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Ingénierie préliminaireUsine de pâtes et papier

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Introduction

• 1 Technologie

• 2 Simulation

• 3 Choix du site

• 4 Intégration

• 5 Analyse économique

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1. Technologie de l'usine de pâtes et papier

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Schéma global du procédé

DésencragePâte

thermomécanique

Vieux papiersPréparationdes copeaux

Pâte Kraftachetée

Machine à papier

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Schéma global du procédé

DésencrageDésencragePâte

thermomécanique

Vieux papiersPréparationdes copeaux

Pâte Kraftachetée

Machine à papier

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Désencrageboucle alcaline

Vieux papiers TriturateurTamisagegrossier

Tamisage finCellules

de flottationÉpaississeur

Vers boucle acide

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Désencrageboucle acide

ÉpurateursTamisage

fin

Épurateursinverses

Laveur

Vers machine à papier

De laboucle alcaline

Épaississeur

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Schéma global du procédé

DésencragePâte

thermomécanique

Vieux papiersPréparationPréparationdes copeauxdes copeaux

Pâte Kraftachetée

Machine à papier

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Préparation des copeaux

Tamis primaireen V

Tamis secondaireà disque

coupeuse

Tamis à finesen V

Copeaux

Vers pâte thermomécanique

Vers bouilloireà vapeur

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Schéma global du procédé

Désencrage PâtePâtethermomécaniquethermomécanique

Vieux papiersPréparationdes copeaux

Pâte Kraftachetée

Machine à papier

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Pâte thermomécanique

ImprégnationRaffineurprimaire

Cyclonespressurisés

Raffinage secondaire Tamisage

Épuration Épaississeur

De la préparation des

copeaux

Vers machine à papier

Vers raffineurdes rejets

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Production de la vapeur

PolisseurCondensat Adoucisseur Eau fraîche

BouilloireTraitement

des gaz

Atmosphère

Fines

Vapeur

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2. Simulation de l'usine de pâtes et papier

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Objectifs de la simulation• Concevoir les différentes étapes de production

d ’une usine de pâtes et papier

• Avoir un support informatique permettant de calculer plus rapidement les différentes options

• Illustrer des résultats importants au design de l ’usine tels que les bilans de masse et d ’énergie

• Permettre de dimensionner les appareils des étapes de production

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Simulation des étapes du procédé

Division du procédé en blocs de simulation :

• Production d ’énergie

• Préparation du bois et usine de pâte thermomécanique

• Usine de désencrage

• Préparation de la pâte (circuit d ’eau)

• Machine à papier

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Cheminement de l’information vis-à-vis le groupe simulation

A n a lyse É con om iq ueÉ va lua tion de la ren tab i li té

D im e ntio nn em en t de s é qu ip em en tsà p ar ti r d es d éb its , p re ss io ns ...

S i te e t en v iro nn em e ntD im e ns ion n em en t d e l'u sin e d e tra i tem en t d e s e ff lu en ts

T ra i tem en t de s re je ts

G roupe S im u lationS im ulation du procédé de fabrication

B ilans de m asse et d 'énerg ieInform ations sur les débits, pressions, tem pératures des équipem ents

G rou pe T e ch no log ieC o ncep tio n d u d iag ra m m e d e p ro cé d é se rva n t à la sim u la tion

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Exemple tiré de la simulation

Production de pâte thermomécanique selon plusieurs étapes comprenant La préparation des copeaux L’imprégnation et le raffinage primaire Le raffinage secondaire à basse consistance Le classement et le nettoyage La boucle des rejets

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Exemple tiré de la simulation

Schéma général de production de pâte thermo-mécanique

Filtre àDisqueÉpurateurs

Tamis

Rafineursecondaire

Échangeur Rafineurprimaire

Imprégnateur

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Défis techniques associés à la simulation de la pâte thermomécanique

• Contrôle des températures dans le procédé

• Convergence du circuit d’eau

• Simulation du raffineur

• Simulation de l’unité d’énergie en combinaison avec le procédé

• Détermination des limites de la simulation

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Principaux résultats de la PTM

• Pâte produite : 6161 mt/jr à 12% cons.

