REPUBLIQUE DU BENIN -*-*-*-*-*-
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
-*-*-*-*-*-*-
UNIVERSITE D’ABOMEY-CALAVI -*-*-*-*-*-*-
ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY - CALAVI DEPARTEMENT DE GENIE MECANIQUE ET ENERGETIQUE
-*-*-*-*-*-*-
Option : ENERGETIQUE
POUR L’OBTENTION DU
DIPLÔME D’INGENIEUR DE CONCEPTION THEME :
Rédigé et soutenue par : Boris Aristophane W. ALODE
Le 06/01/2017 Sous la direction de :
MAITRE DE MÉMOIRE TUTEUR DE STAGE
Pr. Dr. Émile SANYA Mr Zanhounali DOSSOU
CONTRIBUTION A L’AUDIT EN ENERGIE ELECTRIQUE A LA
CIMBENIN S.A.
ANNEE ACADEMAIQUE : 2015-2016 9ième Promotion
Présenté par Boris ALODE –EPAC/UAC - 2016 i
SOMMAIRE
SOMMAIRE……….………...………….i
DEDICACE ... v
REMERCIEMENTS ... vi
RESUME ... vii
ABSTRACT ... iix
LISTE DE FIGURES ... x
LISTE DES TABLEAUX ... xii
LISTE DES PHOTOS ... xiv
SIGLES & NOMENCLATURE ... xv
INTRODUCTION GENERALE : ... xviiivii
PROBLEMATIQUE ... xx
CHAPITRE I : PRESENTATION DE LA CIMBENIN S.A. ET GENERALITES SUR LE PROCEDE DE FABRICATION DU CIMENT ... 21
1.1. Présentation de la CIMBENIN S.A ... 21
1.1.1. Historique ... 21
1.1.2. Description du bâtiment ... 2
1.1.3. Organigramme simplifié de la CIMBENIN S.A. ... 2
1.1.4. Service maintenance ... 4
1.2. Processus de fabrication de ciment A CIMBENIN S.A. ... 7
1.2.1. Généralités ... 7
1.2.2. Déchargement des matières premières (MP) ... 8
1.2.3. Chargement des matières premières ... 9
1.2.4. Broyage des matières premières ... 10
SOMMAIRE
Présenté par Boris ALODE –EPAC/UAC - 2016 ii
1.2.5. Description du broyeur ... 11
1.2.6. Ensachage de ciment ... 12
1.2.7. Travaux effectués au cours du stage ... 13
CHAPITRE II: GENERALITES SUR L’AUDIT ENERGETIQUE ... 18
2.1. Notion d’efficacité énergétique ... 18
2.1.1. Définition ... 18
2.1.2. Économie d’énergie et efficacité énergétique ... 19
2.1.3. Efficacité énergétique du bâtiment ... 21
2.1.4. Efficacité énergétique dans l’industrie ... 23
2.2. Méthode d’audit énergétique en électricité appliquée à la CIMBENIN S.A ... 27
2.2.1. Méthodologie suivie ... 27
2.2.2. Examen de l’existant ... 28
2.2.3. Exploitation et traitement des données ... 28
2.2.4. Elaboration du programme d’interventions ... 29
CHAPITRE III : BILAN ENERGETIQUE DES INSTALLATIONS ELECTRIQUES DE CIMBENIN ... 30
3.1. Description des installations électriques de CIMBENIN ... 30
3.1.1. Installations électriques ... 30
3.1.2. Installations des climatiseurs ... 32
3.1.3. Installations d’éclairage ... 33
3.1.4. Equipements de bureaux et électroménagers ... 38
3.1.5. Equipements de l’usine ... 40
3.1.6. Equipements du laboratoire ... 45
Présenté par Boris ALODE –EPAC/UAC - 2016 iii
3.1.7. Autres équipements électriques ... 46
3.1.8. Profil d’occupation du bâtiment ... 46
3.1.9. Cédule d’opération des équipements ... 47
3.2. Bilan de la consommation électrique ... 52
3.2.1. Bilan des luminaires ... 52
3.2.2. Bilan des équipements électriques de laboratoire ... 55
3.2.3. Bilan des équipements bureautiques et électroménagers ... 56
3.2.4. Bilan de la consommation électrique des climatiseurs ... 58
3.2.5. Bilan de la consommation électrique des moteurs ... 58
3.2.6. Détermination du rapport de charge ... 60
CHAPITRE IV : ANALYSE DE LA CONSOMMATION ENERGETIQUE DE LA CIMBENIN S.A ... 65
4.1. Comptage de l’énergie ... 65
4.2. Distribution de l’énergie électrique ... 65
4.3. Facturation ... 67
4.4. Analyseur de réseaux électriques ... 73
4.5. Facteurs influençant la consommation électrique ... 79
4.5.1. Rapport de charge des transformateurs ... 80
4.5.2. Rapport de charge des moteurs ... 80
4.5.3. Facteur de puissance ... 80
CHAPITRE V : RESULTATS ET MESURES CORRECTIVES SUITE A L’ANALYSE DE LA CONSOMMATION ELECTRIQUE ... 83
5.1. Système d’éclairage ... 83
5.1.1. Extinction & entretien des luminaires ... 83
SOMMAIRE
Présenté par Boris ALODE –EPAC/UAC - 2016 iv
5.1.2. Efficacité des lampes ... 84
5.1.3. Solutions d’économie financière & d’énergie ... 84
5.1.4. Comparaison économique des deux types de lampes ... 85
5.2. Climatisation ... 89
5.2.1. Problèmes liés à la climatisation ... 89
5.2.2. Solutions d’économies au niveau des climatiseurs ... 91
5.3. Moteurs électrique ... 94
5.3.1. Solutions technologiques ... 94
5.3.2. Estimation des économies à réaliser par l’utilisation des moteurs à haut rendement ... 96
5.4. Système d’air comprimé ... 97
5.5. Equipements bureautiques et électroménagers ... 98
CONCLUSION GENERALE & PERSPECTIVES ... 101
REFERENCE BIBLIOGRAPHIQUE ... 102
ANNEXES ... 103
Annexe 1: Mesures issues de l’analyseur de réseau sur la basse tension (taux de distorsion harmonique, puissance, facteur de puissance) ... 104
Annexe 2 : Consommation énergétique de l’usine et celle de la Direction Générale entre le 27 & 28 octobre 2016 ... 108
Annexe 3 : Énergie consommée au niveau de chaque phase ... 112
Annexe 4 : Facteur de Puissance au niveau de chaque phase ... 114
Présenté par Boris ALODE –EPAC/UAC - 2016 v
DEDICACE
REMERCIEMENTS
Présenté par Boris ALODE – EPAC/UAC - 2016 vi
REMERCIEMENTS
Nous ne saurions présenter ce modeste travail sans exprimer nos profondes gratitudes à tous ceux qui, de diverses manières, ont permis sa réalisation.
Je rends grâce à l’Éternel, Dieu Créateur, pour son amour infini, à travers tous les mécanismes particuliers qu’il a mis en place pour me forger, de ma naissance à ce jour, et pour l’assistance, la protection et ses riches béatitudes dont j’ai bénéficiées lors de la réalisation de ce travail.
