RÉPUBLIQUE DU BÉNIN
MINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
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UNIVERSITÉ D’ABOMEY – CALAVI
ÉCOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY – CALAVI
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DÉPARTEMENT DE GÉNIE MÉCANIQUE ET ÉNERGÉTIQUE
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FILIERE : GÉNIE MÉCANIQUE ET ÉNERGÉTIQUE OPTION : PRODUCTIQUE
MEMOIRE DE FIN DE FORMATION POUR L’OBTENTION DU DIPLÔME D’INGENIEUR DE CONCEPTION
THEME :
ETUDE, CONCEPTION, REALISATION, ET INSTALLATION
D’AGITATEURS DANS LA TREMIE D’INJECTION D’ « ALTERNATIVE FUEL (AF) »
Rédigé et soutenu par :
Edna Amagbegnon ZIMONSE
Sous la Direction de :
Tuteur : Superviseur :
M. Darius GANDONOU Dr Toussaint KOSSOU
Responsable du service Enseignant à l’EPAC
de Maintenance Mécanique à SCB-LAFARGE
Soutenu publique ment le 20 Janvier 2018 devant le jury composé de :
Docteur Abdoulaye ASSOUNDO Président de jury
Ingénieur Darius GANDONOU Membre de jury
Docteur CHITOU Naïmoulaï Membre de jury
Docteur Toussaint KOSSOU Membre de jury
Année académique : 2016 -2017 10è me Promotion
Lieu de stage :
Dédicaces
A ma tendre mère Aurèlie AGBANGLA.
A mon cher père Nestor ZIMONSE.
A mon fiancé Aristide GODONOU.
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Remerciements
Ce document est le fruit des efforts matériels, physiques et moraux de plusieurs personnes. J’exprime ma profonde gratitude et mes sincères remerciements à tous ceux qui ont contribué à sa réalisation.
Je tiens tout d’abord à remercier mon maître de mémoire, Dr Toussaint KOSSOU.
Mes remerciements vont aussi à l’endroit de :
L’équipe de direction de SCB-LAFARGE.
Mon tuteur de stage M. Darius GANDONOU, responsable mécanique pour ses conseils, son encadrement et sa disponibilité durant toute la période du stage.
Tout le personnel de SCB-LAFARGE et plus particulièrement le personnel du service de maintenance mécanique.
M. IDRISSOU AFFO pour ses conseils.
Mlle Léopoldine SOVIGUIDI pour son aide tout au long du stage.
L’ensemble des professeurs de l’EPAC et particulièrement ceux du Département de Génie Mécanique et Energétique.
Résumé
Ce travail de fin d’études est axé sur l’étude, la conception, la réalisation et l’installation d’agitateurs dans la trémie d’injection d’« Alternative Fuel (AF) »
Dans le processus de la fabrication du ciment, intervient la cuisson du clinker dans le four alimenté en fuel. Consciente des enjeux économiques et environnementaux qui découlent de l’utilisation du fuel pour la cuisson du clinker, l’usine est entrée depuis 2005 dans une dynamique d’amélioration continue de sa consommation en combustibles fossiles. Il est important de noter que l’énergie représente 30 à 40 % du prix de revient de la production du ciment. L’usine se penche alors vers l’utilisation des combustibles de substitution (les « Alternative Fuel (AF) ») tels que les déchets de toute nature et de la biomasse pour la cuisson du clinker.
Ainsi parmi les AF, il a été remarqué que lorsque la coque de coton est renversée dans la trémie d’injection, elle rencontre beaucoup de difficultés pour descendre sur la vis d’Archimède pour être convoyée vers la boite à fumée. Il faut donc une présence humaine pour la contraindre à descendre. Ce travail manuel est à la fois lent, difficile et dangereux.
Notre travail a consisté à moderniser le remuage de la coque de coton pour faciliter sa descente vers la boîte à fumée.
Pour ce faire, nous avons conçu et réalisé deux systèmes d’agitation dont les composantes principales sont deux arbres munis de pales. Ils sont installés dans la trémie d’injection de l’AF, et sont entrainés en rotation par deux motoréducteurs. La machine comprend également deux contrôleurs de rotation qui renseignent sur le mouvement correct des agitateurs.
L’évaluation des performances de la machine est faite en fonction des paramètres tels que la capacité horaire et le taux de la coque de coton descendu après l’agitation.
Mots et expressions clés
:
Coque de coton ; Agitateur, « Alternative Fuel (AF) », Trémie d’injection, Motoréducteurs._____________________________________________________________________________________________________
Abstract
This graduation work is focused on the design, manufacture and installation of a agitator in the alternative fuel injection hopper.
In the cement manufacturing process, comes the cooking of the clinker in the oven-powered fuel. Aware of the economic and environmental issues that arise from the use of fuel for cooking clinker, the factory has since 2005 entered a dynamic of continuous improvement in its calorific consumption. It is important to note that energy represents 30 to 40% of the cost price of cement production. The factory then focuses on the use of alternative fuels such as waste of any kind and biomass for cooking clinker.
Thus among the AF, it has been noticed that when the cotton shell is reversed in the injection hopper, it encounters a lot of difficulties to go down on the Archimedes screw to be conveyed to the smoke box. It takes a human presence to force it down.
This manual work is slow, difficult and dangerous.
Our work was to modernize the riddling of the cotton hull.
To do this, we designed and realized two stirring systems whose main component is a shaft with blades provided with two ends of shaft. They are installed in the injection hopper of the AF; they are rotated by two geared motors units. The machine also includes a rotation controller that provides information on the correct movement of the agitators.
The evaluation of the performance of the machine is made according to the parameters such as the hourly capacity and the rate of the cotton hull descended after the agitation.
Key words and phrases: Cotton shell; agitator, Alternative Fuel (AF), injection hopper, geared motors.
