OPTIMISATION DU FONCTIONNEMENT DES GROUPES ELECTROGENES A LA CIMBENIN S.A, AVEC ELABORATION D’UN TABLEAU DE BORD

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Ministère d’État chargé de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique UNIVERSITE D’ABOMEY-CALAVI

ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI

DEPARTEMENT DE GENIE MECANIQUE ET ENERGETIQUE

OPTION : ENERGETIQUE

Mémoire de fin de formation pour l’obtention du diplôme d’Ingénieur de Conception

THEME

OPTIMISATION DU FONCTIONNEMENT DES GROUPES ELECTROGENES A LA CIMBENIN S.A, AVEC ELABORATION D’UN TABLEAU DE BORD

Présenté et soutenu le 17/12/2015 par : Nafiou FASSASSI

MEMBRES DU JURY DE DELIBERATION Président : Dr Gédéon CHAFFA Maître de mémoire : Pr. Dr Emile SANYA Tuteur de stage : Mr Norbert TALOGNON

Année académique 2012-2013 Année académique 2012-2013 Année académique 2012-2013

Année académique: 2014-2015

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i Réalisé et présenté par Nafiou FASSASSI GME/EPAC/UAC 2014-2015

A

Mon père Latifou FASSASSI

Ma feue mère Ernestine TOFFO-HOSSOU

Mes frères & sœurs…

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ii Réalisé et présenté par Nafiou FASSASSI GME/EPAC/UAC 2014-2015

REMERCIEMENTS Nos plus vifs remerciements vont à l’endroit de :

 Dieu pour sa grâce infinie à notre égard et ses riches béatitudes ;

 M. Félicien AVLESSI et M. Clément BONOU respectivement directeur et directeur-adjoint de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi ;

 Docteur Emile A. SANYA, maître de conférences CAMES, enseignant-chercheur à l’EPAC et maître du présent mémoire. Vous qui avez accepté diriger ce travail malgré vos multiples occupations, sachez que nous sommes touchés par cette acceptation ;

 Tout le corps enseignant de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi en particulier celui du département de Génie Mécanique et Energétique (GME) pour la bonne formation reçue de leur part ;

 Du Directeur général de la CIMBENIN, monsieur Alfonzo Martinez VELEZ qui n’a ménagé aucun effort pour nous accepter dans l’usine ; merci infiniment;

 Du Directeur Technique de la CIMBENIN, monsieur Djibril IDRISSOU GADO

 Monsieur Norbert TALOGNON, notre tuteur de stage, chef du Service Maintenance, où s’est déroulé notre stage. Nous lui exprimons toute notre gratitude pour avoir toujours été à notre écoute, pour ses apports tout au long de notre séjour au sein du service ;

 Du Chef de la Division Mécanique monsieur Evariste ECLOU ;

 Tout le personnel du Service Maintenance : merci pour l’accueil ;

 Du Dr. Aliou DIAGNE : recevez ici mes sincères remerciements ;

 Tous nos camarades de promotion pour les peines et joies partagées ;

 Tous mes frères et amis en particulier Jocelyn, Lucienne et Joël.

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iii Réalisé et présenté par Nafiou FASSASSI GME/EPAC/UAC 2014-2015

L’unité de production de ciment, CIMBENIN S.A est confrontée à des problèmes liés notamment à l’utilisation de ses groupes électrogènes. Ceci engendre des pertes financières, et des problèmes environnementaux entre autre.

La présente étude s’est proposé d’identifier la cause de ces problèmes, et d’y apporter une solution concrète. A cet effet, une évaluation du besoin énergétique totale moyen de l’usine a été faite, sur la base de données de consommations énergétiques disponibles sur plusieurs années. La consommation spécifique des groupes électrogènes ainsi que leurs rendements ont été évaluées.

Au terme de cette étude, il ressort qu’avec les combinaisons actuelles de groupes électrogènes utilisées par l’usine, par rapport à la demande effective en énergie, les groupes fonctionnent généralement à moins de 70/75% de leurs puissances nominales, il y aurait donc une sous-exploitation de ceux-ci. De même, dans l’usage des groupes électrogènes, les combinaisons utilisées jusqu’à là par l’usine, engendrent une plus grande consommation de carburant pour un rendement moindre. A l’issu des analyses, un tableau de bord a été proposé pour une utilisation optimale des groupes électrogènes, avec pour finalité, la réduction de la consommation de carburant, et une pollution environnementale moindre.

Mots clés et expressions : Groupes électrogènes, énergie électrique, optimisation, tableau de bord.

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iv Réalisé et présenté par Nafiou FASSASSI GME/EPAC/UAC 2014-2015

The cement production unit, CIMBENIN SA faces particular problems related to the use of its power generating units.This generates financial losses, and environmental problems amongst other things.

The present study proposed to identify the cause of these problems, and to provide a concrete solution. To this end, an evaluation of the average total energy requirement of the plant was made on the basis of energy consumption data for several years available over several years. The specific consumption of generators and their yields were evaluated. At the end of this study, it is clear that with current combinations generators used by the plant, relative to the actual energy demand, the groups typically operate at less than 70/75% of their

nominal power, there therefore have a sub-operation thereof. Similarly, in the use of generators, the combinations used so far by the factory, generate a higher fuel consumption for a lower yield. At the end of the analyzes, a dashboard was proposed for optimal use of generators, with the purpose, reducing fuel

consumption and less environmental pollution.

Key words and expressions: Power generating units, electric power, optimization, dashboard.

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v Réalisé et présenté par Nafiou FASSASSI GME/EPAC/UAC 2014-2015

SOMMAIRE

Dédicace………..……….i

Remerciement……….ii

Résumé………iii

Abstract………..iv

Sommaire………..v

Liste des figures………..vii

Liste des tableaux……….viii

Liste des photos ……….ix

Nomenclature………x

Avant-propos……….1

Introduction ………2

Problématique ... 4

Cahier de charges………..6

PARTIE I : Présentation de la structure d’accueil et généralités sur les GE………..8

CHAPITRE I : Présentation de la société CIMBENIN S.A………...9

I-Présentation de la société CIMBENIN SA………..9

1°) Historique de la CIMBENIN………...9

2°) Processus de fabrication du ciment à la CIMBENIN……….12

II-Activités effectuées au cours du stage……….15

CHAPITRE II: Généralité sur les groupes électrogènes………..19

I- Généralité sur l’électricité ………19

1. L’Alternateur ………19

2. Le transformateur……….24

II- Définition et fonctions d’un groupe électrogène……...………...………..29

III-Définition de la puissance du groupe électrogène……..………...……….37

IV-Dimensionnement du groupe électrogène……….………39

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vi Réalisé et présenté par Nafiou FASSASSI GME/EPAC/UAC 2014-2015