Mes remerciements vont également à l’endroit de :
Professeur Mohamed SOUMANOU, Directeur de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi (EPAC) ;
Docteur Ir Clément AHOUANNOU, Maitre de conférences à l’UAC, Directeur Adjoint de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi (EPAC) ;
Docteur Vincent PRODJINONTO, Chef de département du Génie Mécanique et Energétique ;
Docteur Gédéon CHAFFA, l’Ex Chef de département Génie Mécanique et Energétique ;
Professeur Émile A. SANYA, 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 ;
Professeur Christophe AWANTO, pour ses conseils et les conduites à tenir dans le monde professionnel ;
Docteur Latif FAGBEMI, pour ses conseils et son temps, à moi accordé ;
Tous les enseignants de l’EPAC et spécialement ceux du Département de Génie Mécanique et Energétique (GME), qui, tout au long de mon cursus, m’ont donné un enseignement de qualité ;
Présenté par Boris ALODE – EPAC/UAC - 2016 vii
Monsieur Alfonso Martinez VELEZ, Directeur général de CIMBENIN S.A qui n’a ménagé aucun effort pour nous accepter dans l’usine ; merci infiniment ;
Monsieur Idrissou Djibril GADO, Directeur Technique de la société CIMBENIN S.A, pour la confiance en nous placée ;
Monsieur Norbert TALOGNON, Chef du service Maintenance de CIMBENIN S.A. Nous vous exprimons toute notre gratitude, pour avoir toujours été à notre écoute, pour ces apports tout au long de notre séjour au sein du service ;
Mon tuteur de stage, Monsieur Zanhounali DOSSOU, pour sa disponibilité, les efforts fournis dans la réalisation de ce document et ses nombreux conseils ;
Aux Ingénieurs Euloge S. MIGNIHA, Salim CHITOU, qui m’ont été de grande aide ;
Monsieur APLOGAN Wilfried, pour son soutien.
RESUME
Présenté par Boris ALODE – EPAC/UAC - 2016
viii
RESUME
Après avoir consacré des années d’efforts à l’amélioration des performances de production, la cimenterie de Sèkandji, gérée par CIMBENIN SA, qui est l’une des plus grandes consommatrices d’énergie électrique, s’engage aujourd’hui dans une démarche d’optimisation de ses coûts énergétiques. C’est la raison pour laquelle, un audit énergétique de ses installations électriques a été sollicité par sa Direction Générale. Cette étude de réalisation consiste tout d’abord en une campagne de prise des mesures des procédés relatifs à la consommation d’énergie électrique. C’est d’ailleurs pour cette raison que le présent document, intitulé ‘’Contribution à l’Audit en Energie Electrique de la CIMBENIN S.A’’, est réalisé pour le compte de CIMBENIN S.A. L’objectif poursuivi est l’amélioration de l’efficacité énergétique de la société. Une analyse sommaire des systèmes de consommation d’énergie a permis de déterminer les postes prioritaires. Ensuite, une analyse énergétique est venue affiner cette première approche. Ainsi, les sous-systèmes tels que l’éclairage, la climatisation, la distribution de l’air comprimé ainsi que la force motrice ont été examinés de manière plus approfondie. Il a donc été proposé des mesures, allant de la sensibilisation au renouvellement de certains équipements par d’autres, plus efficaces. Nous avons pu évaluer l’effet des mesures d’économie, en déterminant les gains escomptés. Nous nous attendons à une réduction en termes d’économie financière d’une valeur de 36.593.851 FFCA par an, une fois les mesures mises en œuvre. La planification que nous avons proposée dans le présent document devrait permettre une mise en œuvre aisée des différentes mesures.
Mots clés :
Audit ; Énergie ; Puissance ; analyse énergétique ; efficacité énergétique
Présenté par Boris ALODE – EPAC/UAC - 2016 ix
ABSTRACT
After having devoted years of efforts to the improvement of the performances of production, the cement factory of Sèkandji, managed by CIMBENIN SA, which is one of the largest consumers of electric power, engages today in a step of optimization of its energy costs. This is why, one to that the energetics of its electric installations was requested by its Directorate- General. This study of realization consists first of all of a catch campaign of measurements of the processes relating to the electric consumption of power. It is besides for this reason that this document, entitled `' Contribution to the Audit in Electric Power of CIMBENIN S.A '', is carried out for the account of CIMBENIN S.A. the aim in view is the improvement of the energy effectiveness of the company. A summary analysis of the systems of consumption of energy made it possible to determine the priority stations. Then, an energy analysis came to refine this first approach. Thus, the subsystems such as lighting, air- conditioning, the distribution of the compressed air as well as the driving force were examined thoroughly. It was thus put forward measures, energy of sensitizing to the renewal of certain equipment by others, more effective. We could evaluate the effect of measurements of economy, by determining the discounted profits. We expect a reduction in terms of financial saving in a value of 36.593.851 FFCA per annum, once the measures taken. Planning that we proposed in this document should allow implementation an easy of various measurements.
Key words:
To that; Energy; Power; analyze energy; energy effectiveness.
LISTE DES FIGURES
Présenté par Boris ALODE – EPAC/UAC - 2016 x
LISTE DE FIGURES
Figure 1.1. : Organigramme de la CIMBENIN S.A………..3
Figure 1.2. : Schéma synoptique du processus de fabrication de ciment à CIMBENIN S.A. ... 16
Figure 3.1. : Profil d’occupation annuelle ... 47
Figure 3.2. : Cédules de la climatisation ... 48
Figure 3.3. : Cédules de l’éclairage intérieur ... 49
Figure 3.4. : Cédule de l’éclairage extérieur ... 49
Figure 3.5. : Cédule de l’éclairage des corridors et toilettes ... 50
Figure 3.6. : Cédules des matériels bureautiques ... 50
Figure 3.7. : Cédule des matériels électroménagers ... 51
Figure 3.8. : Cédule des matériels du laboratoire ... 51
Figure 3.9. : Profil de répartition de la puissance électrique installée ... 63
Figure 3.10. : Profil de répartition de la consommation électrique annuelle ... 64
Figure 4.1. : Réseau électrique Moyenne Tension………..66
Figure 4.2. : Distribution électrique basse tension ... 67
Figure 4.3. : Evolution mensuelle des consommations actives appelées nuit, pointe et jour de la CIMBENIN ... 69
Figure 4.4. : Evolution mensuelle de la consommation électrique : SBEE et Groupes électrogènes ... 70
Figure 4.5. : Montant facturé ... 71
Figure 4.6. : Consommation spécifique mensuelle en 2015 ... 72
Figure 4.7. Profil de puissance des trois (3) phases ... 74
Figure 4.8. : Profil de puissance du cumul des phases ... 75
Présenté par Boris ALODE – EPAC/UAC - 2016 xi
Figure 4.9. : Profil du facteur de puissance des trois (3) phases ... 76
