, le CETIAT a adopté une nouvelle présentation de ses prestations dans ce domaine, qui permet par sa modularité de s adapter aux besoins spécifiques de chaque industriel. Vers un Institut National des Pompes à Chaleur Le CETIAT étudie la faisabilité de la mise en place d un Institut National des Pompes à Chaleur. Dans un marché en croissance, face à des enjeux technologiques importants pour disposer de produits efficaces et fiables, cette entité nouvelle pourrait fédérer les travaux de recherche sur la performance accrue des pompes à chaleur pour le bâtiment et l industrie. L Institut National des Pompes à Chaleur serait ainsi un centre de compétences et de ressources pour la filière professionnelle française, qui évite la dispersion des efforts et accroît la visibilité de la R&D technologique sur ces appareils. Il constituerait le coeur d un réseau «sans murs», qui coordonne les travaux de recherche français et en assure la diffusion vers les professionnels. Le CETIAT a entamé une série de contacts avec les laboratoires qui pourraient faire partie de cet Institut. agenda novembre 2009 : Congrès annuel du CETIAT Le congrès CETIAT aura lieu le mardi 24 novembre au CETIAT et les mercredi 25 et jeudi 26 novembre 2009 à Villeurbanne, à l Espace Tête d Or. Durant ce temps de rencontre entre le CETIAT, ses ressortissants et ses partenaires, les ingénieurs et experts du CETIAT présenteront les résultats des travaux et des études collectives réalisées en 2009, décidées par les commissions techniques professionnelles. Directeur de la publication : Robert Tetrel Comité de rédaction : Bernard BRANDON - Pierre CLAUDEL - François DURIER - Alain GEVAUDAN Rédacteur en chef : Sandrine LEGER ou commercial@cetiat.fr +33 (0) BP Villeurbanne Cedex A N 48 - Mars 2009 page 4

5 formation T I T R E P R O C H A I N E S dat E S DE sta G E S Métrologie, maîtrise des mesures, filtration, acoustique, chauffage, climatisation Gestion et réduction pérennes de vos dépenses d énergie 24 au 25 mars 2009 Bases en combustion 24 mars 2009 Climatisation et réfrigération pour tous 24 mars 2009 Mesure du rendement et réduction des polluants des chaudières 24 au 26 mars 2009 Nouveaux fluides frigorigènes : mieux maîtriser l après R22 25 au 26 mars 2009 Utilisation des chauffages par rayonnements micro-onde et haute-fréquence 1 er au 2 avril 2009 Réfrigération et pompe à chaleur au C avril 2009 Ventilateurs pour tous 5 mai 2009 Conception des matériels de climatisation et des pompes à chaleur 13 au 15 mai 2009 Acoustique pour tous 19 mai 2009 Bases de l acoustique 19 au 20 mai 2009 Humidité dans l air 25 au 29 mai 2009 T I T R E P R O C H A I N E S DAT E S DE STA G E S Installation et maintenance Dépannage électrique appliqué au génie climatique 24 au 27 mars 2009 Chauffe-eau solaire individuel (CESI) - Formation Qualisol 30 mars au 1 er avril 2009 Initiation au chauffage - Principe des installations 7 au 10 avril 2009 Chaudière et ECS au bois - Qualibois chargement manuel 2 au 3 avril 2009 Climatisation individuelle - Pratique et récupération des fluides frigorigènes 6 au 10 avril 2009 Initiation au froid et au conditionnement d air 14 au 17 avril 2009 Maintenance des tours aéroréfrigérantes pour prévenir le développement de légionelles 15 au 16 avril 2009 Brûleurs gaz - Moyenne puissance - Mise en service et dépannage 20 au 24 avril 2009 Pratique des pompes à chaleur en résidentiel individuel - Applications 20 au 24 avril 2009 Ventilation des locaux de travail - Assainissement de l air 28 au 30 avril 2009 Besoin de vous former? Pensez dès aujourd hui à vous inscrire. Téléchargez nos catalogues complets ou consultez la liste des stages par thèmes et/ou par dates sur a N 48 - mars 2009 page 5