• Rejets : 0 mt/jr (vers machine à papier)

• Pertes en pâte : 6 %

• Eau fraîche requise : 6490 mt/jr

• Vapeur produite : 2042 mt/jr

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Résultats de la simulation

• Quantité de papier produit : 972 mt/jr

• Demande en eau : 20148 mt/jr

• Rejets : 13590 mt/jr

• Pertes en pâte : 16 %

• Chaudière au bois : 135 mt/jr de fines

• Chaudière au gaz naturel : 54 mt/jr de gaz

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Bref...• Conception du procédé• Défis techniques rencontrés et résolution de problèmes • Intégration du projet• Appréciation des résultats obtenus• Amélioration envisageables :

• Circuit d ’eau• Réutilisation accrue de la vapeur sale• Réduction accrue de la consommation d ’eau

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3. Choix du site de l'usine de pâtes et papier

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CHOIX DU SITE

• Régions considérées

• Critères de choix

• Site retenu

• Étude d ’impact– milieu naturel– milieu humain

• Impacts anticipés et atténuations

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Régions considérées• Mauricie-Bois-Francs, Côte-Nord

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Critères de choix

• Proximité et disponibilité des matières premières (eau, bois, papier recyclé)

• Eaux usées, enfouissement

• Énergie, réseau de transport

• Économie et milieu humain

• Terrains (disponibilité, taxes…)

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Site : La Tuque

MRC Haut-Saint-Maurice

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Site : La TuqueRivière Saint-Maurice– Sud-ouest de la Tuque

– Côté est du Saint-Maurice

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Configuration du sitecritères de choix

• Direction écoulement rivière• Direction et vitesse de vents• Réseau ferroviaire• Réseau routier• Dénivellation• Zonage

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Étude d’impact : milieu récepteurMilieu naturel Milieu humain

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Impacts anticipés et atténuations• Construction de l’usine

• Effluents (eaux usées, boues)

• Émissions atmosphériques

• Oxygène dissous PH

Toxicité Matières en suspension

Température Solides flottantsMousse

Goût Odeur Concentration en produits nutritifs

Prolifération des micro-organismes

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4. Intégration de l'usine de pâtes et papier

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INTÉGRATION

• Configuration de l’usinechaudière, désencrage, pâte thermomécanique, machine à papier, services.

• Description des services– traitement des affluents– traitement des effluents (eaux usées, boues)– traitement de l ’air

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Configuration de l’usine

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E ntrepô tde v ieuxpap ie rs

D ésencrage

E n trepô t dep rodu itsch im ique

C lassage descopeaux

T ra item en t dese ffluen ts

T ra item en tdes

a ffluen ts

P réc ip ita teu ré lec tros ta tique

C haud iè re

M ach ine àpap ie r

P ile decopeaux

P os te derécep tion des

copeaux

U s ine de pâ tethe rm om écan ique

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E ntrepô tde v ieuxpap ie rs

D ésencrage

E n trepô t dep rodu itsch im ique

C lassage descopeaux

T ra item en t dese ffluen ts

T ra item en tdes

a ffluen ts

P réc ip ita teu ré lec tros ta tique

C haud iè re

M ach ine àpap ie r

P ile decopeaux

P os te derécep tion des

copeaux

U s ine de pâ tethe rm om écan ique

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1 2 43 5

6 7 8 M achine à papier

M anutention

EntreposageProduits

chim iques

Atelierm aintenance

Entrepôtpièces

EntrepôtPapier journal

prêt à être vendu

9 10

A B C D

11 12

1er é tage

P rincipaux équ ipem ents

1- C uvier des cassés épa issis2- C uvier m é lange3- C uvier m ach ine4- C uvier d"eau b lanche cla ire5- C uvier d 'eau b lanche nuageuse6- Tour d 'eau b lanche7- C uvier de P TM8- C uvier de pâ te recyclée9- S a lle des pom pes à v ide10- Zone a ire ouverte (m anutention)11- S a lle é lecrique bout sec12- S a lle é lectrique bout hum ide

M ach ine à pap ier

A - C uvier eau b lanche richeB - T ritu ra teurs sous P resses (bout sec)C - S ection v ide (sous la sécherie )D - T ritu ra teur sous l'enrou leuse e t la bob ineuse

