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Utilisation de l’Eau et Déchets d’Eau dans les Installations Industrielles

• Définition des Déchets d’Eau
• Utilisation Industrielle de l’Eau
• Utilisations finales de l’Eau: Comment L’Eau Est utilisée dans les Installations
• Utilisation de l’eau dans les Installations de mesure: Mesure et Sous-mesure
• Coûts Associés à l’Utilisation de l’Eau
• À considérer
• Notes de bas de page
• Navigation dans la boîte à outils

Définition des déchets d’eau

L’eau est l’une des ressources les plus critiques au monde et est nécessaire pour tous les types d’industries. L’eau est nécessaire en quantités substantielles pour créer des marchandises des produits alimentaires aux puces de silicium. Dans cette boîte à outils, le terme « gaspillage d’eau » désigne l’utilisation de l’eau au-delà du point qui optimise la valeur pour le client. Cela inclut l’utilisation de l’eau à valeur non ajoutée tout au long des opérations de l’installation et des processus de soutien, et de la chaîne d’approvisionnement à la production, à l’utilisation des produits et à l’élimination des déchets. Le gaspillage d’eau peut nuire à la santé et au bien-être des personnes et des écosystèmes en détournant l’eau d’autres besoins et utilisations bénéfiques. La réduction du gaspillage d’eau peut aider à garantir que les générations présentes et futures ont accès à un approvisionnement en eau durable.

Améliorez l’efficacité de votre installation en réduisant le gaspillage d’eau, non seulement en réduisant la consommation d’eau, mais en trouvant des moyens créatifs d’utiliser l’eau plus efficacement. L’efficacité de l’eau, comme le terme est utilisé dans cette boîte à outils, fait référence à la réduction de la quantité d’eau utilisée par unité de production. L’efficacité de l’eau fait référence à la quantité minimale d’eau nécessaire pour effectuer une tâche. (Notez que les améliorations de l’efficacité de l’eau ne signifient pas nécessairement que l’utilisation totale de l’eau d’une installation est réduite, car l’augmentation de la production peut compenser les gains d’efficacité de l’eau.) Des exemples de déchets d’eau comprennent:

• Perte d’eau due à des défaillances de matériaux, telles que des buses de tuyau qui fuient
• Jeter de l’eau qui pourrait être réutilisée, telle que de l’eau de rinçage traitée
• Rejets d’eaux usées
• L’eau utilisée par les appareils à haut débit au lieu d’alternatives plus efficaces
• L’utilisation d’eau en excès par nécessité, telle que l’utilisation d’une trop grande quantité d’eau pour le nettoyage des installations ou des pièces

Comprendre les nombreux endroits où se produit le gaspillage d’eau est une première étape importante pour identifier les domaines à améliorer.

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Utilisation industrielle de l’eau

L’utilisation de l’eau par les industries, tant aux États-Unis que dans le monde, représente une part importante de l’utilisation totale de l’eau. L’utilisation industrielle de l’eau aux États-Unis est estimée à plus de 18,2 milliards de gallons par jour (provenant des prélèvements directs d’eau, sans compter l’utilisation de l’eau provenant de l’approvisionnement en eau public)1. Alors que les prélèvements d’eau industriels ne représentent que cinq pour cent du total des prélèvements d’eau aux États-Unis, les prélèvements d’eau thermoélectriques représentent 49 pour cent. Les entreprises industrielles et manufacturières utilisent également environ 12% de l’approvisionnement en eau public. Les utilisateurs industriels d’eau comprennent les installations impliquées dans des secteurs tels que les produits chimiques, les aliments et les boissons, le papier et les produits connexes, l’acier, l’électronique et les ordinateurs, la finition des métaux, le raffinage du pétrole et le matériel de transport. Dans l’ensemble, deux des secteurs les plus consommateurs d’eau de l’économie sont l’agriculture et l’énergie thermoélectrique, bien que d’autres industries puissent utiliser une proportion importante des approvisionnements publics en eau dans certaines régions.

La part de l’utilisation industrielle de l’eau peut être beaucoup plus importante dans certaines zones géographiques, et ces zones peuvent subir des pressions d’approvisionnement importantes. La figure 3 ci-dessous montre la répartition géographique de la pénurie d’eau dans le monde. Les zones sujettes à la pénurie d’eau connaîtront probablement une concurrence continue pour les ressources en eau, ce qui peut avoir un impact sur votre relation avec la communauté environnante. Soyez conscient de l’emplacement de votre installation par rapport à une pénurie d’eau potentielle et tenez compte de la concurrence dans le domaine de l’eau lors de l’implantation de nouvelles installations ou de l’établissement de relations avec de nouveaux fournisseurs. Aux États-Unis, le National Integrated Drought Information System maintient un portail Web convivial contenant des informations actuelles, des prévisions, des cartes, des rapports et des ressources sur les conditions de sécheresse et la pénurie d’eau.

