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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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CHAPITRE I

PRE S ENTATI ON GENERALE

D 'ALUCAM/SOCATRAL

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

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

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

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

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

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 ;

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