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M achine à papier

EntrepôtPapier journal

prêt à être vendu

A B C D

2e étage

Laboratoire

1

2

3 4 7

8 9

10

11

P rincipa les surfaces

1- S a lle des ra ffineurs2- S a lle des épura teurs cen trifuges3- C antine4- S a lle de contrô le (bout sec)5- B ureau superviseur6- To ile ttes7- S a lle de contrô le (bout hum ide)8- S a lle é lectrique (bout sec)9- S a lle é lectrique (bout hum ide e t fin ition)10- Zone de transport11- A te lie r de fin ition

M ach ine à pap ier

A - S ection del'un ité de fo rm ation

B - S ection des presses

C - S ection de la sécherie

D - S ection sèche(ca landre e t enrou leuse)

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E ntrepô tde v ieuxpap ie rs

D ésencrage

E n trepô t dep rodu itsch im ique

C lassage descopeaux

T ra item en t dese ffluen ts

T ra item en tdes

a ffluen ts

P réc ip ita teu ré lec tros ta tique

C haud iè re

M ach ine àpap ie r

P ile decopeaux

P os te derécep tion des

copeaux

U s ine de pâ tethe rm om écan ique

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U sine de pâte therm om écan ique(sous-so l)

C uv ie r la tence

C uv ie r eaub lanche riche

C uv ie r eaub lanche pauv re

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U sine de pâ te therm om écan ique(1er p lancher)

R affineu rsseconda ires

R a ffineu rs p rim a ires

É pu ra teu rs p rim a iresÉ pu ra teu rs seconda ires

R a ffineu r re je t

É pu ra teu rs te rtia ires

T am is

S a lle de con trô lee t

labo ra to ire de pâ te

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U sine de pâte therm om écan ique(2 ièm e p lancher)

É pa iss isseu r #1(filtre d isque)É pa iss isseu r #2

cyclones

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E ntrepô tde v ieuxpap ie rs

D ésencrage

E ntrepô t dep rodu itsch im ique

C lassage descopeaux

T ra item en t dese ffluen ts

T ra item en tdes

a ffluen ts

P réc ip ita teu ré lec tros ta tique

C haud iè re

M ach ine àpap ie r

P ile decopeaux

P os te derécep tion des

copeaux

U s ine de pâ tethe rm om écan ique

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D ésencrage1er p lancher

C uv ie r hau te dens itéP resse à

bande

P resse à v is

C la rifica teu r

P resses à v is

F iltre àd isque Laveur

LaveurC e llu les de

flo ta ison

Épurateursprim aires

Épurateursprim airesinversés

Épurateurssecondaires inversés

T am iste rtia ire

T am isseconda ires

T am iste rtia ire

T am isseconda ire

T am isp rim a ires

T ritu ra teu r

É pu ra teu rsp rim a ires

É pu ra teu rsseconda iresT am is g ross ie r

É pu ra teu rhau te dens ité

S a lle de con trô le

T am isp rim a ires

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E ntrepô tde v ieuxpap ie rs

D ésencrage

E n trepô t dep rodu itsch im ique

C lassage descopeaux

T ra item en t dese ffluen ts

T ra item en tdes

a ffluen ts

P réc ip ita teu ré lec tros ta tique

C haud iè re

M ach ine àpap ie r

P ile decopeaux

P os te derécep tion des

copeaux

U s ine de pâ tethe rm om écan ique

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B oues

D écanteursseconda ires

B assins d 'aéra tion

B assin d 'urgence

B assin d 'anoxie

D écanteurs prim a ires

Tra item ent des e ffluen ts

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E ntrepô tde v ieuxpap ie rs

D ésencrage

E n trepô t dep rodu itsch im ique

C lassage descopeaux

T ra item en t dese ffluen ts

T ra item en tdes

a ffluen ts

P réc ip ita teu ré lec tros ta tique

C haud iè re

M ach ine àpap ie r

P ile decopeaux

P os te derécep tion des

copeaux

U s ine de pâ tethe rm om écan ique

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D écanteurs prim a ires

F iltres à sab le

P u its m ou illé

R éservo irs d 'eau tra itée

Tra item ent des a ffluen ts

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Traitement des affluentseaux de procédé

• Débit d’alimentation = 21 000 m³/jour

• Pré-traitement– séparation

– floculation

– décantation

– filtration

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Traitement des effluents• Traitement primaire• Traitement secondaire• Traitement des boues

Rejets après traitement :