V- Constitution du moteur d’un groupe électrogène………..40

VI- Quelques précautions & problèmes relatifs aux groupes électrogènes……….44

VII- Problèmes liés à l’utilisation de groupes électrogènes…….……….49

PARTIE II:Optimisation des groupes électrogènes en usage a la cimbenin………….………55

CHAPITRE I: Description des groupes électrogènes de CIMBENIN et analyse énergétique……….…56

I- Fonctionnement, description, et rendements des groupes électrogènes en usage à la CIMBENIN ….. ……….……….56

I .1- Principe de fonctionnement du moteur diesel à 04 temps………57

I .2-Etude du cycle du moteur diesel à pression constante……….58

I .3- Etude du cycle du moteur diesel à volume constant……….59

I .4- Etude du cycle mixte ou de SABATHE………….……….60

I .5- Conditions réelles de fonctionnement du moteur……….………...60

I .6. Description et rendement des groupes électrogènes de la CIMBENIN S.A………..62

II- Etude sur le rendement des groupes et analyse énergétique du fonctionnement des équipements………68

II.1- Etude sur le rendement des groupes……….………..68

II.2-Quelques caractéristiques du gas-oil………69

II.3- II.3-Rendement de chacun des groupes électrogènes…………...……….…..73

III. Analyse énergétique du fonctionnement des équipements……….…79

CHAPITRE II: optimisation des groupes électrogènes et établissement du tableau de bord………. .. ……….83

I-Optimisation des groupes par programmation linéaire via la méthode du simplexe….. 84

II-Recommandation et tableau de bord d’utilisation des GE……….93

Conclusion générale………...97

Références bibliographiques……….98 ANNEXE……… ……….. XI

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vii Réalisé et présenté par Nafiou FASSASSI GME/EPAC/UAC 2014-2015

LISTE DES FIGURES & PHOTOS

Figure 1 : Organigramme de la CIMBENIN S.A………11

Figure 2 : Schéma synoptique de l’usine……….14

Figure 3 : Exemple d’alternateur d’un groupe électrogène………...…...…20

Figure 4: Fonctionnement d’un alternateur sans balai dans un groupe électrogène…………21

Figure 5: Symboles d’un transformateur………..25

Figure 6: Flux dans un transformateur……….28

Figure 7: Fonction globale d’un groupe électrogène………...………30

Figure 8: Groupe électrogène domestique………...30

Figure 9: Groupe électrogène semi-industriel………..31

Figure 10: Principe schématique de fonctionnement de l’inverter………..35

Figure 11: Tuyauteries dans un groupe électrogène………...45

Figure 12: Quelques pictogrammes de sécurité………...……48

Figure 13 : Diagramme du cycle à pression constante………58

Figure 14 : Diagramme du cycle à volume constant……….……..59

Figure 15: Diagramme du cycle Diesel mixte ou cycle de SABATHE………...60

Figure 16: Diagramme montrant le cycle théorique par rapport au cycle réel………….……61

Figure 17: Distribution moyenne tension de CIMBENIN………...67

Figure 18: Bilan des types de rendements de moteur thermique……….………76

Figure 19 : consommation total d’énergie électrique en 2014 ……….………..79

Figure 20: Evolution énergétique sur les groupes électrogènes entre 2009 et 2014 ...……..80

Figure 21 : Algorithme du simplexe………88

Photo 1 : Nettoyage de la culasse du moteur d’une chargeuse………16

Photo 2: Transformateur élévateur de tension 220V/4500V provenant d’un four à micro- onde………..26

Photo 3: Transformateur triphasé abaisseur de tension 20000 V / 380 V………..27

Photo 4: Groupe électrogène industriel (groupe Caterpillar)………..32

Photo 5: Type de container abritant les GE V1013, V1017 V1019………63

Photo 6: Modèle de groupe CAT C 32 utilisé à la CIMBENIN……….….65

Photo 7 : Tanks de gasoil alimentant les groupes électrogènes………..68

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viii Réalisé et présenté par Nafiou FASSASSI GME/EPAC/UAC 2014-2015

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1: Exemple de tableau de déclassement……….54

Tableau 2: Fiche technique du groupe V1013……….62

Tableau 3: Fiche technique du groupe électrogène V1017………..64

Tableau 4: Fiche technique du groupe électrogène V1019……….………….64

Tableau 5 : caractéristique groupe électrogène C32………65

Tableau 6 : Consommation mensuelle de gasoil en 2014 ... …...71

Tableau 7 : Energie fournie mensuellement en 2014………..77

Tableau 8 : consommation maximale d’énergie de chaque année de 2004 à 2014…….……80

Tableau 9 : Consommation de carburant en L par KWH de chaque GE………....…86

Tableau 10 : Tableau de bord d’utilisation de l’usine…..………...96

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ix Réalisé et présenté par Nafiou FASSASSI GME/EPAC/UAC 2014-2015

ACRE : Australian Cooperative Rechearch Centre for Renewable Energy CNERTP : Centre National d’Essais et de Recherches en Travaux Publics COS : Facteur de puissance

GE : Groupe Electrogène

GPU : Graphics Processing Units

ISO : International Organization for Standardization SBEE : Société Béninoise d’Energie Electrique SONACI : SOciété NAtionale de CIment

Po : Pression atmosphérique au niveau de la mer (hPa) To : Température atmosphérique au niveau de la mer (°k) h : Altitude en mètre (m)

P : pression atmosphérique à une altitude h (hPa) α₁: Le déclassement en température

α2 : Le déclassement en humidité α₃ : Le déclassement en altitude

μ_gasoil: Masse volumique du gasoil (844 kg.m^-3)

PCIg : Pouvoir Calorifique Inférieur moyen du gasoil (44.8 MJ/Kg) PCS : Pouvoir calorifique supérieur

Eg : Energie dégagée par la combustion du gasoil (kWh) ηg: Rendement global

η_i : Rendement indiqué ηorg : Rendement organique η_comb: Rendement de combustion

η_th: Rendement thermodynamique théorique

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x Réalisé et présenté par Nafiou FASSASSI GME/EPAC/UAC 2014-2015

ηcycle : Rendement de cycle Wi : Travail indiqué

Pi : Puissance indiquée

: Puissance indiquée théorique Pe : Puissance effective

Pcal : Puissance calorifique

Pcomb : Puissance effectivement libérée lors de la combustion des gaz P_ux: puissance ajustée à partir des conditions ambiantes

PUR : puissance indiquée dans les conditions standards de référence Nrot : Régime de rotation

PMI : Pression moyenne indiquée C_e: Couple effectif

C_u : Cylindrée unitaire

CSE : Consommation spécifique (g/MWh ou L/MWh) ω_rot : Pulsation angulaire

: Consommation horaire de carburant par le moteur diesel (L/h)

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1 Réalisé et présenté par Nafiou FASSASSI GME/EPAC/UAC 2014-2015

Avant-propos

L’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi (EPAC), ex Collège Polytechnique Universitaire (CPU) a pour vocation la formation de cadres Béninois et étrangers dans divers domaines techniques. Tout étudiant en fin de formation à l’EPAC est appelé à soutenir un mémoire devant un jury. Les autorités du département de Génie Mécanique et Energétique (GME) suggèrent que les thèmes de mémoires portent sur des sujets provenant des entreprises de la place. En effet il s’agit pour elles de faire la promotion de leurs étudiants en les amenant à résoudre des problèmes qui se posent à ces entreprises.

