PFE Briand Alain_Apport énergétique du tourteau de palmiste

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PROJET DE FIN D’ETUDES INP - HB

BRIAND ALAIN DELLOH Elève Ingénieur Energéticien

A tous les membres de la famille DELLOH.

… sans oublier Mlle Adeline KOUASSI.

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Nous ne saurions présenter les résultats de notre projet de fin d’études sans

toutefois exprimer notre gratitude à l’égard de toutes les personnes et structures y

ayant contribué.

Nous pensons à :

la Direction du Conseil et Développement Industriel (DCDI) de PALMCI, plus

particulièrement à :

• M. KOFFI Eloi (Directeur du Conseil et Développement Industriel) pour nous

avoir autorisé à effectuer un stage à l’huilerie d’Iboké,

• M. BADO Yacouba (Chef de service Production et Distribution Vapeur), notre

tuteur de stage pour la supervision de nos travaux,

• MM. YEO Adama (Chef d’huilerie – Iboké) et KOUAME Raymond (Chef

d’entretien – Iboké) pour leurs conseils et encadrement « sur le terrain »,

• Mlle. KISSIEDOU Valérie (Chef de Production– Iboké) et M. KACOU Vincent

(Chef du laboratoire n°2) pour les conseils et l’hospitalité dont nous avons

bénéficié de leur part,

• l’ensemble du personnel de l’huilerie d’Iboké pour sa collaboration ;

la Direction et le personnel enseignant de l’Ecole Supérieure d’Industrie, pour

l’encadrement dont nous avons bénéficié durant ces années de formation ;

M. GBAHA Prosper, notre encadreur pédagogique pour sa disponibilité et ses

conseils.

Nous remercions également toutes les personnes qui, de près ou de loin, ont

contribué à notre formation.

REMERCIEMENTS

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Eu égard à la place qu’occupait l’agriculture, l’industrie, le commerce et

l’architecture dans son processus de développement, la Côte d’Ivoire s’était dotée de

quatre (4) grandes écoles, à savoir :

• l’Institut Agricole de Bouaké (IAB),

• l’Institut National Supérieur d’Enseignement Technique (INSET),

• l’Ecole Nationale Supérieure d’Agronomie (ENSA),

• l’Ecole Nationale Supérieure des Travaux Publics (ENSTP).

Dans le souci d’optimiser la gestion de ces écoles, il fut crée par le décret

présidentiel n° 96-678 du 04 septembre 1996, l’Institut National Polytechnique Félix

Houphouët-Boigny de Yamoussoukro (INP-HB) fruit de la fusion des écoles citées

plus haut. De cette unification, six (6) nouvelles écoles virent le jour, à savoir :

• l’Ecole de Formation Continue et de Perfectionnement des Cadres (EFCPC),

• l’Ecole Supérieure d’Agronomie (ESA),

• l’Ecole Supérieure des Travaux Publics (ESTP),

• l’Ecole Supérieure des Mines et de la Géologie (ESMG),

• l’Ecole Supérieure de Commerce et d’Administration des Entreprises (ESCAE),

• l’Ecole Supérieure d’Industrie (ESI).

Cette dernière, notre école d’origine, compte deux cycles de formation (D.U.T,

Ingénieur de conception) où sont dispensés des cours dans diverses spécialités du

monde industriel (énergétique, informatique, mécanique, etc.). Pour achever la

formation qui y est dispensée, un stage d’une durée de trois (3) mois est prévu pour

les élèves en fin de cycle, stage permettant à l’élève de confronter ses connaissances

théoriques aux contraintes pratiques de l’entreprise. C’est donc dans ce cadre que

nous avons effectué un stage au sein de la société PALMCI, précisément à l’huilerie

d’Iboké du 17 avril au 17 juillet 2006.

AVANT - PROPOS

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DEDICACE

REMERCIEMENTS

AVANT – PROPOS

SOMMAIRE

INTRODUCTION ……………………………………………………………………………….

PREMIERE PARTIE : PRESENTATION DE LA STRUCTURE D’ACCUEIL ……………

I. HISTORIQUE …………………………………………………………………………………

II. LA SOCIETE PALMCI ………………………………………………………………………..

III. L’HUILERIE D’IBOKE ……………………………………………………………………….

DEUXIEME PARTIE : ETUDE DE L’EXISTANT ……………………………………………..

I. INTRODUCTION ………………………………………………………………………………

II. LE PROCESS DE PRODUCTION DE L’HUILE DE PALME ………………………………….

III. LA PRODUCTION DE VAPEUR ET D’ELECTRICITE ………………………………………..

III.1. Les chaudières ……………………………………………………………………….

