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Carte des flux énergétiques et des perspectives d'efficacité énergetique dans une fonderie d'aluminium: Cas d'Aluminium/SOCATRAL

( Télécharger le fichier original )
par Jean-aimé NGOLLO MATEKE
Université de Yaoundé I - DEA de physique option énergétique 2008
  

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Carte de flux énergétiques et perspectives d'efficacité dans une
fonderie d'aluminium: cas particulier d'alucam/socatral

UNIVERSITE DE YAOUNDE I UNIVERSITY OF YAOUNDE I

FACULTE DES SCIENCES FACULTY OF SCIENCE

MATRICULE : 06W739

 

DEPARTEMENT DE PHYSIQUE

LABORATOIRE D'ANALYSE DES TECHNOLOGIES
DE L'ENERGIE ET DE L'ENVIRONNEMENT
(L.A.T.E.E)

CARTE DES FLUX ENERGETIQUES ET
PERSPECTIVES D'EFFICACITE ENERGETIQUE
DANS UNE FONDERIE D'ALUMINIUM : CAS
PARTICULIER DE LA FONDERIE
D 'ALUCAM/SOCATRAL

Mémoire présenté et soutenu en vue de l'obtention du
Diplôme d'Etudes Approfondies (D.E.A) en Physique
Option : ENERGETIQUE

Par
NGOLLO MATEKE Jean-aimé
Maître ès Physique
Sous la Direction de :
Prof. Dr.-Hab. NJOMO Donatien
Maître de Conférences
Année académique : 2008/2009

Carte de flux énergétiques et perspectives d'efficacité dans une
fonderie d'aluminium: cas particulier d'alucam/socatral

A mon feu père NGOLLO
MOUANDJO Victor, tu continues
à vivre en moi.
A ma tendre maman Eboulè
Matèkè Véronique pour ton
amour et soutien inconditionnel,

A mes frères et soeurs Aurore,
Emmanuel, David, Victorien
NGOLLO, Pascal, Manfred, Grace,
Flore, Urbain, Rebecca, Emile,
pour tous vos encouragements.

A Mlle Din Jeanne-léonie pour
ton soutien.

Je vous aime profondément

Carte de flux énergétiques et perspectives d'efficacité dans une
fonderie d'aluminium: cas particulier d'alucam/socatral

On dit souvent que le trajet est aussi important que la destination. J'ai beaucoup appris de la vie tout au long de la rédaction de ce mémoire. Ce parcours ne s'est pas fait sans défis, des grands moments de doute. Je ne saurai me déroger à l'honneur qui m'est offert aujourd'hui d'exprimer ma profonde gratitude à tous ceux et celles qui m'ont encouragé.

Je rends grâce à JEHOVAH mon DIEU sans qui rien n'est possible.

Je remercie le Pr. Dr. - Hab. Njomo Donatien mon directeur de recherche pour son encadrement exemplaire, pour ses conseils précieux et pour sa grande disponibilité.

Je remercie les responsables d'Alucam Messieurs : Alain Crapart (directeur d'usine), Charles Ndjock (responsable des contrats maintenance) pour leurs multiples conseils.

Je suis hautement reconnaissant à l'endroit de tous mes enseignants de Physique, qui m'ont inculqué l'amour de la Physique ; Je pense aux enseignants de la Faculté des Sciences de l'Université de Douala au Dr Monkam David et au Dr O. Motapon en particulier. Et à ceux de la Faculté des Sciences de l'Université de Yaoundé I, Plus particulièrement à ceux du Laboratoire d'Analyse des Technologies de l'Energie et de l'Environnement (L.A.T.E.E), Je pense au Dr. Obounou Marcel et au Dr. Ekobena Henry.

Un grand merci à mon oncle le Pr. Mbonji Mbonji et sa femme le Pr. Mouelle Mbonji pour leurs conseils.

Je remercie grandement mon grand frère Victorien Ngollo depuis paris pour son soutien incontestable.

Un grand merci à Madame Mine (mère poule) et à tous ses enfants ; j 'ai trouvé en toi une seconde maman, à Tata Véro. Et au grand frère Colbert pour l'accueil qu'ils m'ont réservé durant mon séjour à Edéa.

Je tiens également à remercier mes grands frères Massodi Lafont, Essembe Black, Martin Ebollo, Priso léon.

Merci à mes neveux et nièces Nathalie, Rachel, Donald, Willy, Alexandra, Brian, Abigaëlle, Ryan, Cohen, Priscilla et Fritz pour toute la joie qu'ils m'apportent.

Merci à Michelle, Moukate Priso Corinne (mère DIN), Freddy, Nadine, Emmanuelle, Andy, Boris et Willy pour leurs encouragements.

A mon amie Gaelle bobillot pour ses encouragements.

J'aimerais également remercier mes amis et camarades de promotion pour l'ambiance conviviale qui a toujours régné au sein du groupe, je pense ici à Kodji, Tamba, Fotseu, Noumi, Cyril, Castro, Magloire, et Fossi.

A tous ceux et celles qui de près ou de loin ont contribué à l'élaboration de ce travail, et que je n'ai pas pu citer ici.

Carte de flux énergétiques et perspectives d'efficacité dans une
fonderie d'aluminium: cas particulier d'alucam/socatral

DEDICACES i

REMERCIEMENTS ii

TABLE DES MATIERES~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ iii

TABLES DES PHOTOS ET FIGURES~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ vii

TABLES DES GRAPHES~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ viii

LISTE DES ABBREVIATIONS~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ix

RESUME/ABSTRACT x

INTRODUCTION GENERALE 1

CHAPITRE I: PRESENTATION GENERALE D'ALUCAM/SOCATRAL~~~~~~~~~~~~~~~ 3

INTRODUCTION~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 4

I.1.1 Situation géographique 4

I.1.2 Bref historique~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 4

I.1.3 Organigramme activité Cameroun 5

I.1.4 Le groupe Alucam en Afrique~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 5

I.1.5 Histoire de l'Aluminium~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 6

I.2 Process ALUCAM/SOCATRAL~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 7

I.2.1 Process Alucam 8

I.2.1.1 Atelier d'électrodes 8

I.2.1.2 Atelier d'électrolyse~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 9

I.2.1.3 Atelier de fonderie~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 10

I.2.1.4 Laboratoire~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 10

I.2.1.5 Les services généraux 10

I.2.2 Process Socatral~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 10

I.2.2.1 Le laminage~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 10

I.2.2.2 Le formage 11

I.2.2.3 Le découpage~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 11

I.2.2.4 Production pour la grande exportation~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 11

I.3 Fourniture d'énergie~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 11

I.3.1 Configuration d'exploitation~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 12

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fonderie d'aluminium: cas particulier d'alucam/socatral

1.3.1.2 Alimentation 13

Conclusion 13

CHAPITRE II : CARACTERISTIQUES ENERGETIQUES~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 14

INTRODUCTION 15

II.1 Caractéristiques électriques~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 15

II.1.1 Le réseau électrique~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 15

II.1.1.1 Jeu de barres~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 15

11.1.1.2 Les transformateurs~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 15

11.1.1.3 Les disjoncteurs~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 16

11.1.2 Paramètres électriques 16

11.1.2.1 Energie active 16

11.1.2.2 Energie réactive~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 16

II.1.2.3 Energie apparente~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 16

11.1.2.4 Facteur de Puissance 16

11.1.2.5 Inconvénients et compensation de l'énergie réactive~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 17

II.1.2.6 La chute de tension 18

11.1.2.7 Les harmoniques~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 19

II.1.2.8 Les courants de court-circuit~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 20

11.1.2.9 Effets d'anodes~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 20

11.2 Caractéristiques des combustibles~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 21

11.2.1 Définition de la combustion~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 21

11.2.2 Energie dégagée et pouvoir calorifique 21

11.2.3 Combustion stoechiométrique 22

11.2.4 Combustion complète avec excès d'air~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 22

11.2.5 Combustion complète avec défaut d'air 23

11.2.6 La position du brûleur~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 23

11.2.7 Contrôle de combustion~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 23

II.2.7.1 Interprétation de la teneur en CO2 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 23

11.2.7.2 Mesures des imbrûlés~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 24

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fonderie d'aluminium: cas particulier d'alucam/socatral

II.2.7.3 Interprétation de la température des fumées......................................................................24
Conclusion...........................................................................................................................................24
CHAPITRE III : CARTES DE FLUX ENERGETIQUES.......................................................................25

Introduction 26

III.1 Evolution de la consommation électrique 26

III.1.1 Consommation électrique atelier électrolyse.........................................................................26 III.1.2 Consommation électrique des auxiliaires électrolyse 27 III.1.3 Consommation électrique atelier décharge alumine.............................................................27

III.1.4 Consommation électrique des compresseurs 28

III.1.5 Consommation électrique atelier d'électrodes..................................................................... 28

III.1.6 Consommation électrique auxiliaires scellement 29

III.1.7 Consommation four à cuire 29

III.1.8 Consommation électrique éclairage usine 30

III.1.9 Consommation électrique conditionnement des bâtiments généraux 30

III.1.10 Consommation électrique atelier de mécanique 31

III.1.11 Consommation électrique atelier électrique 31

III.1.12 Consommation électrique station de pompage.................................................................. 32

III.1.13 Consommation électrique atelier de fonderie 32

III.1.14 Consommation électrique du four junker 33

III.1.15 Consommation électrique des hottes de captation............................................................ 33

III.1.16 Consommation électrique du centre médical..................................................................... 34

III.1.17 Consommation électrique poste Serem 34

III.1.18 Consommation électrique Socatral 35

III.2 Consommation de l'énergie calorifique 36

III.2.1 Consommation d'énergie calorifique du secteur électrodes................................................ 36

Conclusion 36

CHAPITRE IV : ANALYSES ET PERSPECTIVES...............................................................................37

Introduction..........................................................................................................................................38

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fonderie d'aluminium: cas particulier d'alucam/socatral

IV.1 Energie théorique requise~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 38

IV.2 Evolution de la production mensuelle d'aluminium~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 39

IV.3 Analyse et interprétation de l'IPM~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 40

IV.4 Analyse de la consommation des compresseurs 41

IV.5 Analyse de la consommation électrique de l'éclairage~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 42