L’industrie CIMBENIN S.A qui a été la structure d’accueil de notre stage de fin de formation a décidé d’optimiserl’utilisation de son installation de groupes électrogènes. C’est dans ce cadre que s’inscrit le présent travail qui constituera un apport à la réalisation de ce projet.

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INTRODUCTION GENERALE

Il fut un temps où les grandes entreprises considéraient la pierre de leurs bureaux et les façades deleurs magasins de vente comme leurs principaux actifs stratégiques. Si l’on ne s’en était tenu qu’aumantra immobilier « un terrain, un terrain, un terrain », il eût été fort improbable de voir un jour un site internet devenir un avantage concurrentiel majeur. Pourtant, ceux qui ont eu l’intuition de mettre etde développer leurs activités en ligne ont pris une avance décisive sur leurs concurrents et les plus lentsà réagir à cette nouvelle réalité ont disparu.

Un changement majeur similaire est en train de se produire, cette fois lié à la consommationd’énergie. Traditionnellement, l’énergie a été considérée comme un coût, une facture à payer, unedépense à maîtriser. Cependant, les industriels qui se préparent pour l’avenir en sont venus à unenouvelle conception de l’énergie. Ils modifient leurs modes opératoires, particulièrementla gestion deleur production en conséquence. Ils capitalisent sur la valeur de l’énergie en tant que « matière première »,en tant que ressource utilisable pour la croissance et l’entretien de leurs activités futures. Les grandescomme les petites entreprises devront savoir exactement où cette énergie précieuse est utilisée. Ellesdevront la comptabiliser comme un ingrédient de leurs procédés de fabrication ou comme composantphysique de leur(s) produit(s). L’énergie devient donc un poste de la nomenclature de production, ou encoreun facteur de production qui pourra être mesuré par le nombre de Giga-Joules par tonneproduite. La gestion de ces informations en temps réel devient l’outil de cette nouvelle philosophieindustrielle pour créer une activité rentable et durable.

La CIMBENIN S.A s’est lancée dans la danse, en menant depuis quelques temps des études d’efficacité énergétique du courant électrique qui lui est fourni par la Société Béninoise d’Energie Electrique (SBEE). C’est, dans le prolongement d’une utilisation optimale de l’énergie en usage au sein de l’usine,

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que l’entreprise nous a proposéde travailler sur le sujet intitulé :

<<Optimisation du fonctionnement des groupes électrogènes àla CIMBENIN S.A, avec élaboration d’un tableau de bord. >>

Le traitement proposé dans le présent travail, en vue de la résolution du problème ainsi posé, sera développé autour de deux grandes parties réunissant trois grands points :

 La première partie traitera des généralités concernant l’énergie électrique et les groupes électrogènes après la présentation de la CIMBENIN.

Dans la seconde partie, nous :

 ferons un bilan énergétique réel afin de mener l’analyse d’optimisation de l’utilisation des groupes électrogènes.

 présenterons nos recommandations et le tableau de bord d’utilisation des groupes électrogènesavant de conclure.

Avant d’entrer dans le développement du sujet ainsi libellé, rappelons les éléments précurseurs.

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PROBLEMATIQUE

Depuis la découverte des forces électromagnétiques en 1733 jusqu’à l’invention de systèmes de distribution d’énergie, les technologies ont évolué avec, comme point central, l’élaboration de machines de plus en plus complexes reposant sur l’utilisation du courant électrique.Maintenant que cette énergie est devenue un des vecteurs de croissance économique et industrielle les plus importants, assurer sa production continue est devenu primordial.Les réseaux publics ne sont pas toujours capables de supporter les intensités électriques nécessaires au fonctionnement de la multitude d’entreprises reposant sur cette énergie pour la pérennité de leurs activités.Pour pallier les éventuelles insuffisances et défaillances occasionnelles des réseaux publics, les groupesélectrogènes, sources d’énergie électrique mobiles, ont été développés et perfectionnés. Aujourd’hui ilsdeviennent essentiels et répondent à plusieurs enjeux selon leurs utilisations.La CIMBENIN S.A est une industrie de production de ciment qui n’est pas en marge de l’utilisation des groupes électrogènes pour la bonne marche de ses activités ; surtout avec les coupures intempestives de la fourniture de courant électrique, par la Société Béninoise d’Energie Electrique (SBEE) qui ont prévalues tout au long de notre séjour de stage de projet de fin de cycle au sein de l’usine.

L’énergie, en général et l’énergie électrique en particulier, étant considérée aujourd’hui comme un facteur de production, il convient d’en faire un usage optimal. C’est dans cette optique quela CIMBENIN a décidé de réaliserdepuis quelques temps, des études poussées sur les moyens d’optimiser l’intrant important que constitue l’énergie électrique dans la chaîne de production du ciment. Une étude d’efficacité énergétique de l’énergie électrique fournie par la SBEE ayant déjà été menée il y a quelques années,la CIMBENIN a décidé de se pencher, cette fois-ci, sur l’usage optimalqu’on pourrait faire des quatre groupes électrogènes utilisés au sein de l’entreprise. Pour les autorités de la CIMBENIN,

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cette étude vise dans un premier temps, à connaître le rendement dechacun des groupes électrogènes, ensuite à examiner dans quelle mesure optimiser l’utilisation de ces groupes et, enfin, à élaborer un tableau de bord répondant à l’objectif d’optimisation.

Les objectifs ainsi assignés ont été considérés comme constituant les éléments essentiels du cahier des charges des travaux réalisés au cours de notre stage sur le sujet libellé :<<Optimisation du fonctionnement des groupes électrogènes à la CIMBENIN S.A, avec élaboration d’un tableau de bord. >>

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CIMBENIN S.A Sèkandji, le 02 Avril 2015

MEMOIRE DE FIN DE FORMATION DE FASSASSI Nafiou

Cahier des charges

Les pertes financières engendrées par une interruption de l’énergie électrique dans une usine en général et dans une unité de production de ciment en particulier, se révèlent toujours considérables. Avec l’ampleur du délestage électrique encouru ces dernières années et qui coure toujours, la situation despertes financières s’est davantage empirée.

