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Comment économiser 5 % d'énergie par an

CHARLES FOUCAULT foucault@industrie-technologies.com

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Un réseau électrique alimentant intelligemment tous les points qu'il relie, ce serait beau, certes. Mais zoomons un peu. Où en est-on aujourd'hui à l'échelle des usines ? Quels moyens ont-elles d'optimiser leur consommation électrique ? Face à cette problématique, le site de STMicroelectronics de Crolles (Isère) est un cas d'école. Ses deux unités de production de puces électroniques fonctionnent uniquement à l'électricité et sont alimentées 24 heures sur 24, 365 jours par an.

Cent mille cyclistes professionnels en plein effort à longueur d'années. Voilà ce qu'il faudrait pour apporter à l'usine STMicroelectronics de Crolles, près de Grenoble, les 43 mégawatts d'énergie nécessaires à son fonctionnement. La direction a préféré opter pour le tout électrique. Prendre soin des électrons qui alimentent l'entreprise est plus commode que de s'occuper de rois de la pédale. Certes. Mais pas de tout repos. Surtout lorsqu'on s'attelle à en acheter le moins possible et que la moindre microcoupure de courant peut avoir des conséquences catastrophiques sur la production.

Flashback. 1995. Le concept de smart grid n'est encore qu'une lueur dans les yeux de chercheurs précurseurs. La rigueur est déjà de mise chez STMicroelectronics (qui s'appelait alors SGS-Thomson Microelectronics) : la société décide de réduire de 5 % par an et par galette (wafer) de silicium de 200 millimètres de diamètre produite, sa consommation électrique. Suite à cette résolution, des équipements de suivi de consommation viennent se greffer à l'outil de production de semi-conducteurs de l'usine de Crolles. « Cent compteurs Power Meter de Schneider Electric et Diris de Socomec ont été associés à des machines ou groupes de machines. Un compteur par groupe froid par exemple », se souvient Charly Burgaud, responsable électrique des services généraux du site. En 2002, l'entreprise fait sortir de terre une seconde unité de production de puces, sur des galettes de 300 millimètres de diamètre. Deux cents centrales de surveillance des installations électriques, identiques aux cent premières, sont alors intégrées dans la nouvelle ligne de fabrication. Les mesures de tension, courant et puissance qu'elles remontent en continu convergent vers un logiciel de supervision (InTouch de Wonderware), installé dans la salle de contrôle, où une équipe veille 24 heures sur 24.

Améliorer l'efficacité énergétique de chaque service

S'il agissait, au départ, d'identifier les gros consommateurs d'énergie, actuellement, ces données servent à tirer la sonnette d'alarme avant le déclenchement du disjoncteur, en cas de dépassement de seuil. « Si une machine consomme 280 ampères au lieu de 250 normalement, nous sommes immédiatement prévenus, explique Charly Burgaud. Nous regardons alors si l'alimentation des lignes est en péril et prenons les dispositions appropriées. »

Chez STMicroelectronics, l'intégralité de la production a lieu en salles blanches, alimentées par divers fluides (eau ultrapure, air comprimé, azote). Une distribution ininterrompue de courant vers toutes ces installations est primordiale : vu son coût et son degré de précision, la fabrication de puces électroniques ne peut subir la moindre coupure. Idem pour le maintien des conditions dans les salles blanches (vide ou dépression, température contrôlée). Tout est fait pour que cela n'arrive pas : chacun des dix postes de livraison qui approvisionnent l'usine en électricité est raccordé, en 20 000 volts, à deux lignes séparées : une principale et une de secours. Le contrat avec EDF stipule que la capacité nécessaire au fonctionnement des deux unités de production est réservée et prête à être injectée dans la deuxième ligne si la première bogue. Le passage de l'une à l'autre se fait automatiquement. Pour les perturbations moins importantes, de type microcoupures ou chute de tension, des batteries installées sur le site prennent le relais (voir encadré page 28).

Les mesures de consommation électrique des différents îlots ne servent pas qu'en cas d'urgence, elles sont aussi archivées pour analyses a posteriori. « Dans l'usine, nous avons un responsable par métier, précise Éric Moro, en charge des services techniques de STMicroeletronics à Crolles. Chacun a pour objectif d'assurer le bon fonctionnement de ses installations mais aussi d'améliorer leur efficacité énergétique. » Pour proposer des perfectionnements, ils accèdent à leur guise aux courbes dessinées par l'accumulation de données de leur secteur sur les trois dernières années. Une courbe par compteur. « Dans les programmes d'investissement annuels, un pourcentage est alloué aux économies d'énergie », poursuit Éric Moro. Pour une usine qui consomme en continu - 365 jours par an et 24 heures sur 24 - réduire la consommation rime avec investir. Deux voies peuvent être empruntées : le remplacement d'une machine vieillissante par une nouvelle, au rendement meilleur, ou l'amélioration de l'existant. Le dernier cas se concrétise généralement par l'installation d'échangeurs thermiques. « Nous avons besoin d'eau ultrapure pour la moitié de nos équipements de process. Pour la produire, une étape de préchauffe est nécessaire. Plutôt que de continuer à utiliser de l'électricité pour cette chauffe, nous récupérons l'énergie dissipée en un autre point », explique Éric Moro. Dans ce cadre, le monitoring électrique est un outil précieux : grâce à lui, le gain potentiel peut être estimé par rapport au coût des travaux. Le dossier de demande de financement présenté contient ainsi un retour sur investissement précis. Argument imparable.

Des capteurs et l'intelligence des hommes sont donc les deux seuls ingrédients du smart grid actuel de l'usine de semi-conducteurs de Crolles. Et lorsque l'on demande aux deux messieurs électricité de STMicroelectronics ce qu'ils pourraient faire pour améliorer encore leur suivi de la consommation, ils sont unanimes : « pour des analyses de plus en plus fines, nous devons aujourd'hui progresser dans la méthodologie plus que dans la technologie. » Qui l'eut cru de la part d'une entreprise si innovante et qui a tenu son objectif de 5 % de réduction de consommation par an et par produit depuis 15 ans ?

50 %

C'est la réduction de la consommation d'électricité par wafer produit en 2008 par rapport à 1994.

Une petite chute de tension ?

« Une simple microcoupure de 350 millisecondes ruinerait toute la production ! », s'exclame Éric Moro, en charge des services techniques de l'usine de STMicroeletronics à Crolles. Des microcoupures, il y en a une quinzaine par mois durant l'été et jusqu'à deux par mois, le reste de l'année. Pour lutter contre ce phénomène, la moitié de la capacité de production de l'usine est alimentée par des onduleurs associés à des batteries. Ils sont capables de garantir l'intégrité des salles blanches et la continuité de service des équipements pendant 20 minutes en cas de black-out total. « En 20 ans, ça n'est jamais arrivé », précise Éric Moro. En dehors de ce cas extrême, ces équipements reconditionnent en continu le signal pour lisser les variations de tension et délivrer aux machines du courant propre en 400 volts continu.

200

millions de dollars ont été économisés, en 2008, par STMicroelectronics grâce à la réduction de sa consommation électrique.

300 kWh

C'est la consommation nécessaire à la production d'un wafer de 200 mm de diamètre aujourd'hui.

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