IV.6 Analyse de la consommation d'énergie calorifique~~~~~~~~~~~~~~~~ 42

Conclusion 42

CONCLUSION GENERALE~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 43

ANNEXES~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~.46

ANNEXE I ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 47

ANNEXE II ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 50

REFERENCES~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 56

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TABLES DES GRAPHES

Graphe III.1 : Atelier d'électrolyse

Graphe III.2 : Aux. Electrolyse

Graphe III.3 : Atelier décharge alumine

Graphe III.4 : Compresseurs

Graphe III.5 : atelier d'électrodes

Graphe III.6 : Auxiliaires scellement

Graphe III.7 : Four à cuire

Graphe III.8 : Eclairage usine

Graphe III.9 : Conditionnement bâtiments généraux

Graphe III.10 : Atelier de mécanique

Graphe III.11 Atelier électrique

Graphe III.12 : Station de pompage

Graphe III.13 Atelier fonderie

Graphe III.14 : Fours junker

Graphe III.15 : Hottes de captation

Graphe III.16 : Centre médical

Graphe III.17 : Poste Serem

Graphe III.18 : Socatral

Graphe III.19 : Secteur électrodes

Graphe IV. 1 : Production mensuelle d'aluminium

Graphe IV.2 : Proportion d'énergie électrique consommée par secteur Graphe IV.3 : Indice de puissance maximale

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TABLES DES PHOTOS ET DES FIGURES

Photo 1 : Usine d'Edéa vue aérienne

Photo 2 : Une électrode

Photo 3 : Cuve d'électrolyse

Photo 4 : Lingots

Photo II.1 Explications sur les ICC

Figure I.1 : Etapes de fabrication de l'aluminium Figure 2.1 Composition vectorielle des puissances

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LISTE DES ABBREVIATIONS

AL2O3 : Alumine

cv : Cheval vapeur

GR : générateur

JDBD : jeu de barre droit

JDBG : jeu de barre gauche

ICC : courant de court-circuit

kVA : kilovolt Ampère

kVar : kilovolt Ampère réactif GWh : Gigawatt heure

MWh : Mégawatt heure

PFC : Perfluorocarbures

IPM : Indice de puissance maximale

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RESUME

Ce mémoire présente l'usine ALUCAM/SOCATRAL, analyse et interprète les résultats issus des mesures de la consommation de l'énergie électrique, et calorifique de chaque atelier du processus de production d'aluminium.

Il présente l'évolution électrique par atelier sur une période de 24 mois (Janvier 2007/Décembre 2008), et l'évolution de la consommation de l'énergie calorifique du secteur électrodes pendant la même période. Puis on propose après avoir ciblé les ateliers à fortes pertes d'énergie, quelques solutions pour y répondre.

ABSTRACT

This thesis presents the plant ALUCAM/SOCATRAL. The manufacturing process of aluminum analyzes and interprets the results of the consumption of electric power and heat output of each workshop in the manufacture of aluminum.

It present the evolution of electricity consumption by telier over a period of 24 months (January 2007/ December 2008), and changes in the consumption of heat energy sector electrodes during the same period. And finally, after targeted workshops with high loss of energy can be addressed.

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INTRODUCTION GENERALE

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fonderie d'aluminium: cas particulier d'alucam/socatral

L'aluminium a connu en un peu plus de cent ans, une croissance prodigieuse, le mettant au premier rang des métaux non ferreux et au deuxième de tous les métaux, derrière le fer. On en a consommé dans le monde, 13 tonnes en 1886 et 50 millions de tonne en 2007 [9]. Soit un taux de croissance de 13,23% qui est considérable. C'est l'élément métallique le plus abondant sur la terre, avec un pourcentage massique entre 8 et 10 %, alors que le fer ne représente que 5 %. [1]

Nous n'avons qu'à regarder autour de nous, pour nous rendre compte des nombreuses applications de l'aluminium. Nous citerons les secteurs de l'automobile, l'aéronautique, le bâtiment, l'électronique, etc... Au Cameroun, l'entreprise productrice de l'aluminium est Alucam. C'est une filiale du géant minier Australien Rio Tinto.

La crise économique et financière récente a affecté l'industrie de l'aluminium. Celle-ci a eu d'autant plus d'impacts sur le Groupe Rio Tinto car celui-ci est écrasé par sa dette due au rachat d'Alcan en 2007.Une analyse statistique publiée dans la revue « Ecomine », en 2008 montre que le cours de l'aluminium a baissé entre 2007 et 2008 entre - 28% et - 43% [2]. Dans ces conditions le Groupe a pris des mesures drastiques, entre-autres mettre en veille le projet d'extension de l'usine d'Edéa, et l'application des solutions internes aux entreprises dont l'une est la réduction des coûts en accroissant la production. C'est dans cette optique que s'inscrit le programme d'efficacité énergétique.

L'aluminerie est largement tributaire des ressources énergétiques (eau, air, électricité et hydrocarbures). L'électricité intervient à diverses phases de la production. Elle représente un peu plus du tiers des coûts d'exploitation, d'une aluminerie (35%) ; c'est pourquoi elles s'établissent là où l'énergie est abondante. L'électrolyse représente plus de 90% de l'électricité consommée. Elle consomme entre 12,8 et 17 kWh/kg d'aluminium.

La flambée du prix de l'énergie, les problèmes environnementaux astreignent les dirigeants à rationaliser la consommation d'énergie en faisant la chasse aux gaspillages dans les différents ateliers. Pour répondre à ces préoccupations, nous avons élaboré notre travail autour de quatre chapitres ; le premier présente l'aluminerie en faisant ressortir le procédé de fabrication. Le deuxième chapitre parle des caractéristiques énergétiques, le troisième et le quatrième ressortent l'évolution de la consommation électrique et calorifique par atelier. Puis nous faisons une analyse de ces différents résultats et émettons des perspectives d'efficacité.

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CHAPITRE I

PRE S ENTATI ON GENERALE

D 'ALUCAM/SOCATRAL

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Photo 1 : Usine d'Edéa vue aérienne

I.1.1 Situation géographique

L'usine d'Alucam/Socatral est située dans l'île (ONG-NGOMEN), île de la ville d'Edéa chef lieu du département de la Sanaga-maritime dans la province du littoral ; situé à 60 km de Douala, 50 km de Mouanko, 120 km de Kribi et 180 km de Yaoundé. La ville d'Edéa est traversée par l'axe lourd Yaoundé-Douala et par le chemin de fer camerounais.

I.1.2 Bref historique

La compagnie Camerounaise de l'Aluminium (Alucam) a été constituée en Décembre 1954. En février 1957, l'usine entrait en production pour une capacité de 55.000 tonnes/an.

Depuis 1981, à la faveur de la mise en service de la centrale de Song-Loulou, Alucam a procédé à une extension de son usine. Dans le même temps, elle a effectué une modernisation de ses installations d'électrolyse en remplaçant les cuves à anodes Sderberg par les cuves à anodes précuites à meilleur rendement. Grâce à ces aménagements, la capacité de production est passée de 55.000 tonnes à 84.000 tonnes puis 87.000 tonnes/an.

Ancienne filiale du groupe français Pechiney, entre 1954 et 2000 Alucam est devenue filiale du groupe Canadien Alcan avant de passer, il y'a trois ans, sous le contrôle du géant Australien Rio Tinto.

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I.1.3. Organigramme activité Cameroun

Directeur Général

DRH Dir.
Usine

Directeur P.CONTINU

DAF Resp. Socatral

Secrétaire

Chargé de
mission

DG filiale 2T

 

DIC

I.1.4 Le groupe Alucam en Afrique

Le développement d'Alucam est lié au volume du tonnage exporté et au cours du métal sur le marché international. Il dépend également des opportunités du marché local et sous régional ; c'est pourquoi Alucam s'est associé dès les années 60 à la création et au développement en aval des structures de transformation de l'Aluminium.

Hostellerie Sanaga

SOTRALGA GABON

COLALU R.C.A

56,48%

38,29

67,50%

Alucam

55,29%

52,55%

70,09%

Socatral Alubassa

Alu Congo

Ces pourcentages représentent les actions d'ALUCAM dans le capital de l'entreprise en question.

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I.1.5. Histoire de l'Aluminium

L'aluminium est le métal industriel le plus récemment découvert puisqu'il n'est utilisé que depuis la fin du XIX° siècle. Pourtant l'alun, sulfate double d'aluminium et de potassium, le composé d'aluminium le plus anciennement connu, était déjà décrit par Pline, et utilisé à Rome comme mordant pour les couleurs. Il a fallu attendre 1825 pour que le chimiste Danois Hans Christian Oersted obtienne l'aluminium à l'état de corps simple, sous forme de poudre grise contenant encore une très grande quantité d'impuretés. En 1827, Friedrich Wöhler obtint cette même poudre grise d'aluminium contenant cependant moins d'impuretés. [9]

Ce n'est qu'en 1854 qu'Henri Sainte-Claire Deville présente le premier lingot d'aluminium obtenu, à l'état fondu, par un procédé mis en application en 1859 de façon industrielle par Henry Merle dans son usine de Salindres (Gard), berceau de la société Pechiney. Mais ce procédé était compliqué, ce qui donnait un métal dont le prix était comparable à celui de l'or (1200 et 1500 F or/kg et l'argent 210 F/kg seulement). [5] Et qui le réservait à des applications dans le luxe et l'orfèvrerie.

En 1886, Paul Louis Toussaint Héroult en France et Charles Martin Hall aux Etats- Unis déposent indépendamment leur brevet sur la production d'aluminium par électrolyse à chaud de l'alumine (oxyde d'aluminium extrait du minerai appelé « bauxite ») dissoute dans de la cryolithe fondue (fluorure double d'aluminium et de sodium). L'invention par Zénobe Gramme, en 1871, de la dynamo, qui remplaça la pile de Volta comme source d'électricité, et l'utilisation des chutes hydrauliques, la « houille blanche », rendit possible la production économique du métal. P.L.T. Héroult monte sa première usine en 1887 à Neuhausen en Suisse, sur une chute du Rhin ; cette usine donnera naissance à la société Alusuisse. Il monte en 1889 une usine à Froges (Isère), berceau de l'hydroélectricité française développée par Aristide Bergès, puis une autre à La Praz dans la vallée de la Maurienne (Savoie). [9]

C.M. Hall monte de son côté en 1888 une usine pour la Pittsburgh Reduction Company qui deviendra en 1907 l'Aluminum Company of America.