Figure 4.10. : Profil du facteur de puissance cumulé ... 76
Figure 4.12. : Taux de distorsion harmonique en courant L2 ... 77
Figure 4.13. : Taux de distorsion harmonique en courant L3 ... 78
Figure 4.14. : Puissance appelée au niveau de l’usine (CIM) et de la direction générale (DG) ... 79
LISTE DES TABLEAUX
Présenté par Boris ALODE – EPAC/UAC - 2016 xii
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 3.1. : Facture de consommation de SBEE et GE de 2015……...32
Tableau 3.2. : Point des unités de climatisation ... 33
Tableau 3.3. : Point des luminaires ... 34
Tableau 3.4. : Luminaires intérieurs ... 35
Tableau 3.5. : Luminaires extérieurs ... 37
Tableau 3.6. : Luminaires corridors et toilettes ... 38
Tableau 3.7. : Équipements de bureaux ... 39
Tableau 3.8. : Equipements électroménagers ... 39
Tableau 3.9. : Point des moteurs de déchargement clinker ... 40
Tableau 3.10. : Point des moteurs de chargement MP ... 41
Tableau 3.11. : Point des moteurs de mouture ... 41
Tableau 3.12. : Point des moteurs de l’ensachage ... 42
Tableau 3.13. : Point des moteurs du séparateur ... 43
Tableau 3.14. : Point des moteurs du compresseur et sur presseur... 44
Tableau 3.15. : Point des moteurs électriques ... 44
Tableau 3.16. : Equipements électriques du laboratoire ... 45
Tableau 3.17. : Jours ouvrables, fériés et Week-end de 2015 ... 46
Tableau 3.18. : Cédules d’opération des équipements ... 48
Tableau 3.19. : Rapport de charge moyen des moteurs de l’usine ... 61
Tableau 3.20. : Récapitulatif du bilan énergétique électrique ... 63
Tableau 4.1. : Consommation des actives de nuit, pointe et jour (kWh) ... 68
Tableau 4.2. : Récapitulatif des consommations et coûts correspondants ... 70
Tableau 4.3. : Consommation électrique spécifique en kWh/T de 2015 ... 72
Présenté par Boris ALODE – EPAC/UAC - 2016 xiii
Tableau 5.1. : Remplacement des tubes fluo par des LED ... 88 Tableau 5.2. : Comparaison entre un moteur efficace et un moteur à haut
rendement [5] ... 96
LISTE DES PHOTOS
Présenté par Boris ALODE – EPAC/UAC - 2016 xiv
LISTE DES PHOTOS
Photo 1.1. : Vue du broyeur ... 12 Photo 3.1. Vue du local du Groupe Photo 3.2. Batteries de condensateurs ... 31 Photo 3.3. : Interrupteur horaire ... 36 Photo 4.1. : Analyseur de réseaux ... 74 Photo 5.1. : Lampe recouverte de poussière ... 85 Photo 5.2. : Type d’ouverture augmentant la consommation électrique au
niveau des climatiseurs ... 90 Photo 5.3. : Condenseur d’un climatiseur encrassé ... 90
SIGLES & NOMENCLATURE C : facteur de simultanéité
𝐜𝐨𝐬 𝝋: Facteur de puissance à pleine charge
𝑪𝒐𝒔𝝋 𝒊 : Facteur de puissance nominale des moteurs El : Efficacité lumineuse
𝑬𝒂𝒏𝒏𝒖𝒆𝒍𝒍𝒆: Consommation annuelle
𝑬𝒂𝒏𝒖𝒆𝒍 𝒃𝒖𝒓𝒐 : Consommation annuelle d’énergie de bureaux 𝑬𝒂𝒏𝒖𝒆𝒍 𝒎𝒐𝒕𝒆𝒖𝒓 : Energie annuelle des moteurs
𝑬𝒍𝒂𝒃𝒐 : Consommation d’énergie du laboratoire
𝑬𝒃𝒖𝒓𝒐 𝒋𝒐 : Consommation d’énergie par jour ouvrable des équipements bureautiques
𝑬𝒃𝒖𝒓𝒐 𝒋𝒇𝒔 : Consommation d’énergie par jour férié et fin semaine des équipements bureautiques
𝑬é𝒍𝒆𝒄𝒕𝒓𝒐 : Consommation d’énergie des équipements électroménagers 𝑬𝒇𝒎 : Efficacité du moteur électrique
F : Flux lumineux
GE : groupe électrogène
H : heure de fonctionnement des moteurs I : Intensité nominale à pleine charge 𝑰𝒏 𝒊 : Intensité nominale des moteurs 𝒌𝑾é𝒑𝒂𝒓𝒈𝒏é𝒔 : Kilowattheures épargnés
MHR : moteur à haut rendement
INTRODUCTION GENERALE
Présenté par Boris ALODE – EPAC/UAC - 2016 xvi
MSTD : moteurs standard
𝑵𝒋𝒐 : Nombre de jours ouvrables dans l’année
𝑵𝒋𝒇𝒔: Nombre de jours fériés et de fins de semaine
LED: light- emitting diode (diode electroluminescence) P : Puissance
P : Puissance appelée Pm : puissance effective
𝑷𝑻: Puissance totale des équipements
𝑷𝑻𝒍𝒂𝒃𝒐 : Puissance totale des équipements du laboratoire
𝑷𝑻 é𝒍𝒆𝒄𝒕𝒓𝒐 : Puissance totale des équipements électroménagers 𝑷𝑻 𝒄𝒍𝒊𝒎 : Puissance totale des climatiseurs
𝑷𝒏 𝒊 : Puissance nominale des moteurs
𝑹(𝑴𝑺𝑻𝑫) : Rendement d’un moteur standard
𝑹(𝑴𝑯𝑹) : Rendement d’un moteur à haut rendement
RC : Rapport de charge
RC moy: Rapport de charge moyenne des moteurs SBEE : Société Béninoise d’énergie électrique
𝑻𝒂𝒖𝒙𝒋𝒐: Nombres des équipements allumés en pourcentage par jour ouvrable
𝑻𝒂𝒖𝒙𝒋𝒇𝒔 : Nombres des équipements allumés en pourcentage par jour férié et fin semaine
𝑻𝒆𝒎𝒋𝒐 : Nombre d’heures de fonctionnement par jour ouvrable
𝑻𝒆𝒎𝒋𝒇𝒔: Nombre d’heures de fonctionnement par jour férié et fin semaine
U : Tension nominale à pleine charge 𝑼𝒏 𝒊 : Tension nominale des moteurs
Wmo : puissance mécanique du moteur (compresseur) Wmi : puissance d’entrée du moteur (compresseur)
INTRODUCTION GENERALE
Présenté par Boris ALODE – EPAC/UAC - 2016 xviii
INTRODUCTION GENERALE
L’énergie est l’un des leviers indispensables pour le développement d’une nation. Elle existe sous diverses formes et est utilisée par les hommes pour la satisfaction de plusieurs besoins. L’énergie prend plusieurs formes selon son utilité pour l’homme ; ainsi nous avons entre autres, l’énergie thermique, l’énergie mécanique, électrique, solaire, hydraulique, éolienne, nucléaire, etc.
L’énergie est dite primaire lorsqu’elle n’a été soumise à aucun processus de transformation, ni de conversion. Elle regroupe d’une part l’énergie non renouvelable, présente dans les combustibles comme le charbon, le pétrole brut, le gaz naturel, l’uranium et d’autre part, l’énergie renouvelable telle que l’énergie solaire, éolienne, hydraulique et géothermique. La plus grosse part d’énergie primaire utilisée de par le monde est l’énergie non renouvelable. Les réserves de combustibles fossiles diminuent rapidement contrairement au prix de l’énergie qui ne cesse d’augmenter. C’est cette situation qui a conduit au concept d’efficacité énergétique au début des années 70. L’énergie est utilisée aussi bien dans les bâtiments que dans les industries. Mais elle est beaucoup plus utilisée par dans l’industrie cimentière sous diverses formes. Dans un environnement de rude concurrence, pour assurer sa pérennité, toute entreprise productrice de biens ou de services se doit de consommer le moins d’énergie possible pour la même prestation. La production de ciment dans les pays en voie de développement ne cesse de s’accroitre. Il convient de chercher de manière continue à baisser le coût de production. Notre pays le Bénin qui est un pays en voie de développement n’est donc pas en marge de cette situation.
Une autre raison de taille qui devrait inciter les industries en général et celles cimentières en particulier à baisser leur consommation énergétique est l’aspect environnemental de la situation. En effet, les rejets de gaz à effet de serre par les industries posent un véritable problème environnemental à travers la destruction de la couche d’ozone et les différentes pollutions atmosphériques.