SOMMAIRE
Dédicaces ... i
Remerciements...ii
Résumé ... iii
Abstract ...iv
Sommaire ... v
Liste des figures ... vii
Liste des photos...ix
Liste des tableaux ... x
Liste des abréviations et sigles ...xi
INTRODUCTION GENERALE ... 1
CAHIER DES CHARGES... 3
Première Partie ... 5
Chapitre 1 : Présentation de la SCB-LAFARGE ... 6
Chapitre 2 : Généralités sur le procédé de fabrication du ciment ...16
Deuxième Partie ...27
Chapitre 3 : Problématique, Géneration de solutions , et Analyse fonctionnelle de la machine ...28
Chapitre 4 : Revue Bibliographique ...36
Chapitre 5 : Les combustibles alternatifs utilisés à la SCB-LAFARGE et Généralités sur la coque de coton ...46
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Troisième Partie ...53
Chapitre 6 : Protocole expérimental ...54
Chapitre 7 : Etude technique de l’agitateur ...61
Chapitre 8 : Dimensionnement des organes de l’agitateur...78
Chapitre 9 : Exécution graphique ... 102
Chapitre 10 : Etude de fabrication ... 108
Quatrième Partie ... 119
Chapitre 11 : Installation et performance technique de la machine ... 120
Chapitre 12 : Maintenance de la machine ... 135
Chapitre13 : Calcul du coût de la machine et impact du travail sur l'usine………133
CONCLUSION GENERALE ... 149
Références Bibliographiques... 150
Webographie……….145
Table des matières ... 146
Annexes………153
Liste des figures
Figure 1.1 : Plan de localisation de la SCB-LAFARGE 7
Figure 1.2 : Organigramme général de la SCB-LAFARGE 10
Figure 1.3 : Organigramme technique de la SCB-LAFARGE 11
Figure 1.4 : Equipements de Protection Individuelle 11
Figure 2.1 : Schéma synoptique du processus de fabrication du ciment 26
Figure 3.1 : Bête à corne 31
Figure 3.2 : Pieuvre fonctionnelle 33
Figure 4.1 : Différents types de mobiles 38
Figure 4.2 : Exemple d’agitateur dans une cuve 39
Figure 4.3 : Agitateur à rotor horizontal 41
Figure 4.4 : Agitateur à rotor vertical 41
Figure4.5 : Agitateur à deux arbres 43
Figure 4.6 : Agitateur à 6 arbres tournés par 6 motoréducteurs 44
Figure 5.1 : Relation entre l’humidité exprimée en fonction de la masse humide et de la masse sèche 46
Figure 5.2 : Relation entre le pouvoir calorifique et la teneur en carbone 47
Figure 6.1 : Dispositif expérimental 54
Figure 6.2 : Dispositif muni de l’arbre à une pale 55
Figure 6.3 : Dispositif muni de l’arbre à deux pales 55
Figure 6.4 : Dispositif muni de l’arbre à trois pales 55
Figure 6.5 : Dispositif muni de l’arbre à quatre pales 55
Figure 6.6 : Graphe du poids des boulets en fonction du nombre de pales 59
Figure 7.1 : Vues générales de la machine 61
Figure 7.2 : Motoréducteur à arbres parallèles et arbre de sortie creux 63
Figure 7.3 : Châssis de la machine 63
Figure 7.4 : Trémie d’injection de l’AF 64
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Figure 7.5 : Arbre muni des pales 64
Figure 7.6 : Agitateurs muni des bouts d’arbre 65
Figure 7.7 : Schéma de l’arbre muni des pales 66
Figure 7.8 : 1ère solution 67
Figure 7.9 : 2ème solution 67
Figure 7.10 : 3ème solution 68
Figure 7.11 : Arbre muni des pales inclinés 68
Figure 7.12 : Position des agitateurs dans la trémie 69
Figure 7.13 : Vue d’un motoréducteur à arbre parallèles à arbre de sortie creux 73 Figure 7.14 : Vue éclatée du réducteur à arbre parallèle 74
Figure 7.15 : Schéma cinématique de la machine 76
Figure 8.1 : Modélisation des forces de l’agitateur du haut dans le plan xoy 79
Figure 8.2 : Modélisation des forces de l’agitateur du bas dans le plan xoy 80
Figure 8.3 : Diagramme des efforts tranchants 84
Figure 8.4 : Diagramme des moments fléchissants 85
Figure 8.5 : Diagramme des efforts tranchants 85
Figure 8.6 : Diagramme des moments fléchissants 86
Figure 8.7 : Modélisation des forces agissant sur les pales 90
Figure 8.8 : Schéma illustrant la longueur des pales 94
Figure 8.9 : Dimensions d’une clavette parallèle 98
Figure 11.1 : Schéma de principe : montage au moyen de la tige filetée 129
Figure 11.2 : Ordre de montage du motoréducteur 130
Figure 11.3 : Vue de face de l’équipement 131
Figure 11.4 : Vue de droite de l’équipement 131
Figure 11.5 : Vue de gauche de l’équipement 132
Figure 11.6 : Vue de dessus de l’équipement 132
Figure 12.1 : Analyse des défaillances 138
Liste des photos
Photo 1.1 : Entrée principale de la SCB-LAFARGE 6
Photo 2.1 : Vue du jeteur 18
Photo 2.2 : Vue du pont gratteur 18
Photo 2.3 : Vue du broyeur à cru 19
Photo 2.4 : Vue de la tour de préchauffage 20
Photo 2.5 : Vue du four rotatif 21
Photo 2.6 : Vue du refroidisseur à ballonnets 23
Photo 2.7 : Vue du broyeur à ciment 24
Photo 2.8 : Vue d’une ensacheuse 25
Photo 4.1 : Arbre après renforcement par soudage 45
Photo 6.1 : Dispositif expérimental muni du sceau à boulets 56
Photo 6.2 : Dispositif expérimental réalisé 55
Photo 6.3 : Différents arbres de l’expérience 58
Photo 6.4 : Balance lors de la pesée 58
Photo 6.7 : Sceau avec boulets 58
Photo 11.1 : Opération d’installation des agitateurs dans la trémie de l’AF 120
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Liste des tableaux
Tableaux 2.1 : Pourcentage de matière selon le type de ciment 24
Tableau 3.1 : Génération de solutions 29
Tableau 3.2 : Définition du cahier de charge fonctionnel 34
Tableau 5.1 : Caractéristique (Humidité, PCI Densité) de quelques combustibles 50
Tableau 6.1 : Résultats des expériences 59
Tableau 7.1 : Avantages et inconvénients de la transmission 70
Tableau 7.2 : Caractéristiques des motoréducteurs 75
Tableau 7.3 : Propriétés mécaniques de l’acier S 275 77
Tableau 8.1 : Valeurs des efforts tranchants et moments fléchissants (agitateur du haut) 82
Tableau 8.2 : Valeurs des efforts tranchants et moments fléchissants (agitateur du bas) 84
Tableau 9.1 : Nomenclature des composants des agitateurs 105
Tableau 11.1 : Gamme d’exécution de l’installation 123
Tableau 11.2 : Tableau récapitulatif des pièces de rechange 121
Tableau 12.1 : Présentation de l’AMDEC des agitateurs de la trémie d’injection de l’AF 139
Tableau 13.1 : Coût de la machine 143
Tableau 13.2 : Données sur les combustibles pour l’évaluation financière 147
Tableau 13.3 : Estimation des économies sur le coke de pétrole 148
Liste des abréviations et sigles
AF : Alternative fuel
LOTOTO: : Lock Out Tag Out Try Out
SCB-LAFARGE : : Société des ciments du Bénin-LAFARGE SCO : : Société des Ciments d’Onigbolo
FLSmidth : : Société danoise, premier fabricant mondial de cimenterie.
CEM-I : : Ciment type I (ciment sans ajouts) CEM-II : : Ciment de type II
CPJ 35 : : Ciment Portland Jumelé ayant une résistance à la compression de 35 CPJ : : Ciment portland avec ajouts
EPI : : Equipement de Protection Individuelle EPAC : : Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi PKS : : Coques de palmiste
Petcoke : : Coque de pétrole ADF : : Arrêt du four
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INTRODUCTION GENERALE
Les entreprises se trouvent aujourd’hui, plus que jamais, dans un marché qui exige les meilleurs facteurs de production. Afin de réussir un équilibre optimal entre ces différentes contraintes, les entreprises sont amenées à éliminer tout gaspillage, mauvaise gestion, et à investir dans leurs infrastructures. Elles pourront ainsi augmenter leur compétitivité et assurer par la même occasion la fiabilité, la maintenabilité, la sécurité et la disponibilité de leurs installations.
L’industrie cimentière est fortement consommatrice d’énergie. Cette dernière représente 30 à 40% du prix de revient du ciment [12]. Dès lors, la maitrise de la consommation d’énergie se révèle être un élément déterminant dans la rentabilité et la performance des cimenteries. C’est pour cela que, la réalisation périodique de bilans énergétiques dans les industries cimentières devient l’une des priorités pour identifier les possibilités d’économie d’énergie.