L’utilisation industrielle de l’eau varie d’un secteur à l’autre, les différentes activités nécessitant des apports d’eau différents. L’encadré 6 énumère huit industries qui nécessitent des apports importants en eau.

L’eau est une ressource très importante pour de nombreuses industries et, par conséquent, il existe de nombreuses possibilités de réduire l’utilisation de l’eau. Dans le cas de l’industrie de haute technologie, qui utilise des quantités considérables d’eau pour fabriquer des semi-conducteurs et d’autres composants, l’eau est vitale pour les opérations de l’industrie. Le nettoyage et le rinçage des copeaux de silicium peuvent nécessiter des milliards de gallons d’eau par an; produire une seule puce peut utiliser jusqu’à 7 900 gallons2. L’habillement occupe également une place importante dans la liste des industries à forte intensité hydrique, la production de coton et la transformation des textiles nécessitant des apports importants en eau. Parmi les fabricants industriels, le secteur des produits forestiers est le troisième plus grand consommateur d’eau aux États-Unis, nécessitant des volumes élevés d’eau pour la fabrication de pâtes et papiers. L’industrie de l’énergie électrique utilise directement beaucoup d’eau pour le refroidissement et le nettoyage des émissions; les centrales à combustibles fossiles et les centrales nucléaires ont besoin de centaines de litres d’eau pour chaque kilowattheure d’électricité qu’elles produisent3. Le tableau 1 montre les quantités d’eau typiques nécessaires pour produire une tonne de plusieurs produits manufacturés.

L’utilisation relative de l’eau varie beaucoup d’un secteur industriel à l’autre, et les besoins en eau varient considérablement d’une étape à l’autre de la chaîne de valeur du produit ou du service, des fournisseurs à l’utilisation du produit en passant par la production. Il est important de savoir où, dans la chaîne de valeur, la consommation d’eau de votre industrie est la plus importante, afin de pouvoir cibler les efforts d’amélioration de manière appropriée. Par exemple, l’industrie du vêtement utilise des volumes élevés d’eau dans la production de matières premières, tandis que l’industrie des biotechnologies et des produits pharmaceutiques utilise la plupart de ses ressources en eau dans des opérations directes. Le tableau 2 montre l’intensité relative de l’impact sur l’eau (allant de zéro à trois carrés) dans différents segments de la chaîne de valeur pour plusieurs secteurs industriels.

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Utilisations finales de l’eau: Comment l’eau est utilisée dans les installations

Afin de réduire le gaspillage d’eau dans l’industrie, il est important de comprendre les nombreuses façons dont l’eau est utilisée dans les installations. Il est essentiel de comprendre les utilisations finales de l’eau pour identifier les possibilités d’économies d’eau. Bien que les utilisations finales de l’eau varient selon l’industrie et l’installation, il existe des catégories d’utilisation de l’eau qui sont présentes dans la plupart des installations industrielles. L’utilisation de l’eau dans la plupart des industries peut être classée dans les grandes utilisations finales suivantes:

• Traitement de production et utilisation dans le produit
• Procédés auxiliaires (p. ex.(p. ex., tours de refroidissement et chaudières)
• Utilisation domestique intérieure (p. ex., toilettes, cuisines et buanderie)
• Irrigation paysagère

Ces grandes catégories englobent bon nombre des façons dont les installations industrielles utilisent l’eau. Parmi les clients industriels américains, les opérations de refroidissement (y compris les tours de refroidissement et les systèmes de refroidissement ouverts) constituent la plus grande catégorie d’utilisation finale de l’eau industrielle, avec plus de 50 % de la demande d’eau industrielle et commerciale combinée destinée au refroidissement4.

La quantité d’eau requise pour les différentes utilisations finales diffère selon l’industrie. Les installations de service et de fabrication nécessitent le plus d’eau pour le lavage et la transformation, tandis que les installations de restauration utilisent la majeure partie de leur consommation d’eau pour la préparation des produits. La figure 4 montre des exemples d’utilisations finales de l’eau dans l’industrie de la fabrication d’ordinateurs et d’appareils électroniques et dans l’industrie de la transformation des aliments.