EAUDBO = 1 300 kg/jour

MES = 1 460 kg/jour

norme = 8 000 kg/jour

BOUE

Débit = 21 000 kg/jour

DBO = 7 480 kg/jour

MES = 13 500 kg/jour

norme = 5000 kg/jour

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Traitement de l ’airTraitement des émissions particulaires (vapeur d’eau, poussières)

Options :

1) cyclone

2) épurateur humide

3) précipitateur électrostatique

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5. Analyse économique de l'usine de pâtes et

papier

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Analyse économique

• Hypothèses nécessaire au calcul

• Analyse

• Rentabilité / Sensibilité

• Conclusion

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Hypothèses importantes pour l ’analyse économique

• Tram 15%

• Taux de change 0,76$ USD/CND

• Taux d ’intérêt 7%

• Durée de vie du projet 20 ans

• Ratio dette/équité 60/40

• Amortissement 5% de la valeur actuelle

• Taux d ’imposition 35%

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Principe de calcul• 1. Opérations

• Revenus • - Dépenses• Revenus bruts• - Impôts à payer • Revenus nets

• 2. Investissement - Capital investi

• + Dépréciation• Fond de roulement

• 3. Financement• Emprunt • - Remboursement• Total :Flux monétaire

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Principaux résultats

• Revenus bruts

• Dépenses

• Dépréciation

• Emprunt

• Intérêt total

• Investissement en capital

• Profits

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Rentabilité (du meilleur projet)

• Valeur présente

• TRI

• Retour sur investissement

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Analyse de sensibilitéThème étudiés

• Prix de vente du papier• Taux d ’intérêt• Taux de change• Coût d ’immobilisation

• Coûts des copeaux• Coûts du vieux papiers• Ratio dette/équité• XXX

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Variation du prix de vente ($US) pour Drummondville

(400 000)

(300 000)

(200 000)

(100 000)

0

100 000

200 000

300 000

400 000

500 000

400 450 500 550 600 650 700 750 800 850

Variation du prix de vente ($US)

VA

N (

mill

iers

$C

dn

)

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

TR

I (%

)

VAN (20%) VAN (40%) TRI (20%) TRI (40%)

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Variation du coût des copeaux pour Drummondville

0

20 000

40 000

60 000

80 000

100 000

120 000

140 000

160 000

180 000

200 000

110 120 130 140 150

Variation du prix des copeaux

VA

N (

mill

iers

$)

0

5

10

15

20

25

TR

I (%

)

VAN (20%) VAN (40%) TRI (20%) TRI (40%)

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Variation du coût du vieux papier pour Drummondville

0

20 000

40 000

60 000

80 000

100 000

120 000

140 000

160 000

180 000

80 85 90 95 100 105

Variation du prix du vieux papier ($)

VA

N (

mill

iers

$)

0

5

10

15

20

25

TR

I (%

)

VAN (20%) VAN (40%) TRI (20%) TRI (40%)

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Variation du coût total de production pour Drummondville

(100 000)

(50 000)

0

50 000

100 000

150 000

200 000

250 000

300 000

185 000 195 000 205 000 215 000 225 000 235 000 245 000

Coût total de production (milliers $Cdn)

VA

N (

mill

iers

$C

dn

)

0

5

10

15

20

25

30

TR

I (%

)

VAN (20%) VAN (40%) TRI (20%) TRI (40%)

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Variation du taux d'intérêt Drummondville

0

20 000

40 000

60 000

80 000

100 000

120 000

140 000

160 000

180 000

200 000

5 6 7 8 9

Taux d'intérêt (%)

VA

N (

mill

iers

$C

dn

)

0

5

10

15

20

25

TR

I (%

)

VAN (20%) VAN (40%) TRI (20%) TRI (40%)

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Variation du taux de change ($US/$Cdn)Drummondville

(300 000)

(200 000)

(100 000)

0

100 000

200 000

300 000

400 000

500 000

600 000

0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95

Taux de change ($US/$Cdn)

VA

N (

mill

iers

$C

dn

)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

TR

I (%

)

VAN (20%) VAN (40%) TRI (20%) TRI (20%)

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Variation du coût d'immobilisation pour Drummondville

(50 000)

0

50 000

100 000

150 000

200 000

250 000

650 000 750 000 850 000 950 000 1 050 000

Coût d'immobilisation (milliers $Cdn)