III.2. Les turboalternateurs ………………………………………………………………..

III.3. Les groupes électrogènes …………………………………………………………… IV. L’ANALYSE DU COMBUSTIBLE ACTUELLEMENT UTILISE …………………………………

IV.1. Les compositions massiques élémentaires des composants du combustible …..

IV.2. Les caractéristiques du combustible …………………………………………………

V. L’IMPACT DES RESIDUS DE COMBUSTION SUR LES CHAUDIERES ………………………

TROISIEME PARTIE : ETUDE DU THEME ………………………………………………..…

I. LES CARACTERISTIQUES DU TOURTEAU DE PALMISTE ……………………………….…

I.1. Le taux d’humidité ……………………………………………………………………

I.2. Le pouvoir calorifique inférieur ……………………………………………………...

I.3. La teneur en huile …………………………………………………………………..…….

II. L’APPORT ENERGETIQUE DU TOURTEAU DE PALMISTE ……………………………….

II.1. La quantité prévisionnelle totale de combustible produit …………………………..

II.2. La quantité prévisionnelle totale de vapeur surchauffée produite ……………..

II.3. La quantité prévisionnelle totale d’énergie électrique produite ……….…………

II.4. L’analyse des résultats obtenus ………………………………………………………

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III. LES CONDITIONS PRATIQUES D’UTILISATION DU TOURTEAU DE PALMISTE

DANS LES CHAUDIERES ……………………………………….

III.1. Les essais expérimentaux …………………………………………………………….

III.2. L’essai pratique en chaudière ……………………………………………………….

III.3. Les mesures à prendre pour l’utilisation du combustible 3 ………………………

IV. L’ETUDE ECONOMIQUE DU PROJET ………………………………………………………

IV.1. L’estimation de l’économie réalisée …………………………………………………

IV.2. L’estimation du coût de revient des mesures d’accompagnement ………………

CONCLUSION …………………………………………………………………………………..

BIBLIOGRAPHIE ………………………………………………………………………………..

ANNEXES ………………………………………………………………………………………..

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La satisfaction des besoins de la clientèle est un objectif primordial pour toute

entreprise. Dans cette optique, le contrôle du marché peut s’opérer en maîtrisant et

en valorisant les produits et sous-produits émanant des activités de l’entreprise.

C’est ainsi que la société PALMCI, au regard de la crise du secteur des oléagineux et

de la situation de guerre que vit la Côte d’Ivoire depuis plusieurs années, a décidé

d’accroître sa part actuelle du marché mondial des oléagineux en valorisant son

principal sous-produit, le palmiste (amande de palme).

En effet, la société PALMCI qui vendait préalablement ses palmistes (65.000

FCFA/tonne), s’est aujourd’hui investie dans la construction de presseries destinées

à produire de l’huile de palmiste (300.000 FCFA/tonne). Les analyses économiques

prévisionnelles ayant prouvé la rentabilité de cette nouvelle orientation, la PALMCI

s’oriente donc résolument vers une augmentation notable de son chiffre d’affaire

pour les années futures. Notons tout de même que l’élaboration de cette activité

nouvelle suscite une préoccupation majeure pour la PALMCI : « Comment utiliser de

manière efficiente le nouveau sous-produit (tourteau de palmiste) qui sera recueilli au terme

du process de presserie ?».

C’est donc dans ce cadre que la société PALMCI, avec aussi le souci de

rationaliser les coûts liés à la production de l’énergie (vapeur et électricité) au sein

de ses huileries, nous a confié le thème ainsi libellé :

« Apport énergétique du tourteau de palmistes et possibilités d’utilisation de ce

combustible dans les chaudières à déchets de PALMCI (cas de l’huilerie d’Iboké) ».

Afin d’atteindre les objectifs liés à ce thème d’un intérêt majeur (vu les besoins

qui l’ont suscité), la Direction du Conseil et Développement Industriel (DCDI) de

PALMCI nous a confié le cahier de charge suivant :

• définir toutes les caractéristiques du tourteau de palmiste,

• établir le bilan énergétique de son utilisation comme combustible,

• faire ressortir les conditions nécessaires à remplir pour l’utilisation pratique de ce

tourteau dans les chaudières disponibles à PALMCI soit comme combustible

principal ou comme combustible complémentaire.