Les principales utilisations finales de l’eau offrent souvent les meilleures opportunités de réduction des déchets d’eau et d’amélioration de l’efficacité. Par exemple, dans de nombreuses entreprises alimentaires, de boissons et pharmaceutiques, les équipements de nettoyage peuvent représenter jusqu’à 50 à 70 % de la consommation totale d’eau d’une installation et représentent une opportunité substantielle d’économiser de l’eau5. La figure 5 illustre comment l’eau s’écoule à travers plusieurs utilisations finales différentes dans une installation industrielle; notez que ce diagramme n’intègre pas toutes les options de réutilisation. Pensez à l’apparence d’un diagramme similaire qui montre l’utilisation de l’eau dans votre installation.

Au-delà de ces catégories d’utilisation finale de l’eau, certaines industries ont des procédés qui exigent des quantités importantes d’eau. Par exemple, dans l’industrie textile, une machine à blanchir les tissus en continu typique peut consommer 11 000 gallons d’eau par heure6.

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Utilisation de l’eau dans les installations de mesure : Mesure et sous-mesure

Pour mieux comprendre les habitudes d’utilisation de l’eau dans votre installation, il est presque toujours utile d’utiliser des compteurs d’eau. De nombreuses méthodes Lean reposent sur la disponibilité d’informations opportunes et précises sur les indicateurs de performance clés. En mesurant l’utilisation et les débits d’eau au niveau de l’installation et / ou du procédé, il devient beaucoup plus facile d’identifier les opportunités d’efficacité de l’eau. Comme le dit le proverbe, vous ne pouvez pas gérer ce que vous ne mesurez pas. Il existe deux types de compteurs d’eau: les compteurs source mesurent la quantité d’eau fournie à l’installation, tandis que les compteurs submétriques mesurent l’utilisation pour des activités spécifiques telles que les tours de refroidissement, l’utilisation des procédés ou l’utilisation de l’eau dans le paysage.

Les compteurs d’eau peuvent être portables ou fixés sur un équipement spécifique. Utilisez des compteurs d’eau portables pour mesurer les débits d’eau pour les processus ou les opérations dans votre installation, dans le cadre d’efforts Lean tels que les promenades gemba, la cartographie des flux de valeur et les événements kaizen (stratégies discutées dans les chapitres 3 et 4). Vous pouvez attacher un compteur d’eau acoustique portatif à un tuyau à quelques endroits où vous pensez qu’il pourrait y avoir une consommation excessive d’eau. Comparez les données sur l’eau du compteur principal à l’eau qui s’écoule dans les tuyaux du processus pour confirmer les possibilités d’économies d’eau potentielles. Ces données peuvent vous aider à établir un bilan hydrique (décrit au chapitre 3). Voir l’annexe B pour les ressources qui vous aideront à déterminer les taux d’utilisation de l’eau, y compris les calculs et les conversions d’unités.

Une mesure précise de la consommation d’eau peut vous aider à identifier les zones de réductions ciblées et à suivre les progrès des améliorations de l’efficacité hydrique. Les sous-compteurs peuvent également aider à identifier les fuites et à indiquer le mauvais fonctionnement de l’équipement. Dans certains cas, il peut également être utile de mesurer la pression de l’eau; une chute de pression peut indiquer la présence d’une fuite. Cependant, en particulier pour les petites installations, il n’est pas nécessairement logique d’utiliser des compteurs partout. Envisagez d’utiliser des compteurs lorsque vous avez besoin de suivre de près les données; par exemple, avant et après un événement d’amélioration de processus sur un processus à forte intensité d’eau. Vous pouvez utiliser les données fournies par les compteurs pour comparer l’utilisation de l’eau et voir comment vos efforts ont amélioré l’efficacité de l’eau de votre installation. Les grandes installations peuvent également intégrer des compteurs dans des systèmes de gestion centralisée des bâtiments, ce qui facilite le suivi électronique de la consommation d’eau, la génération de rapports et le déclenchement d’alertes lorsque des fuites ou des anomalies sont détectées. Pour obtenir des conseils supplémentaires sur l’utilisation des compteurs d’eau, consultez votre service public local ou les ressources de l’annexe A.