VA

N (

mill

iers

$C

dn

)

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

TR

I (%

)

VAN (20%) VAN (40%) TRI (20%) TRI (40%)

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Variation de la proportion dela dette:équité Drummondville

(50 000)

0

50 000

100 000

150 000

200 000

250 000

45 50 55 60 65 70 75

Pourcentage de la dette (%)

VA

N (

mill

iers

$C

dn

)

0

5

10

15

20

25

30

TR

I (%

)

VAN (20%) VAN (40%) TRI (20%) TRI (40%)

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Prix de vente du papier ($US) La Tuque

-400 000

-300 000

-200 000

-100 000

0

100 000

200 000

300 000

400 000

500 000

400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900

Variation du prix de vente ($US)

VA

N (

mill

iers

de

$C

dn

)

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

TR

I (%

)

VAN (20%) VAN (40%) TRI (20%) TRI (40%)

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Variation du coût des copeaux La Tuque

50 000

70 000

90 000

110 000

130 000

150 000

170 000

190 000

210 000

230 000

250 000

95.00 100.00 105.00 110.00 115.00 120.00 125.00

Variation du prix des copeaux

VA

N (

mill

iers

de

$)

5

10

15

20

25

30

TR

I %

VAN(20%) (Millier $Cdn) VAN(40%) (Millier $Cdn) TRI 20% TRI 40%

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Variation du coût du vieux papier La Tuque

50000

70000

90000

110000

130000

150000

170000

190000

210000

230000

80.00 85.00 90.00 95.00 100.00 105.00Variation prix du vieux papier ($)

VA

N (

mill

iers

de

$)

5

10

15

20

25

30

TR

I %

VAN(20%) millier $ VAN(40%) millier $ TRI 20% TRI 20%

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Variation du coût total de production La Tuque

(50 000)

0

50 000

100 000

150 000

200 000

250 000

300 000

350 000

185 000 195 000 205 000 215 000 225 000 235 000 245 000

Coût total de production (milliers $Cdn)

VA

N (

mill

iers

de

$C

dn

)

0

5

10

15

20

25

30

35

TR

I (%

)

VAN(20%) (Millier $Cdn) VAN(40%) (Millier $Cdn) TRI 20% TRI 40%

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Variation du taux d'intérêt La Tuque

50 000

70 000

90 000

110 000

130 000

150 000

170 000

190 000

210 000

230 000

5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5

Taux d'intérêt (%)

VA

N (

mill

iers

de

$C

dn

)

5

10

15

20

25

30

TR

I (%

)

VAN(20%) (Millier $Cdn) VAN(40%) (Millier $Cdn) TRI 20% TRI 40%

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Variation du taux de change ($US/$Cdn) La Tuque

(200 000)

(100 000)

0

100 000

200 000

300 000

400 000

500 000

600 000

0.550 0.600 0.650 0.700 0.750 0.800 0.850 0.900 0.950

Taux de change ($US/$Cdn)

VA

N (

mill

iers

de

$C

dn

)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

TR

I (%

)

VAN(20%) (Millier $Cdn) VAN(40%) (Millier $Cdn) TRI 20% TRI 40%

DESIGN 99

Variation du coût d'immobilisation La Tuque

0

50 000

100 000

150 000

200 000

250 000

300 000

650 000 700 000 750 000 800 000 850 000 900 000 950 000 1 000 000

Coût d'immobilisation (milliers$Cdn)

VA

N (

mill

iers

$C

dn

)

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

TR

I %

VAN(20%) (Millier $Cdn) VAN(40%) (Millier $Cdn) TRI 20% TRI 40%

DESIGN 99

Variation de la proportion dette:équité La Tuque

0

50 000

100 000

150 000

200 000

250 000

300 000

45 50 55 60 65 70 75

Pourcentage de la dette (%)

VA

N (

mill

iers

de

do

llars

$C

dn

)

0

5

10

15

20

25

30

35

TR

I (%

)

VAN(20%) (Millier $Cdn) VAN(40%) (Millier $Cdn) TRI 20% TRI 40%

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Résultats finaux

• Investissement total nécessaire:

• Revenus nets moyens:

• TRI:

• Valeur présente (selon TRAM):

• Retour sur investissement:

• Profits:

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Conclusion

• Projet le plus rentable:

• Facteur influençant le plus la rentabilité: