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Carte de flux énergétiques et perspectives
d'efficacité dans une
fonderie d'aluminium: cas particulier
d'alucam/socatral
UNIVERSITE DE YAOUNDE I UNIVERSITY OF YAOUNDE I
FACULTE DES SCIENCES FACULTY OF SCIENCE
DEPARTEMENT DE PHYSIQUE
LABORATOIRE D'ANALYSE DES TECHNOLOGIES
DE L'ENERGIE ET DE
L'ENVIRONNEMENT
(L.A.T.E.E)
CARTE DES FLUX ENERGETIQUES ET
PERSPECTIVES
D'EFFICACITE ENERGETIQUE
DANS UNE FONDERIE D'ALUMINIUM : CAS
PARTICULIER
DE LA FONDERIE
D 'ALUCAM/SOCATRAL
Mémoire présenté et soutenu en vue de
l'obtention du
Diplôme d'Etudes Approfondies (D.E.A) en
Physique
Option : ENERGETIQUE
Par
NGOLLO MATEKE
Jean-aimé
Maître ès Physique
Sous
la Direction de :
Prof. Dr.-Hab. NJOMO Donatien
Maître
de Conférences
Année académique : 2008/2009
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A mon feu père NGOLLO
MOUANDJO Victor, tu
continues
à vivre en moi.
A ma tendre maman
Eboulè
Matèkè Véronique pour ton
amour et
soutien inconditionnel,
A mes frères et soeurs Aurore,
Emmanuel, David,
Victorien
NGOLLO, Pascal, Manfred, Grace,
Flore, Urbain, Rebecca,
Emile,
pour tous vos encouragements.
A Mlle Din Jeanne-léonie pour
ton soutien.
Je vous aime profondément
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On dit souvent que le trajet est aussi important que la
destination. J'ai beaucoup appris de la vie tout au long de la rédaction
de ce mémoire. Ce parcours ne s'est pas fait sans défis, des
grands moments de doute. Je ne saurai me déroger à l'honneur qui
m'est offert aujourd'hui d'exprimer ma profonde gratitude à tous ceux et
celles qui m'ont encouragé.
Je rends grâce à JEHOVAH mon DIEU sans qui rien
n'est possible.
Je remercie le Pr. Dr. - Hab. Njomo Donatien mon directeur de
recherche pour son encadrement exemplaire, pour ses conseils précieux et
pour sa grande disponibilité.
Je remercie les responsables d'Alucam Messieurs : Alain Crapart
(directeur d'usine), Charles Ndjock (responsable des contrats maintenance) pour
leurs multiples conseils.
Je suis hautement reconnaissant à l'endroit de tous mes
enseignants de Physique, qui m'ont inculqué l'amour de la Physique ; Je
pense aux enseignants de la Faculté des Sciences de l'Université
de Douala au Dr Monkam David et au Dr O. Motapon en particulier. Et à
ceux de la Faculté des Sciences de l'Université de Yaoundé
I, Plus particulièrement à ceux du Laboratoire d'Analyse des
Technologies de l'Energie et de l'Environnement (L.A.T.E.E), Je pense au Dr.
Obounou Marcel et au Dr. Ekobena Henry.
Un grand merci à mon oncle le Pr. Mbonji Mbonji et sa
femme le Pr. Mouelle Mbonji pour leurs conseils.
Je remercie grandement mon grand frère Victorien Ngollo
depuis paris pour son soutien incontestable.
Un grand merci à Madame Mine (mère poule) et
à tous ses enfants ; j 'ai trouvé en toi une seconde maman,
à Tata Véro. Et au grand frère Colbert pour l'accueil
qu'ils m'ont réservé durant mon séjour à
Edéa.
Je tiens également à remercier mes grands
frères Massodi Lafont, Essembe Black, Martin Ebollo, Priso
léon.
Merci à mes neveux et nièces Nathalie, Rachel,
Donald, Willy, Alexandra, Brian, Abigaëlle, Ryan, Cohen, Priscilla et
Fritz pour toute la joie qu'ils m'apportent.
Merci à Michelle, Moukate Priso Corinne (mère DIN),
Freddy, Nadine, Emmanuelle, Andy, Boris et Willy pour leurs encouragements.
A mon amie Gaelle bobillot pour ses encouragements.
J'aimerais également remercier mes amis et camarades de
promotion pour l'ambiance conviviale qui a toujours régné au sein
du groupe, je pense ici à Kodji, Tamba, Fotseu, Noumi, Cyril, Castro,
Magloire, et Fossi.
A tous ceux et celles qui de près ou de loin ont
contribué à l'élaboration de ce travail, et que je n'ai
pas pu citer ici.
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DEDICACES i
REMERCIEMENTS ii
TABLE DES MATIERES~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ iii
TABLES DES PHOTOS ET FIGURES~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
vii
TABLES DES GRAPHES~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ viii
LISTE DES ABBREVIATIONS~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ix
RESUME/ABSTRACT x
INTRODUCTION GENERALE 1
CHAPITRE I: PRESENTATION GENERALE
D'ALUCAM/SOCATRAL~~~~~~~~~~~~~~~ 3
INTRODUCTION~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 4
I.1.1 Situation géographique 4
I.1.2 Bref historique~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
4
I.1.3 Organigramme activité Cameroun 5
I.1.4 Le groupe Alucam en
Afrique~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 5
I.1.5 Histoire de
l'Aluminium~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 6
I.2 Process ALUCAM/SOCATRAL~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
7
I.2.1 Process Alucam 8
I.2.1.1 Atelier d'électrodes 8
I.2.1.2 Atelier
d'électrolyse~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 9
I.2.1.3 Atelier de fonderie~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
10
I.2.1.4 Laboratoire~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
10
I.2.1.5 Les services généraux 10
I.2.2 Process Socatral~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
10
I.2.2.1 Le laminage~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
10
I.2.2.2 Le formage 11
I.2.2.3 Le
découpage~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 11
I.2.2.4 Production pour la grande
exportation~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 11
I.3 Fourniture
d'énergie~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 11
I.3.1 Configuration
d'exploitation~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 12
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1.3.1.2 Alimentation 13
Conclusion 13
CHAPITRE II : CARACTERISTIQUES
ENERGETIQUES~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 14
INTRODUCTION 15
II.1 Caractéristiques
électriques~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 15
II.1.1 Le réseau
électrique~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 15
II.1.1.1 Jeu de barres~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
15
11.1.1.2 Les transformateurs~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
15
11.1.1.3 Les disjoncteurs~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
16
11.1.2 Paramètres électriques 16
11.1.2.1 Energie active 16
11.1.2.2 Energie
réactive~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 16
II.1.2.3 Energie apparente~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
16
11.1.2.4 Facteur de Puissance 16
11.1.2.5 Inconvénients et compensation de l'énergie
réactive~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 17
II.1.2.6 La chute de tension 18
11.1.2.7 Les harmoniques~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
19
II.1.2.8 Les courants de
court-circuit~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 20
11.1.2.9 Effets d'anodes~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
20
11.2 Caractéristiques des
combustibles~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 21
11.2.1 Définition de la
combustion~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 21
11.2.2 Energie dégagée et pouvoir calorifique 21
11.2.3 Combustion stoechiométrique 22
11.2.4 Combustion complète avec excès
d'air~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 22
11.2.5 Combustion complète avec défaut d'air 23
11.2.6 La position du
brûleur~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 23
11.2.7 Contrôle de
combustion~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 23
II.2.7.1 Interprétation de la teneur en CO2
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 23
11.2.7.2 Mesures des
imbrûlés~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 24
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II.2.7.3 Interprétation de la température des
fumées......................................................................24
Conclusion...........................................................................................................................................24
CHAPITRE
III : CARTES DE FLUX
ENERGETIQUES.......................................................................25
Introduction 26
III.1 Evolution de la consommation électrique 26
III.1.1 Consommation électrique atelier
électrolyse.........................................................................26
III.1.2 Consommation électrique des auxiliaires électrolyse 27
III.1.3 Consommation électrique atelier décharge
alumine.............................................................27
III.1.4 Consommation électrique des compresseurs 28
III.1.5 Consommation électrique atelier
d'électrodes.....................................................................
28
III.1.6 Consommation électrique auxiliaires scellement
29
III.1.7 Consommation four à cuire 29
III.1.8 Consommation électrique éclairage usine
30
III.1.9 Consommation électrique conditionnement des
bâtiments généraux 30
III.1.10 Consommation électrique atelier de
mécanique 31
III.1.11 Consommation électrique atelier électrique
31
III.1.12 Consommation électrique station de
pompage.................................................................. 32
III.1.13 Consommation électrique atelier de fonderie 32
III.1.14 Consommation électrique du four junker 33
III.1.15 Consommation électrique des hottes de
captation............................................................ 33
III.1.16 Consommation électrique du centre
médical.....................................................................
34
III.1.17 Consommation électrique poste Serem 34
III.1.18 Consommation électrique Socatral 35
III.2 Consommation de l'énergie calorifique 36
III.2.1 Consommation d'énergie calorifique du secteur
électrodes................................................ 36
Conclusion 36
CHAPITRE IV : ANALYSES ET
PERSPECTIVES...............................................................................37
Introduction..........................................................................................................................................38
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IV.1 Energie théorique
requise~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 38
IV.2 Evolution de la production mensuelle
d'aluminium~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 39
IV.3 Analyse et interprétation de
l'IPM~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 40
IV.4 Analyse de la consommation des compresseurs 41
IV.5 Analyse de la consommation électrique de
l'éclairage~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 42
IV.6 Analyse de la consommation d'énergie
calorifique~~~~~~~~~~~~~~~~ 42
Conclusion 42
CONCLUSION
GENERALE~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 43
ANNEXES~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~.46
ANNEXE I ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 47
ANNEXE II ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 50
REFERENCES~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
56
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TABLES DES GRAPHES
Graphe III.1 : Atelier d'électrolyse
Graphe III.2 : Aux. Electrolyse
Graphe III.3 : Atelier décharge alumine
Graphe III.4 : Compresseurs
Graphe III.5 : atelier d'électrodes
Graphe III.6 : Auxiliaires scellement
Graphe III.7 : Four à cuire
Graphe III.8 : Eclairage usine
Graphe III.9 : Conditionnement bâtiments
généraux
Graphe III.10 : Atelier de mécanique
Graphe III.11 Atelier électrique
Graphe III.12 : Station de pompage
Graphe III.13 Atelier fonderie
Graphe III.14 : Fours junker
Graphe III.15 : Hottes de captation
Graphe III.16 : Centre médical
Graphe III.17 : Poste Serem
Graphe III.18 : Socatral
Graphe III.19 : Secteur électrodes
Graphe IV. 1 : Production mensuelle d'aluminium
Graphe IV.2 : Proportion d'énergie électrique
consommée par secteur Graphe IV.3 : Indice de puissance maximale
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TABLES DES PHOTOS ET DES FIGURES
Photo 1 : Usine d'Edéa vue aérienne
Photo 2 : Une électrode
Photo 3 : Cuve d'électrolyse
Photo 4 : Lingots
Photo II.1 Explications sur les ICC
Figure I.1 : Etapes de fabrication de l'aluminium Figure 2.1
Composition vectorielle des puissances
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LISTE DES ABBREVIATIONS
AL2O3 : Alumine
cv : Cheval vapeur
GR : générateur
JDBD : jeu de barre droit
JDBG : jeu de barre gauche
ICC : courant de court-circuit
kVA : kilovolt Ampère
kVar : kilovolt Ampère réactif GWh : Gigawatt
heure
MWh : Mégawatt heure
PFC : Perfluorocarbures
IPM : Indice de puissance maximale
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