Par ailleurs, l’industrie cimentière est aussi fortement émettrice de gaz à effet de serre (notamment le dioxyde de carbone, CO2) et de poussières, provenant des combustibles mais aussi de la décarbonatation des matières premières (principalement le calcaire qui représente 75 à 80% en masse). La problématique des changements climatiques incite donc à rechercher tous les moyens de réduction des émissions de CO2.
Le coût de plus en plus élevé des combustibles fossiles traditionnels (fuel lourd, gaz naturel, charbon, etc.) est une problématique permanente dans le fonctionnement des cimenteries. On comprend alors pourquoi ces dernières recherchent d’autres alternatives à l’utilisation du fuel et privilégient de plus en plus l’utilisation de la biomasse.
SCB-LAFARGE s’est engagée sur cette voie depuis 2005 et en 2014 l’utilisation de la biomasse a atteint environ 25% de l’énergie totale consommée pour la production du clinker avec pour ambition d’atteindre très vite 50%. Notre étude de fin de formation a pour vocation de contribuer à cette ambition.
L’utilisation des AF dans la trémie d’injection et particulièrement de la coque de coton pose des problèmes du fait de la difficulté de leurs acheminements vers la boite à fumée du four.
C’est dans ce contexte technico-économique et environnemental que nous avons conduit notre stage à l’usine de SCB-LAFARGE sur le thème très révélateur :
" ETUDE, CONCEPTION, REALISATION ET INSTALLATION
D’AGITATEURS DANS LA TREMIE D’INJECTION D ’ « ALTERNATIVE FUEL ».
Pour mener à bien ce travail, nous avons subdivisé ce document en quatre grandes parties :
La première partie sera consacrée à la présentation de la SCB-LAFARGE et aux généralités sur le procédé de fabrication du ciment.
La deuxième partie précisera dans un premier temps la problématique et la génération de solutions, l’analyse fonctionnelle de la machine, puis dans un deuxième temps présentera une revue bibliographique sur les agitateurs et enfin seront présentés les combustibles alternatifs utilisés à la SCB- LAFARGE ainsi que les généralités sur la coque de coton.
La troisième partie se rapportera au protocole expérimental, à l’étude technique du dispositif, son dimensionnement et sa mise en plan puis enfin à l’étude de fabrication.
Nous présenterons dans la dernière partie l’installation et les performances techniques de la machine, la politique de maintenance puis le coût de la machine et enfin l’impact de notre travail sur l’usine.
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CAHIER DES CHARGES
USINE D’ONIGBOLO
MEMOIRE DE FIN DE FORMATION DE ZIMONSE Edna CAHIER DES CHARGES
1- Travaux dans l’usine
L’élève Ingénieur ZIMONSE Edna, fera, dans un premier temps le tour de l’usine. Pendant les deux premiers mois de son stage, elle travaillera dans tous les secteurs et services techniques de l’usine afin de bien cerner le fonctionnement quotidien de l’unité de production. Elle prendra ainsi connaissance du processus de fabrication du ciment et des services techniques de l’usine.
Dans un second temps, elle participera aux travaux du service de la maintenance mécanique. Etant mécanicienne de formation, elle s’intéressera à certaines interventions mécaniques spécifiques : alignement des moteurs et réducteurs, remplacement des roulements, travaux de fabrication des pièces à l’atelier mécanique, etc. Elle restera à l’atelier pour mieux maitriser les différents travaux de chaudronnerie à savoir le soudage, le meulage, le découpage etc. Elle s’intéressera aussi aux travaux de tournage, de fraisage etc.
2- Travail demandé
Sous la supervision du chef service Maintenance Mécanique, et en étroite collaboration avec les contremaîtres et les chefs d’équipes, elle fera l’étude, la réalisation et l’installation d’agitateurs dans la trémie d’injection de l’ « Alternative Fuel (AF) ».
3- Objectifs du travail demandé et l’enjeu du travail
SCB-LAFARGE, usine d’Onigbolo utilise des combustibles alternatifs pour réduire sa consommation de combustibles fossiles depuis Avril 2005.Aujourd’hui, la
Onigbolo, le 22 Juin 2017
cimenterie atteint 35 % de consommation en matière d’utilisation de combustibles alternatifs.
Le four est alimenté en amont par deux canaux, une trémie d’injection du PKS et une autre d’injection de l’AF en particulier de la coque de coton. Lorsque la coque de coton est mise dans la trémie, elle s’accumule en haut et créer un vide. Il faut donc aider la matière à descendre dans la trémie. L’objectif de ce travail est de faire descendre le coton et d’éliminer ainsi la présence humaine.
Le travail de l’élève ingénieur permettra d’avancer vers cet objectif, elle devra en effet :
Faire la conception des agitateurs ;
Faire les plans de réalisation des agitateurs ;
Evaluer l’existant de toutes les fournitures ;
Lister les pièces à acquérir ;
Evaluer les coûts des pièces à acquérir ;
Estimer les délais d’acquisition des pièces ;
Faire un planning clair et détaillé de l’intervention.
Faire la réalisation des agitateurs ;
Faire l’installation des agitateurs ;
Proposer un plan de maintenance.
Il sera mis à la disposition de l’étudiante, toute la documentation de l’usine portant sur les équipements à modifier et tous les moyens matériels et techniques nécessaires à la réalisation. Elle pourra aussi consulter les catalogues des fournisseurs disponibles dans l’usine.
L’étudiante pourra effectuer, au terme de son stage, la saisie de son mémoire et les dessins de ses propositions, sur son ordinateur personnel.
Chef de service Maintenance Mécanique Darius GANDONOU
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Première Partie
CHAPITRE 1
PRESENTATION DE LA SCB-LAFARGE
Introduction
Ce chapitre présente la structure dans laquelle nous avons effectué notre stage de fin de formation. Il donne un aperçu de son historique, sa situation géographique et son organisation interne.
L’entrée principale de la SCB-LAFARGE est montrée sur la photo 1.1.
Photo 1.1 : Entrée principale de la SCB-LAFARGE
1.1 Historique et situation géographique
Des études géologiques menées au Sud-est du Bénin, dans le département du Plateau à environ 20 km de la commune de Pobè, ont révélé en 1974 la présence d’un gisement de calcaire et d’argile (figure 1.1). Soucieux d’exploiter ce gisement, les états Béninois, Nigérian et un partenaire technique Danois F.L. SMIDTH ont créé en 1979 une société anonyme au capital de 10 milliards de francs CFA, dénommée la Société des Ciments d’Onigbolo (SCO). Le capital de cette société est réparti comme suit : 51% pour le Bénin, 43% pour le Nigéria et 6% pour le groupe Danois (F.L. SMIDTH).
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La mise en service de l’usine a été effective en août 1982 avec une production de 500.000 tonnes par an.
Compte tenu de sa qualité, le ciment produit sous le label « DIAMANT » s’imposa rapidement sur les marchés Béninois et Nigérian. En Mai 1986 le groupe Danois FL SMIDTH s’est retiré. Malheureusement, au milieu des années 90, des problèmes d’ordres techniques tels que : la non fiabilité du réseau électrique, l’impraticabilité de la carrière en saison pluvieuse, la baisse de la qualité de production, la gestion financière peu transparente, ont précipité la chute de l’usine jusqu’à l’arrêt de la production en mars 1998.