Il se pose alors, en plus des problèmes financiers et de réserves insuffisantes, un
crucial problème environnemental. La CIMBENIN S.A, industrie cimentière installée au Bénin, soucieuse de l’impact de ses activités sur son environnement a donc lancé il y a quelques années un audit énergétique afin de réduire les pôles de consommation d’énergie dans son usine. Avec l’avènement de nouveaux concurrents sur le marché cimentier, les autorités de la CIMBENIN ont décidé cette fois-ci de focaliser leur analyse sur l’énergie la plus utilisée dans l’usine, l’énergie électrique. Le présent travail a donc pour tâche, de répondre aux aspirations des autorités de la CIMBENIN S.A, à travers la CONTRIBUTION A L’AUDIT EN ÉNERGIE ÉLECTRIQUE DE LA CIMBENIN S.A. L’objectif est de déterminer les gisements possibles d’économie et les actions à mener afin d’assurer une meilleure gestion de cette énergie qui est aujourd’hui une denrée chère mais indispensable.
Ce travail est subdivisé en cinq chapitres qui sont présentés comme suit :
Le premier chapitre parlera de la présentation de CIMBENIN ainsi que des généralités du procédé de fabrication du ciment ;
Le deuxième chapitre traitera les généralités concernant l’audit énergétique ;
Dans le troisième chapitre, nous ferons un bilan énergétique des installations électriques de CIMBENIN S.A ;
En suite dans le quatrième chapitre nous traiterons les analyses de la consommation électrique de CIMBENIN ;
En fin dans le cinquième chapitre, nous aborderons les résultats et mesures correctifs de l’analyse de la consommation électrique de CIMBENIN S.A.
PROBLEMATIQUE
Présenté par Boris ALODE – EPAC/UAC - 2016
xx
PROBLEMATIQUE
L’évolution technologique actuelle de l’humanité est telle qu’il serait inimaginable de vivre sans énergie. L’énergie électrique en particulier est le type d’énergie le plus couramment utilisée dans les activités quotidiennes des humains. Maintenant que cette énergie est devenue un des vecteurs de croissance économique et industrielle les plus importants, assurer sa production continue est devenu primordiale. Cette grande poussée technologique et industrielle n’est pas sans conséquence, car les réserves d’énergies non- renouvelables s’épuisent à grande vitesse et il devient donc impérieux non seulement de trouver et d’utiliser de plus en plus des sources d’énergies renouvelables, mais aussi de revoir l’utilisation faite de l’énergie, surtout en milieu industriel. La CIMBENIN S.A est une industrie de production de ciment qui comme nombres d’industries, utilise l’énergie électrique de façon poussée pour la bonne marche de ses activités. L’énergie en général, et l’énergie électrique en particulier, étant considérée aujourd’hui comme un facteur de production, il convient de faire un usage optimal de celle-ci. C’est dans cette optique que la CIMBENIN a décidé de mener une étude sur les moyens d’améliorer l’intrant que constitue l’énergie électrique dans la chaîne de production du ciment. Une étude d’efficacité énergétique de l’énergie électrique a donc été demandée par les autorités de l’entreprise, afin de répondre au besoin d’amélioration de ces consommations en énergie électrique. Le présent travail va dans ce sens en menant un audit énergétique sur l’utilisation faite de l’énergie électrique afin de passer à la Contribution à l’Audit en Energie Electrique de la CIMBENIN S.A.
Nous présenterons, à travers ce chapitre une vue générale de l’usine, de par son historique, sa structure, sa politique de sécurité, sa méthode de maintenance adoptée ainsi que les étapes de fabrication de ciment à CIMBENIN S.A.
1.1. Présentation de la CIMBENIN S.A 1.1.1. Historique
Le 30 Avril 1976 fut la création d’une usine sous le nom de SO.NA.CI (Société Nationale de Ciment). Cette dernière a connu le démarrage effectif de ses activités le 16 Août 1978 avec un capital social de 500.000.000 FCFA. Le 28 Février 1991 elle a été privatisée et est devenue CIMBENIN S.A, à cause de la crise économique à la fin des années 80.
Située dans la commune de Sèmè-Kpodji plus précisément dans le village de Sèkandji (Département de l’Ouémé) au Pk8 route de Porto-Novo, CIMBENIN S.A. est une usine de cimenterie spécialisée dans la fabrication de ciment de type Portland CPJ 35 et CPA, conforme à la norme française NF P 15- 301 à partir des matières premières telles que : le Clinker, le Calcaire et le Gypse. Notons aussi que cette entreprise avec un capital social de 1.950.000.000
CHAPITRE I :
PRESENTATION DE LA CIMBENIN S.A. ET GENERALITES SUR LE PROCEDE DE
FABRICATION DU CIMENT
Chapitre I : Présentation de la CIMBENIN S.A. et généralités sur le procédé de fabrication du ciment
Présenté par Boris ALODE – EPAC/UAC - 2016 2
FCFA est une filiale du groupe Allemand HEIDELBERG CEMENT qui possède 13 cimenteries en Afrique réparties dans plus de 8 Pays [1].
1.1.2. Description du bâtiment
Les bâtiments abritant les installations de CIMBENIN datent des années 1987 à 1997 selon les informations recueillies sur place. Cette situation n’entache pas l’aspect moderne de ceux-ci. Nous dénombrons plusieurs bâtiments, à savoir le bloc administratif, le bloc de l’atelier, celui du laboratoire, du magasin central, de la salle de la centrale et moyenne tension, de l’ensachage, ainsi que le bloc de la commande du broyage et d’automatisme. Nous avons également les halls destinés au stockage du clinker, du calcaire et du boulet, ainsi que le parking à camion et engins lourds, les vestiaires.
L’enveloppe des bâtiments est constituée d’agglomérés recouverts par des revêtements interne et externe. Les murs des bureaux sont en majeure partie en peints blanc. Les portes que l’on retrouve au niveau des bureaux sont en contre- plaqué ou en bois. Celles des magasins sont en tôles et de couleur bleue. Dans les bureaux, les fenêtres sont, des baies vitrées et quelques fois des persiennes métalliques ou vitrées. Les toitures rencontrées sont de diverses natures : en tuile, tôle ou en dalle. Certains locaux, comme les bureaux, le laboratoire, pour ne citer que ceux-là, disposent de l’isolation au niveau du plafond. Ils ont en outre leur plancher recouvert de carreaux. Nous avons également le local dédié aux groupes électrogènes qui est délimité par des grillages. Sur les clôtures principales, nous retrouvons des barbelés.
1.1.3. Organigramme simplifié de la CIMBENIN S.A.
La structure organisationnelle de CIMBENIN S.A. repose sur un comité de quatre (04) directions et un service, tous sous la supervision de la Direction Générale. Il s’agit de : la Direction Technique, la Direction Financière et Comptable, la Direction des Ressources Humaines, la Direction Commerciale et du service d’approvisionnement. L’organigramme détaillé de la CIMBENIN S.A. est présenté à la figure 1.1.
Figure 1.1. : Organigramme de la CIMBENIN S.A
Chapitre I : Présentation de la CIMBENIN S.A. et généralités sur le procédé de fabrication du ciment
Présenté par Boris ALODE – EPAC/UAC - 2016 4
Comme on peut l’observer sur la figure 1.1, la direction technique abrite trois services dont le service de la maintenance au sein duquel nous avons effectué notre stage.
1.1.4. Service maintenance
Le service maintenance de CIMBENIN assure la mise en état de fonctionnement permanent de tous les équipements de production et des infrastructures de l’usine. Pour ce faire, il comprend trois (03) divisions :
la division mécanique
la division électricité
la division groupes électrogènes et compresseurs.