L’installation du bon compteur et son bon fonctionnement sont essentiels à une mesure précise de l’eau. Il existe de nombreux types et tailles de compteurs destinés à différentes utilisations, il est donc important de choisir le bon. Un dimensionnement ou un type de compteur incorrect peut causer des problèmes. Par exemple, un compteur d’eau sous-dimensionné peut entraîner une perte de pression excessive, un débit réduit et du bruit. Les compteurs surdimensionnés ne sont pas économiques et ne mesurent pas avec précision les débits minimaux7. Il est également important de s’assurer que les compteurs d’eau sont correctement étalonnés conformément aux recommandations du fabricant et que les pratiques d’entretien appropriées sont suivies sur les appareils de mesure. La plupart des compteurs ont des pièces mécaniques internes et commencent à sous-enregistrer la quantité d’eau utilisée à mesure que le compteur vieillit et que les pièces mécaniques s’usent. Lorsque des mesures d’eau anormales sont détectées, vérifiez l’équipement de mesure pour vous assurer que les résultats ne sont pas dus à des défaillances de l’équipement de mesure.

En mesurant l’utilisation de l’eau aux niveaux de l’installation et du processus, le personnel de l’installation peut compiler des données pour éclairer les efforts d’amélioration Lean. Voici quelques conseils pratiques pour utiliser les compteurs d’eau dans le cadre des efforts Lean:

• Utilisez des débitmètres et des normes de qualité ou de propreté de l’eau pour établir des travaux normalisés pour l’utilisation de l’eau, le débit et les niveaux de pression, en tenant compte des « points de consigne » recommandés par les spécifications de l’équipement et les procédures d’exploitation de l’installation. Ces niveaux de référence donnent un contexte important de ce qui explique les paramètres de fonctionnement « normaux » par rapport auxquels les améliorations et les nouvelles pertes d’eau peuvent être évaluées.
• Utilisez les données fournies par les compteurs pour déterminer la fréquence appropriée pour regrouper et déclarer les mesures de l’eau (p. ex. horaire, quotidien ou hebdomadaire) qui répond le mieux aux besoins de votre établissement.
• Montrez aux employés comment lire et utiliser les compteurs d’eau dans le cadre d’activités Lean telles que les promenades à gemba, la cartographie des flux de valeur et les événements kaizen, afin qu’ils puissent identifier les opportunités d’économies d’eau.
• Afficher les objectifs de réduction de la consommation d’eau et les informations sur la consommation d’eau en usine sur des tableaux de contrôle de la production allégée ou dans d’autres endroits accessibles pour sensibiliser les employés à l’utilisation et à l’efficacité de l’eau.
• Suivez les données des compteurs d’eau au fil du temps. Portfolio Manager, un outil d’analyse comparative des performances des bâtiments en ligne disponible dans le cadre du programme ENERGY STAR, peut vous aider à suivre et à comparer les données de consommation d’eau. Pour de plus amples renseignements sur le gestionnaire de portefeuille, voir l’Annexe A.

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Coûts des déchets d’eau

Comme il est indiqué au chapitre 1, les coûts associés à l’utilisation de l’eau comprennent plus que les coûts directs que vous payez pour l’approvisionnement en eau, mais aussi les coûts de l’eau lorsqu’elle traverse les processus et les opérations (voir la figure 7). L’encadré 7 fournit des exemples de coûts de l’eau, tels que l’énergie, la lutte contre la pollution, la conformité réglementaire et les coûts des matières premières.

L’estimation des nombreuses composantes du coût total de l’eau pour une installation peut commencer par le coût de l’eau achetée auprès des services publics, mais devrait également inclure le coût des étapes nécessaires au traitement, à l’utilisation et au rejet de l’eau. Ces coûts peuvent représenter beaucoup plus que ce qui apparaît sur une facture de services publics. Lors de l’estimation des coûts de l’eau, il est important de tenir compte de ces coûts et d’autres coûts indirects dans toutes les fonctions d’une installation. Assurez-vous d’utiliser les taux futurs estimés lors de l’évaluation des coûts de l’eau, afin de projeter le niveau d’économies qui seront possibles lorsque des améliorations seront apportées.

Les coûts complets associés à l’utilisation de l’eau l’emportent souvent largement sur les coûts directs. Le coût direct de l’achat d’eau auprès d’un service public peut ne pas sembler suffisamment important à lui seul pour justifier l’effort de réduction de la consommation d’eau, mais lorsque le coût total de l’eau est évalué, les économies financières peuvent être substantielles. Le tableau 3 montre un exemple des différents coûts de l’eau dans un procédé industriel. Dans cet exemple, les économies estimées découlant de la mise en œuvre d’améliorations en utilisant uniquement les coûts directs de l’eau et des égouts ne représentent que 56% des économies estimées en utilisant le coût total de l’eau. Les économies de coûts flexibles de l’eau conservée sont estimées à 40% du coût total du traitement. Les coûts de traitement flexibles désignent les dépenses qui varient en fonction du volume d’eau traitée (p. ex., énergie utilisée pour pomper et traiter l’eau, produits chimiques de traitement); les coûts fixes (p. ex., biens d’équipement utilisés pour le traitement) ne varient généralement pas à mesure que le débit des eaux usées change.