Soucieux de trouver un dénouement à la crise qui a mis cinq cent (500) salariés au chômage, les Etats Béninois et Nigérians ont décidé de la mise en location gérance du complexe. Un appel d’offre international fut lancé. Pour prendre part à cette compétition, la Société des Ciments du Bénin (SCB), s’est jointe au groupe LAFARGE, premier producteur mondial de ciment. Ils créent ainsi la société SCB- LAFARGE dans laquelle ils détiennent chacun 50% du capital. Ce groupe gagne l’appel d’offre et le contrat de location gérance a été signé le 10 Février 1999. Ils prennent le site en main le 10 Juin 1999, et lui donnent le nom actuel : SCB- LAFARGE. En Avril 2000 le broyeur à ciment a redémarré et l’usine reprit vie le 02 août 2001 (date de démarrage effectif du four) après treize (13) milliards de francs CFA d’investissement.
Figure 1.1 : Plan de localisation de la SCB-LAFARGE
1.2 Organigramme général de la SCB-LAFARGE
SCB-LAFARGE, usine d’Onigbolo s’appuie sur les structures de l’organigramme général présenté à la figure 1.2.
1.3 Structure organisationnelle de la direction de l’usine
Dans le souci d’atteindre les objectifs qu’elle s’est fixée, la SCB-LAFARGE fonctionne suivant l’organigramme technique de la direction de l’usine présenté à la figure 1.3.
1.4 Services de l’usine
En partant de l’extraction des matières premières jusqu’à l’obtention du ciment, le processus de fabrication nécessite l’existence de plusieurs services s’occupant chacun d’une ou plusieurs tâches.
1.4.1 Service sécurité et environnement
La sécurité et le respect de l’environnement font partie des priorités les plus importantes de la SCB-LAFARGE. La sécurité du personnel passe par le port obligatoire des EPI suivants :
Vêtements de travail à haute visibilité ;
Chaussures de sécurité ;
Casques de protection antibruit ;
Lunettes de protection ;
Masques de soudage ;
EPI spécifiques : bouchons d’oreilles, gants, masques respiratoires.
La figure 1.4 schématise les Equipements de Protection Individuelle (EPI).
1.4.2 Service carrière
Il assure l’approvisionnement des matières premières : calcaire et argile. Ces matières premières sont extraites à la carrière et sont acheminées vers l’usine par transporteur à bande, où elles seront concassées.
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1.4.3 Service fabrication
Les ateliers participant à la fabrication du ciment à savoir : concassage de la matière première, pré-homogénéisation, broyage cru, cuisson, broyage ciment etc., sont pilotés à partir de la salle de conduite. Le service fabrication est composé de : chefs de postes, opérateurs, rondiers, mécaniciens et électriciens postés et des conducteurs de chargeuses qui assurent la production 24h/24h selon une rotation (3 x 8 quarts.
1.4.4 Magasin général
Le magasin général assure le stockage des articles et matériels reçus par la société afin de les céder aux utilisateurs en cas de besoin. Les articles sont logés dans des rayons qui leur sont attribués avec leurs codes.
1.4.5 Direction administrative
La direction administrative s’occupe de la gestion du personnel pour répondre à un ensemble d’objectifs :
Ajuster l’effectif des employés de façon à réaliser les objectifs fixés ;
Motiver le personnel pour une organisation efficace du travail au sein de l’entreprise.
Figure 1.2 : Organigramme général de la SCB-LAFARGE
Figure 1.3 : Organigramme technique de la SCB-LAFARGE
Figure 1.4 : Equipements de Protection Individuelle
1.4.6 Service contrôle de qualité
L’usine est dotée d’un laboratoire équipé des équipements nécessaires à la réalisation des contrôles, depuis la réception des matières premières jusqu’aux expéditions du produit fini et ce, conformément aux normes en vigueur et aux besoins de la clientèle. Le personnel de ce laboratoire ayant en charge d’assurer la qualité du produit est continuellement soumis à des formations en vue de renforcer ses compétences.
1.4.7 Service procédé
Le service procédé est un service qui s’intéresse aux différents procédés s’effectuant au sein de l’usine ; il contrôle en collaboration avec les services de fabrication et de qualité, le processus de fabrication du ciment. Ce service cherche à optimiser les paramètres de réglage de différentes installations de la cuisson, du broyage, etc.
1.5 La sécurité et la maintenance à la SCB-LAFARGE 1.5.1 La sécurité à la SCB-LAFARGE
La sécurité du personnel et celle des équipements de production doit être un défi quotidien pour toute industrie qui se veut être pérenne. L’organisation mise en place dans l’usine d’Onigbolo prend en compte cet aspect. En effet, le complexe cimentier d’Onigbolo a mis en place un accueil sécurité obligatoire, réservé à toute personne voulant intégrer l’usine de façon temporaire ou définitive et a établi les mesures de sécurité à prendre dans l’usine afin de réduire à zéro les accidents de travail et incidents graves sur les équipements.
Accueil sécurité
Un programme d’accueil sécurité est élaboré pour :
Informer toute personne étrangère des risques d’accidents encourus en visitant ou en travaillant dans l’usine ;
Apprendre les procédures à engager en cas d’accident ou d’incendie ;
Connaître les règles de sécurité les plus simples à respecter dans l’usine et
S’assurer que la personne dispose des EPI avant son intégration dans l’usine ;
Informer sur la procédure LOTOTO qui est développée plus bas.
Les mesures de sécurité dans l’usine
Beaucoup de dispositions sont prises pour assurer la sécurité des travailleurs et des équipements de production. Nous avons entre autres :
L’accueil sécurité qui est obligatoire pour tout nouveau venu ;
Le port obligatoire des EPI ;
Des campagnes de sensibilisation sont lancées pour attirer l’attention sur l’importance du port des EPI, sur les méfaits de l’alcool et tout ce qui peut entraîner une baisse de la vigilance ;
Des extincteurs sont placés à des endroits stratégiques de l’usine ;
Des procédures d’interventions, en cas de sinistre, sont disponibles ;
Des exercices de simulation d’incendie, en temps réel, sont faits au moins quatre fois par an, afin de mettre en pratique les différentes procédures établies ;
Des formations et conférences au profit du personnel sur la sécurité sont organisées ;
Des secouristes sont formés et sont présents dans l’usine 24h sur 24h ;
Des alarmes sont prévues pour signaler le démarrage automatique des équipements ;
Pour toute intervention sur les machines, il est exigé une analyse des risques liés à l’exercice par la méthode STOP (elle consiste à analyser tous les risques liés à cette intervention et à prendre les mesures correctrices) qui débouche sur la consignation des machines sur lesquelles on veut intervenir ;
Il est obligatoire de prendre le permis de travail en hauteur, le permis de travail en espace confiné, le permis de fouille et le permis de feu s’ils sont nécessaires ; Notons que depuis quelques années une nouvelle procédure de consignation a été mise en place et est rigoureusement appliquée : la méthode ‘’LOTOTO’’ (Lock Out Tag Out Try Out). Son application nécessite les huit (8) étapes suivantes :
Préparer : l’équipe d’intervention examine le travail à effectuer et fait l’évaluation des risques par la méthode STOP ;
Demander et obtenir : il faudra arrêter l’équipement sur lequel on veut intervenir puis le mettre en mode local (démarrage manuel) avant de commencer l’opération ;
Rédiger et afficher : selon l’étude faite lors de la préparation, un bon de consignation est rédigé. Une copie (de couleur rose) est affichée à la salle centrale pour signaler que la machine concernée n’est pas disponible ;
Séparer, cadenasser, vérifier et étiqueter : il s’agit ici de séparer l’installation de toutes les sources d’énergie et de poser des cadenas et étiquettes sur les dispositifs isolés. Le chargé des travaux vérifie l’absence d’énergie et l‘impossibilité de manœuvrer le dispositif d’isolation ou de démarrer l’équipement ;
Intervenir : après les étapes précédentes, on peut intervenir sur l’équipement concerné en toute sécurité ;
Décondamner : lorsque l’intervention est terminée, on enlève les cadenas et les étiquettes et on remet la machine en mode de fonctionnement ;
Essayer : on contrôle ici le bon fonctionnement de la machine ;
Signaler : le chargé des travaux doit retourner à la salle de contrôle avec éventuellement la personne habilitée pour signifier, au chargé de conduite, la fin de l’intervention. Il retire ensuite le volet rose du tableau, rend le volet blanc et les porte-étiquettes, les cadenas numérotés et leurs clés. Enfin ces trois acteurs apposent leurs signatures sur la souche du bon de consignation.