Le premier alliage d'aluminium fut inventé par Alfred Wilm, chimiste allemand, en 1908. Cet alliage d'aluminium contenant du cuivre et du magnésium fut exploité par les usines de Düren et fut baptisé l'aluminium de Düren, le « Duralumin ». C'est un alliage à « durcissement structural » par traitement thermique, phénomène découvert par Conrad Claessens en 1905. C'est aujourd'hui le 2017 A, autrefois appelé en France l'A-U4G.

Le second alliage d'aluminium fut découvert en 1920 par le hongrois Aladar Pacz, émigré aux Etats-Unis ; c'est un alliage d'aluminium avec 13 % de silicium affiné au sodium, baptisé l' « Alpax », alliage dévolu au moulage et autrefois appelé en France l'A-S13.

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I.2. PROCESS ALUCAM/SOCATRAL

Figure I.1 : Etapes de fabrication de l'Aluminium

Sur le site de l'usine Alucam/Socatral le processus de fabrication de l'Aluminium va de la
transformation de l'alumine en aluminium sur le site d'Alucam puis la transformation de

cette Aluminium en produit finis par la Socatral.

La production d'aluminium primaire, se fait en deux étapes :

1. Du minerai (bauxite), on extrait l'alumine (Al2O3) à l'aide d'un procédé nommé procédé de Bayer : le principe est basé sur la dissolution de l'alumine par la soude caustique pour la transformer en aluminate de soude soluble.

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2. Ensuite, on réduit cet oxyde en métal par l'action d'un courant continu de forte intensité de l'ordre des Méga Ampères. C'est le métallurgiste français Paul Héroult et l'américain Charles Martin Hall qui en 1886 eurent l'idée d'appliquer l'électrolyse à la fabrication de l'aluminium. L'astuce d'Héroult, fut de travailler avec un mélange composé d'alumine (matériau isolant) et de cryolithe (minerai naturel : fluorure double d'aluminium et de sodium). Ce mélange avait en effet des caractéristiques électriques et thermiques permettant une mise en oeuvre réaliste, c'est-à-dire une faible résistance électrique et des caractéristiques thermiques particulières avec une température de fusion du mélange à 935 °C (température beaucoup plus basse que celle de fusion de l'alumine à 2040 °C).

Cette opération a donc lieu à 960 °C dans une cellule d'électrolyse appelée cuve où l'alumine est dissoute dans un bain de cryolithe. Ce procédé donne lieu à un dégagement d'oxygène qui vient brûler les anodes qu'il faut donc renouveler régulièrement. Un service spécialisé de l'usine fabrique le sous-ensemble anodique.

L'aluminium liquide se dépose au fond de la cuve (cathode) d'où on l'extrait par aspiration dans une poche de coulée étanche en acier garnie de briques réfractaires dans laquelle on réalise le vide partiel.

Ce métal est ensuite stocké dans des fours en fonderie. Il est ensuite solidifié sous forme de plaques ou de lingots dans l'atelier de Fonderie.

L'aluminium secondaire ou aluminium recyclé

L'aluminium a une excellente recyclabilité. Pour recycler l'aluminium, on le fait simplement fondre. En plus des bénéfices environnementaux, le recyclage de l'aluminium est beaucoup moins coûteux que l'extraction à partir du minerai de bauxite. Il nécessite 95 % d'énergie en moins et une tonne d'aluminium recyclée permet d'économiser quatre tonnes de bauxite. En sautant l'étape de l'électrolyse, qui réclame beaucoup d'énergie, on évite les rejets polluants qui lui sont associés.

L'aluminium est quasi recyclable à l'infini sans perdre ses qualités, à condition de ne pas fondre dans un même bain des alliages de composition différente. L'aluminium ménager est récupéré avec les emballages dans le cadre du tri sélectif. Dans les centres de tri, l'aluminium est trié manuellement ou plus couramment grâce à des machines de tri par courants de Foucault. Il est ensuite broyé avant d'être refondu par des affineurs d'aluminium pour redonner du métal utilisable, appelé aluminium de seconde fusion. L'aluminium de seconde fusion est utilisé essentiellement pour la fabrication de pièces de fonderie pour l'automobile (blocs moteur, culasses, pistons, etc.).

I.2.1 PROCESS ALUCAM

I.2.1.1 ATELIER D'ELECTRODES

C'est un ensemble d'ateliers pour la fabrication des électrodes comprenant une usine à pâte d'anode, un vibrotasseur pour la mise en forme des anodes, un four à cuisson d'anodes (1.100°C) et un atelier de scellement des anodes et des blocs cathodiques.

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Photo 2 : une Electrode

Les blocs cathodiques sont en graphite, alors que les anodes sont constituées par un mélange contrôlé de coke et de brai. L'usine consomme 35.000 tonnes de coke et 8.000 tonnes de brai.

I.2.1.2 Atelier d'Electrolyse

Photo 3 : cuve d'électrolyse

La cuve d'électrolyse se compose des éléments suivants :

· Un caisson en acier,

· Un garnissage isolant thermique constitué de briques réfractaires,

· Un creuset polarisé catholiquement constitué d'un assemblage de blocs de carbone cuits à base d'anthracite et liés par une pâte carbonée appelée pâte de brasque,

· Des barres d'acier traversant le caisson et permettant l'arrivée du courant à la cathode,

· Des tiges sur une superstructure en aluminium au dessus du creuset maintenant les anodes carbonées,

· Un système d'aspiration des gaz vers la station de traitement,

· Un système d'alimentation en alumine.

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fonderie d'aluminium: cas particulier d'alucam/socatral

L'Atelier d'électrolyse compte 274 cuves en série reparties dans 6 salles disposées parallèlement. La technologie 138.000 A est développée par Péchiney. Pour protéger l'environnement, les cuves ont été équipées des hottes de captation des gaz issus de la réaction d'électrolyse. Ces gaz sont recyclés dans les cuves après absorption sur l'alumine dans un centre de traitement des gaz.

L'électrolyse consomme 170.000 tonnes/an d'alumine importées de la République de Guinée et stockées dans les silos. Pour son fonctionnement 1000 tonnes de cryolithe (sel double sodium et d'aluminium) sont nécessaire pour constituer un bain électrolytique dont la température est de 970°C.

L'atelier d'électrolyse est équipé d'un système informatisé pour le contrôle des opérations de production.

I.2.1.3 Atelier de Fonderie

La fonderie assure la mise en forme de l'aluminium en lingots et en plaques ainsi que la refusion des déchets d'aluminium provenant de Socatral. Elle dispose à cet effet de fours et d'installations de coulée semi continue verticale pour produire des plaques et des lingots « tés» et d'une chaine automatisée pour la production des petits lingots

Photo 4 : lingots

I.2.1.4 Laboratoire

Le laboratoire procède aux analyses des matières premières de même qu'à des analyses du métal pour en déterminer la composition et la pureté. Il dispose d'équipements perfectionnés.

I.2.1.5 Les Services Généraux

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fonderie d'aluminium: cas particulier d'alucam/socatral

Le fonctionnement continu des installations est assuré grâce à la planification de la maintenance des équipements assurés par les services d'entretien électrique et mécanique.

Les services logistiques assurent le transport et le déchargement des matières premières et l'expédition des produits finis.

I.2.2 PROCESS SOCATRAL Nous distinguons quatre étapes à savoir : I.2.2.1 Le laminage

La première étape de la transformation est le laminage à chaud : il consiste à écraser en
plusieurs passages successifs sous les cylindres d'un laminoir une plaque d'aluminium de
forme parallépipédique préalablement préchauffée dans un four pour améliorer la malléabilité.

En fin de laminage à chaud, on obtient une ébauche de 6 mm d'épaisseur. Cette dernière préalablement refroidie, subit un laminage à froid dans un premier laminoir à froid dit « quarto » en quelques passes de préparation et est bobinée en rouleau.

La bobine ainsi préparée subit quelques passes de finition dans un deuxième laminoir quarto à froid. Les caractéristiques mécaniques demandées par le client sont obtenues dans certaines conditions de travail lors du laminage et du traitement thermique. L'installation du laminage se compose donc :

- De fours de réchauffage ;

- D'un laminoir à chaud à deux cylindres, d'une puissance de 1000 CV;

- De deux laminoirs quarto à froid, équipés d'un système de régulation automatique d'épaisseur et de contrôle de planéité par un dispositif d'arrosage piloté par un automate ;

- De fours de recuit ;

I.2.2.2 Le Formage

A partir des bobines Socatral fabrique des : -Bacs autoportants ;

-Tôles ondulées ;

-Tôles planes ;

I.2.2.3 Le découpage

Pour fabriquer les disques qui serviront de matières premières pour les usines de fabrication d'articles ménagers, Socatral part des bobines obtenues au laminage. Ces bobines sont refendues en bobineaux dans les lignes de refendage.

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On découpe des disques dans les bobineaux obtenus à l'aide des presses mécaniques. Lorsque le diamètre du disque excède 530 mm le bobineau est préalablement cisaillé en formats. Les formats passent ensuite dans une escargoteuse pour la fabrication du disque.

I.2.2.4 Production pour la grande exportation

Pour assurer le développement de la grande exportation, Socatral dispose d'une ligne continue de rivage, planage, débitage et conditionnement automatique.

I.3. Fourniture en Energie

La fourniture d'énergie est assurée par 2 centrales hydroélectriques Edéa et Song-Loulou sur le fleuve Sanaga. Une sous-station électrique de conversion de l'énergie équipée de 13 groupes de transformateurs-redresseurs, produit 138.000 A de courant continu.

La variabilité de l'hydraulicité de la Sanaga a souvent rendu précaire, dans le passé, l'approvisionnement en énergie de l'usine. Cette situation est cependant moins préoccupante depuis la mise en service de la Mappé, 3ième barrage réservoir qui est venu s'ajouter à Bamendjin et Mbakaou. Ces barrages réservoirs d'une capacité totale de 7,6 milliards de m3 d'eau, servent d'appoint à la Sanaga pendant la période d'étiage afin de satisfaire l'établissement en besoin d'énergie.

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I.3.1 Configuration d'exploitation

GR4 et

GR5

GR1 à GR3

GR12à GR14

GR10 ou

 

JDBG

L2

L1

G GR6 à G G G

GR9

90k

GR11

JDBD

SOC

U2

U1

(1)

(2)

(11

SG

SOC

AL

(3) (4)

(5)

(10

EL

Nous avons 4 départs usine U1, U2, U3, SOC ;

Chaque usine est alimentée en antenne par sa propre arrivée :

- Départ U1 pour les services généraux (SG) ;

- Départ U2 pour le poste Electrode (EL) ;

- Départ U3 pour le poste Aluminium (AL) ;

- Départ SOC pour le poste Socatral ;

Les câbles en pointillés sont les départs de secours en cas de travaux ou de pannes.

