Automobile & Mécanique agricole Sources CNIDEP, IBGE
I. Etapes de la fabrication (ou du service) et procédés utilisés L essentiel de l activité d une carrosserie consiste à réparer puis à remettre en peinture la carrosserie des véhicules. Un des équipements essentiel à la réalisation de cette activité est la cabine de peinture qui est une enceinte ventilée, éclairée et chauffée. A. Le matériel rencontré Préparation de la peinture Le laboratoire de préparation de peinture doit être ventilé, éclairé et également chauffé lorsqu on utilise des peintures à eau, comme le local de stockage, afin d éviter le gel de ces produits en hiver. Application des produits de finition L application de la peinture se fait par pulvérisation dans des cabines de peinture (le pistolage). Cette étape se fait à une température généralement comprise entre 20 et 25 C, avec une vitesse d air dans la cabine de 0,4 m/s (soit environ 32 000 m 3 /h pour une cabine destinée aux véhicules légers), ce qui fait de la cabine l un des postes le plus consommateur d énergie dans une carrosserie. L application par pulvérisation est la technique la plus utilisée. Mais elle présente un coefficient de transfert très faible : seulement 40 à 60 % de la peinture vaporisée atteint la carrosserie. Pour augmenter le transfert, plusieurs méthodes de pulvérisation peuvent être appliquées : La pulvérisation HVLP (Haut Volume Basse Pression) : L efficacité de transfert est de 75%. La pulvérisation sans air ou «airless» : Ceci permet de réduire de 20 % la peinture par rapport à l utilisation d un pistolet pneumatique (technique surtout utilisée pour la peinture industrielle). La pulvérisation «airmix» : L efficacité de transfert varie de 65 à 70% (surtout utilisé en industrie). Séchage de la peinture Plusieurs techniques peuvent être mises en œuvre : Séchage par air chaud : technique la plus répandue consistant à élever la température de la cabine à 60 C une fois l application terminée. Une partie de l air circulant dans la cabine est recyclée. Séchage par infrarouge électrique : technique assez peu utilisée actuellement consistant à placer un panneau diffusant des rayons infrarouge devant la surface à sécher. Ce système évite la mise en fonctionnement de l ensemble de la cabine de peinture pour réaliser le séchage d un seul élément. Séchage ultraviolet : technique fonctionnant avec des apprêts et peintures UV permettant de diminuer le temps de séchage, comme l infrarouge. Entretien de la cabine Afin de conserver ses performances, une cabine de peinture doit être entretenue régulièrement (en fonction de sa fréquence d utilisation). Les principaux postes à entretenir régulièrement sont : Les filtres : afin de conserver une ventilation performante. Le brûleur (cabines à échangeur indirect) : afin de conserver le meilleur rendement possible. 2 sur 11
II. Consommation d énergie moyenne B. Consommation globale La consommation moyenne d énergie hors transport est de 18 MWh/an/personne productive, soit 484 ktep/an. Cette consommation représente environ 1 000 HT/an/personne productive, soit environ 0,5% du CA. 1. Hiérarchisation des postes par consommation Répartition des consommations en mécanique 6,3% 2,1% Chauffage 10,0% machines de production 41,4% Ventilation 40,2% Eclairage Autres Le 1 er poste consommateur est le chauffage, suivi immédiatement par les machines de production : cabine de peinture, compresseur, pont élévateur, ponceuse, décapeur thermique, aspirateur, démonte pneu, équilibreuse, meuleuse, chargeur batterie 6,0% Répartition des consommations en carrosserie 11,3% 7,9% Application et séchage de peinture Air comprimé Lavage de véhicules 74,8% Autres Le procédé permettant l application et le séchage de peinture est le plus consommateur. A lui seul, il représente environ 75 % de la consommation globale des procédés de fabrication, soit en moyenne 55 000 kwh/an. Globalement, les cabines les moins consommatrices sont les plus récentes. 3 sur 11
