CHAPITRE I : PRESENTATION DE LA CIMBENIN S.A. ET GENERALITES
1.2. Processus de fabrication de ciment A CIMBENIN S.A
1.2.7. Travaux effectués au cours du stage
Notre stage s’est déroulé à la direction technique, et plus précisément dans la Division Mécanique du Service Maintenance. Cette division est coiffée par un Chef d’Atelier Mécanique (CAM) qui supervise les divers travaux des mécaniciens qui travaillent sous sa houlette. Nous avons commencé notre stage au sein de cette division le mardi 02 Aout 2016. Après une formation sur les mesures de sécurité et les règles en vigueur dans l’usine, nous avons été confiés à un mécanicien tout au long de notre stage pratique.
Tout le long du stage, nous avons effectué des travaux enrichissants et acquis de nouvelles aptitudes et des connaissances nouvelles.
Ainsi, nous nous sommes améliorés en soudure, sciage, graissage, rodage de soupapes, vidange des engins du garage et des groupes électrogènes,
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changement de divers filtres etc. Nos travaux au sein de l’usine se résument principalement à la maintenance des équipements et des machines roulantes. Au nombre de ces travaux nous pouvons cités :
Au niveau de l’ensacheuse :
changement des paliers, des galets de l’en camionneur 2 ;
changement des roulements et des joints d’étanchéité pour les turbines
etc.
Au niveau des convoyeurs à bandes :
réglage du "déport" pour réduire les pertes de MP ;
remplacement des rouleaux ;
entretien des bavettes, centreurs et rouleaux des convoyeurs ;
réglage des bavettes au niveau de la jetée du doseur clinker ;
vulcanisation des bandes ;
etc.
Au niveau de l’élévateur MP et ciment :
graissage des paliers de la roue de tension ;
remplacement des tampons élastiques au niveau de
prise de mesure de relevage des plaques de la virole ;
vidange des paliers porteurs du broyeur ;
remplacement de la pompe sortie broyeur ;
maintenance des pompes hydrauliques basse pression;
etc.
Au niveau des filtres :
décolmatage des filtres pour éliminer les croûtes de ciment qui se seraient posées dessus réduisant ainsi leur performance;
remplacement des manches ;
etc.
Autres travaux :
réalisation et remplacement des aéroglissières du silo ciment 1 ;
changement du joint de la vanne doseuse ;
remplacement des filtres à eau, à huile sur les engins (bull, chariot élévateur, chargeuse, …) ;
quelques travaux de soudure ;
mise en place d’un planning de maintenance pour le séparateur nouvellement installé ;
La figure 1.2 nous présente le schéma synoptique résumant le processus de fabrication du ciment à la CIMBENIN S.A.
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Figure 1.2. : Schéma synoptique du processus de fabrication de ciment à CIMBENIN S.A.
Au vue de tout ce qui est fait, la CIMBENIN S.A est une société de fabrication de ciment qui a pensé mettre en place un service maintenance chargé d’assurer le bon fonctionnement de l’usine à travers le contrôle continu des équipements en usage. Cela permet à l’usine de répondre correctement aux besoins de sa clientèle. L’importance de ce service n’est donc plus à démontrer pour la bonne marche des activités de la CIMBENIN.
Chapitre V : Résultats et mesures correctives suite à l’analyse de la consommation électrique
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Ce chapitre énonce la notion d’efficacité énergétique dans l’industrie ainsi que dans les bâtiments et les méthodes d’audit énergétique appliquées à la CIMBENIN S.A.
2.1. Notion d’efficacité énergétique
La notion d'efficacité énergétique est toujours présente et indispensable lorsque l'on s'intéresse de près aux milieux proches de l'environnement et de la gestion de l'énergie. Tout le monde l’aborde, et émet une définition, propre à son usage. Mais que veut réellement dire ce terme, employé autant, par des gestionnaires énergétiques, que par des architectes ?
2.1.1. Définition
Il existe de multiples définitions à cette notion. On pourra toutefois retenir que l'efficacité énergétique se réfère au rapport de l'énergie exploitée de manière
"utile" sur le total de l'énergie dont on dispose globalement. Ce rapport tend donc vers 1 dans un système parfait, où on ne peut observer de pertes, de gaspillage, et où les différents produits permettant le transport et l'utilisation de cette énergie sont "parfaits". Nous aborderons l’efficacité sur deux plans, à savoir l’efficacité énergétique dans le bâtiment et ensuite dans le milieu industriel. Ces deux notions sont importantes car le lieu sur lequel porte cette étude est un milieu industriel, donc possédant à la fois, les caractéristiques du bâtiment et celles de l’industrie [2].