I.3.1.2 Alimentation

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Il y'a 14 générateurs en tout GR1 à GR14 :

- Les générateurs uniquement affectés au 10kV sont GR4 à GR9 (24,5 MVA chacun) ;

- Les générateurs uniquement affectés au 90 kV sont GR1 et GR2 (11,8 MW chacun) et GR12 à GR14 (20,8 MW chacun) ;

Les configurations possibles d'alimentation sont :

- Configuration minimale (puissance minimale) 155 MW ;

Puissance minimale (contrat AES-SONEL) : 148,5 MW repartie entre le 10 kV et le 90 kV. Il faut disposer d'au moins 100 à 110 MW sur les 10 kV et de 45 à 55 MW sur le 90kV.

- Configuration maximale (puissance maximale) 210 MW ;

Puissance maximale en 10 kV= 130 MW.

NB : La puissance max est prise égale à 130 MW (7x18, 5 MW) au lieu de 146 MW. Puissance maximale en 90 kV= 80 MW.

Pour tenir compte des conditions d'exploitation de la centrale hydroélectrique, une période des hautes eaux a été définie : pendant cette période, la hauteur de chute est telle que la puissance mécanique transmise à l'arbre de la turbine se trouve réduite.

Il faut aussi préciser que c'est en fonction de la disponibilité côté centrale et du besoin côté Alucam ou besoin « secteur public » que l'on alimente soit le réseau 10 kV, soit le réseau 90 kV avec les groupes GR1 0 et GR1 1.

Conclusion

Ce premier chapitre nous a permis dans un premier temps de comprendre l'historique et le fonctionnement d'ALUCAM/SOCATRAL, son statut en tant que grande entreprise dans la sous-région Afrique Centrale. Au second de comprendre le procédé de fabrication de l'aluminium, métal très important a plusieurs usages.

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CHAPITRE II

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CARACTERI S TIQUE S

ENERGETI QUE S

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Les efforts pour économiser l'énergie dans une fonderie peuvent commencer par l'examen du détail des caractéristiques électriques et combustibles. Les ressources énergétiques doivent être traitées au même titre que la matière première. Dans ce chapitre nous exposerons les différents leviers sur lesquels l'on pourrait agir pour une production optimale.

II.1- CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES II.1.1- Le réseau Electrique

Le réseau Electrique d'ALUCAM/SOCATRAL a pour point de départ la centrale électrique d'AES-SONEL du barrage hydroélectrique d'Edéa. Son contrat avec AES-SONEL lui permet en raison de ses besoins en usine d'être soit alimentée par une puissance de 155 MW ou par une puissance de 210MW.

Nous avons 8 lignes d'arrivée sur le JDB 10 kV parmi lesquelles 7 lignes sont alimentées en 10kV par 5 générateurs d'environ 20MW et une ligne est alimentée en 90kV par 6 générateurs qui atteignent 5 5MW.

II.1.1.1- Jeu de Barre

Pour la distribution des grands courants, dans les installations industrielles et les armoires de distribution électrique, on utilise le cuivre en barres plates. Ces barres sont utilisées à la place des câbles pour une raison de coût, mais aussi de facilité de connexion et de rigidité.

II.1.1.2- Les Transformateurs

La tension livrée par AES-SONEL n'est pas utilisée telle quelle par Alucam, elle est réduite par des transformateurs en des tensions appropriées avant d'alimenter les ateliers. Les transformateurs à Alucam sont tous à type de flux libre et diélectrique d'isolation liquide.

Nous avons :

- Un transformateur de 2000 kVA, - 17 transformateurs de 1250 kVA, - 13 transformateurs de 1000 kVA,

- 3 transformateurs de 630 kVA,

- 4 transformateurs de 500 kVA,
- 2 transformateurs de 460 kVA,

II.1.1.3- Disjoncteurs

Puissance active (kW)

Puissance apparente (kVA)

P
S

=

FP =

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C'est un appareil de protection essentiel d'un réseau à haute tension. Car il est le seul capable d'interrompre un courant de court-circuit et donc d'éviter que le matériel connecté sur le réseau ne soit endommagé par ce court-circuit.

La performance principale qui caractérise un disjoncteur est son « pouvoir de coupure en court-circuit » c'est-à-dire le courant maximal qu'il est capable d'interrompre sous sa tension assignée (tension maximale du réseau où il est utilisé).

II.1.2- Paramètres Electriques [11]

L'énergie électrique est essentiellement distribuée aux utilisateurs sous forme de courant alternatif par des réseaux en haute, moyenne et basse tension. L'énergie consommée est composée d'une partie « active » transformée en chaleur ou en mouvement, et d'une partie « réactive » transformée par les actionneurs électriques pour créer leurs propres champs magnétiques.

II.1.2.1- Energie active

L'énergie active consommée (kWh) résulte de la puissance active P (kW) des récepteurs. Elle se transforme intégralement en puissance mécanique (travail) et en chaleur (pertes).

II.1.2.2- Energie réactive

L'énergie réactive consommée (kVarh) correspond à la puissance réactive Q (kVar) des récepteurs. L'utilisateur ne bénéficie que de l'apport énergétique de la partie « active ». Il convient de préciser que la partie réactive ne peut être éliminée, mais doit être compensée. Les économies d'énergie se chiffrent par dizaines de pour cent de la consommation globale, situant les procédés de compensation d'énergie réactive en première ligne du combat pour la réduction de l'impact des activités humaines sur l'écosystème de notre planète.

II.1 .2.3-Energie apparente

L'énergie apparente (kVAh) est la somme vectorielle des deux énergies précédentes. Elle correspond à la puissance apparente S (kVA) des récepteurs, somme vectorielle de P (kW) et Q (kVar). C'est une énergie fictive car elle ne produit pas de travail ou de chaleur mais sert au dimensionnement des sections des conducteurs de la ligne de distribution ainsi que celle du circuit magnétique et des bobinages des différentes machines.

II.1 .2.4-Facteur de Puissance

Le facteur de puissance est égal par définition à :

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Si les courants et tension sont des signaux parfaitement sinusoïdaux, le facteur de puissance est égal à cos ??.

On définit ainsi :

-la puissance apparente : S= UI (kVA), -la puissance active : P= UI cos ?? (kW),

-la puissance réactive ; Q= UI sin ?? (kVar).

P (kW)

Q (kVar)

S (kVA)

Figure 2.1: composition vectorielle des puissances

II.1.2.5- Inconvénients et compensation de l'énergie réactive

Du fait d'un courant appelé plus important, la circulation de l'énergie réactive sur les réseaux de distribution entraîne :

- Des surcharges au niveau des transformateurs ; - Des pertes supplémentaires ;

- L'augmentation de la facture électrique ; - Des chutes de tension importantes ;

Compensation : [6]

Pour les raisons évoquées ci-dessus, il est nécessaire de produire l'énergie réactive au plus près possible des charges, pour éviter qu'elle ne soit appelée sur le réseau. C'est ce qu'on appelle «compensation de l'énergie réactive».

V' Compensation globale : la batterie est raccordée en tête d'installation et assure la compensation pour l'ensemble des charges. Elle convient lorsqu'on cherche essentiellement à supprimer les pénalités et soulager le poste de transformation.

V' Compensation locale ou par secteurs : la batterie est installée en tête du secteur d'installation à compenser. Elle convient lorsque l'installation est étendue et comporte des ateliers dont les régimes de charge sont différents.

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V' Compensation individuelle : la batterie est raccordée directement aux bornes de

chaque récepteur inductif (moteur en particulier). Elle est à envisager lorsque la

puissance du moteur est importante par rapport à la puissance souscrite. Cette

compensation est techniquement idéale puisqu'elle produit l'énergie réactive à

l'endroit même où elle est consommée, et en quantité ajustée à la demande.

En présence des harmoniques, Ces harmoniques perturbent le fonctionnement de nombreux dispositifs. En particulier, les condensateurs y sont extrêmement sensibles du fait que leur impédance décroît proportionnellement au rang des harmoniques présents. Dans certaines circonstances, des phénomènes de résonance peuvent se produire entraînant une forte distorsion de tension et la surcharge des condensateurs. Selon la puissance des générateurs d'harmoniques présents, différents types de condensateurs doivent être choisis, associés éventuellement à des inductances. Pour les valeurs élevées de puissance des générateurs d'harmoniques, le traitement des harmoniques est en général nécessaire. Le dispositif approprié (filtre d'harmonique) remplit à la fois les fonctions de compensation d'énergie réactive et de filtrage des harmoniques.

II.1.2.6- La chute de tension

Les chutes de tension sont calculées par la formule :

U= b (P1

COS ço + jiL SiflÇo)IB

L
S

U: étant la chute de tension en volts

b : étant un coefficient égal à 1 pour les circuits triphasés et égal à 2 pour les circuits monophasés.

p 1 : étant la résistivité des conducteurs en service normal.

L : étant la longueur simple de la canalisation, en mètres.

S : étant la section des conducteurs en mm2.

Cos p : étant le facteur de puissance, en absence d'indication précises prendre cos p= 0,8 et sin q9 = 0,6.

ji : étant la réactance linéique d'emploi en ampères.

La chute de tension relative (en %) est égale à :

U

U0

L\U= 100

U0 : étant la tension entre phase et neutre en volts.

Les chutes de tension sont néfastes pour les appareils connectés sur le réseau.

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Lorsque l'installation alimente des moteurs, il peut être nécessaire de vérifier que la chute de tension due aux courants de démarrage de ces moteurs est compatible avec les conditions de démarrage.

La chute de tension est alors calculée en remplaçant dans le calcul du courant IB , le courant déduit de la puissance des moteurs par le courant de démarrage. Il y'a lieu de s'assurer que la puissance appelée pendant le démarrage des moteurs n'est pas supérieure à la puissance de la ou les sources ; sinon il y'a lieu de tenir compte de la chute de tension interne de la source.