Sous la responsabilité du chef service maintenance et sous la direction des chefs division, les travaux de maintenance se font fréquemment sur :
les réducteurs ;
les filtres ;
les paliers ;
les moteurs ;
les groupes électrogènes ;
et les compresseurs ;
Le service de maintenance est animé par les électriciens, les mécaniciens et les soudeurs. En vue d’assurer la production continue du ciment, des équipes appelées QUART sont constituées et se relayent par intervalles de huit heures.
1.1.4.1. Division mécanique
Sous la direction du chef de division, elle assure essentiellement les travaux de maintenance mécanique à savoir :
ceux de construction métallique (couramment la soudure) ;
les interventions à l’usine
Les équipements concernés par ces interventions sont, entre autres :
les élévateurs ;
les bandes transporteuses ;
le broyeur ;
le séparateur
les groupes électrogènes ;
les compresseurs d’air ;
les surpresseurs ;
l’ensacheuse ;
les engins lourds ;
Il faut noter que ces derniers sont soumis à des contrôles périodiques.
C’est ainsi que des travaux journaliers de maintenance préventive, hebdomadaires, mensuels, trimestriels et semestriels sont effectués sur l’ensacheuse, selon les prescriptions du constructeur. De même, un arrêt programmé du broyeur est fait toutes les cinq (05) semaines.
Aussi, pouvons-nous citer, entre autres :
le décolmatage des filtres (qui consiste à éliminer, au maximum, les croutes de ciment qui se seraient déposées sur les filtres, réduisant ainsi leur performance) ;
le réglage de ‘’déport" au niveau des bandes transporteuses ;
le remplacement de rouleaux et de filtres à manche ;
la révision des vérins et des accouplements ;
la vulcanisation de bandes ;
la maintenance des équipements roulants (chargeuses, bulldozers, fourchette…).
1.1.4.2. Division électricité
Sous la direction du Chef de division, elle est composée d’un ensemble d’électriciens qui ont pour devoir d’assurer la maintenance des différents moteurs électriques installés à l’usine. Elle s’occupe également des installations électriques et téléphoniques dans les bureaux. L’électronicien assure la
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maintenance des installations électroniques. La plupart des travaux à effectuer font l’objet "d’ordre de travail" (OT) suivi d’un rapport écrit fait par l’exécutant.
En fin de semaine, des travaux d’entretien sont répartis aux électriciens qui sont en poste. Ainsi, les moteurs auxiliaires au moteur principal du broyeur, ceux des filtres intensifs, des bandes transporteuses des doseurs et autres sont entretiens, tout comme ceux de l’ensachage qui ont particulièrement besoin d’un entretien hebdomadaire. Il existe aussi des travaux mensuels et trimestriels. Les électriciens interviennent aussi au niveau des groupes électrogènes. Ils assurent leur démarrage, leur suivi pendant la mise en service, et autant qu’ils le peuvent, leur dépannage.
Lors des arrêts planifiés (celui du broyeur par exemple), la division électricité a pour tâches essentielles la maintenance :
du moteur principal du broyeur ;
du démarreur du broyeur ;
des transformateurs moyenne tension (MT) et basse tension (BT) ;
des vérins électriques des silos ;
et des moteurs électriques des autres équipements électriques.
1.1.4.3. Division groupes compresseurs
Sous la directive du Chef de division, cette division est chargée des travaux de maintenance au niveau des :
groupes électrogènes ;
compresseurs d’air ;
surpresseurs.
Dans cette division, les interventions courantes sont soit, mécaniques, électriques, pneumatiques ou hydrauliques. Elle participe également aux travaux de maintenance à l’usine. Selon la prescription des constructeurs, elle assure une maintenance préventive systématique sur ces équipements.
1.2. Processus de fabrication de ciment A CIMBENIN S.A.
1.2.1. Généralités
En général, le processus de fabrication de ciment se fait en deux étapes principales, à savoir :
la production du clinker cuisson de matières premières (calcaire, argile, alumine et oxyde de fer…), préalablement broyées finement et mélangées dans des proportions bien définies ;
la fabrication du ciment Co-broyage du clinker avec du gypse (régulateur de prise) et éventuellement d’autres matériaux, appelés ajouts, pouvant présenter une aptitude similaire au clinker du point de vue des résistances mécaniques. Ces ajouts peuvent être du calcaire ou du laitier…
Mais, ne disposant pas du gisement de calcaire nécessaire sur place pour produire elle-même le clinker, la CIMBENIN l’importe, ce qui réduit le processus de fabrication du ciment simplement à la deuxième étape.
Avant de décrire sommairement cette deuxième étape de fabrication du ciment, il est nécessaire de se poser la question suivante : Qu’est-ce que le ciment?
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). Sa fabrication par broyage met en jeu les trois matières principales qui sont le Clinker, le calcaire et le gypse, indispensables à la régulation de la prise du ciment.
CIMBENIN S.A produit spécialement, suivant la norme française NF P 15-30, le ciment de type Portland CPJ-35. Néanmoins, sur demande de la clientèle, elle produit aussi le ciment de type Portland CPA et d’autres types suivant la norme requise. La chaîne de fabrication du ciment à la CIMBENIN S.A suit quatre (04) grande étapes :
le déchargement des Matières Premières (MP) ;
le chargement des matières premières ;
le broyage des matières premières ;
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l’ensachage du ciment.
1.2.2. Déchargement des matières premières (MP)
Le premier volet de la chaine de fabrication du ciment à la CIMBENIN S.A. est le déchargement des MP que sont : le clinker, le calcaire et le gypse.
Car pour la production du ciment, la CIMBENIN utilise, dans les proportions bien définies, les trois matières premières précitées.
Le clinker qui est le principal constituant du ciment est un produit semi- fini obtenu par la cuisson d’un mélange des matières premières (généralement calcaire et argile et parfois d’autres oxydes apportés par le sable et le minerai de fer qui sont ajoutés au besoin) à haute température (1450°C). Son élaboration se fait suite à une série de transformations moyennant des dispositifs de grandes fonctionnalités tels que le concasseur, le broyeur à cru, le cyclone, le four rotatif, le refroidisseur etc. Le clinker utilisé à la CIMBENIN S.A. est fabriqué au Togo par la société SCAN-TOGO une filiale du groupe Heidelberg Cement. Il est ensuite camionné du Togo vers la CIMBENIN et déchargé dans une trémie. De la trémie, le clinker est extrait par l’extracteur qui le déverse sur une bande transporteuse. Par suite, la bande transporteuse le convoi dans le hall clinker. Le clinker est ensuite disposé en tas dans le hall par le chariot verseur. Le clinker étant une matière qui émet beaucoup de poussière, il est prévu un filtre dans la cabine de déchargement et un autre sur la bande transporteuse pour absorber les émissions de poussière de clinker.
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.). C’est une roche très courante composée d’au moins 50% de calcite, et souvent accompagnée de dolomite et d’aragonite.
Lorsqu’elle est brûlée ou calcinée, cette roche produit de la chaux. Pour ce qui est du calcaire à la CIMBENIN S.A., il est extrait localement dans le Mono plus précisément à Gbakpodji. Transporté par des camions vers l’usine, son déchargement se fait simplement dans un autre hall dénommé hall calcaire.
Le gypse est un minéral sédimentaire courant, composé de sulfate dihydraté de calcium (CaSO4, 2H2O). Il est répandu et formé par la précipitation du sulfate de calcium présent dans l’eau de mer. Le gypse est constitué dans les régions volcaniques par l’action de l’acide sulfurique sur les minéraux contenant du calcium. On le trouve également dans la plupart des argiles comme produit issu de l’action de l’acide sulfurique sur le calcaire.
Exploité dans le monde entier, il existe de très nombreux gisements en France, en Suisse, aux États-Unis et au Mexique. Quant au Gypse, il est importé de l’extérieur, est déchargé à l’air libre par les camions bernes.