L’utilisation de groupes électrogènes s’est donc imposée comme une option palliative face aux coupures dans le réseau de la SBEE. La CIMBENIN, vu son objectif de production quasi ininterrompu de ciment, est dotée de quatre groupes électrogènes dont l’utilisation actuelle s’avère peu satisfaisante et mérite alors une optimisation.

L’étudiant FASSASSI Nafiou, en étroite collaboration avec les agents du Service Maintenance et sous la direction effective de leur chef, s’intéressera à l’optimisation des groupes électrogènes de l’usine. Il s’agit, en effet d’un ensemble de quatre groupes électrogènes de secours dont un de puissance apparenteen fonctionnement continu de 1000 kVA et trois de 750 kVA.

Les préoccupations actuelles de CIMBENIN sont :

 Bonne connaissance de la production d’énergie électrique des groupes et leurs rendements ;

 Combinaison de groupes électrogènes pouvant satisfaire les besoins de l’usine tout en fournissant la puissance au moins égale à 70% de Pnom;

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 Etablissement d’un tableau de bord d’utilisation des groupes électrogènes en fonction des besoins de l’usine.

Le travail de l’étudiant FASSASSI Nafiou devra permettre d’atteindre ces objectifs. Il pourra en effet donner l’état de la production actuelle (utilisation des groupes dans la bonne marge de puissance ou pas). Des propositions sont attendues au terme de ce travail en vue d’une maîtrise et d’une gestion efficiente du fonctionnement des groupes électrogènes.

Il sera mis à la disposition de l’étudiant, toute la documentation de l’usine portant sur les équipements cités. Il pourra aussi consulter les catalogues des fournisseurs disponibles dans l’usine.

L’étudiant pourra effectuer, au terme de son stage, la saisie de son mémoire sur son ordinateur personnel.

Chef Service Maintenance Norbert TALOGNON

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PARTIE I :

PRESENTATION DE LA STRUCTURE D’ACCUEIL & GENERALITES SUR LES

GROUPES ELECTROGENES

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Introduction

La société CIMBENIN S.A est une unité de production de ciment appartenant au groupe allemand HEIDELBERGCEMENT ; elle occupe une place prépondérante sur le plan national en matière de production de ciment.

Nous présenterons dans ce chapitre cette structure ainsi que quelques activités que nous y avons effectuées.

I. Présentation de la société CIMBENIN S.A 1°) Historique dela CIMBENIN

La SONACI (SOciétéNAtionale deCIment), qui deviendra plus tard CIMBENIN, a débuté ses activités le 16 Août 1978 avec un capital de 500.000.000 F CFA. Après une crise économique qui a secoué le BENIN dans les années 80, la société sera privatisée le 28 Février 1991. Dès lors, elle deviendra, avec un capital de 1.950.000.000 FCFA, CIMBENIN S.A; société désormais membre du groupe allemand HEIDELBERGCEMENT dans lequel figurent d’autres cimenteries dans divers pays tels que : le Ghana, le Libéria, la République Démocratique du Congo, la Sierra-Léone, la Tanzanie, le Togo,et le Burkina Faso.

La société est située dans la commune de Sèmè-Kpodji (Département de l’Ouémé) et plus précisément à Sèkandji (PK8). La CIMBENIN est une unité de production de ciment spécialisée dans la fabrication de ciment de type Portland

CHAPITRE I : Présentation

de la société CIMBENIN S.A

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CPJ 35, conforme à la norme française P15-301. Pour la bonne gestion de l’entreprise, des directions sont instaurées ; toutes sous la supervision de la direction générale. Les directions que l’on retrouve à la CIMBENIN sont :

La Direction Technique (DT), la Direction Financière et Comptable (DFC), la Direction des Ressources Humaines (DRH) et la Direction Commerciale (DC).

La structure organisationnelle de CIMBENIN se présente comme suit :

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Figure 1 :Organigramme de la CIMBENIN S.A DIRECTION

COMMERCIALE

DIRECTION DES RESSOURCES HUMAINES

Service desRessources Humaines

Service Commercial

Service Contrôle DIRECTION FINANCIERE

& COMPTABLE

Service Informatique

Service Comptabilité

Service Financier DIRECTION

TECHNIQUE

Service Production

Service Qualité, Sécurité, &

Environnement

Service Maintenance

Division Mécanique

Division Electricité Planification

DIRECTION GENERALE

SERVICE

APPROVISIONNEMENT

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2°) Processus de fabrication du ciment à la CIMBENIN

Le ciment est un matériau se présentant sous forme de poudre très fine, qui durcit au contact de l’eau ou de l’humidité et ainsi utilisé comme liant (également appelé liant hydraulique). Cette capacité de prise est recherchée en construction. Sa fabrication met en jeu trois matières principales que sont le Clinker, le calcaire et le gypse, qui est indispensable à la régulation de prise du ciment.

Le calcaire est une roche sédimentaire qui se forme principalement en milieu marin par accumulation et consolidation d'organismes animaux et végétaux (mollusques, coraux, etc.).

Quant au gypse, il s’agit d’un minéral sédimentaire courant, composé de sulfate de calcium hydraté (CaSO4, 2H2O).

En ce qui concerne le clinker, il n’est pas une ressource naturelle mais une matière obtenue artificiellement à partir de ressources naturelles telles que le calcaire, l’argile et parfois d’autres oxydes apportés par le sable et le minerai de fer, ajoutés au besoin. Son élaboration se fait suite à une série de transformations moyennant des dispositifs de grande envergure tels qu’un concasseur, un broyeur à barres, des cyclones qui servent d’échangeurs de chaleur, un four rotatif, un refroidisseur etc….

A la CIMBENIN, le clinker et le gypse sont importés de plusieurs pays dont le japon pour le gypse et le Togo depuis un temps pour le clinker, tandis que le calcaire est prélevé au Bénin sur plusieurs sites. A partir de ces trois matières, on effectue un mélange qui donne du ciment après avoir subi un certain nombre de traitements. En effet, le système de fabrication du ciment dispose d’une bande, appelée bande M1.6 ou « bande matières premières », qui se charge de remplir les silos de matières premières selon le type de matière.

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Ainsi, il existe trois silos munis chacun d’un doseur qui confère à chaque matière la proportion nécessaire pour le mélange. Ce dernier mélange atteint la bande M1.13 pour échouer enfin dans le broyeur (broyeur à boulets) où il est transformé en de fines particules ; autrement dit sous forme de poussière appelée

« ciment ». Les corps broyant sont constitués de boulets d’acier qui, par choc, broient les grains de clinkeret des autres matières et amènent progressivement le ciment à l’état de fine farine ne comportant que très peu de grains supérieurs à 40 microns. A la sortie du broyeur le produit obtenu est envoyé au niveau du séparateur récemment installé pour un tamisage. Le ciment répondant aux exigences de l’usine est aspiré et stocké dansdeux silos munis, en bas, de vis sans fin et d’une capacité totale de 2880 tonnes. Le reste du ciment présentant des granulométries indésirables est renvoyé à l’entrée du broyeur. Le ciment stocké sera convoyé vers l’ensacheuse rotative très performante installé depuis juillet 2002. Elle a 8 becs d’une capacité de 120 tonnes par heure (soit 2400 sacs par heure), elle charge automatiquement les sacs de 50 kg une fois qu’ils sont positionnés.