Principe de fonctionnement d une cabine de peinture Suivant les procédés choisis lors de l achat d une cabine les consommations d énergie peuvent varier. Trois grands systèmes de chauffage des cabines de peinture Lors des phases d application de peinture ou de séchage, l air neuf introduit dans la cabine doit être chauffé. Plusieurs technologies existent et le choix est généralement conditionné par le type d énergie que l entreprise peut utiliser. Il s agit donc de prendre en compte le coût des énergies utilisables sur le lieu d implantation de la carrosserie, et les performances énergétiques de la cabine. 85 à 90 % des cabines vendues actuellement sont équipées de process de chauffage veine d air. Cabine de peinture veine d air à combustion directe L air à chauffer passe dans la flamme nue d un brûleur placé dans la gaine de ventilation avant d être introduit dans la cabine. Les combustibles utilisés sont le gaz naturel, ou le propane. L échange de chaleur entre le brûleur et l air se faisant directement sans intermédiaire, le rendement de transfert de chaleur obtenu est de 100 %. Le temps de montée en température de la cabine est très rapide : passage de 0 C à 60 C en 3 minutes. Cabine de peinture à foyer échangeur indirect Il est identique à celui d une cabine veine d air à l exception du process de chauffage qui se fait de manière indirecte par foyer échangeur. L air n est pas en prise directe avec la flamme. Le transfert de chaleur entre l air et le brûleur étant indirect, il y a toujours une perte de rendement énergétique d environ 10 % à 20 % (rendement obtenu : 80 à 90%). Le temps moyen de montée en température en mode recyclage : 8 à 10 min pour monter de 0 C à 60 C. Cabine de peinture à infrarouge gaz Le rayonnement infrarouge est produit par un appareil de chauffage de type panneau radiant qui utilise la technique de combustion catalytique du gaz. L inconvénient est que la distance entre la pièce auto à chauffer et les panneaux radiants doit être la plus constante possible. Les combustibles utilisés sont soit du gaz naturel, soit du gaz propane. Le rendement obtenu est de l ordre de 90 %. Ce système consomme moins d énergie que les deux autres (pas de chauffage de l air ambiant de la cabine, uniquement du support à sécher). Malgré tout, cette technologie est encore peu utilisée (réservée aux tunnels de peinture industriels). Performance énergétique des cabines de peinture Il existe des différences importantes de consommation d énergie pour un même type de cabine. Une des explications est que certaines cabines ne sont pas équipées d un système de recyclage de l air. Globalement, les cabines les moins consommatrices sont celles installées le plus récemment. 4 sur 11
III. PRECONISATIONS D ACTIONS A. Coûts Zéro ou bonnes pratiques Il s agit d utiliser la cabine de façon la plus économe possible en chauffage et en durée d utilisation. Il est important de vérifier périodiquement le rendement des brûleurs. Il est aussi conseillé de pratiquer la re-circulation du débit d air pendant les pauses, et de ne pas ventiler avec l air extérieur plus que nécessaire (quand personne n est présent dans la cabine). Un clapet fermé sur l extraction de l air en phase d arrêt permet de s assurer que la cabine et ses conduits de ventilation ne se transforment pas en cheminée évacuant la chaleur de l atelier. B. Faibles Coûts La thermographie infrarouge permet de repérer aisément les défauts d isolation et d étanchéité à l air de la cabine. L isolation de la cabine permet de diminuer la consommation d énergie. C. Investissements Différents systèmes permettent de réaliser des économies d énergie en agissant indépendamment les uns des autres, ou en étant couplés afin d augmenter les performances globales de la cabine. Ainsi, il est possible d agir sur les différentes phases d utilisation d une cabine : récupération de chaleur sur l air sortant de la cabine ; diminution des temps de séchage ; diminution du temps de matage. Recyclage de l air en phase séchage Sur toute cabine de peinture, le fonctionnement de la ventilation varie en fonction du mode de travail. Lors de la phase d application, la réglementation impose une vitesse d air minimale de 0,4 m/s, nécessaire pour éliminer le plus efficacement possible le nuage de peinture