Projet DEOGLAS
Décarbonation et Optimisation des Fours Industriels Verriers
Projet coordonné par le CEA
Durée de 4 ans
4,9 millions d’euros de budget
Contexte et enjeu
De nombreuses industries, comme la sidérurgie, la cimenterie ou la verrerie, recourent à des fours à très haute température (> 1000°C). L’électrification de ces équipements constitue un enjeu majeur : en France, 60 % de l’énergie finale utilisée pour le chauffage industriel est consommée par les fours, et 90 % de cette énergie provient encore de combustibles fossiles. Dans le secteur verrier, 80 % des émissions de CO₂ sont directement liées à l’utilisation de ces énergies fossiles, soit untotal de 2,2 millions de tonnes de CO₂ rejetées chaque année en France.
Objectifs scientifiques
Le projet DEOGLAS propose de contribuer à l’électrification des fours utilisés dans l’industrie verrière en améliorant le rendement énergétique de fours à induction directe à creuset froid. Ces fours fonctionnent entièrement à l’électricité et, grâce à l’absence de contact entre les éléments du four et le verre en fusion, garantissent une grande pureté du matériau ainsi que l’absence de
dégradation de la structure. La durée de vie des inducteurs de chauffage et des principaux éléments de structures des creusets sont par conséquent pratiquement illimités, ce qui réduit considérablement les besoins en maintenance. Cependant, cette technologie se heurte actuellement à des limites dues à son faible rendement énergétique et à ses capacités de production en petites séries.
L’objectif du projet DEOGLAS est d’appliquer la technologie d’induction directe à la production de verre commercial dans des fours de différentes capacités, en s’adaptant à la plus large gamme possible de compositions chimiques, tout en garantissant une efficacité énergétique élevée. Deux axes de travail complémentaires sont proposés.
1. Le premier a pour but de réduire les pertes électriques dans le creuset froid en remplaçant sa structure entièrement métallique par des jonctions céramique-métal. Ces jonctions devront répondre à un cahier des charges spécifique notamment en termes de conduction thermique et de résistance mécanique. Cet axe présente un enjeu scientifique majeur, car créer une telle jonction reste difficile du fait de la différence de propriétés chimiques, physiques et mécaniques entre ces deux classes de matériau. Une voie d’assemblage par brasage est envisagée et une étude approfondie est prévue afin d’évaluer différents procédés de brasage, réactifs ou non. En parallèle, un travail sera mené sur la céramique afin d’explorer des voies d’amélioration en vue de son assemblage notamment la métallisation de la surface et la limitation des effets négatifs pouvant provenir des contraintes thermo-élastiques.
2. Le second axe d’étude vise à optimiser la disposition de l’inducteur de chauffe, en le plaçant sous la charge à fondre et en y associant des concentrateurs magnétiques afin d’augmenter l’efficacité de l’installation et de limiter toutes les contraintes de mutuelles électromagnétiques. Ce principe de conception, combinée à la mise en œuvre des innovations issues de l’axe 1, permettra de proposer aux industriels une unité de chauffe modulaire d’une capacité de 2m2, pouvant être utilisée seule pour des faibles tonnages (1 à 2 tonnes/jour) ou comme élément constitutif d’un four de plus grande capacité où plusieurs unités seront combinées. Ce principe de conception assouplirait le
dimensionnement des installations de fusion à haute température quel que soit le tonnage visé.
Le consortium
Des avancées significatives sont attendues tant dans l’ingénierie des procédés que dans le développement de nouveaux matériaux. Ces développements contribueront à de nouvelles conceptions de fours, non seulement pour la vitrification des déchets nucléaires, mais aussi dans l’industrie verrière en général en contribuant à l’électrification des fours haute température. Afin de proposer des solutions conduisant réellement à une réduction des impacts environnementaux, les différentes étapes du projet seront associées à une analyse de cycle de vie, aussi bien dans la fabrication de nouveaux fours que dans leur fonctionnement.