La CIMBENIN dispose d’un laboratoire entièrement rénové et modernisé qui permet un contrôle permanent de la qualité du produit fini. Le ciment est aussi régulièrement contrôlé par un laboratoire national (CNERTP) et par d’autres laboratoires européens.

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Figure 2 :Schéma synoptique de l’usine[10]

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II. Activités effectuées 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 débuté notre stage au sein de cette division le jeudi 02 Avril 2015. Après une formation sur les mesures de sécurité et les règles en vigueur dans l’usine, nous avons été confiés à un mécanicien pour débuter notre stage pratique.

Tout le long de notre stage, nous avons effectué des travaux enrichissants et avons 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, changement de divers filtres etc…. Nos travaux au sein de l’usine se résument principalement à la maintenance des équipementset des machines roulantes.

Ainsi, nous avons eu à changer des godets du nouvel élévateur de matières premières, décolmater des tuyauteries, contrôler le circuit d’air comprimé de l’usine, changer des manches de divers filtres, réviser l’ensacheuse rotative etc….;et pendant les arrêts planifiés qui ont lieu une fois par mois, nous passons, mécaniciens et électriciens à la fois, à une maintenance un peu plus poussée avec arrêt du broyeur.

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Photo 1 :Nettoyage de la culasse du moteur d’une chargeuse

La maintenance nécessite un certain nombre d’actions préventives ou correctives parmi lesquelles nous pouvons citer :

 Les Inspections : Ce sont des activités de surveillance consistantà relever périodiquement des anomalies, à exécuter des réglages simplesne nécessitant pas d’outillage spécifique ni d’arrêt de l’outil de productionou des équipements.

 Les Contrôles : Ils correspondent à des vérifications deconformité par rapport à des données préétablies suivies d’un jugement.Le contrôle peut comporter une activité d’information, inclure une décision.

 Les Visites : Ce sont des opérations de surveillance quicorrespondent à une liste d’opérations définies au préalable qui peuvententraîner des démontages d’organes et une immobilisation du matériel.

 Le Dépannage: C’est une action sur un ‘’bien’’ en panne en vuede le remettre en état de fonctionnement ; compte tenu de l’objectif, uneaction de dépannage peut s’accommoder de résultats provisoires et deconditions de réalisations hors règles de procédures, de coûts et dequalité, et dans ce

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cas sera suivie de la réparation. Le dépannage peutêtre appliqué par exemple sur des équipements fonctionnant en continudont les impératifs de production interdisent toute visite ou intervention àl’arrêt.

 La Réparation: C’est une intervention définitive et limitée demaintenance après défaillance. L’application de la réparation peut êtredécidée, soit immédiatement à la suite d’un incident ou d’une défaillance,soit après un dépannage, soit après visite de maintenance préventiveconditionnelle. Elle correspond à une action définitive, l’équipementréparé doit assurer les performances pour lesquelles il a été conçu.

 Les Révisions: C’est l’ensemble des actions d’examens, decontrôles et des interventions effectuées en vue d’assurer le ‘’bien’’ contretoute défaillance majeure ou critique pendant un temps ou pour unnombre d’unités d’usage donné.

 La Rénovation: C’est l’inspection complète de tous les organes,la reprise dimensionnelle complète ou le remplacement des piècesdéformées, la vérification des caractéristiques et éventuellement laréparation des pièces et sous-ensembles défaillants, la conservation despièces bonnes. La rénovation apparaît donc comme l’une des suitespossibles d’une révision générale au sens strict de sa définition.

 La Reconstruction: C’est la remise en l’état défini par le cahierde charges initial qui impose le remplacement de pièces vitales par despièces d’origine ou des pièces neuves équivalentes.

 La Modernisation : Elle est relative au remplacementd’équipements, d’accessoires et d’appareils ou éventuellement delogiciels apportant, grâce à des perfectionnements techniques n’existantpas sur le bien d’origine, une amélioration de l’aptitude à l’emploi de celui-ci.

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Conclusion

La CIMBENIN S.A est une société de fabrication de ciment qui a songéà mettre en place un service maintenance chargé de s’assurer du 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.

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Introduction

Les entreprises industrielles, les hôpitaux, les administrations, les hôtels, et les sites miniers ou forestiers nécessitent une fourniture de courant en continu.

Dans certains cas, une coupure de l’alimentation électrique peut être lourde de conséquences. C’est pour éviter cet état de chose que les groupes électrogènes ont été créés. Les groupes électrogènes permettent d’avoir de l’électricité n’importe où et n’importe quand, pour des productions de pointes ou de secours.

Selon le lieu dans lequel un groupe est déployé et les enjeux auxquels il répond, son utilisation, rendement et importance varient grandement.

I. Généralités sur l’électricité 1. L’Alternateur

La découverte en 1831 par Faraday des phénomènes d'induction électromagnétique lui permet d'envisager de produire des tensions et des courants électriques alternatifs à l'aide d'aimants. Pixii, sur les indications d'Ampère, construit la même année une première machine qui sera perfectionnée ensuite (1833 - 1834) par Sexton et Clarke. Un alternateur est une machine rotative qui convertit l'énergie mécanique fournie au rotor en énergie électrique à courant alternatif.

Chapitre II : GENERALITES sur les groupes électrogènes

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Plus de 95 % de l’énergie électrique est produite par des alternateurs : machines électromécaniques fournissant des tensions alternatives de fréquence proportionnelle à leur vitesse de rotation. Ces machines sont moins coûteuses et ont un meilleur rendement que les dynamos, machines qui délivrent des tensions continues (rendement de l'ordre de 95 % au lieu de 85 %).

Figure 3 : Exemple d’alternateur d’un groupe électrogène.[13]

 Principe de l'alternateur

Cette machine est constituée d'un rotor (partie tournante) et d'un stator (partie fixe).

 Le rotor est l'inducteur.

o Il peut être constitué d'un aimant permanent (générant donc un champ constant), dans ce cas la tension délivrée par la machine n'est pas réglable (si on ne tient pas compte des pertes dans les

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conducteurs), sa valeur efficace et sa fréquence varient avec la vitesse de rotation.

o Plus couramment un électroaimant assure l'induction. Ce bobinage est alimenté en courant continu, soit à l'aide d'un collecteur à bague rotatif (une double bague avec balais) amenant une source extérieure, soit par un excitateur à diodes tournantes et sans balais.

Un système de régulation permet l'ajustement de la tension et de la phase du courant produit.

