Les innovations : Nouvelle cellule de combustion chez Chalvignac

27 mars 2013

Depuis le milieu des années 2000, un certain nombre de distillateurs de profession et de bouilleurs de cru souhaitent aborder la distillation d’une manière plus rationnelle sur le plan économique. Faire des économies d’énergie est devenu une préoccupation importante. Quelles sont les alternatives technologiques nouvelles pour faire face à la hausse constante du coût du gaz ? Les constructeurs d’alambics travaillent le sujet et commencent à proposer des solutions. Le renouveau des métiers de la distillation arrive à point nommé après une période « noire » de plus d’une décennie. L’absence de marché entre 1994 et 2002 avait fait chuter l’activité de tous les constructeurs, au point que les savoir-faire ont failli disparaître. Les compétences en matière de fabrication d’équipements de distillation s’étaient profondément fragilisées et ne reposaient plus que sur une petite vingtaine de personnes. Les alambics montés à l’époque (des occasions déplacées dans 95 % des projets) ressemblaient comme deux gouttes d’eau à leurs aînés du début des années 80 et 90. Les foyers brique maçonnés sur sites ou préfabriqués étaient conçus de manière identique, avec les mêmes brûleurs depuis 25 ans et les réchauffe-vins historiques plus ou moins utilisés. Seule la technologie des automatismes avait évolué, mais sans réelles attentes des distillateurs dans ce domaine. La conception et la technologie des distilleries charentaises semblaient s’être en quelque sorte figées. En quelques années, la situation s’est complètement inversée, les volumes distillés ont été multipliés par deux et de nouvelles attentes technologiques apparaissent compte tenu de la forte hausse du prix du gaz. L’univers de la fabrication des équipements de distillation connaît depuis 5 ans une phase d’expansion liée à un marché porteur de 80 à 100 chaudières neuves par an. Les alambics installés récemment possèdent une structure technologique plus évoluée. Les constructeurs ont développé une nouvelle génération de produits, des automatismes tactiles, des cellules de combustion plus économes et des installations de préchauffage des vins dynamiques. Nous présentons dans les pages suivantes les innovations des quatre constructeurs, la société Chalvignac, la Chaudronnerie Cognaçaise, la société Montel et la Satif.

La société Chalvignac est un acteur majeur de l’univers de la fabrication des alambics charentais. En moins de dix ans, l’activité distillation au sein de l’entreprise a connu une expansion importante. En 2002, les interventions dans les distilleries se limitaient à des réparations d’urgence et à quelques réinstallations d’alambics d’occasion. Aujourd’hui, la demande d’alambics neufs est forte et la conception technologique des distilleries a profondément évolué. Philippe Tizon, le président du groupe Chalvignac, se réjouit de la renaissance de ce secteur d’activité historique de l’entreprise. Le pôle d’activité Chalvignac Prulho Distillation emploie une cinquantaine de personnes regroupant tous les métiers nécessaires à la conception et à l’entretien des distilleries, des chaudronniers, des automaticiens, des thermiciens et des spécialistes du gaz et de la combustion. Au cours des cinq dernières années, des investissements conséquents ont été réalisés dans des développements technologiques nouveaux concernant, dans un premier temps, les brûleurs, puis le préchauffage des vins et ensuite la conception de foyers plus économe en énergie.

 

Les intérêts multiples du préchauffage dynamique des vins

p26.jpgLe préchauffage des vins est abordé aujourd’hui en privilégiant la technologie des échangeurs externes dont le coût n’est, au final, que légèrement supérieur à la valeur unitaire d’un réchauffe-vins traditionnel. Ces installations présentent l’avantage de fonctionner avec un combustible gratuit : l’eau chaude des pipes. Leur conception et leur montage font appel à des équipements déjà utilisés dans l’agro-alimentaire dont l’implantation est adaptée à l’univers des distilleries. Ph. Tizon ne cache pas que le développement des ventes d’installations de préchauffage des vins dynamiques a été stimulé à la suite des essais réalisés auprès des grandes maisons de Cognac qui ont débouché sur de nouvelles préconisations en matière de températures seuils d’utilisation (Courvoisier et Rémy Martin
40 °C, Hennessy 45 °C et Martell 50°C). Avec les réchauffe-vins traditionnels, le préchauffage statique des vins pendant 1 à 2 heures ne permettait pas de dépasser 35 °C car, au délà, la qualité des vins pouvait se détériorer. Les installations de préchauffage dynamiques proposées actuellement par Chalvignac utilisent indifféremment des échangeurs multitubulaires ou à plaques.