créé lors de l application. En phase de séchage, le débit d air provenant de l extérieur exigé est plus faible ; il est alors possible de recycler l air sortant de la cabine. Il faut malgré tout s assurer que le débit d air soit suffisant pour évacuer les produits issus du séchage et ainsi rester en dessous de la limite d explosivité. La majorité des cabines permettent de recycler l air en phase séchage avec un minimum de 10 à 20% d air neuf. Principe de fonctionnement On ne puise qu une partie de l air à l extérieur pendant la phase de séchage pour alimenter la cabine. L autre partie de l air est recyclée : l air sortant de la cabine y retourne au lieu d être rejeté vers l extérieur et n a donc pas besoin d être chauffé, ce qui permet d importantes économies d énergie. Performances énergétiques Une cabine dont le débit d air à chauffer est de 32 000 m 3 /h en phase d application, ayant un système de recyclage de l air de 15 % (soit 4 800 m 3 /h) permet de faire en moyenne une économie d énergie de 75 % sur un cycle étuvage de la cabine. Ce rendement varie en fonction de la température extérieure : plus elle est faible, plus les gains engendrés seront importants. 5 sur 11
Echangeur de chaleur Environ 70 % du coût de l énergie consommée par une cabine est de l énergie thermique servant au chauffage de l air introduit dans la cabine, qui est ensuite rejeté vers l extérieur (chaleur évacuée). L échangeur thermique met en contact indirect l air chaud sortant et l air neuf introduit, froid. Ainsi, l air neuf sera préchauffé et il faudra moins d énergie pour atteindre la température souhaitée. Les systèmes utilisés sont des échangeurs à plaques (échangeurs à eau, très peu utilisés). Utilisation et maintenance Il peut être soit vendu sur des cabines de peinture neuves, soit installé sur des cabines existantes. Un nettoyage annuel est préconisé car l encrassement par les particules de peinture entraîne une diminution des performances thermiques et des débits de ventilation. L installation d un échangeur de chaleur sur le circuit de ventilation engendre des pertes de charge, il est donc nécessaire de lui fournir plus d énergie pour conserver les débits de ventilation souhaités (la surconsommation électrique est estimée à 40 %). Performances énergétiques Les performances thermiques varient en fonction de la surface de l échangeur, du nombre de plaques qu il contient, mais également de la température d entrée de l air froid qui est variable selon la saison et les phases d utilisation de la cabine. En moyenne, le rendement de ce système est de 50%. Aspect financier Pour une cabine neuve, le surcoût varie de 11 000 à 15 000 HT L installation sur une cabine existante est possible mais nécessite des modifications du système, le coût d installation doit alors être majoré de 4 000 HT à 5 000 HT. Le temps de retour sur investissement dépendra fortement de la charge d utilisation de la cabine, de la température extérieure moyenne (plus elle est basse, plus le rendement sera important), du combustible utilisé ou encore du type de cabine. L installation d un échangeur de chaleur n est intéressant que pour une utilisation importante de la cabine de peinture et des températures extérieures basses. Sécheur infrarouge Environ 80 à 85 % des travaux de carrosserie concernent des rayures ou chocs sur les véhicules. Lors de la phase de séchage, on fait souvent fonctionner la cabine de peinture entièrement pour peu de surface à traiter d où une consommation d énergie inutile. Pour la diminuer, on peut utiliser des sécheurs infrarouges qui remplaceront le fonctionnement de la cabine lors du séchage des pièces. Ces appareils viennent en complément du système de chauffage d une cabine classique qui reste nécessaire pour traiter de grandes surfaces de véhicule. Principe de fonctionnement Le rayonnement infrarouge est une énergie radiante (transfert d énergie directement d une source vers un produit sans contact, par rayonnement). Il n y a donc plus de volume d air à chauffer. Ces techniques mettent en oeuvre des rayonnements électromagnétiques. Les sécheurs infrarouges se présentent sous différentes formes : bras articulé ou arche. Le bras articulé peut être apporté dans la cabine soit manuellement, soit à l aide d un rail. L arche infrarouge se déplace automatiquement sur un rail installé dans la cabine. Utilisation et maintenance 6 sur 11