CHAPITRE II:
GENERALITES SUR L’AUDIT
ENERGETIQUE
2.1.2. Économie d’énergie et efficacité énergétique
Lorsque l’on parle de la quantité d’énergie utilisée ou économisée, on emploie souvent deux termes : « économie d’énergie » et « efficacité énergétique ». Ces termes ont des significations légèrement différentes, mais désignent tous les deux, une diminution de la quantité totale d’énergie consommée. Quoi qu’il en soit, il importe d’examiner l’incidence des mesures d’efficacité et d’économie sur les taux de production et la qualité du produit.
L’économie d’énergie a trait aux mesures qui réduisent la quantité totale d’énergie consommée. Ces mesures visent habituellement à diminuer le gaspillage ou à éliminer les étapes ou les activités non essentielles. L’économie d’énergie est exprimée en unités d’énergie économisée. Comme exemples de mesures d’économie, mentionnons le fait d’éteindre les lumières des pièces non occupées, l’utilisation de thermostats programmables ou la réduction du temps de préchauffage d’un four. On réalise souvent des économies simplement en modifiant les procédés ou en établissant un horaire des activités. En outre, des économies considérables peuvent être réalisées à peu de frais.
Le terme « économie d’énergie » est encore terni par l’image négative des toutes premières mesures mises à l’essai qui consistaient parfois à « ne pas consommer d’énergie ». Les méthodes modernes d’économie efficaces sont celles qui permettent d’atteindre des résultats similaires, voire supérieurs, en consommant moins d’énergie.
Le terme « efficacité énergétique » a trait à une utilisation plus judicieuse de l’énergie, de façon à maintenir le niveau de production et à fabriquer des produits de qualité similaire ou supérieure tout en utilisant moins d’énergie. Afin d’améliorer l’efficacité énergétique, il est habituellement nécessaire d’investir des capitaux et d’avoir recours à des technologies plus énergétiques. Par ailleurs, afin de mesurer l’amélioration de l’efficacité énergétique, un niveau de référence doit être établi. Ce dernier peut être une étape d’un processus ou d’une activité « avant la prise de mesures », une installation ou un processus de référence. L’efficacité énergétique, c’est-à-dire la différence en termes de la
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quantité d’énergie réellement utilisée, est habituellement exprimée en pourcentage. Ce gain, en pourcentage, est uniquement applicable au rendement énergétique du matériel concerné. Comme exemples de mesures d’efficacité énergétique, mentionnons le remplacement des dispositifs de chauffage par des systèmes à infrarouge, l’amélioration du brûleur d’une chaudière ou le préchauffage de l’air de combustion d’un four.
Aux fins du présent document, on ne fera pas de distinction entre les mesures d’efficacité énergétique et d’économie d’énergie ou encore d’amélioration. Elles seront simplement appelées mesures d’efficacité énergétique.
La gestion de l’énergie consiste en un plan d’amélioration continue qui vise à intégrer l’économie d’énergie et l’efficacité énergétique aux activités d’une entreprise. On définit la gestion de l’énergie comme étant l’utilisation judicieuse de l’énergie pour atteindre des objectifs préétablis. Il faut souligner qu’une saine gestion de l’énergie ne doit pas réduire l’efficacité de la production, ni la qualité du produit.
Une saine gestion de l’énergie est également bénéfique pour l’environnement. En diminuant sa consommation d’énergie, une entreprise réduit la quantité d’émissions et de polluants relâchés dans le sol, l’atmosphère et les eaux. Les entreprises devraient tirer parti de tous les crédits et des relations publiques positives découlant de la mise en œuvre de mesures d’efficacité énergétique. Dans certains cas, les avantages environnementaux peuvent compenser les coûts liés aux mesures d’efficacité. Avant de passer à l’action, une entreprise devrait, selon les stratégies qu’elle a adoptées, communiquer avec les services publics locaux et des organismes gouvernementaux afin de déterminer si des programmes d’aide sont offerts.