1.6 Organisation de la maintenance à la SCB-LAFARGE
La maintenance industrielle a pour mission d’assurer le bon fonctionnement des outils de production. La maintenance préventive à la SCB-LAFARGE est gérée à l’aide du logiciel GMAO.
Pour faire face aux difficultés liées à son activité, la SCB-LAFARGE a structuré ses services en divisant l’usine en quatre (04) secteurs. Le secteur 1 s’étend du
jusqu’au silo de stockage clinker. Le secteur 3 commence de l’extraction du silo de stockage clinker passe par le broyage ciment et l’ensachage jusqu’au pont bascule. Les ateliers de travail constituent le quatrième secteur. Les contremaîtres des différents services sont répartis sur les quatre secteurs dans le but d’avoir un meilleur suivi du fonctionnement de l’usine.
Le chef quart de permanence a toujours des agents des différents services de maintenance à sa disposition pour intervenir sur les petites pannes qui pourraient perturber la production pendant la nuit et les week-ends. L’usine fait deux arrêts par an pour les travaux de maintenance générale dont la période est fixée lors des réunions.
1.6.1 Différents services de la maintenance
Les différents services de la maintenance se présentent comme suit :
Service Méthode ;
Service Maintenance Mécanique ;
Service Maintenance Electricité ;
Service cour et bâtiment ;
Garage ;
Travaux neufs.
Conclusion
Ce premier chapitre donne une vision globale de la SCB-LAFARGE. Nous avons présenté l’historique, les organigrammes général et technique, la sécurité et les différents services de l’usine.
Le deuxième chapitre, présentera le processus de la fabrication du ciment.
CHAPITRE 2
GENERALITES SUR LE PROCEDE DE FABRICATION DU CIMENT
Introduction
Le ciment est une poudre minérale qui a la propriété de former, en présence de l’eau, une pâte capable de faire prise et de durcir progressivement, même à l’abri de l’air et notamment sous l’eau, c’est un liant hydraulique.
Il est réalisé à partir du clinker, du calcaire et du gypse dosés et broyés finement.
La fabrication du ciment peut se décomposer en plusieurs étapes :
La préparation du cru par broyage des matières premières (calcaire et argile) ;
L’obtention du clinker par cuisson dans le four ;
Le broyage du clinker avec des ajouts (gypse, calcaire) et le transport du ciment.
2.1 Matières premières et préparation du cru 2.1.1 Extraction des matières premières
La fabrication du ciment à la SCB-LAFARGE se fait par la méthode de la voie sèche. Les principales matières premières nécessaires à la fabrication du ciment sont extraites de l’argile et du calcaire. En effet, le calcaire fournit le carbonate de calcium CaCO3 et l’argile, fournit les oxydes SiO2, Al2O3 et Fe2O3.
D’autres éléments sont parfois présents dans les carrières à savoir la magnésie MgO, les sulfates et chlorures alcalins, les alcalins K2O et Na2O et les traces de soufre qui se combinent à l’oxygène pour former le sulfate d’oxyde (SO3).
La carrière de l’usine d’Onigbolo couvre une superficie de 1924 hectares.
On distingue quatre types de calcaire sur la carrière de l’usine d’Onigbolo :
Calcaire pur (calcaire bien sec sans argile et sans eau) ;
L’ajout pollué (calcaire contenant peu d’eau) ;
L’inférieur (calcaire ne contenant pas d’argile mais humide) ;
Le supérieur marneux (calcaire humide contenant des poches d’argile).
L’extraction des matières premières est très demandeuse en énergie (fonctionnement des machines, explosifs et transports), on comprend pourquoi les cimenteries sont toujours placées à côté des carrières pour minimiser l’acheminement.
L’estimation des réserves actuelles en matières premières à la carrière de la SCB- LAFARGE montre que les besoins de la société peuvent être satisfaits sur une durée d’environ 50 ans. L’usine utilise environ un million de tonnes de calcaire par an.
2.1.2 Concassage
L’extraction est souvent suivi d’un concassage afin d’obtenir une granulométrie moins grossière. L’usine dispose de deux concasseurs :
Le concasseur de calcaire à marteaux d’une capacité de 565 tonnes/heure ;
Le concasseur d’argile à cylindres d’une capacité de 90 tonnes/heure.
Après concassage, le calcaire et l’argile sont mélangés dans une proportion de 85% pour l’argile et 15% pour le calcaire (ou encore, 90% pour le calcaire et 10% pour l’argile). Le mélange calcaire + argile est convoyé par une bande transporteuse vers le hall de pré-homogénéisation.
2.1.3 Préparation du cru
La préparation du cru consiste à mélanger les matières premières dans les bonnes proportions. Le but est d’obtenir un mélange homogène de calcaire et d’argiles.
2.2 Séchage et cuisson
2.2.1 Pré-homogénéisation
Dans le hall de pré-homogénéisation, le mélange argile + calcaire est stocké en deux tas par un jeteur. La matière ainsi répartie est reprise transversalement par un pont gratteur. Chaque tas peut alimenter le broyeur a cru pendant environ soixante-douze
(72) heures. Deux convoyeurs partent du hall : l’un transporte le mélange reçu du pont gratteur et l’autre, l’argile ou le calcaire reçu de la trémie de correction pour ajuster la composition chimique recherchée. Dans ce même hall, il est confectionné un troisième tas de calcaire riche en chaux qui est utilisé comme ajout au niveau du broyeur ciment ou pour la correction du cru. Les photos 2.1 et 2.2 montrent respectivement la vue du jeteur et du pont gratteur.
2.2.2 Séchage des matières premières et broyage du cru
La deuxième étape beaucoup plus importante est l’étape de broyage-séchage. Lors de cette étape, les matières premières sont tout d’abord finement broyées dans un broyeur à boulets. Le broyeur à boulets est formé d’un cylindre métallique à l’intérieur duquel se trouvent des boulets en acier et est constitué de deux chambres. Dans la première chambre, le mélange (argile et calcaire) est séché car le broyage ne peut être réalisé efficacement que si le taux d’humidité de la matière est quasi nul. Celui-ci est réalisé grâce à un transfert de chaleur entre une source chaude et la matière humide.
