Réduction de la consommation électrique du contrôle-commande des machines automatisées

D’une manière générale, la réduction de la consommation d’énergie est motivée par plusieurs raisons : faire face à l’augmentation de la consommation mondiale d’énergie qui risque à plus ou moins long terme de générer des tensions et d’entrainer le coût des matières premières à la hausse, protéger l’environnement dans un contexte de réchauffement climatique, améliorer la compétitivité des entreprises en réduisant les dépenses énergétiques et respecter les réglementations en matière de performance énergétique.

Depuis la révolution industrielle aux 18ième et 19ième siècles et l’augmentation constante de la population mondiale, la consommation d’énergie ne cesse d’augmenter. Selon l’Energy Information Administration (EIA), la consommation mondiale d’énergie a été multipliée par 1,7 entre 1980 et 2006 . Parallèlement, l’EIA prévoit que la consommation mondiale soit multipliée par 1,5 d’ici 2030 [EIA, 2009].

Aussi, d’après l’EIA, en 50 ans, la consommation mondiale d’énergie va être plus que doublée, ce qui montre l’absolue nécessité de réaliser des économies d’énergie. En effet, cette augmentation de la consommation risque d’entraîner une raréfaction des matières premières ce qui pourrait avoir un impact sur notre mode de vie [Mul, 2005] et risque de perturber le climat.

Dans le rapport Annual Energy Outlook 2010 [EIA, 2010], il est présenté l’historique du cours du baril de pétrole entre 1980 et 2009 ainsi que les prévisions d’ici 2035 avec 3 scénarios  :
– dans le scénario « Reference », le prix du baril pourrait pratiquement être doublé (à 133 $) d’ici 2030 avec des conséquences négatives pour la productivité des entreprises,
– dans le scénario « High Worl Oil » Price, l’EIA prédit que le prix du baril pourrait attendre les 210$ en 2035,
– seul dans le scénario « Low Word Oil Price », le cours du pétrole pourrait se stabiliser à 51$.

L’augmentation probable du coût de l’énergie, risque de nuire à la compétitivité des entreprises. Aussi, pour maintenir la compétitivité des entreprises, il va être nécessaire de développer des solutions technologiques pour améliorer l’efficacité énergétique [Bre, 1990], [Raj, 2006], [Mul, 2005].

Au niveau mondial, les coûts liés au changement climatique seront très importants : par exemple, le coût des catastrophes climatiques pourrait augmenter d’un facteur 3 à 9 d’ici 2080. De plus, l’augmentation du niveau des océans dû au changement climatique pourrait conduire à des pertes de territoires qui, en plus de générer des problèmes économiques pourraient déclencher des troubles sociaux et culturels [Par et al, 2007], [Siv, 2007]. D’une manière générale, le coût économique du changement climatique pourrait, dans les prochaines décennies, s’évaluer à plusieurs pourcents du PIB voire dépasser 25% du PIB pour certains pays en voie de développement [Par et al, 2007].

Ceci montre qu’il est bien évidemment nécessaire de développer des solutions pour réduire notre consommation d’énergie.

Pour faire face aux défis que représente la consommation d’énergie et inciter les entreprises à réduire leur facture énergétique, le législateur impose de nouvelles réglementations comme par exemple :
– les certificats d’économie d’énergie (ou certificats blancs) en France, Angleterre et Italie
– la taxe carbone au Danemark, Finlande, Norvège, Suède, Canada… Dans le cas où ces réglementations ne seraient pas suivies, des pénalités s’appliquent. De plus, de nombreux labels permettent aux entreprises de mettre en valeur leurs efforts pour réduire leur consommation d’énergie et de se différencier de la concurrence :
– Energy Star (pour les équipements de bureau),
– étiquette énergie (pour la plupart des appareils électroménagers, des climatiseurs, des lampes et des automobiles),
– Nordic Swan Label (label scandinave pour encourager une diminution de la pollution émise par l’usine productrice),
– EFF1, EFF2 et EFF3 (pour quantifier les performances énergétiques des moteurs électriques dans l’industrie),
– etc…

Les questions de l’efficacité énergétique sont des sujets de société et des campagnes de sensibilisation ont permis de sensibiliser le grand public à mieux acheter / utiliser leurs produit : choisir des produits labélisés (Energy Star, étiquette énergie…), éteindre la télévision plutôt que de la mettre en veille… Ceci conduit les constructeurs et exploitants de systèmes automatisés à se poser des questions sur les systèmes de contrôle-commande comme par exemple :
– « je trouve que mon contrôle-commande consomme trop d’énergie »,
– « mon contrôle-commande consomme de l’énergie même lorsque la machine ne fait rien »,
– « lorsqu’on ouvre les armoires électriques, il y a plein de diodes électroluminescentes allumées sur les composants : les éteindre permettrait sûrement de réduire la consommation d’énergie… »,
– « comment devrais-je choisir mes composants de contrôle-commande et construire l’architecture de mon système de contrôle-commande de manière à consommer moins d’énergie ? ».

Un système automatisé est un système en interaction avec l’environnement, destiné à apporter de la valeur ajoutée à la matière d’œuvre selon un cahier des charges qui définit les fonctions à réaliser [Bou et al, 1988].

Pour les systèmes, il peut y avoir plusieurs degrés d’automatisation suivant l’application envisagée : par exemple, un système peut être complètement automatique, semi-automatique (certains modes de fonctionnement assez simples ou rébarbatifs sont automatisés), télé-opéré (intervention indirecte de l’homme à distance) ou manuel avec intervention directe de l’homme. La pertinence du degré d’automatisation dépend du cahier des charges de l’application [Hub1, 2008].