1.2.3. Chargement des matières premières
Le second volet de la chaîne de fabrication a pour but principal le transport et le stockage des matières premières dans leurs silos respectifs. Il commence par le choix de la matière première à stocker suivi de la sélection du silo approprié. Le positionnement sur le silo choisi est fait par un vérin situé sur les silos de matières premières. La matière choisie est ensuite versée dans une trémie par une chargeuse, tombe ensuite sur la bande transporteuse qui la convoie au pied de l’élévateur choisi (il y a deux élévateurs ‘’Matières Premières’’). Notons que la bande transporteuse est alimentée en matières premières par deux trémies. Elle dispose d’un filtre pour l’absorption de la poussière, de deux dispositifs de sécurité : l’arrêt d’urgence à corde et le capteur de déport. De même un électro-aimant dont le rôle est d’attirer les débris de métaux contenus dans les matières premières est installé au-dessus de la bande.
De l’élévateur, quand il s’agit du clinker ou du gypse, la matière est directement déversée dans le silo correspondant. Dans le cas du chargement du calcaire, la matière quittant l’élévateur est déversée sur une autre bande transporteuse située au-dessus du silo calcaire, qui la convoie dans le silo calcaire. La capacité de stockage de chacun de ces silos est de 300 tonnes environ. Il convient de noter la présence d’un filtre sur le silo clinker pour absorber les éventuelles poussières soulevées lors du déversement du clinker dans le silo.
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1.2.4. Broyage des matières premières
La mouture est le processus de broyage des matières premières. Elle consiste à réduire par écrasement les matières MP. Elle constitue essentiellement l’étape majeure du processus de fabrication du ciment, puisque le ciment n’est obtenu qu’à la fin de cette phase. En effet, la CIMBENIN S.A. utilise le broyeur à boulets de 11m sur 3m (ou broyeur tubulaire cylindrique à axe horizontal) séparé en 02 compartiments contenant des boulets en acier. Entrainé par son moteur, il est alimenté en MP par la bande transporteuse M1.13 qui reçoit les 03 MP (Gypse, Calcaire et Clinker) dans les proportions bien définies issues d’un système de dosage automatique chargé d’effectuer des tests dans le laboratoire tout au long du processus de production.
La rotation du broyeur fait broyer les matières sous l’effet des efforts mécaniques des boulets : le relevage des boulets permet d’écraser les matières.
Au cours du broyage, la matière passe de la première chambre à la deuxième chambre. Dans la 1ère chambre, se fait le broyage grossier et dans la 2ième chambre, la mouture finale jusqu’à la finesse désirée (inférieur à 40 microns environ). La matière ainsi broyée est aspirée par le filtre à manches à travers le trommel qui rejette les éventuels grains non suffisamment broyés. Le ciment descend dans la vis sortie-broyeur par le sas alvéolaire pour être convoyé au pied de l’élévateur-ciment. Une partie du ciment, est emprisonnée dans le filtre à manches qui la filtrera, laissant l’air pur s’échapper. Le filtrat est aussitôt acheminé vers la vis sortie-broyeur grâce à la vis sous filtre-broyeur.
L’élévateur-ciment est constitué d’une centaine de godets reliés à une chaîne.
Ces godets prélèvent le ciment et le versent dans des goulottes situées au-dessus de deux silos-ciment cylindriques (15m de haut, 8.6m de diamètre avec une base conique de 6.5m de diamètre) ayant chacun une capacité de 1100 tonnes environ. Un filtre intensif est également installé sur les silos-ciment pour empêcher la propagation de poussière de ciment.
Notons qu’avec le projet en cours : le broyeur sera équipé d’un séparateur en vue d’en faire un circuit fermé de broyage.
A la sortie du broyeur, le ciment est transporté vers deux silos de grandes capacités qui alimentent par suite l’atelier d’ensachage pour l’expédition en sacs ou la livraison en vrac du ciment (sans emballage).
1.2.5. Description du broyeur
Le broyeur à boulets est l’un des équipements primordiaux de l’usine. Il sert au broyage des matières premières, à savoir : le clinker, le calcaire et le gypse, afin de les transformer en ciment. Cette opération s’effectue grâce à des boulets. Selon la qualité de ciment voulue, les matières premières préalablement énumérées sont dosées. Elles sont ensuite convoyées par l’intermédiaire d’une bande transporteuse (M1-13).
Pour mener à bien sa mission, cet équipement relativement complexe dispose d’un certain nombre d’accessoires. Nous pouvons citer essentiellement un moteur électrique de 1250kW actionné par un démarreur, un réducteur principal, un réducteur de virage, un pignon d’attaque et une couronne solidaire à la virole du broyeur. La couronne et le pignon sont lubrifiés par un dispositif d’arrosage à l’huile comprenant un réservoir d’huile de 600 L, un groupe motopompe monté sur le réservoir, protégé par soupape de sureté, un filtre nettoyable en marche, un réfrigérant, une rampe d’arrosage de denture, des tuyauteries et un dispositif de sécurité.
La structure du broyeur est constituée d’une virole de 11 mètres de long et de 3 mètres de diamètre. Dans un souci de protection, l’intérieur de la virole est tapissé de plaques d’usure.
Les matières premières sont broyées grâce à des boulets de tailles décroissantes de l’entrée jusqu’à la sortie. Le broyeur est constitué de deux chambres, d’un fond d’entrée, d’une cloison intermédiaire et d’un ventilateur aspirant qui assure la dépression. Le fond d’entrée est pourvu de plaques (plaques de fond d’entrée) en acier allié au manganèse (FMU 87) ; quant aux
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deux chambres, elles disposent de plaques (plaques de virole) de différentes natures et des boulets de tailles différentes. Les plaques ont pour rôle de classer les boulets et de servir de protection à la tôle de la virole. De même, la cloison intermédiaire est pourvue d’une charpente et des écopes. L’ensemble de la virole repose sur deux paliers à coussinets. L’image ci-dessous nous montre la vue du broyeur. [1]
Photo 1.1. : Vue du broyeur
1.2.6. Ensachage de ciment
Dans le compartiment dit de l’ensachage, le ciment est livré en sac de 50 kg, mais il peut également être livré en vrac. Dès lors que le ciment est stocké dans le silo, de l’air chaud, injecté par des suppresseurs situés en partie basse des silos-ciment, permet de réaliser la fluidification et l’extraction du ciment afin de l’acheminer depuis les silos jusqu’au Roto-Packer (l’ensacheuse rotative) en passant successivement par les brises-blocs, les vannes doseuses, les vis sous silo, le crible et la vanne d’alimentation en ciment. Le ciment pourra donc être livré en sacs. Les fuites de ciment, apparues au niveau du Roto-Packer, tombent
dans la vis sous Roto-Packer qui les conduit au pied de l’élévateur par le biais de la vis retour-poussière-élévateur. L’ensachage dispose aussi d’un filtre intensif qui se charge d’emprisonner la poussière générée. Le ciment obtenu est également acheminé jusqu’au pied de l’élévateur en passant par le sas alvéolaire, la vis sous-filtre-ensachage et la vis retour-poussière-élévateur. L’ensachage du ciment dans les sacs en papier est effectué par deux machinistes. Ces derniers positionnent les sacs successivement sur les 8 becs de l’ensacheuse ‘’Roto- Packer’’ en rotation. Lorsqu’un sac est plein (masse de 50kg), il est automatiquement éjecté sur l’un des tapis d’évacuation (il en existe 02 de part et d’autres du Roto-Packer). Du tapis d’évacuation, le sac passe par la chambre de nettoyage, atterrit sur le tapis transporteur avant d’être acheminé vers l’en- camionneur auquel il est relié. A la fin de chacun des en camionneurs, se trouvent deux ouvriers chargés de réceptionner et de ranger les sacs de ciment dans les camions.
