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

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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

Carte de flux énergétiques et perspectives d'efficacité dans une
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

Carte de flux énergétiques et perspectives d'efficacité dans une
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

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

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

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

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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La Quadrature du Net