Les sécheurs infrarouges peuvent être installés sur une cabine existante ou sur une nouvelle cabine. Afin de ne pas introduire d appareil électrique en atmosphère explosive et de respecter la norme ATEX les sécheurs infrarouges doivent être séparés de la cabine lors de la phase d application. La gamme de puissance de ces appareils est assez large. Le temps de séchage dépendra donc de cette puissance mais également du type de produit à sécher. Les temps d utilisation sont très courts par rapport à un séchage classique : la productivité de l entreprise augmentera. Performances énergétiques La principale source d économie d énergie est le temps de séchage qui est très largement diminué. Il passe de 30 min en moyenne lors de l utilisation classique de la cabine à moins de 10 min. La consommation d énergie thermique sera ainsi diminuée. En revanche, la consommation d énergie électrique augmentera légèrement. Les gains énergétiques dus à l utilisation de sécheurs infrarouges peuvent atteindre 50 à 55 % en fonction du type de cabine utilisé. Aspect financier Le coût de ce matériel est assez élevé. Il faut donc que l entreprise ait un niveau d activité important pour que les temps de retour sur investissement soient satisfaisants. Le coût d un sécheur infrarouge d une puissance de 12 kw est d environ 20 000 HT, celui d une arche de 54 kw est d environ 60 000 HT, soit des tarifs variant de 1000 à 1700 HT/kW. Le coût d investissement d une arche électrique est bien plus important mais il peut être intéressant d utiliser ce genre de matériel, notamment pour des durées d utilisations importantes de la cabine. Sécheur ultraviolet C est une technique très intéressante pour diminuer les temps de séchage ainsi que les coûts énergétiques. Il reste malgré tout un process additionnel qui ne peut pas se substituer au process de chauffage de la cabine. Cette technique convient parfaitement pour les petites réparations. Principe de fonctionnement Les sécheurs UV fonctionnent en combinaison avec des apprêts et peintures spécifiques. Il est possible de les trouver sous 2 formes : lampes portatives ou panneaux intégrés dans la cabine. Actuellement, les entreprises françaises équipées d un tel système utilisent les lampes portatives. Utilisation et maintenance L utilisation de sécheur UV est surtout réservée aux chocs urbains (petites réparations). Les UV sont potentiellement dangereux pour la santé, l utilisateur doit porter un masque de protection. Les vitres de la cabine doivent également être teintées. Le sécheur ultraviolet (comme l infrarouge) est enfermé dans un compartiment en surpression séparé de la cabine, et ne peut être sorti tant que la cabine est en phase de pistolage (norme Atex). Le temps d utilisation est fonction de la puissance UV produite ainsi que de la surface à sécher. Le temps de séchage moyen pour une petite réparation est estimé à 6 minutes environ. Un des avantages de l utilisation d un sécheur UV est donc également le gain de productivité. Performances énergétiques Avec un temps d utilisation réduit et une lampe de très faible puissance (400 watts), ce système utilisé pour les petites réparations permet d économiser plus de 30 % d énergie sur un cycle total d utilisation de la cabine (application et séchage) et jusqu à 50 % d énergie sur le cycle de séchage. 7 sur 11