La plupart des programmes d’efficacité énergétique et d’économie d’énergie tiennent compte de tous les services publics, y compris toutes les sources d’énergie, l’eau achetée ou traitée et les égouts, de même que des services secondaires, comme la vapeur ou l’air comprimé produits sur place.
Étant donné que l’achat d’énergie représente la majorité des coûts totaux liés aux services publics, on utilisera « énergie » comme terme générique dans ce document, réservant le terme « services publics » pour désigner les fournisseurs de services ou les entreprises locales de distribution [3].
2.1.3. Efficacité énergétique du bâtiment
L'efficacité énergétique d'un bâtiment est donc, d'après la définition, le rapport d'énergie exploitée de manière utile sur le totale d'énergie qu'il dispose globalement. Il y a bien évidemment diverses pertes énergétiques, ainsi qu'un certain nombre d'activités consommant "inutilement" de l’énergie. L'efficacité énergétique d'un bâtiment est ainsi régulièrement assez éloignée de la valeur 1 vers laquelle elle devrait tendre idéalement. On dispose toutefois d'axes d'amélioration de cette efficacité énergétique, et ceux-ci sont énumérés et expliqués dans les paragraphes suivants.
2.1.3.1. Mesure d'efficacité énergétique passive
L'efficacité énergétique passive est la capacité d'un bâtiment à utiliser naturellement au mieux les différentes énergies qui lui sont fournies. On pourra noter par exemple, son isolation, qui permet, de manière non-active de pallier les pertes thermiques. Bien d'autres facteurs entrent en compte dans la détermination de ce paramètre qu’est l’efficacité énergétique. L'inertie des murs, la qualité des systèmes d'aération, l'orientation du bâtiment et la capacité naturelle à profiter de l'énergie lumineuse, sont aussi des facteurs importants permettant d'augmenter l'efficacité énergétique passive. Cependant, mis à part durant la période de conception du bâtiment, ou lors d'une étape de rénovation importante, il n'est bien entendu pas réellement possible d'augmenter l'efficacité énergétique passive d'un bâtiment.
2.1.3.2. Diminution de l'énergie gaspillée
Une certaine quantité d'énergie est complètement inutile au fonctionnement d'un bâtiment, mais elle est tout de même consommée. On
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connait bien évidemment tous, l'énergie consommée par la veille d'un équipement (télévision, ordinateur), l'ampoule allumée inutilement, le chargeur de téléphone que l'on laisse branché après la fin de charge, les portes laissées ouvertes dans des bureaux climatisés etc. Ces exemples simples couplés à l’utilisation des appareils anciens énergivores, des températures mal fixées ainsi que d'autres facteurs aggravants entrainent une consommation supplémentaire importante, réduisant d'autant l'efficacité énergétique du bâtiment [4].
2.1.3.3. Augmentation de l'efficacité énergétique active
L'augmentation de ce que l'on appelle l'efficacité énergétique active est une démarche, dans la continuité, de la diminution de l'énergie "gaspillée". Il s'agit en fait d'une véritable optimisation amenant à utiliser le juste niveau d'énergie permettant d'arriver à combiner confort des utilisateurs et non-gaspillage. La procédure d'augmentation de cette efficacité est une véritable réflexion sur l'utilisation spécifique d'un bâtiment, et sur les moyens de l'utiliser
"mieux". Cette démarche passe généralement par les axes suivants :
mesure: on doit premièrement mettre en place des outils de mesure et suivi des consommations de la manière la plus fine possible, afin de pouvoir dissocier les différents postes et les analyser indépendamment ;
étude des leviers d'amélioration: les premiers résultats obtenus par la mesure permettent de voir les postes critiques. Une réflexion s'engage ensuite permettant d'étudier les différentes solutions sur le plan matériel, économique et pratique ;
mise en place des différentes solutions: les solutions sont ensuite effectivement mises en place. Elles peuvent être de différentes natures. On pourra, par exemple, mettre en œuvre des solutions d'automatisation au niveau de l'éclairage du bâtiment, des processus particuliers au niveau chauffage et climatisation, des veilles automatisées des produits non-utilisés, etc. Tous les terrains où l'on peut être actif sont envisagés ;
vérification et suivi: les mesures de toutes les consommations étant déjà en place sur ce procédé, on pourra suivre de manière précise, et dans la durée, l'impact de chacune des mesures.
Différents réglages permettant d'optimiser les solutions peuvent ensuite être mises en œuvre.