Ph. Tizon considère que le débat sur le choix du type d’échangeur est plus lié aujourd’hui à l’infrastructure des bâtiments et aux souhaits des clients qu’aux différences de technologies entre les deux matériels : « Le débat technique sur le choix des échangeurs, soit multitubulaires soit à plaques, a évolué sur de nouvelles bases depuis quelques années. Les échangeurs multitubulaires permettent d’atteindre 50 °C de température quand leur dimensionnement est suffisant. Leur encombrement (en terme de longueur) rend parfois difficile leur installation dans des bâtiments existants, mais, de par leur conception, ils sont bien adaptés à la mise en œuvre de vins chargés en lies. Les échangeurs à plaques, moins encombrants, possèdent des surfaces d’échanges importantes et évolutives. Pendant longtemps, ils ont semblé moins adaptés aux exigences des vins de distillation car les canaux de circulation de liquide étroits (2 à 4 mm d’espacement) entre les plaques pouvaient laisser craindre des phénomènes de colmatage. La nouvelle génération d’échangeurs n’a plus cet inconvénient. Les plaques ont une section de passage large de 8 à 11 mm, qui ont été conçues pour les produits fibreux en agro-alimentaire comme les confitures ou les compotes. Des canaux aussi larges sont très bien adaptés à la mise en œuvre des vins de distillation chargés en lies et aussi de moûts de vinification bruts. »

Le nettoyage des échangeurs externes (et de toutes les tuyauteries vins) s’effectue facilement en faisant circuler à contre-courant les eaux chaudes produites par l’alambic. L’implantation d’unité de préchauffage des vins présente aussi l’avantage indirect mais important de refroidir les eaux des pipes de 65 à 70 °c à environ 30 °c. Cela réduit de manière très significative les besoins de puissance frigorifique.

Des brûleurs à air soufflé radiants

Au début de l’année 2008, la société Chalvignac a décidé de réfléchir au développement d’une nouvelle génération de brûleurs qui possèdent des rendements de combustion supérieurs tout en respectant le principe de chauffage à feu nu. Les diverses expériences menées en interne ont mis en évidence l’avantage au niveau du rendement d’une chauffe des système de combustion par rayonnement sous le fond de l’alambic : l’effet radiant. Fortes de ce constat, les équipes Chalvignac-Prulho ont orienté leur recherche vers un brûleur à air soufflé radiant : « Notre idée a toujours été de profiter des effets de combustion par rayonnement, qui présentent l’avantage d’assurer une bonne transmission de l’énergie et une diffusion homogène sous l’ensemble du fond de la chaudière. C’est le moyen d’éviter les points de chauffe qui peuvent se produire avec la mise en œuvre de vins chargés en lies. »

Le premier prototype de brûleur à air soufflé rayonnant NG a été testé dans plusieurs distilleries durant la campagne 2008-2009. Le principe de combustion repose sur la présence d’une rampe de combustion à flammes qui vient porter à incandescence un matériau poreux. Cet élément provoque un effet de rayonnement homogène sur l’ensemble du fond de la chaudière. Les matériaux poreux que nous utilisons pour la fabrication des brûleurs donnent pleine satisfaction dans l’industrie pour la conception de fours à usages divers. L’injection d’air par une turbine permet de piloter l’intensité de la combustion de manière très précise. Les essais conduits pendant deux campagnes permettent à Ph. Tizon d’affirmer que le concept est complètement fiabilisé aujourd’hui.

Les brûleurs à air soufflé assurent une parfaite maîtrise du mélange air/gaz, quelles que soient les conditions météorologiques et l’environnement de la distillerie. La maîtrise stricte du ratio air/gaz permet d’extraire toute l’énergie contenue dans le gaz et évite de rejeter des quantités importantes dans les cheminées (effet de dilution). Les brûleurs à air soufflé utilisent un excès d’air d’environ 120 à 130 % alors que les brûleurs atmosphériques fonctionnent en moyenne avec un excès d’air de 150 à 200 % (nécessaire à la mise en œuvre d’un tirage de cheminée indispensable à la sécurité). Cet écart conduit à des pertes dans les cheminées plus importantes et à une surconsommation de gaz. Le pilotage précis du brûleur NG combiné à l’effet de rayonnement sous le fond de la chaudière renforcent les échanges thermiques et rendent notre brûleur particulièrement économe et adapté à la distillation charentaise.