La livraison en vrac est assurée par un accordéon qui reçoit le ciment apporté par la vis-vrac après l’ouverture de la vanne doseuse. Cette forme de livraison n’est possible qu’à partir du silo-ciment n°2.
1.2.7. Travaux effectués au cours du stage
Notre stage s’est déroulé à la direction technique, et plus précisément dans la Division Mécanique du Service Maintenance. Cette division est coiffée par un Chef d’Atelier Mécanique (CAM) qui supervise les divers travaux des mécaniciens qui travaillent sous sa houlette. Nous avons commencé notre stage au sein de cette division le mardi 02 Aout 2016. Après une formation sur les mesures de sécurité et les règles en vigueur dans l’usine, nous avons été confiés à un mécanicien tout au long de notre stage pratique.
Tout le long du stage, nous avons effectué des travaux enrichissants et acquis de nouvelles aptitudes et des connaissances nouvelles.
Ainsi, nous nous sommes améliorés en soudure, sciage, graissage, rodage de soupapes, vidange des engins du garage et des groupes électrogènes,
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changement de divers filtres etc. Nos travaux au sein de l’usine se résument principalement à la maintenance des équipements et des machines roulantes. Au nombre de ces travaux nous pouvons cités :
Au niveau de l’ensacheuse :
changement des paliers, des galets de l’en camionneur 2 ;
changement des roulements et des joints d’étanchéité pour les turbines
etc.
Au niveau des convoyeurs à bandes :
réglage du "déport" pour réduire les pertes de MP ;
remplacement des rouleaux ;
entretien des bavettes, centreurs et rouleaux des convoyeurs ;
réglage des bavettes au niveau de la jetée du doseur clinker ;
vulcanisation des bandes ;
etc.
Au niveau de l’élévateur MP et ciment :
graissage des paliers de la roue de tension ;
remplacement des tampons élastiques au niveau de l’accouplement ;
inspection des godets ;
etc.
Au niveau du broyeur :
vérification de l’état des dentures du pignon d’attaque et de la couronne du broyeur ;
prise de mesure de relevage des plaques de la virole ;
vidange des paliers porteurs du broyeur ;
remplacement de la pompe sortie broyeur ;
maintenance des pompes hydrauliques basse pression;
etc.
Au niveau des filtres :
décolmatage des filtres pour éliminer les croûtes de ciment qui se seraient posées dessus réduisant ainsi leur performance;
remplacement des manches ;
etc.
Autres travaux :
réalisation et remplacement des aéroglissières du silo ciment 1 ;
changement du joint de la vanne doseuse ;
remplacement des filtres à eau, à huile sur les engins (bull, chariot élévateur, chargeuse, …) ;
quelques travaux de soudure ;
mise en place d’un planning de maintenance pour le séparateur nouvellement installé ;
La figure 1.2 nous présente le schéma synoptique résumant le processus de fabrication du ciment à la CIMBENIN S.A.
Chapitre I : Présentation de la CIMBENIN S.A. et généralités sur le procédé de fabrication du ciment
Présenté par Boris ALODE – EPAC/UAC - 2016
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Figure 1.2. : Schéma synoptique du processus de fabrication de ciment à CIMBENIN S.A.
Au vue de tout ce qui est fait, la CIMBENIN S.A est une société de fabrication de ciment qui a pensé mettre en place un service maintenance chargé d’assurer le bon fonctionnement de l’usine à travers le contrôle continu des équipements en usage. Cela permet à l’usine de répondre correctement aux besoins de sa clientèle. L’importance de ce service n’est donc plus à démontrer pour la bonne marche des activités de la CIMBENIN.
Chapitre V : Résultats et mesures correctives suite à l’analyse de la consommation électrique
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Ce chapitre énonce la notion d’efficacité énergétique dans l’industrie ainsi que dans les bâtiments et les méthodes d’audit énergétique appliquées à la CIMBENIN S.A.
2.1. Notion d’efficacité énergétique
La notion d'efficacité énergétique est toujours présente et indispensable lorsque l'on s'intéresse de près aux milieux proches de l'environnement et de la gestion de l'énergie. Tout le monde l’aborde, et émet une définition, propre à son usage. Mais que veut réellement dire ce terme, employé autant, par des gestionnaires énergétiques, que par des architectes ?
2.1.1. Définition
Il existe de multiples définitions à cette notion. On pourra toutefois retenir que l'efficacité énergétique se réfère au rapport de l'énergie exploitée de manière
"utile" sur le total de l'énergie dont on dispose globalement. Ce rapport tend donc vers 1 dans un système parfait, où on ne peut observer de pertes, de gaspillage, et où les différents produits permettant le transport et l'utilisation de cette énergie sont "parfaits". Nous aborderons l’efficacité sur deux plans, à savoir l’efficacité énergétique dans le bâtiment et ensuite dans le milieu industriel. Ces deux notions sont importantes car le lieu sur lequel porte cette étude est un milieu industriel, donc possédant à la fois, les caractéristiques du bâtiment et celles de l’industrie [2].
CHAPITRE II:
GENERALITES SUR L’AUDIT
ENERGETIQUE
2.1.2. Économie d’énergie et efficacité énergétique
Lorsque l’on parle de la quantité d’énergie utilisée ou économisée, on emploie souvent deux termes : « économie d’énergie » et « efficacité énergétique ». Ces termes ont des significations légèrement différentes, mais désignent tous les deux, une diminution de la quantité totale d’énergie consommée. Quoi qu’il en soit, il importe d’examiner l’incidence des mesures d’efficacité et d’économie sur les taux de production et la qualité du produit.
L’économie d’énergie a trait aux mesures qui réduisent la quantité totale d’énergie consommée. Ces mesures visent habituellement à diminuer le gaspillage ou à éliminer les étapes ou les activités non essentielles. L’économie d’énergie est exprimée en unités d’énergie économisée. Comme exemples de mesures d’économie, mentionnons le fait d’éteindre les lumières des pièces non occupées, l’utilisation de thermostats programmables ou la réduction du temps de préchauffage d’un four. On réalise souvent des économies simplement en modifiant les procédés ou en établissant un horaire des activités. En outre, des économies considérables peuvent être réalisées à peu de frais.
Le terme « économie d’énergie » est encore terni par l’image négative des toutes premières mesures mises à l’essai qui consistaient parfois à « ne pas consommer d’énergie ». Les méthodes modernes d’économie efficaces sont celles qui permettent d’atteindre des résultats similaires, voire supérieurs, en consommant moins d’énergie.
Le terme « efficacité énergétique » a trait à une utilisation plus judicieuse de l’énergie, de façon à maintenir le niveau de production et à fabriquer des produits de qualité similaire ou supérieure tout en utilisant moins d’énergie. Afin d’améliorer l’efficacité énergétique, il est habituellement nécessaire d’investir des capitaux et d’avoir recours à des technologies plus énergétiques. Par ailleurs, afin de mesurer l’amélioration de l’efficacité énergétique, un niveau de référence doit être établi. Ce dernier peut être une étape d’un processus ou d’une activité « avant la prise de mesures », une installation ou un processus de référence. L’efficacité énergétique, c’est-à-dire la différence en termes de la
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Présenté par Boris ALODE – EPAC/UAC - 2016 20
quantité d’énergie réellement utilisée, est habituellement exprimée en pourcentage. Ce gain, en pourcentage, est uniquement applicable au rendement énergétique du matériel concerné. Comme exemples de mesures d’efficacité énergétique, mentionnons le remplacement des dispositifs de chauffage par des systèmes à infrarouge, l’amélioration du brûleur d’une chaudière ou le préchauffage de l’air de combustion d’un four.