Ce procédé, assez complexe, se répand toutefois assez largement dans les domaines comme l'industrie, les bâtiments publics, et tout autre édifice d'une taille suffisamment importante, comme des bureaux, et moins régulièrement pour l'instant, des habitats collectifs [4].
2.1.4. Efficacité énergétique dans l’industrie
L’industrie est une grande entité consommatrice d’énergie sous toutes ses formes. Il en ressort donc qu’il est primordial de rationnaliser sa consommation afin d’assurer une meilleure compétitivité à l’entreprise. Le principal axe permettant d’y arriver est la régulation de la consommation des principaux équipements utilisés par l’usine ; lesquels sont les moteurs, les compresseurs…
Cette régulation passe également par l’obtention d’une bonne fiabilité de ces derniers [3].
2.1.4.1. Les moteurs
Les moteurs électriques servent à entraîner plusieurs appareils allant des pompes aux ascenseurs. Les multiples applications varient selon le type de commerce ou d’industrie. Dans les usines, les moteurs servent surtout à entraîner les pompes, les compresseurs, les ventilateurs, les convoyeurs à chaines, les bandes transporteuses et les surpresseurs. Ces moteurs consomment jusqu’à 60% de la consommation d’énergie électrique. Il convient alors de leur accorder une certaine importance afin de réduire les coûts liés à l’énergie.
Les moteurs efficaces ou à haut rendement sont, en apparence, identiques aux moteurs standards. Ils utilisent toutefois moins d’électricité pour produire le même travail que les moteurs standards [5]. Ils s’utilisent de la même manière et s’installent aux mêmes endroits. Théoriquement, l’efficacité d’un moteur idéal
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est de "1", ce qui signifie que 100 % de l’énergie électrique consommée par le moteur serait transmise dans son arbre de sortie. En pratique, il y a des pertes énergétiques dues à la résistance électrique des enroulements du moteur et aux frictions mécaniques des parties mobiles [5]. Ces pertes se diffusent en chaleur.
Les moteurs les plus efficaces sont ceux dont le rendement à charge nominal est le plus près de 1.
Une autre variante qui permet d’économiser encore plus d’énergie est l’utilisation de moteur électrique efficace à régime variable. C’est-à-dire que la vitesse de rotation du moteur s’ajuste à la demande de puissance. Cette option permet d’obtenir un rendement optimum en tout temps [5].
2.1.4.1.1. Economies réalisées par la réduction de la consommation d’énergie
Les moteurs efficaces ou à haut rendement (MHR) ont besoin de moins de kilowatts que les moteurs standards (MSTD) [6]. La différence de rendement
h : heures de fonctionnement par année ; R(MSTD) : rendement d’un moteur standard ;
R(MHR) : rendement d’un moteur à haut rendement ;
𝑷𝒎 : puissance effective.
Figure 2.1. : Comparaison entre le rendement de moteur standard et le moteur efficace en fonction de leur puissance [5]
On constate sur la figure 2.1 que le moteur à haut rendement à un rendement plus élevé que le moteur standard. Mieux à basse puissance, le moteur à haut rendement à un rendement élevé.
2.1.4.1.2. Économies réalisées par la réduction de la demande
Lorsqu’on veut calculer les économies réalisées par la réduction de la demande, il est nécessaire de déterminer si le moteur fonctionnera pendant la période de demande de pointe de l’usine.
Pour un moteur fonctionnant toujours pendant cette période, le facteur de simultanéité (C) est de 1. Il est de 0 pour un moteur ne fonctionnant jamais pendant cette période. Les économies réalisées se calculent par la formule suivante [6] :
Économies = 𝑷𝒓𝒊𝒎𝒆 𝒅𝒆 𝒑𝒖𝒊𝒔𝒔𝒂𝒏𝒄𝒆 × 𝑪 × 𝒌𝑾é𝒑𝒂𝒓𝒈𝒏é𝒔× 𝟏𝟐, 𝟏𝟔𝟔 𝒑é𝒓𝒊𝒐𝒅𝒆𝒔/𝒂𝒏 (4)
Pour déterminer les économies annuelles sur l’électricité par rapport aux moteurs, il suffira d’additionner les économies dues à la réduction de la
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demande et celles dues à la réduction de la consommation. Après cette étape, il faudra faire une analyse économique pour avoir une idée sur la rentabilité du projet. Cette analyse se fera soit par la méthode de la période de recouvrement, soit par celle de la valeur actualisée nette.