 Le stator est l'induit. Il est constitué d'enroulements qui vont être le siège d’un courant électrique alternatif induit par la variation du flux du champ magnétique due au mouvement relatif de l'inducteur par rapport à l'induit.

Le principe de fonctionnement d’un alternateur sans balai (Un balai est un élément conducteur, d'habitude fait en graphite et/ou en cuivre, qui maintient un contact électrique glissant entre un élément fixe et un élément mobile.)par exemple, sur un groupe électrogène est le suivant :

Figure 4: Fonctionnement d’un alternateur sans balai dans un groupe électrogène.[13]

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1-Quand le rotor commence à tourner, le flux magnétique produit par les aimants permanents du rotor engendre une tension induite dans la bobine du condensateur. Cette tension est stockée dans le condensateur.

2-La tension stockée passe dans la bobine du condensateur, celle-ci crée un champ magnétique, qui à son tour va engendrer une tension induite dans la bobine de champ (rotor). La circulation du courant dans la bobine de champ se fait dans un seul sens. Celui-ci est déterminé par la diode. Le flux magnétique produit par la bobine de champ s'ajoute à celui des aimants permanents, ainsi le rotor est magnétisé.

3-le rotor continue de tourner, une tension plus élevée est induite dans la bobine du condensateur et le charge. Quand le condensateur se décharge dans sa bobine, le champ magnétique devient plus important, le rotor devient un aimant plus puissant!

4-En résumé le rotor produit un champ magnétique qui engendre une tension induite dans la bobine principale. Ce phénomène répété, est à l'origine de la tension induite dans la bobine principale, elle augmente donc graduellement.

Quand le moteur atteint sa vitesse normale, la tension se stabilise à la tension d'utilisation.

Lorsqu'on connecte un consommateur aux bornes, la tension va chuter proportionnellement à la valeur de la charge. Un flux magnétique est créé par la bobine principale.A Noterque la plupart des groupes sont capables de fournir du courant continu, ce qui permet de recharger des batteries par exemple. Le

«Tableau de bord» est généralement muni de deux prises électriques normalisées et une prise spécifique à deux broches pour délivrer du courant continu.

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 Différents types d'alternateurs

 Alternateurs industriels

Dans les alternateurs industriels, l'induit est constitué de trois enroulements disposés à 360°/3p (p : nombre de paires de pôles) soit 120°/1p pour 1 paire de pôles et trois enroulements, qui fournissent un système de courants alternatifs triphasés.

Augmenter le nombre de paires de pôles permet de faire baisser la vitesse de rotation de la machine. La fréquence du réseau étant de 50 Hz (50 cycles par seconde, c'est-à-dire 3 000 cycles à la minute), les machines synchrones doivent suivre ce rythme pour alimenter le réseau. Augmenter le nombre de pôles permet de réaliser plus de cycles pour un seul tour… et comme la fréquence est fixe, on peut alors ralentir la vitesse de rotation pour constamment respecter les 3 000 cycles à la minute (50 Hz).

 Dans les centrales électriques thermiques (nucléaires ou classiques), une turbine à vapeur ou une turbine à gaz tournant à grande vitesse est couplée à un turboalternateur. Ce type de générateur tourne généralement à 1 500 tours par minute (rotor à 4 pôles) ou à 3 000 tours par minute (rotor à 2 pôles), pour les réseaux de distribution à 50 Hz. La puissance électrique fournie par un des turboalternateurs d'une centrale nucléaire peut atteindre 1 600 mégawatts.

 Les centrales hydrauliques, dont les turbines tournent plus lentement, ont des rotors comportant un nombre important de pôles (14, 16 pôles). L'axe de rotation de l'arbre peut être vertical ou horizontal et le diamètre de cet arbre est grand.

 Les gros groupes électrogènes utilisent généralement un moteur Diesel lent. Dans ce cas, le rotor de l'alternateur ressemble beaucoup à celui d'un

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alternateur hydraulique, avec un nombre élevé de pôles, un grand diamètre et un grand moment d'inertie absorbant les variations de vitesse de rotation de l'arbre du moteur Diesel.

 Alternateurs domestiques

Dans les alternateurs domestiques (groupes électrogènes monophasés), l'induit est constitué d'un seul enroulement.

 Alternateurs embarqués

Les alternateurs embarqués, entre autres sur les véhicules automobiles, sont des alternateurs triphasés munis d'un système de redressement (à diodes), qui délivre un courant continu sous une tension d'environ 14 V pour les voitures et 28 V pour les camions, fournissant l'énergie électrique du véhicule et rechargeant sa batterie visant à fournir l'énergie lorsque le moteur sera à l'arrêt.

Il doit être associé à un régulateur de tension protégeant la batterie d'une surcharge. Les mal-nommées "dynamos" de bicyclettes sont elles aussi des alternateurs, dont l´inducteur est constitué d´un ou plusieurs aimants permanents.

2. Le transformateur a. Description

Un transformateur est un convertisseur « alternatif-alternatif » qui permet de modifier la valeur d’une tension alternative en maintenant sa fréquence et sa forme, inchangées. Le transformateur est un appareil qui peut :

 Transformer une tension alternative d'une grandeur à une autre grandeur.

 Transformer un courant alternatif d'une grandeur à une autre grandeur.

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 Isoler un circuit électrique d'un courant continu circulant dans un autre circuit électrique.

 Faire paraître une impédance comme ayant une autre valeur.

Les transformateurs sont des machines électriques entièrement statiques, cette absence de mouvement est d'ailleurs à l'origine de leur excellent rendement.

Leur utilisation est primordiale pour le transport de l'énergie électrique où l'on préfère « transporter des volts plutôt que des ampères ». Ils assurent l'élévation de tension entre la source et le réseau de transport, puis ils permettent l'abaissement de la tension du réseau vers l'usager.

Un transformateur monophasé est constitué de deux (02) bobines en fil de cuivre, l'une dite est dite "primaire", l'autre "secondaire". Ces bobines sont enroulées sur un noyau magnétique constitué d'un empilage de tôles minces en acier. Celui-ci permet de concentrer les lignes de champ magnétiques produites par le primaire pour les canaliser et les orienter sur le secondaire.

Figure 5: Symboles d’un transformateur (Sur le premier symbole, les trois barres verticales symbolisent le noyau magnétique). [16]

b. Utilisation des transformateurs

Il ne pourrait pas y avoir de transport d’énergie électrique à grande distance sans transformateurs. Grâce aux transformateurs élévateurs de tension, on

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transporte des volts plutôt que des ampères, limitant les pertes d’énergie à quelques pour cent. D’autres transformateurs abaissent la tension pour que celle- ci ne soit plus aussi dangereuse pour l’utilisateur. Les transformateurs sont réalisés en toutes puissances et tensions, de quelques VA et à basse tension pour l’alimentation de circuits électroniques à quelques centaines de MVA et de kV pour l’alimentation ou le couplage des réseaux de transport de l’énergie électrique.