Une cellule de combustion étanche et bien isolée

p28.jpgLe suivi du fonctionnement des brûleurs NG dans des foyers brique ou préfabriqués récents initialement conçus pour des brûleurs atmosphériques a aussi mis en évidence les limites en matière d’isolation et d’étanchéité des parois en vermiculite. Ce constat a amené les techniciens de l’entreprise à repenser totalement la cellule de combustion pour « mieux capter » les calories contenues dans les gaz imbrûlés. L’équipe de développement de Chalvignac-Prulho a souhaité concevoir des foyers beaucoup plus étanches : « Le vieillissement des foyers préfabriqués entraîne inévitablement une fissuration des panneaux de vermiculite au fil des années qui laissent échapper de plus en plus de calories. Le montage d’un brûleur à air soufflé dans un foyer maçonné met en évidence la faiblesse de l’étanchéité thermique de ceux-ci. Notre réflexion en matière d’amélioration de performance d’isolation des foyers a débouché sur la fabrication du foyer étanche Alpina. On a créé une nouvelle cellule de combustion adaptée au fonctionnement du brûleur NG. Les tours à feu sont constituées de pièces chaudronnées en inox réfractaire qui forme une enveloppe étanche autour de la chaudière. La circulation des gaz brûlés a été totalement repensée de façon à optimiser les échanges thermiques avec la marmite et à abaisser leur température de sortie. Ensuite, une seconde enveloppe très isolante vient s’adosser sur la chambre d’échange thermique. Elle est constituée de matériaux fibreux déjà utilisés dans la fabrication des fours industriels. La qualité de l’isolation doit permettre aux parois de demeurer pratiquement froides durant toutes les phases des coulages. Les tests que nous avons conduits dans nos ateliers pour quantifier la puissance énergétique restituée ont permis de mesurer l’efficacité de l’isolation. Des foyers vermiculite neufs équipés de brûleurs atmosphériques restituent 72 % de l’énergie mise en œuvre, et après 10 ans d’utilisation ce ratio tombe à 62 %. Le foyer Alpina équipé d’un brûleur NG restitue 92 % de l’énergie mise en œuvre. La baisse des températures des fumées atteste de l’amélioration du rendement de combustion et des échanges thermiques au niveau des tours à feu. Elles passent de plus de 300 °c à seulement 200 °c. Au cours de cette campagne, une dizaine de foyers Alpina ont fonctionné dans la région et les retours d’expériences confirment des baisses de consommation de gaz qui se situent entre 15 et 25 %. »

Le constructeur réfléchit actuellement à une approche de rénovation de l’isolation des foyers préfabriqués en vermiculite. Un reconditionnement des panneaux de vermiculite avec les nouveaux matériaux fibreux pourrait être envisagé sans démonter la chaudière.

Caractéristiques
Brûleur NG
■ Brûleur à air soufflé conçu et fabriqué par Chalvignac Prulho Distillation
■ Principe : rampe de combustion qui porte à incandescence un matériau poreux
■ Type de chauffe : chauffe par rayonnement ➞ effet radiant majoritaire, convection et conduction
■ Rendement de combustion théorique du constructeur : 92 à 95 % (excès d’air de 1,25)
■ Montage dans tous types de foyers
Prix brûleur NG équipé Propane, non monté, pour alambic de 25 hl : à partir de 3 500 e HT
Foyer Alpina
■ Foyer étanche entièrement réalisé en inox réfractaire et intégrant le brûleur NG
■ Conception et fabrication par la société Chalvignac Prulho Distillation
■ Coque intérieure en inox résistant au feu
■ Isolation performante à base de matériaux fibreux céramique
■ Circulation des gaz imbrûlés optimisée
Prix foyer Alpina seul, équipé Propane, non monté, pour alambic de 25 hl avec chaudière installée et cheminée inox au départ de l’atelier :
à partir de 12 500 e HT

 

 

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