On peut optimiser encore ces résultats. Lors de l utilisation du sécheur, la ventilation de la cabine est identique à celle de la phase d application de peinture (même température et même débit d air). Il s agit de faire fonctionner la cabine en mode recyclage, avec seulement 15 % d air provenant de l extérieur, et une température de 24 C. Ainsi, le gain d énergie pourrait atteindre plus de 75 % sur la phase de séchage et 50 % sur le cycle complet d utilisation de la cabine. Aspect financier Le coût d un sécheur ultra violet sur une cabine existante est en moyenne de 12500 HT (matériel et installation) sur cabine neuve comme sur cabine existante. Il faut rajouter à ce coût le tarif d achat de produits UV qui sont plus chers. Les accélérateurs de séchage Il est possible de diminuer le temps de séchage en accélérant la vitesse de l air à l intérieur de la cabine. Pour cela, plusieurs systèmes peuvent être utilisés. Principe de fonctionnement Le principe de ces appareils est d augmenter la vitesse de séchage, la faisant passer de 0,4 à 2 m/s. Le système de buses venturis consiste à augmenter la vitesse de l air propulsée dans la cabine à l aide d un compresseur (pour apporter de l air provenant de l extérieur). Les autres systèmes utilisent des ventilateurs prenant l air chaud se trouvant dans le plenum pour l injecter dans la cabine (diffusion aux quatre coins de celle-ci à une vitesse élevée). Performances énergétiques Ces systèmes vont engendrer une surconsommation d énergie électrique soit due au compresseur pour les buses venturis, soit aux ventilateurs pour les deux autres systèmes. Malgré tout, le gain d énergie thermique engendré par leur utilisation les rend très intéressants. L avantage de ces systèmes est qu ils sont efficaces et utilisables aussi bien pour des petites réparations que sur les réparations les plus importantes. Buses Système d'accélération de la phase séchage Accélérateur venturi Economie d énergie sur la phase de matage en % 25 % 40 % Economie d énergie sur un cycle complet d utilisation De 15 à 20 De 25 à 30 % de la cabine en % % Aspect financier Le coût d investissement moyen est de 4 500 HT pour les buses venturis et de 14 000 à 16 000 HT pour les accélérateurs de séchage. La rentabilité de ces appareils sera fonction du temps d utilisation de la cabine. Au delà d une utilisation supérieure à 30h/semaines, le procédé devient envisageable. Réduction du temps d application et de séchage Certains constructeurs de cabine ont développé un système permettant d agir sur la durée d application ainsi que la durée de séchage des peintures. 8 sur 11
Principe de fonctionnement Lors de la phase d application de peinture, la cabine se met en recyclage lorsque le peintre arrête d appuyer sur la gâchette du pistolet de peinture. Ainsi, le débit d air passe de 32 000 m3/h à 4800 m3/h et la température est élevée à 30 C. Lors de la phase de séchage, la température dans la cabine va être portée à 80 C pendant 10 min puis redescendre à 60 C (habituellement, elle est fixée à 60 C durant toute la phase de séchage). Ce système va donc agir sur plusieurs facteurs tels que : une réduction du temps global de la réparation de 23 % une montée en température du support à 60 c en 8 min au lieu de 16 min, une réduction de 50 % du temps de matage entre deux couches de produits, une réduction du coût de la réparation de 27 %. Aspect financier Cette technique est surtout proposée sur des cabines neuves, mais elle peut également être installée sur des cabines existantes. Le surcoût est d environ 1 500 HT. Le gain engendré par l utilisation de cette technique va dépendre du lieu d implantation de la cabine et de l utilisation qu il en est fait. Le temps de retour sur investissement est estimé à 1 an pour une activité s élevant à 4 véhicules par jour. Autres systèmes d économie d énergie Régulateur d hygrométrie de l air Pour réaliser l application et le séchage des peintures à l eau dans de bonnes conditions et permettre à l eau contenue dans les peintures de s évaporer, l hygrométrie (humidité relative) de l air ne doit pas être trop élevée (inférieure à 75 %). Un moyen de la diminuer est d augmenter la température de l air. L hygrométrie est variable en fonction des conditions météorologiques, c est pourquoi les fabricants de peinture et apprêts préconisent des températures hautes de 25 C à l application et 60 C au séchage. Les régulateurs d hygrométrie de l air sont donc utilisés pour mettre en adéquation l hygrométrie de l air extérieur et la température nécessaire à l intérieur de la cabine. Il existe différentes manière de réguler l hygrométrie de l air : manuelle et