Photo II. 1 : Explications sur les ICC

II.1.2.7- Les harmoniques

Les courants ou tension harmoniques sont des courants ou tension « parasites » du réseau électrique. Ils sont dus aux transformateurs d'intensité, aux arcs électriques et surtout aux redresseurs et convertisseurs statistiques (électronique de puissance). Ces charges sont appelées charges déformantes. Ils déforment l'onde de courant ou de tension et provoquent :

- Une augmentation de la valeur efficace du courant ;

- La circulation d'un courant dans le neutre pouvant être supérieure au courant de phase ;

- La saturation des transformateurs ;

- Des perturbations dans les réseaux à faibles courants ; - Le déclenchement intempestif des disjoncteurs ;

- Des mesures faussées (courant, tension, énergie,...)

Solutions :

y' Il faut alimenter les charges perturbantes par des ASI (Alimentations Statistiques sans Interruption) ;

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V' Utilisation des filtres anti-harmoniques ;

V' Augmentation des sections des conducteurs ; surdimensionnement de l'appareillage ; II.1.2.8- Les courants de court-circuit

Un courant de court-circuit est un courant provoqué par un défaut d'impédance négligeable entre des points d'installation présentant normalement une ddp.

On distingue trois niveaux de courant de court-circuit :

- Le courant de court-circuit crête (Icc crête) correspondant à la valeur extrême de l'onde, générant des forces électromagnétiques élevées notamment au niveau des JDB et des courants ou connexion d'appareillage.

- Le courant de court-circuit efficace (Icc eff) valeur efficace du courant de défaut qui provoque des échauffements dans les appareils et les conducteurs et peut porter les masses des matériels électriques à un potentiel dangereux.

- Icc minimum : valeur efficace du courant de défaut s'établissant dans des circuits d'impédance élevée. Il est nécessaire d'éliminer rapidement ce type de défaut dit impédant par des moyens appropriés.

II.1.2.9- Effets d'anodes

L'aluminium de première fusion est produit dans des usines d'électrolyse par un courant électrique traversant un bain électrolytique et un mélange d'alumine situés dans des contenants électrochimiques, les «cuves», reliés en série dans une «salle de cuves»

Pour assurer une bonne performance d'électrolyse, la teneur en alumine du bain électrolytique d'une cuve doit être optimisée et demeurer stable dans le temps. Ce facteur est difficile à contrôler et un «effet anodique» se produit périodiquement lorsque la teneur en alumine du bain électrolytique est trop faible.

Lorsque cela se produit, la conductivité électrique de l'électrolyte diminue énormément et celui-ci réagit avec l'anode, produisant ainsi des émissions gazeuses de perfluorocarbures (PFC), dont les effets sont très nocifs pour l'environnement. Par exemple, 1 kilo de PFC (composé à environ 90 % de CF4 et à 10 % de C2F6) a le même effet sur la couche d'ozone que 6 500 kilos de CO2 (CF4) et 9 200 kilos de CO2 (C2F6). Il détériore également l'anode.

Solutions :

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Il faut donc réduire au maximum les effets d'anode en surveillant automatiquement la teneur en alumine dans le bain électrolytique.

II.2- Caractéristiques des combustibles

Dans les alumineries pour atteindre des fortes températures on a recourt à la combustion. Après l'obtention de l'aluminium liquide provenant de l'atelier d'électrolyse, on achemine cet aluminium dans l'atelier de fonderie pour la mise en forme de l'aluminium en lingots, pour ce fait on dispose des fours dans lesquels on brûle les combustibles qui ici sont des hydrocarbures le fuel lourd.

II.2.1 Définition de la combustion

La combustion est une réaction chimique dans laquelle un oxydant réagit avec un combustible pour libérer son énergie thermique emmagasinée sous forme de gaz à haute température. Cette réaction, lorsqu'elle est théoriquement optimale est appelée combustion stoechiométrique. Elle survient lorsque la quantité d'agent oxydent théoriquement nécessaire, sous forme d'oxygène dans l'air ou d'un mélange à base d'oxygène, est ajouté à un combustible.

II.2.2- Énergie dégagée et pouvoir calorifique

La quantité d'énergie produite par la combustion est exprimée en joules (J) ; il s'agit de l'enthalpie de réaction. Dans les domaines d'application (fours, brûleurs, moteurs à combustion interne, lutte contre incendie), on utilise souvent la notion de pouvoir calorifique, qui est l'enthalpie de réaction par unité de masse de combustible ou l'énergie obtenue par la combustion d'un kilogramme de combustible, exprimée en général en kilojoule par kilogramme (noté kJ/kg ou kJ·kg-1).

Les combustions d'hydrocarbures dégagent de l'eau sous forme de vapeur. Cette vapeur d'eau contient une grande quantité d'énergie. Ce paramètre est donc pris en compte de manière spécifique pour l'évaluation du pouvoir calorifique, et l'on définit :

· le pouvoir calorifique supérieur (PCS) : « Quantité d'énergie dégagée par la combustion complète d'une unité de combustible, la vapeur d'eau étant supposée condensée et la chaleur récupérée »

· le pouvoir calorifique inférieur (PCI) : « Quantité de chaleur dégagée par la combustion complète d'une unité de combustible, la vapeur d'eau étant supposée non condensée et la chaleur non récupérée »

La différence entre le PCI et le PCS est la chaleur latente de vaporisation de l'eau (Lv) multipliée par la quantité de vapeur produite (m), qui vaut à peu-près 2 250 kJ·kg-1 (cette dernière valeur dépend de la pression et de la température).

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On a la relation PCS = PCI + m·Lv.

II.2.3 - combustion stoechiométrique

Une combustion est dite stoechiométrique lorsqu'elle se déroule sans excès d'air et sans imbrûlés. Lors d'une combustion stoechiométrique, le réactif brûlera en présence de dioxygène (comburant), ce qui limite les produits de la réaction. Quand un hydrocarbure brûle dans le dioxygène, les produits sont ainsi uniquement du dioxyde de carbone et de l'eau. Quand des éléments comme le carbone, l'azote, le soufre, et le fer sont brûlés, on remarque la production des oxydes les plus communs.

Réactifs

produits

Chaleur dégagée

Carbone

Dioxyde de carbone

81133 kcal//kg

Dihydrogène

De l'eau

34500 kcal/kg

Soufre

Dioxyde de soufre

2224 kcal/kg

 

Cette combustion théorique est cependant impossible à atteindre dans un appareil de combustion de type commercial où le mélange air/combustible n'est jamais parfaitement distribué. C'est pourquoi, en pratique, on ajoute toujours une quantité additionnelle d'air appelée « excès d'air ».

II.2.4 - combustion complète avec excès d'air

On s'assure ainsi que tous les éléments combustibles rencontrent l'oxygène excédentaire. Ce supplément d'air varie selon plusieurs facteurs et se situe généralement autour de 10 %. L'excès d'air peut varier également selon la modulation de production de chaleur demandée au brûleur du four. En général, un brûleur opérant à charge partielle a plus de difficultés à obtenir un mélange air/combustible adéquat. C'est pourquoi on ajuste souvent l'excès d'air à la hausse pour une faible charge. Par exemple, un brûleur ayant 10 % d'excès d'air à pleine capacité pourra en utiliser jusqu'à 30 % lorsqu'il fonctionnera à 25 % de sa capacité. Ce surplus de consommation énergétique, utilisé principalement comme sécurité, doit être optimisé et être vérifié sur une base régulière, afin d'assurer une saine gestion de la consommation énergétique du procédé de combustion.

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II.2.5- Combustion complète avec défaut d'air

Lorsqu'il y'a manque d'air, ou un mauvais mélange combustible/comburant il se produit une combustion dite réductrice. Celle-ci a pour conséquence qu'on ne récupère pas complètement l'énergie disponible dans le combustible D'autres types de combustions réductrices peuvent se produire :

- Le carbone ne brûle pas entièrement (fumée noire) donc ne produit aucune énergie ;

- L'hydrogène peut ne pas brûler entièrement ou peut même s'associer à d'autres molécules de carbone pour former des imbrûlés gazeux de type CmHn combinaison endothermique ;

A tous les coups c'est une perte d'énergie qu'il faut éviter.

II.2.6- La position du brûleur

Il existe peu de données disponibles sur la position idéale du brûleur à l'intérieur d'un four. Cette localisation est déterminée pour chaque installation et dépend de divers paramètres comme la localisation des portes du four et à l'entrée de la cheminée. Cependant pour qu'une combustion puisse s'amorcer et se maintenir, il faut qu'il règne dans le foyer une température appropriée. Cette température dépend de plusieurs paramètres tels que le degré d'humidité du combustible, sa nature et son degré de division.

II.2.7- Contrôle de Combustion

II.2.7.1- Interprétation de la teneur en CO2

Les pertes de la cheminée dépendent essentiellement des conditions de conduite de la combustion et de l'entretien du matériel. Pour chaque combustible, il résulte du mélange idéal combustible/air. La teneur en CO2 des fumées est en relation direct avec l'excès d'air. Plus le CO2 mesuré est inférieur au CO2 neutre, plus l'excès d'air est important et plus les pertes par la cheminée sont élevées car la quantité d'air introduite en trop représente une masse gaz qu'il faut chauffer inutilement. La mesure de la teneur en CO2 se fait par un analyseur de gaz. Le cas d'une combustion incomplète ne peut être décelé que par la mesure du taux du CO ou d'O2. Dans ce cas la flamme devient moins brillante et prend des couleurs orangées.

II.2.2.7.2- Mesure des imbrûlés

Nous avons vu qu'un mauvais mélange air/combustible se traduit par une combustion incomplète. Il s'ensuit donc des éléments imbrûlés qui s'envolent à travers la cheminée, ceci représente une perte d'énergie importante. Le principe des appareils de contrôle des imbrûlés est basé sur la recherche du CO, car une combustion incomplète entraine forcement la présence du CO.

II.2.2.7.3- interprétation de la température des fumées

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Les pertes à la cheminée par chaleur sensible des fumées sont fonction de la température de sortie à la cheminée. Plus cette température est élevée, plus la chaleur emportée est importante. Pour une charge donnée du four, cette température est en principe fixée. La mesure de cette température présente donc un grand intérêt. La mesure des températures des fumées se fait par la canne pyrométrique dont l'extrémité devra être placée bien au centre du flux gazeux.

CONCLUSION

Dans ce chapitre nous avons définit quelques grandeurs et paramètres énergétiques et l'intérêt que revêt leur gestion. La bonne intervention sur ceux-ci déterminera la réussite de toute politique d'efficacité énergétique.

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CHAPITRE III

CARTE DES FLUX

ENERGETIQUE S

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Introduction

La mise en place en 1999, sur tous les départs usines à la centrale de nouveaux compteurs électroniques a permis de fiabiliser pour AES-SONEL, l'exactitude de son comptage de facturation. Conjointement Alucam/Socatral a installé au niveau de chaque atelier des compteurs pour une meilleure visibilité de la consommation électrique. La base de tout programme d'efficacité énergétique, étant la comptabilisation de la consommation électrique et calorifique au niveau de chaque atelier, c'est avec grand intérêt que nous avons analysé les données récoltées sur ces compteurs. Dans ce chapitre nous tracerons les courbes d'évolution de la consommation énergétique sur chaque atelier sur une période de 24 mois, allant de Janvier 2007 à Décembre 2008.

III.1- Evolution de la consommation électrique III.1.1- Consommation électrique atelier électrolyse

140 000 000

120 000 000

100 000 000

80 000 000

40 000 000

60 000 000

20 000 000

kWh

graphe III.1: Atelier d'Electrolyse

III.1.2- Consommation électrique des auxiliaires électrolyse

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1 000 000

400 000

900 000

800 000

700 000

500 000

300 000

600 000

200 000

100 000

kWh

-

graphe III.2: Auxiliaire électrolyse

C'est le secteur qui consomme le plus dans une fonderie d'aluminium, la valeur plus basse 80,6 GWh est prise au quatrième mois et la plus haute 122,8 GWh est prise au dixième mois ce qui nous fait une moyenne mensuelle de 107 GWh. Ce qui est bien entendu énorme. C'est pour cette raison qu'il est conseillé d'utiliser une ligne particulière pour l'électrolyse.

III.1.3- Consommation électrique atelier décharge Alumine

350 000

300 000

250 000

200 000

150 000

100 000

50 000

kWh

-

graphe III.3: atelier Décharge Alumine

L'atelier de la décharge d'alumine a une consommation qui est bien fluctuante ceci est dû d'une part à la disponibilité de l'alumine et à la vitesse de disparition de l'alumine dans la cuve d'électrolyse. La plus grande valeur est 288,6 MWh et elle est prise au cinquième mois et la plus petite est 172,9 MWh prise au quatorzième mois.

III.1.4- Consommation électrique des compresseurs

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1 800 000

1 600 000

1 400 000

1 200 000

1 000 000

400 000

800 000

600 000

200 000

kWh

-

graphe III.4: Compresseurs

Après l'atelier d'électrolyse on remarque que c'est l'atelier des compresseurs qui consomme le plus ceci se justifie par le fait que c'est à travers les compresseurs qu'on fabrique l'air comprimé qui a plusieurs fonctionnalités dans une fonderie. L'air comprimé est la source la plus dispendieuse dans une fonderie. Cette industrie utilise énormément d'air comprimé à des fins de production. La consommation la plus basse est de 1,18 GWh et la plus élévée est 1,70 GWh ce qui nous donne une moyenne mensuelle de 1,43 GWh.

III.1.5- Consommation électrique atelier d'électrodes

400 000

500 000

300 000

200 000

100 000

kWh

-

graphe III.5 atelier d'Electrodes

III.1.6- Consommation électrique auxiliaire Scellement

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160 000

140 000

120 000

100 000

kWh

80 000

40 000

60 000

20 000

-

graphe III.6:Aux.Scellement

Ici la consommation est assez variable avec la valeur la plus élevée prise au mois d'Octobre 2007 et la plus petite prise le mois suivant c'est-à-dire Novembre 2007.

III.1.7- Consommation électrique four à cuire

350 000

300 000

250 000

200 000

150 000

100 000

kWh

50 000

-

graphe III.7: Four à cuire

C'est un ensemble d'ateliers pour la fabrication d'électrodes comprenant : Un four à cuisson d'anodes, ;

Une usine à pâte d'anode ;

Carte de flux énergétiques et perspectives d'efficacité dans une
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un vibrotasseur ;

Un atelier de scellement des anodes et des blocs cathodiques.

On remarque que que la consommation de l'atelier d'élctrode est trop variable ceci s'explique par le fait que la fabrication d'électrodes se fait en fonction des besoins.

III.1.8- Consommation électrique Eclairage Usine

40 000

35 000

30 000

25 000

20 000

15 000

10 000

kWh

5 000

-

graphe III.8: Eclairage Usine

III.1.9- Consommation électrique Conditionnement des bâtiments Généraux

30 000

25 000

20 000

15 000

10 000

kWh

5 000

-

graphe III.9: Cond.Bât.Généraux

On remarque que la consommation au niveau de l'éclairage usine et le conditionnement des bâtiments généraux est constante. Nous avons 34 MWh pour l'éclairage usine et 25,25 MWh pour le conditionenement.

III.1.10- Consommation atelier de Mécanique

Carte de flux énergétiques et perspectives d'efficacité dans une
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200 000

180 000

160 000

140 000

120 000

100 000

kWh

40 000

80 000

60 000

20 000

-

graphe III.10: Atelier Mécanique

L'atelier de mécanique a pour rôle principal le dépannage des moteurs et la fabrication des pièces mécaniques, et sa consommation dépend des facteurs précedemment cités. Elle varie entre 140,4 MWh et 185,2 MWh.

III.1.11- Consommation électrique atelier Electrique

25 000

20 000

15 000

10 000

kWh

5 000

-

graphe III.11: Atelier Electrique

L'atelier électrique a pour rôle l'entretien du réseau électrique, le rebobinage des machines. Ce qui justifie la consommation ci-dessus.elle varie de 2,2 MWh à 20,15 MWh.

III.1.12- Consommation électrique station de pompage

Carte de flux énergétiques et perspectives d'efficacité dans une
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300 000

250 000

200 000

150 000

100 000

50 000

kWh

-

graphe III.12: Station Pompage

La consommation de la station de pompage n'est pas très variable, elle varie de 223230 kWh à 258389 kWh. Elle est chargée d'alimenter l'usine en eau.

III.1.13- Consommation électrique atelier de fonderie

140 000

120 000

100 000

40 000

80 000

60 000

20 000

kWh

-

graphe III.13: Atelier Fonderie

La consommation de fonderie est constituée de fours et d'installations de coulée. La consommation varie entre 60, 6 MWh et 128,2 MWh.

III.1.14- Consommation électrique des Fours Junker

Carte de flux énergétiques et perspectives d'efficacité dans une
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180 000

160 000

140 000

120 000

100 000

kWh

40 000

80 000

60 000

20 000

-

graphe III.14: Fours Junker

Les fours junker quant à eux, s'occupent de la refonte des déchets provenant de la Socatral et le consommation varie entre 110,9 MWh et 163,5 MWh.

III.1.15- Consommation électrique des hottes de captation

250 000

200 000

150 000

100 000

kWh

50 000

-

graphe III.15: Hottes de Captation

La consommation des hottes de captation est assez variable on remarque cependant une hausse significative pour les 5 derniers mois ceci est dû à la forte production des gaz issus du procédé d'électrolyse. Elle varie entre 106 MWh et 216 MWh.

III.1.16- Consommation électrique du centre Médical

Carte de flux énergétiques et perspectives d'efficacité dans une
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16 000

14 000

12 000

10 000

8 000

4 000

6 000

2 000

kWh

-

graphe III.16: Centre Médical

C'est le centre hospitalier de l'usine on y trouve 46 lits d'hospitalisation, un laboratoire et un bloc opératoire. La consommation varie entre 9,83 MWh et 14,65 MWh.

II.1.17- Consommation électrique poste Serem

45 000

40 000

50 000

35 000

30 000

25 000

20 000

15 000

10 000

kWh

5 000

-

graphe III.17: poste Serem

III.1.18- Consommation électrique Socatral

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1 400 000

1 200 000

1 000 000

kWh

400 000

800 000

600 000

200 000

-

graphe III.18: Socatral

La consommation de Socatral est importante car elle regroupe tout le processus de transformation de l'aluminium. elle varie entre 569 MWh et 1333 MWh, cette grosse différence est dû au fait que cette consommation dépend de la disponibilité de l'aluminium, du nombre et du type de commande. Les mois de juillet et août sont généralement les mois de faible activité.

On recommande ici de mettre un dispositif de comptage au niveau de chaque procédé pour avoir une meilleur visibilité au niveau de la consommation. C'est à partir de cela qu'on peut voir les pistes d'amélioration. Ne dit-on pas souvent « diviser pour mieux règner ? »

III..2- Consommation de l'énergie calorifique

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III.2.1- Consommation d'énergie calorifique du secteur électrodes

4500

4000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

MJ/t

0

graphe III.19: secteur électrode

A travers ce graphe, on constate un pic de consommation au sixième mois 4050 Mj/t pourtant le reste du temps, la consommation varie entre 2520 Mj/t et 3056 Mj/t. Ce pic de consommation peut avoir trois explications ; la première serait à cause de la qualité du fuel, la deuxième serait la qualité de la combustion qui est exprimée par le taux de combustion, qui varie selon le taux de réaction chimique entre les composantes du combustible et l'oxygène, le taux auquel l'oxygène est fourni au combustible, c'est-à-dire le mélange air/combustible, et la température maintenue dans la région de la combustion et enfin la troisième, l'encrassement au niveau des parois des conduites.

CONCLUSION

L'observation de ces graphes nous a permis de mieux appréhender l'évolution de la consommation électrique au niveau de chaque atelier et l'évolution de la consommation d'énergie calorifique au niveau du secteur électrodes pour ce qui est de la production d'aluminium. Et pour la transformation de cet aluminium nous avons également l'évolution de la consommation électrique. L'analyse de ces graphes nous permettra de voir s'il y'a des possibilités d'amélioration et nous donnerons des mésures d'efficacité énergétique.

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CHAPITRE IV

ANALYSES ET PERSPECTIVES

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INTRODUCTION

Dans ce chapitre il est question de regarder de près, les consommations des ateliers gros consommateurs, les situer par rapport à celles des usines les plus efficaces. Proposer les solutions pouvant être implantées afin de réaliser des économies.

IV.1- Energie théorique requise

Pour déterminer l'énergie requise pour le procédé de fabrication de l'aluminium, on se base sur l'évaluation de trois facteurs :

y' L'énergie pour conduire la réaction de réduction LG (Energie libre de Gibbs) ;

y' L'énergie pour maintenir le système des conditions de température et de pression LH (Enthalpie libre) ;

y' L'énergie pour changer la température des réactifs et/ou les produits TLS (Entropie) ; Donc l'équilibre thermodynamique et chimique de la réaction est décrite par l'équation : LG=LH--TLS (4.1)

Réactifs Produits

2Al

Anode
précuite

960°C

1/2 O2

25°C

Al2 O3

25°C

Ici l'énergie théorique requise est de 9,03 kWh/kg. Le procédé présente l'avantage d'une extrême simplicité de principe ; il nécessite toutefois de surmonter un certain nombre de handicaps essentiellement d'ordre technologique.

Bien qu'inchangé dans ses principes de base depuis l'origine, le procédé de Hall-Héroult a connu des progrès technologiques majeurs qui ont permis simultanément :

> D'abaisser très notablement la consommation d'énergie électrique de 16000kWh/t en 1950 à 13000kWh/t en 1990,

> D'augmenter l'intensité du courant d'électrolyse de 100 000 A en 1950 à 300 000 A en 1990, d'où un gain de productivité,

> De réduire considérablement le taux de pollution.

Chronologiquement les principaux progrès technologiques ont été les suivants :

> Nouvelle conception de l'amenée de courant cathodique par scellement de barres d'acier dans les blocs carbonés,

> Elimination de chutes ohmiques parasites,

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> Utilisation de cuves à haute intensité à anode à auto-cuisson de type Söderberg

progressivement abandonnées pour des raisons de pollution au profit des cuves à anodes précuites,

> Mise au point du captage et du recyclage des gaz polluants,

> Maîtrise des phénomènes liés aux forces de Laplace provoquées par les énormes intensités de courant mis en jeu,

> Automatisation de la conduite du procédé et en particulier contrôle de l'alimentation en alumine en fonction de sa cinétique de dissolution. [2]

IV.2- Evolution de la production mensuelle d'aluminium

8,5

7,5

6,5

milles tonnes

8

7

6

graphe IV.1: produstion mensuelle

d'aluminium

On constate que la production varie entre 6,7 et 8 milles tonnes d'aluminium par mois. Au vue de cette production, nous établissons que le procédé d'électrolyse au sein de l'entreprise consomme 14176 kWh/tonnes en moyenne les 12 premiers mois et 14513 kWh/tonnes en moyenne entre le 13ième et le 24ième mois. Ce qui nous fait une moyenne de 14344 kWh/tonnes d'aluminium. La fonderie d'aluminium la plus efficace utilisant le même procédé et le même type de cuve consomme 12800 kWh/tonnes d'aluminium. On a donc un surplus de 1544 kWh par tonnes. Cette valeur représente une perte considérable pour l'entreprise, pour y pallier on devrait réduire au maximum le temps des effets d'anode en surveillant automatiquement la quantité d'alumine dans la cuve.

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Graphe IV.2: proportion d'énérgie

électrique consommée par secteur

électrolyse autres transformation

3%0%

97%

Ceci vient une fois de plus nous signifier l'importance d'appliquer une politique d'économie d'énergie à l'atelier d'électrolyse.

IV.3- Analyse et interprétation de l'IPM (Indice de Puissance Maximale)

Graphe IV.3: IPM

MW

250

200
150

 
 
 
 
 

100

50

0

0 5 10 15 20 25 30

Mois

Le niveau maximal de courant utilisé par la fonderie, en kW ou en kVA, également appelé appel de puissance crête. L'appel de puissance varie durant toute la journée en fonction du fonctionnement des appareils électriques en concurrence. Le service d'électricité mesure l'appel de puissance à l'intervalle de 15 minutes.

A travers ce graphe, nous constatons que l'IPM varie de 140 MW à 230 MW. La moyenne sur les 24 mois donne 163 MW. Nous avons cependant 11 mois pendant lesquels l'IPM est supérieur à la moyenne mais inférieur à 185 MW. Donc même si l'entreprise souscrit une puissance de 185 MW elle atteindra ses objectifs en se passant de 25 MW qui représentent 219 GWh/an. D'après le contrat avec AES-SONEL cette énergie représente des économies de 1.752.000.000 FCFA par an.

On peut aussi économiser en réduisant l'appel de puissance par :

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y' Le délestage ;

y' Le déplacement de la charge, c.-à-d. le ré ordonnancement des activités pour que d'autres s'effectuent durant la période hors pointe ;

y' Les améliorations des procédés, qui réduisent les besoins en courant électrique ;

IV.4- Analyse de la consommation des compresseurs

L'air comprimé est à tort, souvent considéré comme « gratuit » par ceux qui l'utilisent du fait que l'air libre utilisé vient de l'atmosphère. Le coût électrique de l'air comprimé peut s'élever jusqu'à 70 % et plus des coûts d'exploitation annuels de tout un système, tandis que l'entretien et l'amortissement peuvent engouffrer de 15 à 20 % chacun. Donc, il est clair que l'air comprimé est une technologie où les améliorations du rendement énergétique sont directement liées aux économies financières. En moyenne, les économies proviennent généralement des solutions apportées aux :

y' Fuites 25 % ;

y' Mauvaises applications 20 % ;

y' L'air perdu dans les réseaux d'évacuation 5 % ;

y' La demande artificielle 15 % ;

Le reste est constitué de l'utilisation d'air comprimé utile nette, soit 35 %. La répartition des pertes ci-dessus varie selon l'entreprise. Dans certains systèmes, les fuites à elles seules peuvent représenter 60 %.

On peut calculer les pertes d'air comprimé par les fuites durant une période autre que celle de consommation par la formule :

??L= [VC t]/T où

· VL= le volume de la perte par fuite ;

· VC= la capacité du compresseur à pleine charge en m3/min ;

· t= le temps en secondes de fonctionnement du compresseur à pleine charge (c.-à-d., le total du temps de mesure à pleine charge) ;

· T= le total mesuré, le temps écoulé ;

Mais de façon générale les pertes ne devraient pas dépasser 5 %.

IV.5- Analyse de la consommation électrique de l'éclairage

La consommation de l'éclairage au sein de l'usine est constante 34.000 kWh/mois. Etant sur place nous avons fait un constat 10 lampes de 250W par atelier restent allumées de jour comme de nuit. Nous avons 10 ateliers en limitant le temps de fonctionnement à 14 heures par jour on réalisera des économies de 91.250 kWh/an, qui représentent l'énergie nécessaire pour produire 7,3 tonnes d'aluminium.

L'amélioration de l'efficacité de l'éclairage constitue l'un des projets à haute visibilité dans toute industrie, car chacun peut en constater les résultats.

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IV.6- Analyse de la consommation calorifique

Pour réduire la consommation calorifique on doit optimiser la fusion. Ce qui revient alors à rechercher la meilleure position des brûleurs dans le four et à modifier leur angle de flamme afin d'obtenir le meilleur rendement des brûleurs à convection. En second lieu l'amélioration de l'étanchéité des fours qui implique la connaissance de plusieurs paramètres comme la pression optimale à l'intérieur du four, le tirage du four et les phénomènes reliés aux différences de pressions de l'air, du combustible et des gaz de combustion lors de leur passage dans le four et au travers des équipements.

CONCLUSION

La recherche des mesures d'économie exige une vision de l'ensemble des composantes du procédé de fabrication et des équipements utilisés. Notre étude nous a permis de ressortir quelques points sur lesquels on peut s'appuyer pour réduire de façon significative la consommation électrique au sein de l'usine. L'atelier d'électrolyse et celui des compresseurs sont en pôle position. Il ne faut non plus négliger les opportunités qu'offrent les secteurs de l'éclairage, du conditionnement, et de la ligne de fusion. Des mesures précises devront être réalisées afin de quantifier de manière complète les économies d'énergie à réaliser.

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CONCLUSION GENERALE

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L'énergie est le moteur de l'économie moderne. Extraction et transformation des matières premières, transport et utilisation des produits. Pour toutes nos activités, nous dépendons d'un approvisionnement continu et garanti en énergie. La moindre menace de pénurie pouvant mettre en péril, la prospérité de notre activité. Ainsi instituer une réelle politique de gestion de l'énergie est nécessaire.

La question d'approvisionnement et de consommation d'énergie est une question très importante pour une entreprise comme Alucam/Socatral, qui occupe une grande place dans le paysage industriel Camerounais.

L'objectif de ce mémoire visait à élaborer la carte des flux énergétiques au sein de la fonderie d'Alucam afin d'identifier dans l'usine les secteurs pour lesquels elle connaît des pertes d'énergie. Les résultats de notre étude nous ont permis de tirer plusieurs conclusions à savoir :

V' Le procédé d'électrolyse est gros consommateur d'énergie électrique, il est donc prioritaire d'y appliquer une politique d'économie d'énergie afin d'optimiser cette application ;

V' La réduction de la puissance souscrite permettrait d'importantes économies ;

V' Optimiser le système d'air comprimé en y instituant une réelle politique de gestion dont les détails sont faits au chapitre IV ;

V' Le temps de fonctionnement de l'éclairage des ateliers doit être optimisé ; V' Compenser l'énergie réactive ;

V' Lutter contre les chutes de tension ;

V' Installer les filtres des harmoniques ;

Cette analyse bien qu'elle soit non exhaustive, nous a permis d'identifier le potentiel d'économie d'énergie lié à l'optimisation des opérations des composantes importantes de la chaîne de production. Au vue de tout ceci, nous pouvons donc faire des suggestions suivantes aux dirigeants d'Alucam/Socatral :

V' Faire des mesures ponctuelles et en continu pouvant aller au delà de deux ans et augmenter le nombre de points de mesures pour permettre une quantification plus précise des économies potentielles afin d'éviter le rejet de projets basé sur des estimations trop approximatives ;

V' Prévoir les ressources nécessaires pour l'implantation des mesures ;

Notre ambition pour les deux années à venir est d'aider le groupe Alucam/Socatral à
mettre en place un programme rigoureux d'efficacité énergétique pour exploiter

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l'énorme gisement d'économies d'énergie que nous avons identifié au cours de notre stage.

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Tableau I.1 :

LES GENERATEURS GR1, GR2 (TURBINES SFAC, ALTERNATEUR SW) :

Vitesse

N

Trs/mn

214

Tension assignée

Ur

kV

5,5

Puissance assignée

Sr

kVA

14200

Puissance active

P

kW

11800

Réactances substransitoires ; direct et en quadrature

X ''d

%

25

X ''q

%

25

Tension d'excitation max/Tension nominale

 
 

220V

Réactance synchrone saturée

Xdsat max

? ou Pu

0,8

Tableau I.2 :

LES GENERATEURS GR3 (TURBINE VEVEY, ALTERNATEUR SECHERON) :

Vitesse

N

Trs/mn

187

Tension assignée

Ur

kV

5,5

Puissance assignée

Sr

kVA

14300

Puissance active

P

kW

12200

Réactances substransitoires ; direct et en quadrature

X ''d

%

25

X ''q

%

25

Tension d'excitation max/Tension nominale

 
 

220V

Réactance synchrone saturée

Xdsat max

? ou Pu

0,8

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Tableau I.3 :

LES GENERATEURS GR4 à GR9 (TURBINE VEVEY, ALTERNATEUR SECHERON) ;

Vitesse

N

Trs/mn

167

Tension assignée

Ur

kV

10 ?3

Puissance assignée

Sr

kVA

24500

Facteur de puissance nominale

cos??

 

0,85

Réactances substransitoires ; direct et en quadrature

X»d

%

25

X ''q

%

25

Tension d'excitation max/Tension nominale

 
 

400/250V

Réactance synchrone saturée

Xdsat max

? ou Pu

0,8

Tableau I.4 :

LES GENERATEURS GR10 à GR14 (Turbine VEVY, Alternateur BREDA) :

Vitesse

N

Trs/mn

167

Tension assignée

Ur

kV

10,3

Puissance assignée

Sr

kVA

29400

Puissance active

P

kW

20800

Réactances substransitoires ; direct et en quadrature

X»d

%

21

X ''q

%

25

Tension d'excitation max/Tension nominale

 
 

400V

Carte de flux énergétiques et perspectives d'efficacité dans une
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Réactance synchrone saturée

Xdsat max

Pu 0,8

 

La formule qui nous a permis de calculer le taux de croissance puisque le temps est ici une grandeur discrète nous avons utilisé la formule :

Yt= (1 +á)t+1Y0

V' Avec Yt étant la consommation après t années et Y0 la consommation au départ ; V' á le taux de croissance ;

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Tableau II.1 : CONSOMMATION ELECTRIQUE PAR ATELIER (kWh)

 

janv-07

fev-07

mars- 07

avr-07

mai-07

juin-07

juil-07

août- 07

sept- 07

Electro lyse

102

023 465

89

287 591

99 573

949

80

595 284

87

603 636

91

029 027

108

773 159

122

781 096

11

343 925

Aux. électro lyse

911 370

793 861

812 832

852 632

880 532

822 880

810 202

810 220

767 261

Déchar ge

Alumin e

270 417

199 013

246 116

221 232

288 626

269 728

248 780

256 331

246 650

Compr esseurs

1

395 144

1

332 186

1

709 974

1

438 228

1

482 625

1

385 550

1

468 779

1

467 956

422 232

Electro des

343 204

241 218

283 226

348 734

266 148

248 722

409 183

356 649

343 132

Ecla ira ge

Usine

34 000

34 000

34 000

34 000

34 000

34 000

34 000

34 000

34 000

Cond. Bât. Généra ux

25 250

25 250

25 250

25 250

25 250

25 250

25 250

25 250

25 250

Atelier Mécani que

185 277

170 750

171 927

163 260

168 441

157 413

148 654

143 549

144 077

Carte de flux énergétiques et perspectives d'efficacité dans une
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Atelier Electri que

20 155

13 929

14 433

10 718

12 939

8 213

4 459

2 271

2 497

Stat. Pompa ge

239 383

214 423

221 929

231 595

240 587

224 835

239 666

236 399

237 387

Fonder ie

95 286

81 921

84 533

84 268

87 087

81 385

106 273

124 657

113 754

Fours Junker

150 284

118 023

136 780

140 352

118 719

110 946

142 032

157 285

154 789

Aux. scelle ment

110 946

94 474

100 610

98 570

92 625

86 561

110 692

106 238

109 133

Four à cuire

290 047

248 902

267 654

279 757

275 053

257 044

290 538

245 477

243 790

Captati on

154 839

125 966

133 473

117 051

115 320

107 770

145 821

158 425

147 968

Poste Serem

39 741

45 660

37 611

38 806

37 691

35 223

26 215

22 949

28 244

Socatr al

1

291 000

1

182 000

1

303 000

1

253 000

1

155 000

1

233 000

569 000

732 000

333 000

Carte de flux énergétiques et perspectives d'efficacité dans une
fonderie d'aluminium: cas particulier d'alucam/socatral

Tableau II.2 : CONSOMMATION ELECTRIQUE PAR ATELEIR (kWh)

 

jan v-

08

fev
-08

mar s-

08

avr-

08

mai

-08

juin

-08

juil-

08

aoû t-08

sep t-08

oct-

08

nov

-08

dec

-08

Electro lyse

96

504
603

92

529
793

99

997
361

97

479
380

103
817
447

106
588
597

118
764
842

124
180
844

119
745
469

123
303
804

118
612
914

107
484
956

Aux. électro lyse

789
634

744
476

845
969

852
612

864
920

777
360

825
778

907
642

882
943

905
882

837
999

822
309

Déchar .

Alumin e

221
465

172
944

239
210

246
410

258
212

229
595

282
938

282
001

258
009

253
555

275
664

226
400

Compr esseur s

1

500
184

1

417
565

1

487
119

1

353
835

1

402
218

1

455
854

1

408
130

1

183
251

1

385
358

1

472
479

1

429
267

1

240
129

Electro des

389
846

298
782

398
795

341
415

360
755

390
300

223
177

428
374

403
146

401
988

299
111

324
612

Ecla ira ge

Usine

34

000

34

000

34

000

34

000

34

000

34

000

34

000

34

000

34

000

34

000

34

000

34

000

Cond.B ât.

Génér aux

25

250

25

250

25

250

25

250

25

250

25

250

25

250

25

250

25

250

25

250

25

250

25

250

Atelier

171

160

171

161

170

154

140

155

152

169

171

169

Carte de flux énergétiques et perspectives d'efficacité dans une
fonderie d'aluminium: cas particulier d'alucam/socatral

Mécan ique

116

285

843

262

995

610

404

220

843

037

072

509

Atelier

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Electri

14

9

14

9

14

7

9

7

6

13

14

13

que

085

443

397

862

034

012

904

273

254

194

067

397

Stat.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Pompa

224

224

258

245

227

234

223

236

226

235

227

232

ge

914

740

389

765

830

840

230

686

402

942

357

733

Fonder

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ie

60

96

100

121

128

114

114

121

124

132

120

88

 

635

410

761

815

263

853

233

714

371

814

521

184

Fours

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Junker

139

135

150

144

163

148

151

163

157

154

153

147

 

326

863

784

553

339

549

041

556

942

636

007

688

Aux.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Scelle

93

87

111

109

104

113

99

117

118

112

111

116

ment

883

405

162

244

902

064

954

755

454

765

208

633

Four à

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

cuire

277

258

281

278

301

289

292

315

288

287

285

288

 

930

812

371

004

902

650

774

370

153

894

196

204

Captati

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

on

115

106

123

138

160

149

200

216

207

206

188

177

 

973

072

799

947

161

746

965

054

546

034

560

239

Centre

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Médic

13

14

12

12

13

12

10

11

11

12

14

14

al

034

033

464

966

764

346

265

606

371

395

117

176

Poste

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Serem

40

43

38

41

41

40

38

40

38

44

46

47

 

725

920

688

060

454

970

957

247

958

133

605

536

Socatr

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

al

1

1

1

1

1

1

570

658

1

1

1

1

 

163

167

303

233

213

143

000

000

134

232

177

229

Carte de flux énergétiques et perspectives d'efficacité dans une
fonderie d'aluminium: cas particulier d'alucam/socatral

 

000

000

000

000

000

000

 
 

000

000

000

000

Tableau II.3 : CONSOMMATION DE FUEL LOURD DES SECTEURS ELECTRODES (Mj/t)

 

janv-

fev-

mars-

avr-

mai-

juin-

juil-

août-

sept-

oct-

nov-

dec-

janv-

fev-

mars-

a

 

07

07

07

07

07

07

07

07

07

07

07

07

08

08

08

0

Secteur

3006

3087

2939

3056

2882

4050

2907

2677

2783

2520

2727

2563

2572

2586

2566

2

Electrodes

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

CARACTERISTIQUES DU FUEL LOURD

Densité moyenne

PCI moyen 0,887

10003,15 Kcal/kg

Carte de flux énergétiques et perspectives d'efficacité dans une
fonderie d'aluminium: cas particulier d'alucam/socatral

[1] Jacques Régnier, »la bauxite: de la méditerranée à l'Afrique et au-delà», Cahiers d'histoire de l'aluminium, n°24 été 1999, p15.

[2] Extrait de la revue Ecomine, Décembre 2008

[2] William T. Chouate, John A. S. Green U.S. Energy Requirements for Aluminum Production: Historical perspective, Theoretical Limits and New Opportunities 115p Febuary 2003.

[3] Guide sur l'efficacité Energétique dans les alumineries, Association de l'aluminium du Canada Rncan, PEEIC 54p Avril 1998.

[4] Les possibilités d'amélioration du rendement énergétique dans les fonderies Canadiennes, PEEIC 143p 2003.

[5] Suzanne Savey, les transformations récentes de l'industrie française de l'aluminium Revue géographique alpine, année 1968 volume 56 Numéro 3 p.569-591.

[6] Njomo Donatien, efficacité énergétique (PH430) cours de maîtrise énergétique Université de Yaoundé I, 2006/2007.

[7] Solaz Philippe Contribution à l'étude des perturbations électromagnétiques conduites : Usine d'électrolyse Aluminium Pechiney de Lannemezan.

[8] Aluminium et électricité : Une combinaison gagnante Association de l'aluminium du Canada 12p 2004.

[9] « L'âge de l'aluminium » CCSTI (Centre de culture scientifique Technique et industrielle 28p. Juin 2006.

[10] Analyse de la valeur et de l'efficacité énergétique (Aluminerie de BaieComeau).

[11] Intersections (La compensation de l'énergie réactive) 9p. nov 2006.

[12] Rapport d'activité d'ALUCAM

[13] Véronique Ferlay-FERRAND, Claude Picard, Claude Prin CEREN Approche toxicologique des fumées.






La Quadrature du Net