L’annexe B contient un Calculateur des coûts de l’eau qui fournit un modèle pour calculer les coûts communs associés à l’utilisation de l’eau dans les installations industrielles. Il peut également être utile d’estimer les économies potentielles en eau et en dollars qui découleraient de la mise en œuvre de mesures d’efficacité de l’eau dans votre installation; voir l’annexe C pour certaines équations que vous pouvez utiliser pour guider ces estimations.

Dans certaines zones soumises à un stress hydrique, les installations industrielles peuvent être confrontées à la possibilité d’un coût lié à l’eau encore plus élevé – celui de la perte de revenus due à la nécessité de réduire la production en cas de perturbation de l’approvisionnement en eau. La concurrence pour l’eau entre les besoins résidentiels, agricoles, industriels et environnementaux pendant les périodes de pénurie d’eau peut amener les gestionnaires locaux de l’eau à imposer des limites à l’utilisation de l’eau industrielle. Comprendre la vulnérabilité à la perturbation des approvisionnements en eau locaux peut être une considération importante lors de l’évaluation des coûts réels de l’utilisation de l’eau lors de l’expansion ou du développement de nouvelles installations.

Le chapitre suivant traite des stratégies pour comprendre comment l’eau est utilisée dans votre installation et identifier les possibilités de réduire l’utilisation de l’eau et d’améliorer les opérations.

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À considérer

• Quelles sont les principales utilisations finales de l’eau dans votre installation?
• Quels procédés et opérations d’installation utilisent le plus d’eau?
• Quels sont les coûts associés à l’utilisation de l’eau de votre installation? Quels coûts indirects peuvent ne pas être comptabilisés?

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Notes de bas de page

1 Kenny, Joan F. et. Al. Utilisation estimée de l’eau aux États-Unis en 2005. USGS. 2009. Les données de l’USGS ne comprennent pas l’utilisation industrielle de l’eau provenant des réseaux d’eau municipaux, mais uniquement les prélèvements directs provenant de sources de surface et d’eaux souterraines. L’utilisation réelle de l’eau industrielle est probablement plus importante. Pour des informations sur l’utilisation de l’eau en dehors des États-Unis, voir AQUASTAT, Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture, « Water Withdrawal by Sector, Around 2003. »Notez que les données de la FAO incluent les prélèvements d’eau de refroidissement thermoélectrique dans ses totaux d’eau industrielle.

2 Uphadyay, Sanjay, « Microélectronique – Favoriser les opportunités de croissance sur le marché de l’eau Ultrapure. »Frost&Sullivan. 19 août 2011.

3CERES et Pacific Institute, « Pénurie d’eau&Changement climatique: Risques croissants pour les entreprises &Investisseurs, « Février 2009.

4 Vickers, Amy. Manuel d’Utilisation et de conservation de l’eau. Presse à eau. 2001.

5 General Electric Company Water &Process Technologies, « Solutions for Sustainable Water Savings: A Guide to Water Efficiency », 2007.

6 Ministère de l’Environnement et des Ressources Naturelles de Caroline du Nord, Manuel sur l’efficacité de l’eau pour les Installations Commerciales, Industrielles et Institutionnelles, mai 2009.

7 Smith, Timothy A. Systèmes de plomberie et conception. Sélection et dimensionnement des Compteurs d’eau. 2008.

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Navigation de la Boîte à outils

• Table des matières&Remerciements
• Résumé
• Préface
• Chapitre 1: Introduction
• Chapitre 2: Utilisation de l’Eau et Gaspillage de l’Eau dans les Installations Industrielles
• Chapitre 3: Découverte des Déchets d’Eau dans l’Usine
• Chapitre 4: Stratégies d’Amélioration du Lean et de l’Efficacité de l’Eau
• Chapitre 5: Lean et l’Eau Au-delà de l’Usine
• Chapitre 6: Conclusion
• Annexe A: Ressources en Matière d’Efficacité de l’Eau et Fournisseurs d’Assistance Technique
• Annexe B: Calculateur du Coût de l’eau
• Annexe C : Conversions et calculs des Unités d’eau
• Annexe D : Liste de contrôle des possibilités d’efficacité de l’eau
• Annexe E : Glossaire des Termes relatifs à l’eau

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