automatique. La régulation manuelle se fait par affichage de l hygrométrie sur le tableau de bord de la cabine, la mesure se fait par une sonde. Si elle est trop haute, le peintre augmente la température d application. La régulation automatique régule elle-même la température d application de la peinture en fonction de la mesure d hygrométrie faite, et la sonde donne la consigne au brûleur de modifier la température. Le gain engendré par l utilisation d un régulateur d hygrométrie est variable en fonction des régions. Il faut compter en moyenne 700 HT pour l installation d un régulateur manuel et 3000 HT pour un régulateur automatique sur une cabine neuve. On peut les installer sur une cabine existante mais le coût de pose sera plus élevé puisqu il faudra modifier le système électrique de la cabine. 9 sur 11
Nombre de ventilateurs Les fournisseurs de cabines proposent actuellement des cabines composées de 1 ou 2 ventilateurs. Concernant les consommations d énergie, une cabine ne possédant qu un seul ventilateur aura une consommation d énergie électrique plus faible qu une cabine contenant deux ventilateurs. Les ventilateurs à réaction Il est possible de remplacer les ventilateurs à action par des ventilateurs à réaction pour les aires de préparation et les cabines de peinture ventilées. Ils peuvent permettre d économiser environ 25 % de l énergie électrique utilisée par rapport aux ventilateurs à action soit 390 kwh par an et par actif. IV. VERIFICATIONS PERIODIQUES Concernant la cabine, le contrôle doit être effectué au moment de sa première mise en marche. Le chef d établissement doit ensuite mettre en place des contrôles périodiques de l installation de ventilation de la cabine de peinture : Tous les ans : - débit global d air extrait, - pressions statiques et vitesse d air, - état de tous les éléments de l installation Tous les 6 mois (si système de recyclage) : - concentration en poussière dans les gaines de recyclage ou à leur sortie dans un écoulement canalisé, - contrôle de tous les systèmes de surveillance. Le contrôle des installations ne doit pas se limiter à celui des paramètres de ventilation, mais doit également inclure le contrôle des circuits d air (vérification de l étanchéité des gaines et de l échangeur, bon fonctionnement des registres), ainsi que le contrôle des appareils de chauffage. L entreprise doit assurer sur tous ces points : une surveillance du bon état par une personne compétente de son personnel, un entretien périodique par une personne qualifiée (fabricant, installateur ). Les opérations d entretien et les réparations sont à reporter sur un registre. Contrôles à effectuer Méthodologie Moyens à mettre en oeuvre Propreté des gaines Trappes de visite Nettoyage Ecoulement d air Fonctionnement des ventilateurs Colmatage des filtres (entrée et sortie d air) Débit de soufflage et d aspiration Vitesse de l air Visualisation des mouvements de l air Vitesse de rotation Puissance consommée Pression différentielle Pression statique Détermination du champ de vitesse d air aux bouches de soufflage Fumigène Stroboscope ou tachymètre Wattmètre Manomètre différentiel Dispositif manométrique Anémomètre ou tube de Pitot (NF X 10-112) Anémomètre NFT 35-009 Arrêté du 3 mai 1990 10 sur 11
V. CONTACTS UTILES ADEME : Agence de l'environnement et de la Maîtrise de l'energie Technoparc Bât C rue Jean Bart BP 672 31319 Labege Cedex Tél : 05 62 24 35 36 Fax : 05 62 24 34 61 E mail : ademe.midi pyrenees@ademe.fr Site Web : http://www.ademe.fr/midi pyrenees INRS : Institut national de recherche et de sécurité 30 rue Olivier Noyer 75680 Paris Cedex 14 Tél : 01 40 44 30 00 Fax : 01 40 44 30 99 Site Web : www.inrs.fr CNIDEP : Centre National d'innovation pour le Développement durable et l'environnement dans les Petites entreprises Chambre de Métiers et de l'artisanat de Meurthe et Moselle Maison des Métiers 4 rue de la Vologne 54524 Laxou Cedex Tél : 03 83 95 60 88 Fax : 03 83 95 60 30 Site Web : www.cnidep.com IBGE : Institut Bruxellois pour la Gestion de l'environnement Site Web : www.ibgebim.be Pour plus d informations : www.energie artisanat.com 11 sur 11