2.1.4.2. Les compresseurs
Les compresseurs sont des appareils mécaniques qui aspirent l’air et le refoule, à une pression supérieure, dans un réseau de tuyauteries ou un réservoir.
Ils peuvent être utilisés pour comprimer l’air d’une pièce et le refouler dans un système de distribution à haute pression. Les compresseurs volumétriques compriment le gaz à l’aide d’un piston ou d’un rotor alors que les turbocompresseurs effectuent la compression à l’aide de roues ou d’aubes
Réglage de la capacité d’un compresseur
Le réglage du compresseur, lorsque celui-ci ne doit pas fonctionner à pleine puissance, peut avoir une grande influence sur la consommation énergétique. Les régulateurs de vitesse et de temps d’utilisation d’un compresseur assurent une consommation énergétique proportionnelle à la puissance de sortie. Les circuits de décharge qui réduisent la capacité interne d’un compresseur, influencent la consommation énergétique selon le type d’appareil et les caractéristiques de celui-ci [7].
Coût d’exploitation et économies
Le coût énergétique de fonctionnement d’un compresseur entraîné par
- la Puissance nominale sur l’arbre (kW) ;
- le Facteur de puissance nominale à pleine charge pfr ; - le Facteur de puissance mesuré pf
- le Coût unitaire d’électricité Ce (FCFA/kWh) ; - la Durée de fonctionnement h (h/an) ;
Facteur de charge = 𝑰×𝑽×𝒑𝒇
𝑰𝒓×𝑽𝒓×𝒑𝒇𝒓 (5) Puissance d’entrée du moteur : 𝑾𝒎𝒊 = 𝑽×𝑰×𝒀×𝒑𝒇
𝟏𝟎𝟎𝟎 (6) Puissance mécanique du moteur : 𝑾𝒎𝒐= 𝑾𝒎𝒊 × 𝑬𝒇𝒎 (7) Coût annuel d’énergie = 𝑾𝒎𝒊× 𝒉 × 𝑪𝒆 (8)
Les unités des puissances d’entrées et mécaniques du moteur sont en kilowatt (kW) tandis que le coût annuel d’énergie est en (FCFA/an).
Les économies résultent de l’abaissement de la température de l’air à l’entrée, de la pression de consigne, de l’élimination des fuites, de la réduction de la puissance à l’entrée du moteur.
2.2. Méthode d’audit énergétique en électricité appliquée à la CIMBENIN S.A
Le diagnostic énergétique est un outil d’aide à la décision qui permet de faire l’inventaire des mesures susceptibles de réduire les consommations énergétiques d’une industrie, voir un bâtiment existant et ses équipements.
Pour une étude de diagnostic énergétique, il est important de suivre une méthode rigoureuse.
2.2.1. Méthodologie suivie
Notre étude consistant en un audit en énergie électrique de la CIMBENIN S.A. a été effectuée en trois phases principales :
l’examen de l’existant ;
le recueil, le traitement et l’exploitation des données ;
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l’élaboration du programme d’interventions.
La réussite de ces étapes conditionne la fiabilité du diagnostic.
2.2.2. Examen de l’existant
Cette étape, permet de disposer d’un canevas de recueil de renseignements qui très utile pour la suite. Plus le niveau de diagnostic recherché est élevé, plus précises doivent être les informations. Les différentes composantes de cette phase sont :
la rencontre avec un décideur : il est important que cette personne soit à un certain poste de responsabilité ;
la rencontre avec les exploitants des équipements : ceux-ci sont plus en contact avec les équipements en question donc (doivent être en mesure de fournir) plus à même de fournir des renseignements sur ces derniers ;
la visite du bâtiment et recueil de données : c’est sur la base de ces données que se reposera tout le travail à venir.
Pour faciliter la collecte des données, il sera établi des formulaires en accord avec le décideur. Elle sera axée sur le bâtiment (enveloppe, type d’occupation, système d’éclairage, de climatisation…), les systèmes de compression et de pompage, les moteurs, le processus de production…
Avec l’aide des personnes rencontrées lors de la visite, nous procéderons à une analyse de l’utilisation et de l’occupation des lieux. Les systèmes et
Avec l’aide des personnes rencontrées lors de la visite, nous procéderons à une analyse de l’utilisation et de l’occupation des lieux. Les systèmes et