Le transformateur est également utilisé comme adaptateur d’impédance en électronique.

Photo 2:Transformateur élévateur de tension 220V/4500V provenant d’un four à micro-ondes.[16]

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Photo 3:Transformateur triphasé abaisseur de tension 20000 V / 380 V. [16]

c. Principe de fonctionnement

L’un des deux bobinages joue le rôle de primaire, il est alimenté par une tension variable et donne naissance à un flux magnétique variable dans le circuit magnétique. Le circuit magnétique conduit avec le moins de réluctance (La réluctance caractérise l’opposition au passage des lignes de champ magnétique, elle est l’équivalent de la « résistance » caractérisant l’opposition d’un conducteur au passage du courant électrique.) possible les lignes de champ magnétiques créées par le primaire dans les spires de l’enroulement secondaire.

D’après la loi de Faraday, ce flux magnétique variable induit une force électromotrice dans le deuxième bobinage appelé secondaire du transformateur.

De par son principe, le transformateur ne peut pas fonctionner s’il est alimenté par une tension continue. Le flux doit être variable pour induire une f.é.m. au secondaire, il faut donc que la tension primaire soit variable.

Le transformateur est réversible, chaque bobinage peut jouer le rôle de primaire ou de secondaire. Le transformateur peut être abaisseur ou élévateur de tension.

Un transformateur comprend :

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 Un circuit magnétique fermé, son rôle est de transmettre le plus efficacement possible l’énergie magnétique du primaire, qui la génère, au secondaire. Il doit donc être :

 de perméabilité magnétique aussi haute que possible ;

 d’hystérésis aussi faible que possible pour limiter les pertes ;

 feuilleté (tôles de 0,2 à 0,3 mm d’épaisseur) afin de limiter les courants de Foucault ;

 de résistance électrique aussi élevée que possible, toujours dans le but d’affaiblir les courants de Foucault, à cette fin on utilise des aciers au silicium ;

 Deux enroulements (bobines) :

 Le primaire alimenté par un générateur de tension alternative de tension V1 et comportant n1 spires. Il absorbe le courant I1. Le primaire transforme l’énergie électrocinétique reçue en énergie magnétique. C’est un récepteur d’énergie électrique.

 Le secondaire comporte n2 spires ; il fournit, sous la tension V2, un courant I2 au dipôle récepteur. Le secondaire transforme l’énergie magnétique reçue du primaire en énergie électrocinétique. C’est un générateur d’énergie électrique.

Figure 6:Flux dans un transformateur.[16]

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II- Définition et fonctions d’un groupe électrogène 1. Généralités

Un groupe électrogène (GE) est un générateur électrique ou un dispositif autonome capable de produire de l'électricitéà partir d'une autre forme d'énergie.

La plupart des GE sont constitués d'un moteur thermique qui actionne un alternateur. Leur taille et leur poids peuvent varier de quelques kilogrammes à plusieurs dizaines de tonnes. La puissance d'un groupe électrogène s'exprime en VA (voltampère), kVA (kilovoltampère) ou MVA (méga voltampère) selon la puissance. Les unités les plus puissantes sont mues par des turbines à gaz ou de gros moteurs Diesel.

Ils fonctionnent à partir de tous les carburants. Les plus fréquents sont l'essence, le gazole, le gaz naturel, le Gaz Pétrole Liquéfié(GPL), les biocarburants et pour les plus puissants le fioullourd.

Le GE peut être mis en fonctionnement de différentes manières : manuellement, électriquement ou grâce à l'air comprimé, selon la puissance. Les GE sont utilisés soit dans les zones que le réseau de distribution électrique ne dessert pas, soit pour pallier une éventuelle coupure d’alimentation électrique.

Dans le 2^ème cas, ils sont alors utilisés en complément d’une alimentation sans interruption constituée d’une batterie d’accumulateurs qui alimente un onduleur.

Ces dispositifs sont généralement utilisés dans des situations où l’interruption de l’alimentation électrique entraîne des conséquences graves ou des pertes financières, par exemple dans les hôpitaux, l’industrie, les aéroports, les centres informatiques etc…

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Figure 7: Fonction globale d’un groupe électrogène. [13]

On retrouve sur le marché différents types de groupes électrogènes selon l’usage que l’on veut en faire. Ainsi, on rencontre :

 Des groupes électrogènes à usage domestique (C’est généralement un petit groupe de 1 à 2 kVA, capable de satisfaire à la fourniture d’énergie d’un petit pavillon ou d’un commerce ambulant. Il est portable et en général insonorisé.)

Figure 8:Groupe électrogène domestique

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 Des groupes électrogènes semi-industriels [Leur puissance est généralement supérieure à 2 kVA et peut aller jusqu’à 10 kVA. Ils sont encore faciles à déplacer, le moteur et la génératrice sont insérés dans un cadre porteur, certains sont aussi insonorisés (ce qui augmentent leur prix!). Cette architecture permet une visualisation de tous les éléments et rend l’entretien plus facile.]

Figure 9: Groupe électrogène semi-industriel

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 Et aussi des groupes électrogènes industriels avec des puissances assez élevés, suivant le secteur d’activité.

Photo 4: Groupe électrogène industriel (groupe Caterpillar) Légende :

1- Régulateur de tension : Le régulateur maintient la tension de sortie à +/- 1% entre marche à videet pleine charge.

2- Disjoncteur :Disjoncteur d’alimentationprincipale, utilisé pour couper et protéger la charge.

3- Panneau de contrôle EMCP3 : rassemble lesindicateurs du moteur,les instruments de mesurede l’alternateur et les témoinsavertisseurs.

4- Alternateur CAT : Autorégulé, auto-amorcé, sans balai.

5- Filtres CAT : Les filtres à air, de qualité industrielle,

6- Moteur Diesel CAT : Les groupes électrogènes CATERPILLARsont entraînés par des moteursau diesel ou au gaz.

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7- Circuit de refroidissement : Un radiateur avec vase d’expansion intégré et ventilateur soufflant permet de refroidir le moteur diesel.

8- Dispositifs de protection :

Toutes les parties mobiles, telles que ventilateur, génératrice de charge des batteries et courroies de transmission sont équipées de dispositifs de protection en tôles d’acier perforées.

9- Châssis et réservoir de carburant : Le châssisintègre des points de levage et de fixation.

Le rendement des groupes électrogènes croît avec leur puissance, mais reste limité au maximum que permet le cycle de Carnot, duquel doivent être soustraites les pertes mécaniques et électriques dans l'alternateur et la transmission. En particulier, les groupes de puissance modérée se caractérisent par un médiocre rendement et une consommation élevée.