Cette étape est peu demandeuse en énergie car ce sont les gaz chauds provenant du four et du foyer auxiliaire qui constituent la source de chaleur nécessaire pour le séchage.
Dans la chambre de broyage, le mélange séché est broyé à travers le mouvement des boulets pour obtenir le cru ou la farine. La chambre de broyage est garnie de blindages qui permettent non seulement de protéger la virole mais aussi d’assurer un
Photo 2.1 : Vue du jeteur Photo 2.2 : Vue du pont gratteur
bon broyage. Notons que le débit moyen actuel du broyeur à cru est de 140 t/h. La photo 2.3 montre la vue d’un broyeur à cru.
Photo 2.3 : Vue du broyeur à cru
2.2.3 Homogénéisation et Stockage de la farine
La troisième étape de la préparation du cru est la séparation qui est de deux types :
La séparation matière-matière qui permet de différencier les particules broyées de celles non broyées qui doivent alors retourner dans le broyeur ;
La séparation gaz-matière qui permet de récupérer le maximum de particules de matières contenues dans les gaz avant leur passage dans des filtres et leur rejet dans l’atmosphère.
Cette étape ne doit pas être négligée afin de réduire au maximum les nuisances sur l’environnement. Les gaz sont également filtrés afin d’ôter toutes les poussières résiduelles contenues dans ceux-ci.
La dernière étape est une nouvelle homogénéisation qui se réalise cette fois dans des silos. Le cru provenant des broyeurs est ensuite acheminé par un élévateur pour être stocké dans les silos d’homogénéisation. Ce type de silo assure à la fois l’homogénéisation et le stockage de la farine.
2.3 Obtention du clinker
Après les silos de stockage, la farine est entrainée par une vis sans fin et est transportée dans une trémie tampon par un élévateur. Un doseur se trouvant à la sortie
de cette trémie permet de réguler le débit de la farine à sa sortie qui alimentera les pompes Peters. Ces pompes envoient donc de la farine pesée et sous pression dans la tour de préchauffage. Cette tour est constituée d’une série de cinq (5) cyclones répartis sur quatre (4) étages. La farine est alors préchauffée dans les cyclones par les gaz chauds venant du four. Afin de mieux utiliser la chaleur dégagée par le combustible du four, les gaz qui en sortent à environ 1000°C, sont utilisés dans le préchauffage du cru à l’entrée du four. La farine est injectée dans la tour par le carneau de gaz à 80°C environ et en sort à 850°C environ pour continuer sa transformation dans le four rotatif.
La photo 2.4 montre la vue de la tour de préchauffage.
Photo 2.4 : Vue de la tour de préchauffage
2.3.1 Cuisson du cru
Pour obtenir le clinker, il faut chauffer à très haute température le cru (jusqu’à 1450°C). La cuisson de clinker à l’usine cimentière d’Onigbolo est assurée par un four rotatif moderne de longueur utile 65 m pour un diamètre intérieur de 4,55 m. Il est mis en rotation par un moteur de puissance nominale de 450 kW à vitesse variable, contrôlé
par un variateur de vitesse de fréquence maximale 108 Hz et dispose d’un moteur auxiliaire de virage.
La photo 2.5, montre la vue du four rotatif
Photo 2.5 : Vue du four rotatif
Lors de la cuisson, trois étapes ont lieu à différentes températures :
La déshydratation
La première étape est la déshydratation. L’eau non combinée est éliminée à partir de 100°C et entre 250 à 450°C, l’argile se déshydrate sous la forme d’ions hydroxydes.
La décarbonatation
La deuxième étape est la décarbonatation. Les carbonates de calcium (presque 80% du cru) sont décomposés par l’action de la chaleur avec élimination du dioxyde de carbone. Cette réaction se produit théoriquement à 900°C. Elle aboutit à la formation d’oxyde de calcium :
CaCO3 → CaO + CO2 (2.1)
Dans la pratique, du fait de la présence des oxydes SiO2, Al2O3 et Fe2O3, cette réaction a lieu vers 850°C. Cette étape est la plus polluante du fait du dégagement important de dioxyde de carbone.
La phase de transition
La troisième étape est la formation de produits intermédiaire entre 1250°C et 1300°C. Ce sont des réactions solide-solide entre le CaO et les oxydes qui conduisent à la formation de CS et de C2S.
La clinkerisation
A partir de 1320°C, une phase liquide apparaît, constituée d’un mélange C3A et C4AF fondus. Enfin, entre 1250 et 1450°C, l’alite ou C3S se forme. La chaux CaO et le C2S baignant dans la phase liquide se combinent pour donner l’alite :
CaO +C2S → C3S (2.2)
Cette réaction se fait à très haute température et donc, consomme beaucoup d’énergie. Elle est essentiellement une réaction de cristallisation.
Refroidissement du clinker
A la sortie du four, le clinker sort à une température comprise entre 1200 et 1450°C et tombe dans un refroidisseur à ballonnets. Le refroidisseur ne sert pas seulement à refroidir le clinker de 1450°C à 160°C (théoriquement) mais permet aussi de récupérer un maximum de chaleur, ce qui permet de réduire la consommation du four en combustible et d’en apporter une partie à l’air utilisé dans le procédé de broyage-séchage.
Le procédé de refroidissement est important pour la réactivité du clinker. Un refroidissement rapide (trempe) permet de figer le clinker dans l’état où il se trouve à hautes températures alors qu’un refroidissement lent conduirait à la transformation du C3S en C2S.
Les refroidisseurs installés à la SCB-LAFARGE sont des refroidisseurs satellites planétaires à ballonnets appelés « UNAX ». Ils sont constitués de dix (10) cylindres de 1,8 m de diamètre et de 16,5 m de longueur chacun. Parmi les dix ballonnets, nous avons cinq de marque ESTANDA et cinq de marque FLS.
La photo 2.6, montre la vue du refroidisseur à ballonnets.
Photo 2.6 : Vue du refroidisseur à ballonnets
2.3.2 Composition du clinker
Le clinker est la roche artificielle obtenue par cuisson des matières premières.
C’est le constituant principal du ciment. Il est constitué de quatre phases cristallines principales : les silicates bis et tricalciques, l’aluminate, le tricalcique et l’alumino- ferrite de calcium. Afin de simplifier l’écriture, on écrit en chimie cimentière : C pour CaO, S pour SiO2, A pour Al2O3et F pour Fe2O3. Les principales phases du clinker, dans l’ordre de formation s’écrivent alors : C4AF, C3A, C2S, C3S.
2.3.3 Stockage du clinker
A la sortie du refroidisseur, les plus gros morceaux de clinker tombent par gravité dans un concasseur à clinker pour être émiettés. Les plus fins vont sur des traînasses qui les convoient vers la goulotte qui dispose de deux clapets. Le premier clapet envoie le clinker dans l’élévateur pour le stockage extérieur. Le second envoie le clinker sur la chaîne à augets qui le convoie vers le silo de stockage du clinker d’une capacité d’au moins 20.000 tonnes.
2.4 Broyage, ensachage et expédition
Après refroidissement du clinker, le ciment est obtenu en broyant celui-ci et en y additionnant le gypse et/ou le calcaire. Le broyage du ciment a pour but d’augmenter sa réactivité en augmentant la surface de contact avec l’eau.