Aux fins du présent document, on ne fera pas de distinction entre les mesures d’efficacité énergétique et d’économie d’énergie ou encore d’amélioration. Elles seront simplement appelées mesures d’efficacité énergétique.
La gestion de l’énergie consiste en un plan d’amélioration continue qui vise à intégrer l’économie d’énergie et l’efficacité énergétique aux activités d’une entreprise. On définit la gestion de l’énergie comme étant l’utilisation judicieuse de l’énergie pour atteindre des objectifs préétablis. Il faut souligner qu’une saine gestion de l’énergie ne doit pas réduire l’efficacité de la production, ni la qualité du produit.
Une saine gestion de l’énergie est également bénéfique pour l’environnement. En diminuant sa consommation d’énergie, une entreprise réduit la quantité d’émissions et de polluants relâchés dans le sol, l’atmosphère et les eaux. Les entreprises devraient tirer parti de tous les crédits et des relations publiques positives découlant de la mise en œuvre de mesures d’efficacité énergétique. Dans certains cas, les avantages environnementaux peuvent compenser les coûts liés aux mesures d’efficacité. Avant de passer à l’action, une entreprise devrait, selon les stratégies qu’elle a adoptées, communiquer avec les services publics locaux et des organismes gouvernementaux afin de déterminer si des programmes d’aide sont offerts.
La plupart des programmes d’efficacité énergétique et d’économie d’énergie tiennent compte de tous les services publics, y compris toutes les sources d’énergie, l’eau achetée ou traitée et les égouts, de même que des services secondaires, comme la vapeur ou l’air comprimé produits sur place.
Étant donné que l’achat d’énergie représente la majorité des coûts totaux liés aux services publics, on utilisera « énergie » comme terme générique dans ce document, réservant le terme « services publics » pour désigner les fournisseurs de services ou les entreprises locales de distribution [3].
2.1.3. Efficacité énergétique du bâtiment
L'efficacité énergétique d'un bâtiment est donc, d'après la définition, le rapport d'énergie exploitée de manière utile sur le totale d'énergie qu'il dispose globalement. Il y a bien évidemment diverses pertes énergétiques, ainsi qu'un certain nombre d'activités consommant "inutilement" de l’énergie. L'efficacité énergétique d'un bâtiment est ainsi régulièrement assez éloignée de la valeur 1 vers laquelle elle devrait tendre idéalement. On dispose toutefois d'axes d'amélioration de cette efficacité énergétique, et ceux-ci sont énumérés et expliqués dans les paragraphes suivants.
2.1.3.1. Mesure d'efficacité énergétique passive
L'efficacité énergétique passive est la capacité d'un bâtiment à utiliser naturellement au mieux les différentes énergies qui lui sont fournies. On pourra noter par exemple, son isolation, qui permet, de manière non-active de pallier les pertes thermiques. Bien d'autres facteurs entrent en compte dans la détermination de ce paramètre qu’est l’efficacité énergétique. L'inertie des murs, la qualité des systèmes d'aération, l'orientation du bâtiment et la capacité naturelle à profiter de l'énergie lumineuse, sont aussi des facteurs importants permettant d'augmenter l'efficacité énergétique passive. Cependant, mis à part durant la période de conception du bâtiment, ou lors d'une étape de rénovation importante, il n'est bien entendu pas réellement possible d'augmenter l'efficacité énergétique passive d'un bâtiment.
2.1.3.2. Diminution de l'énergie gaspillée
Une certaine quantité d'énergie est complètement inutile au fonctionnement d'un bâtiment, mais elle est tout de même consommée. On
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Présenté par Boris ALODE – EPAC/UAC - 2016 22
connait bien évidemment tous, l'énergie consommée par la veille d'un équipement (télévision, ordinateur), l'ampoule allumée inutilement, le chargeur de téléphone que l'on laisse branché après la fin de charge, les portes laissées ouvertes dans des bureaux climatisés etc. Ces exemples simples couplés à l’utilisation des appareils anciens énergivores, des températures mal fixées ainsi que d'autres facteurs aggravants entrainent une consommation supplémentaire importante, réduisant d'autant l'efficacité énergétique du bâtiment [4].
2.1.3.3. Augmentation de l'efficacité énergétique active
L'augmentation de ce que l'on appelle l'efficacité énergétique active est une démarche, dans la continuité, de la diminution de l'énergie "gaspillée". Il s'agit en fait d'une véritable optimisation amenant à utiliser le juste niveau d'énergie permettant d'arriver à combiner confort des utilisateurs et non- gaspillage. La procédure d'augmentation de cette efficacité est une véritable réflexion sur l'utilisation spécifique d'un bâtiment, et sur les moyens de l'utiliser
"mieux". Cette démarche passe généralement par les axes suivants :
mesure: on doit premièrement mettre en place des outils de mesure et suivi des consommations de la manière la plus fine possible, afin de pouvoir dissocier les différents postes et les analyser indépendamment ;
étude des leviers d'amélioration: les premiers résultats obtenus par la mesure permettent de voir les postes critiques. Une réflexion s'engage ensuite permettant d'étudier les différentes solutions sur le plan matériel, économique et pratique ;
mise en place des différentes solutions: les solutions sont ensuite effectivement mises en place. Elles peuvent être de différentes natures. On pourra, par exemple, mettre en œuvre des solutions d'automatisation au niveau de l'éclairage du bâtiment, des processus particuliers au niveau chauffage et climatisation, des veilles automatisées des produits non- utilisés, etc. Tous les terrains où l'on peut être actif sont envisagés ;
vérification et suivi: les mesures de toutes les consommations étant déjà en place sur ce procédé, on pourra suivre de manière précise, et dans la durée, l'impact de chacune des mesures.
Différents réglages permettant d'optimiser les solutions peuvent ensuite être mises en œuvre.
Ce procédé, assez complexe, se répand toutefois assez largement dans les domaines comme l'industrie, les bâtiments publics, et tout autre édifice d'une taille suffisamment importante, comme des bureaux, et moins régulièrement pour l'instant, des habitats collectifs [4].
2.1.4. Efficacité énergétique dans l’industrie
L’industrie est une grande entité consommatrice d’énergie sous toutes ses formes. Il en ressort donc qu’il est primordial de rationnaliser sa consommation afin d’assurer une meilleure compétitivité à l’entreprise. Le principal axe permettant d’y arriver est la régulation de la consommation des principaux équipements utilisés par l’usine ; lesquels sont les moteurs, les compresseurs…
Cette régulation passe également par l’obtention d’une bonne fiabilité de ces derniers [3].
2.1.4.1. Les moteurs
Les moteurs électriques servent à entraîner plusieurs appareils allant des pompes aux ascenseurs. Les multiples applications varient selon le type de commerce ou d’industrie. Dans les usines, les moteurs servent surtout à entraîner les pompes, les compresseurs, les ventilateurs, les convoyeurs à chaines, les bandes transporteuses et les surpresseurs. Ces moteurs consomment jusqu’à 60% de la consommation d’énergie électrique. Il convient alors de leur accorder une certaine importance afin de réduire les coûts liés à l’énergie.
Les moteurs efficaces ou à haut rendement sont, en apparence, identiques aux moteurs standards. Ils utilisent toutefois moins d’électricité pour produire le même travail que les moteurs standards [5]. Ils s’utilisent de la même manière et s’installent aux mêmes endroits. Théoriquement, l’efficacité d’un moteur idéal