Par exemple, pour un produit commercial qui délivre 5 500 W, mû par un moteur à essence de 9,55 kW qui consomme environ 2,5 L de carburant à l'heure lorsqu'il est utilisé à 2/3 de sa puissance nominale (soit 3 600 W) : Compte tenu des pertes thermiques inévitables dans les moteurs à combustion interne, il en résulte un rendement n'excédant pas 16 % du pouvoir calorifique du carburant.

Un groupe électrogène moderne est équipé de deux régulations. La tension de sortie est stabilisée (par exemple : 220 V) par un dispositif électronique qui agit sur l'alternateur. La vitesse de rotation du moteur et donc de l'alternateur doit aussi rester constante afin de garantir constantes la fréquence et la tension de sortie (50 Hz par exemple). Cette régulation se fait grâce à un dispositif centrifuge. Un dispositif à induction fondé sur les courants de Foucault tel que celui qui équipe les anciens indicateurs de vitesse des automobiles, ou un système électronique peuvent encore remplir cette fonction.

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2. Technologie à onduleur

Depuis une dizaine d'années, il existe un nouveau type de GE (dit inverter) qui fonctionne de manière particulière ; alors que les groupes électrogènes classiques utilisent directement les sorties d'un alternateur monophasé ou triphasé synchrone pour produire de l'énergie, cette technologie utilise un onduleur alimenté par le groupe électrogène, utilisant un alternateur triphasé, à excitation variable commandée par un régulateur électronique. Ce régulateur est programmé pour produire l'excitation nécessaire afin de délivrer la puissance requise pour alimenter l'onduleur. Le courant triphasé produit est redressé en courant continu puis transformé en courant alternatif par l'onduleur. Cette technique présente plusieurs avantages par rapport aux générateurs classiques :

 la fréquence et la tension du courant de sortie du groupe ne sont plus dépendantes du régime du moteur, ce qui lui permet de tourner à régime ralenti, si la puissance demandée est faible, ce qui réduit la consommation de carburant et le bruit ;

 si nécessaire, une batterie tampon fournit la puissance requise en cas d'augmentation brutale de la demande en électricité ;

 la fréquence et la tension de sortie sont beaucoup plus précises (ajustée des milliers de fois par seconde par le microprocesseur, dans le cas d'une régulation numérique, de l'ordre de la seconde pour une régulation mécanique simple) ;

 diminution drastique du bruit d'opération, surtout lorsque la demande est faible ;

 fonctionnement sécuritaire pour les appareils électriques sensibles, tel que les ordinateurs mais surtout les appareils médicaux et les instruments de précision.

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Figure 10: Principe schématique de fonctionnement de l’inverter.[13]

3. Groupe électrogène temps zéro (GTZ)

Il existe également des groupes électrogènes dits « temps zéro » (GTZ) ou groupes no-break. À la différence des groupes électrogènes classiques, ces groupes temps zéro ont un alternateur branché sur le réseau électrique, et en rotation permanente, qui alimente la charge alors que le moteur thermique (Diesel) est à l'arrêt lorsque le secteur est présent. En cas de creux de tension d'alimentation ou de coupure brève, le GTZ dispose d'une réserve d'énergie (batterie électrochimique ou accumulateur cinétique) qui permet de continuer à maintenir la rotation de l'alternateur (et donc de continuer à alimenter la charge).

En cas de coupure plus longue, le moteur Diesel est démarré à vide (car l'alternateur est déjà en rotation), lorsqu'il atteint la vitesse nominale, un embrayage à roue libre ou électromagnétique se ferme et, en assurant le couplage du moteur thermique à l'alternateur, permet la reprise de charge tandis

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qu'un contacteur isole l'alternateur du réseau. Le fonctionnement est alors celui d'un groupe électrogène classique, à la différence que la réserve d'énergie dont dispose le GTZ (cinétique ou électrochimique) permet d'assurer une meilleure qualité d'alimentation puisqu'elle vient en renfort du moteur thermique en cas d'impact de charge, limitant ainsi les variations de fréquence.

Il existe deux principaux types de groupes temps zéro :

 les plus anciens, dont la conception remonte aux années 1970 et 1980, utilisent un accumulateur cinétique horizontal sur un arbre commun au moteur Diesel et à l'alternateur. L’accumulateur cinétique est relié via un embrayage au Diesel. En cas de coupure électrique, l'accumulateur cinétique est couplé inductivement par impulsion à l'axe de rotation et entraîne ainsi mécaniquement l'alternateur qu'il maintient à la bonne fréquence. Le transfert d’énergie est unidirectionnel et une diminution brutale de charge entraîne une accélération du Diesel. Ces systèmes n'offrent pas la possibilité d'utiliser des batteries comme réserve d'énergie et sont, du fait de l'autonomie limitée des accumulateurs cinétiques horizontaux, exposés à des démarrages Diesel « de précaution » à chaque défaut secteur (creux de tension ou coupure) de quelques dizaines de millisecondes ;

 les plus récents, dont la conception remonte à la fin des années 1990, sont appelés « GTZ hybrides ». Dans ce schéma c’est l'alternateur qui est couplé via un embrayage roue-libre au Diesel. La réserve d'énergie qui peut être soit une batterie électrochimique, soit un accumulateur cinétique vertical, est en armoire.

Elle maintient électriquement l'alternateur en rotation (et donc l'alimentation de la charge) en cas de coupure. Avec un accumulateur cinétique vertical l’autonomie est suffisante pour ne pas avoir à démarrer le Diesel si le défaut ne dure que quelques secondes ce qui élimine les démarrages dus à des défauts transitoires et limite donc fortement la pollution due au Diesel. Avec une

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batterie, le démarrage du Diesel peut être temporisé plusieurs minutes. Dans le cas des GTZ hybrides à accumulateur cinétique le flux d’énergie est bidirectionnel : l’accumulateur d’énergie vient en assistance au Diesel et lisse les impacts de charge, la fréquence reste constante même en cas de baisse de charge brutale.

Une autre classification de GE est la suivante :

 Les groupes mobiles

Les groupes mobiles nécessitent d'être le plus compact possible et proposent des puissances domestiques (1 à 6 kW pour les portatifs) jusqu'à 10 kW maximum pour les déplaçables dans des tensions de courant standard 230 V monophasé et 400 V triphasé.

 Les groupes fixes

Les groupes fixes peuvent être imposants pour proposer des tensions élevées, des puissances beaucoup plus importantes et embarquer des systèmes plus poussés.

III- Définition de la puissance du groupe électrogène

La puissance d'un groupe électrogène est fonction de la production de courant de l'alternateur.

La puissance du moteur qu'il faut pour entraîner cet alternateur à son débit maximal est toujours proportionnée à l'alternateur, mais est rarement indiquée, car peu importante dans le choix du groupe électrogène.

Cependant, la puissance du moteur est calculée pour entraîner l'alternateur à