Le broyage s’effectue par les mêmes procédés que lors de la préparation du cru.
On effectue ensuite une séparation de type matière-matière pour trier les grains
suffisamment broyés des autres. Le clinker produit, le calcaire d’ajout et le gypse (matière importée) sont transportés au moyen de bandes et élévateurs dans trois trémies tampons différentes.
L’usine est capable de produire plusieurs types de ciment selon les besoins mais couramment, elle fabrique le CPJ, et le CEMI et suivant le type de ciment à produire, le laboratoire définit les proportions de chaque matière dans le mélange pour alimenter le broyeur ciment. Le broyeur ciment de l’usine a un débit moyen de 80 tonnes/heure.
Une vue du broyeur à ciment est présentée sur la photo 2.7.
Les pourcentages de matière selon le type de ciment sont montrés dans le tableau 2.1.
Tableau 2.1 : pourcentage de matière selon le type de ciment
Photo 2.7 : Vue du broyeur à ciment
2.5 Le contrôle de qualité
La SCB-LAFARGE dispose d’un laboratoire d’analyses et d’essais qui effectue des contrôles de qualité à diverses étapes de la fabrication du ciment. Il analyse des
Clinker (%) Calcaire (%) Gypse (%)
CEM-I 42,5 95,5 0 4,5
CPJ-35 75,5 20 4,5
échantillons de matières prélevés à la carrière afin de guider le choix des matières premières à extraire par les unités de la carrière. Un échantillon du mélange calcaire et argile en provenance du hall de pré homogénéisation est analysé chaque jour, de même que le clinker et le ciment à ensacher afin de guider les différents ateliers pour la fabrication d’un produit répondant aux normes de qualité.
2.6 Ensachage et expédition
Des silos de stockage, le ciment est convoyé par vis sans fin et élévateur vers l’atelier d’ensachage. Cet atelier dispose de deux ensacheuses « ROTATIVE FLUX » à 12 becs, de capacité 100 tonnes par heure chacune. A ce niveau, 50 kg de ciment sont mis dans des sacs qui sont ensuite transportés par des bandes vers quatre quais de chargement de camions. Chaque ensacheuse alimente deux bandes. Des déflecteurs assurent le choix de la bande. Notons qu’une ligne est disponible pour le chargement en vrac (non ensaché). Une vue de l’ensacheuse est présentée sur la photo 2.8.
Photo 2.8 : Vue d’une ensacheuse.
Le processus de fabrication du ciment est résumé sur la figure 2.1.
Conclusion
Le processus de fabrication du ciment a été présenté sommairement dans ce chapitre. Il en ressort que le ciment est fabriqué par la méthode de la voie sèche à la SCB-LAFARGE, usine d’Onigbolo. Dans la deuxième partie nous présenterons la problématique, la génération de solutions et l’analyse fonctionnelle du dispositif.
Figure 2.1 : Schéma synoptique du processus de fabrication du ciment.
Deuxième Partie
CHAPITRE 3
PROBLEMATIQUE, GENERATION DE SOLUTIONS, ET ANALYSE FONCTIONNELLE DE LA MACHINE
Introduction
Il est important avant de commencer le travail de poser le problème. Mais il est aussi nécessaire pour les premières phases d’un projet, d’analyser les besoins et d’identifier les fonctions de service du produit.
Ce chapitre présente la problématique, la génération de solutions et enfin l’analyse fonctionnelle de la machine.
3.1 Problématique
L’usine d’Onigbolo est un complexe cimentier qui utilise des combustibles fossiles tels que le fuel et la coque de pétrole ou petcoke, mais aussi les combustibles de substitution (AF) tels que la biomasse pour la cuisson du clinker.
Dans le but de réduire la facture énergétique de l’usine et sa dépendance aux combustibles fossiles, l’usine s’efforce de remplacer progressivement depuis une dizaine d’années les combustibles fossiles (fuel, petcoke) par de la biomasse issue de la production et de la transformation agricole.
Une proportion considérable de la biomasse exploitée à des fins énergétiques pour la fabrication du clinker à Onigbolo est constituée des coques de coton et des coques de palmiste. Les installations des machines de l’usine permettent de doser et de consommer en continu les coques de palmiste. Les coques de coton quant à elles passent beaucoup plus difficilement.
En effet, lorsque la coque de coton est déversée dans la trémie d’injection de l’AF, elle s’accumule en haut et créer un vide en bas. Une présence humaine est donc nécessaire pour aider la matière à descendre au fond de la trémie pour être entrainée par la vis d’Archimède : il y a donc des difficultés pour avoir un écoulement aisé du produit.
Dans le souci de faciliter l’alimentation en continu sans intervention humaine, la présente étude a été lancée. Son objectif est : d’assurer l’alimentation en continu des coques de coton par la trémie d’injection de l’AF à l’amont du four.
C’est dans ce contexte qu’a été proposé le thème : « ETUDE, CONCEPTION, REALISATION ET INSTALLATION D’AGITATEURS DANS LA TREMIE D’INJECTION DE L’AF ».
3.2 Génération de solutions
Les solutions possibles sont résumées dans le tableau 3.1.
Tableau 3.1 : Génération de solutions
Solutions Avantages Inconvénients
Modifier complètement la forme de la trémie afin d’augmenter les
pentes des parois
-Facilite aisément la descente de la coque de coton/AF
-Absence d’un système pour contraindre la matière à descendre
-Agrandissement
nécessaire de la vis d’Archimède
-Remplacement de toute la trémie
-Budget élevé
-Temps d’intervention long
-Impossibilité de faire un retour en arrière rapide en cas d’échec de la modification
Faire vibrer toute la trémie
-Système silencieux -Facile à installer : Moteur à balourd fixé sur la trémie
-Budget d’intervention très faible
-Temps d’intervention très réduit
-Risque de fissure dans les structures de la trémie
-Résultat incertain : la matière peut ne pas descendre
Agitateur à axe mobile
-Système déjà existant (brevet
US2013/0327277A1) -Nécessite peu de modification sur la trémie existante
- Possibilité de faire un retour en arrière rapide en cas de contre- performance
-Succès plus probable
-Temps d’intervention long
-Nécessité d’installer deux moteurs ou un moteur avec un système de transmission complexe
Des solutions proposées, et, en prenant en compte les avantages et les inconvénients de chacune des solutions, nous optons pour la solution de l’agitateur à axe mobile. En effet,
Elle présente les meilleures perspectives de réussite ;
Elle garantit une réversibilité en cas d’insuccès ;
Elle ne compromet pas l’existant.
3.3 Analyse fonctionnelle
L’analyse fonctionnelle (Delafolie, 1991) est une étude qui consiste à identifier, caractériser, ordonner, hiérarchiser et valoriser toutes les fonctions d’un produit (machine) pendant tout son cycle de vie. Cette étude avant d’aboutir, prend par plusieurs étapes à savoir : la bête à corne, la pieuvre fonctionnelle et le cahier des charges fonctionnel.
3.3.1 La bête à cornes
La bête à corne est une étude faite sur le produit qui nous permet de savoir sur quoi agit la machine, à qui rend-t- elle service et quel est le but visé. (Voir figure 3.1)
.
Figure 3.1 : Bête à cornes Pourquoi le produit existe-t-il ?
Le produit existe pour permettre de :
Réduire la facture énergétique de l’usine (en termes de combustibles fossiles) ;
Gagner du temps pour la préparation du clinker ;
Diminuer les tâches pénibles liées aux méthodes manuelles ;
Réduire les émissions globales de gaz à effet de serre, grâce à une économie d'énergies fossiles.
A qui sert-il ? Sur quoi agit–il ?
Dans quel but ? Pourquoi faire ?
Faire descendre la coque de coton/AF
SCB-LAFARGE Coque de coton/AF
AGITATEUR
Pourquoi le besoin existe-il ?
L'industrie cimentière se caractérise par sa consommation intensive en énergie calorifique, c'est pourquoi les usines de production appliquent de plus en plus des mesures d'amélioration du rendement énergétique, ce qui entraîne une réduction des émissions associées aux combustibles.
Les principaux aspects environnementaux associés à la production de ciment sont la consommation d'énergie et les émissions gazeuses et particulaires.
Le besoin existe en vue de :
Atteindre 50% de biomasse dans le mix énergétique du four (actuellement la biomasse représente 40 % du mix énergétique du four) ;
Pouvoir injecter les coques de coton par l’amont du four (ce qui est impossible avec les installations actuelles).
Par ailleurs, il a été montré que la biomasse (résidus agricoles et agroalimentaires) est disponible en quantité non négligeable au Bénin. La biomasse constitue donc une alternative crédible aux combustibles fossiles courants dont l’utilisation participe significativement à l’augmentation de l’effet de serre. La substitution de la biomasse aux combustibles pour la combustion dans le four présente un double avantage économique et environnemental. Sur le plan économique, sa combustion permet une valorisation de la biomasse dont le coût reste compétitif par rapport aux combustibles fossiles. Sur le plan environnemental, le bilan de l’émission de CO2 de la biomasse révèle que l’utilisation de la biomasse n’a pas d’effets négatifs sur l’environnement (voir Tableau B2).
Qu’est-ce-qui pourrait le faire évoluer ?
Matières premières disponibles (coque de coton) /grande production agricole ;
Une étude continue en vue d’innovation.
Qu’est-ce-qui pourrait le faire disparaitre ?
Baisse de la production de la coque de coton/AF ;
Les coûts d'investissements liés aux réaménagements des installations afin de pouvoir brûler de nouveaux déchets ;
Irrégularité des saisons pluvieuses ;
Création d’une machine plus performante.
FC2
FC3
3.3.2 Pieuvre fonctionnelle
La pieuvre fonctionnelle (figure 3.2) consiste à définir les fonctions liées à la machine. Ces fonctions sont identifiées par une relation, entre la machine et le milieu environnant à savoir : la fonction principale FP ou fonction technique, les fonctions secondaires FS et les fonctions contraintes FC.
Figure 3.2 : Pieuvre fonctionnelle
Les fonctions principales FP
Les fonctions principales sont des fonctions qui justifient la création de la machine, elles ont une relation entre deux ou plusieurs composantes du milieu environnant, par l’intermédiaire de la machine.
FP1 : Assurer une descente régulière de la coque de coton/AF dans la trémie d’injection à l’amont du four.
Les fonctions secondaires FS
Ce sont des fonctions attendues de la machine pour répondre au besoin de l’utilisateur.
FC1 FS1
FS2
Environnement Maintenance
AGITATEURS
Acheteur/Fabriquant SCB-LAFARGE/
utilisateur
Coque de coton/AF
FP1
Ergonomie et Esthétique
FS1 : la machine doit permettre une utilisation simple et sécurisée pour l’utilisateur.
FS2 : la maintenance de la machine doit être aisée pour l’utilisateur.
Les fonctions contraintes FC
Les fonctions contraintes mettent en relation un seul élément avec la machine en exprimant une contrainte.
FC1 : la machine doit convenir aux pouvoirs d’achat du demandeur ; FC2 : la machine doit répondre aux normes environnementales ; FC3 : la machine doit être ergonomique et esthétique.
3.3.3 Cahier de charge fonctionnel
Le cahier des charges fonctionnel (tableau 3.2) est un outil méthodologique nécessaire pour détecter et formuler fonctionnellement le besoin (ce que veut l’utilisateur). C’est un document par lequel, le demandeur d’un produit (machine) exprime son besoin en termes de fonction principale, de fonctions secondaires et de fonctions contraintes. Pour chacune, il est défini de critères d’appréciation et leurs niveaux, chaque niveau comportant une flexibilité. L’établissement du cahier des charges fonctionnelles, nécessite une enquête permettant de cerner au mieux les besoins des utilisateurs.
Le cahier des charges fonctionnel contribue à l’obtention de la qualité d’un produit (machine), à satisfaire les exigences et attentes des utilisateurs.
Tableau 3.2 : Définition du cahier de charge fonctionnel Type Et
N°
Fonction
principale/services/Contraintes
Critères
d’appréciation Niveaux Flexibilité
FP1 Assurer une descente régulière de la coque de coton/AF
Faire descendre toute la coque de
coton/AF
98% -
Capacité horaire
minimale 12m3/ h ±0.1
Capacité trémie 6m3 -
FS1
La machine doit permettre une utilisation
simple et sécurisée pour l’utilisateur
La chaine cinématique doit
être simplifiée au maximum
- -
FS2
la maintenance de la machine doit être aisée pour
l’utilisateur
Les composants doivent être disponibles à
l’usine
- -
Démontage et Remontage
faciles
Outils disponibles
à l’usine
-
FC1
La machine doit convenir au pouvoir d’achat de l’acheteur/Fabriquant
Budget alloué <6.000.000 5% au plus
FC2 La machine doit répondre aux
normes environnementales Bruit <65
décibels -
FC3
La machine doit être ergonomique et
esthétique
Design intuitif
-Bonne finition -Couleur supérieure à 2
-
Conclusion
L’utilisation effective de la coque de coton passe par la réalisation de l’agitateur.
Ce dernier a été décrit, d’un point de vue fonctionnel, en détaillant l’aspect hiérarchique et en classant par niveaux d’importance l’ensemble des fonctions. Le chapitre 4 présentera une revue bibliographique sur les agitateurs.
CHAPITRE 4
REVUE BIBLIOGRAPHIQUE
Introduction
La résolution du problème d’injection des coques de coton à l’amont du four passe par la réalisation et l’installation des agitateurs.
Malgré l’importance pratique du domaine d’agitation, il reste jusqu’aujourd’hui assez fortement empirique.
Dans ce chapitre, nous présenterons les différents types d’agitateurs existants, liés à notre problématique.
4.1 Définition de l’agitation
Le rôle de l’agitation varie dans de grandes proportions suivant le procédé que l’on met en œuvre
L’agitation est une opération qui consiste en la mise en mouvement d’une quantité de matière dans un contenant par un agitateur. Lorsque le mélange est hétérogène, l’agitation vise à séparer plusieurs phases mais lorsqu’il est homogène, l’opération d’agitation est effectuée pour remuer le mélange. Dans certains cas (dissolution), il suffit de maintenir les plus gros solides en mouvement sur le fond tandis que les particules plus fines sont effectivement mises en suspension plus ou moins haut dans la cuve.
Les opérations d’agitation s’effectuent au moyen d’un agitateur pendulaire tournant autour d’un arbre placé dans une cuve qui est généralement de forme cylindrique. [2]
Les objectifs de l’agitation sont :
Réaliser un mélange homogène ;
Séparer deux phases ;