INTRODUCTION

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I. HISTORIQUE

La politique économique de la Côte d’Ivoire fut longtemps basée sur la

culture du binôme café–cacao. L’Etat, dans un souci de diversification de ressources

agricoles afin de prévenir toute crise liée à la chute des prix du café et du cacao,

décida d’ajouter aux exportations de matières premières, celles de produits semi–

finis ou finis. Ainsi, le gouvernement s’engagea (en 1963) à réaliser un programme

de plantation de palmier à huile et de cocotier. Pour mener à bien ce programme, il

procéda à la création de grandes entreprises agro-industrielles (SODEPALM,

PALMIVOIRE et PALMINDUSTRIE) financées par l’Etat et le secteur privé.

En 1977, après avoir racheté les actions de PALMIVOIRE et de

PALMINDUSTRIE détenues par le secteur privé, l’Etat décida de la dissolution de

PALMIVOIRE et de l’apport du patrimoine de cette dernière à la SODEPALM.

A partir des années 90, le contexte de conjoncture économique grandissant,

poussa l’Etat à suivre le Programme d’Ajustement Structurel (PAS) conduit par les

institutions de Bretton Woods. Celui-ci visait à réduire le taux d’endettement des

pays en voie de développement en retirant la gestion des sociétés publiques

nationales à l’Etat. C’est ainsi que le 15 janvier 1997, la société PALMINDUSTRIE fut

privatisée et scindée en trois (3) sociétés distinctes : SIPEF-CI, PALMAFRIQUE et

PALMCI.

II. LA SOCIETE PALMCI

La PALMCI, société d’économie mixte dont le siège est situé à Abidjan (Vridi),

est dotée d’un capital social de vingt milliards de francs CFA (20.000.000.000 FCFA)

réparti comme l’indique le tableau de la page suivante.

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ACTIONNAIRES PARTS

D’ACTIONS (%)

NOMBRE

D’ACTIONS

MONTANT

(FCFA)

UNILEVER 34 1.360.000 6.800.000.000

SIFCOM 17 680.000 3.400.000.000

ETAT CÔTE D’IVOIRE 15 600.000 3.000.000.000

DIVERS PRIVES 15 600.000 3.000.000.000

PLANTEURS VILLAGEOIS 11 440.000 2.200.000.000

SOCFINCO 5 200.000 1.000.000.000

PERSONNEL (PALMCI) 3 120.000 600.000.000

TOTAL 100 4.000.000 20.000.000.000

Tableau 1. Répartition des parts d’actions du capital social de PALMCI (2006).

Elle réalise, par ailleurs, un chiffre d’affaire annuel d’environ soixante

milliards de francs CFA (60.000.000.000 FCFA) et possède également depuis 1998

des participations dans les sociétés ci-dessous présentées.

SOCIETES CAPITAL SOCIAL

(FCFA)

PART D’ACTIONS

DETENUES (%)

MONTANT

(FCFA)

Société des Huileries de

Côte d’Ivoire (SHCI) 900.000.000 10 90.000.000

Terminal Huilerie de

San-Pedro (THSP) 400.000.000 60 240.000.000

Tableau 2. Répartition des participations de PALMCI dans d’autres sociétés (2006).

Les activités majeures de la société PALMCI sont :

• l’encadrement des planteurs villageois,

• l’achat des régimes de palmier issus des Plantations Villageoises (PV),

• la gestion des Plantations Industrielles (PI),

• l’entretien des pistes et ponts de l’ensemble des Unités Agro-Industrielles (UAI),

• la production d’huile de palme et de palmistes,

• la vente de cette production aux industries locales (UNILEVER, COSMIVOIRE)

et extérieures.

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Pour mener à bien ses activités, la PALMCI avec un personnel évalué à 5.864

agents (janvier 2006), dispose de huit (8) unités agro-industrielles regroupant au

total dix (10) huileries reparties en trois (3) directions régionales, à savoir :

• la direction régionale Sud-Est (dans le département d’Aboisso) :

- UAI d’Ehania (3 huileries),

- UAI de Toumanguié (1 huilerie) ;

• la direction régionale Centre (entre les départements de Grand-Lahou et Divo) :

- UAI de Boubo (1 huilerie),

- UAI d’Irobo (1 huilerie) ;

• la direction régionale Sud-Ouest (dans le département de Tabou) :

- UAI de Néka (1 huilerie),

- UAI de Blidouba (1 huilerie),

- UAI de Gbapet (1 huilerie),

- UAI d’Iboké (1 huilerie).

La société PALMCI gère près de 34.190 hectares de plantations industrielles et

105.000 hectares de plantations villageoises. Notons, par ailleurs, que les dix (10)

huileries ont au total une capacité de traitement égale à 340 T/h de régimes de

palmier ; capacité qui permet de traiter annuellement environ 1.200.000 tonnes de

régimes de palmier. L’annexe 1 définit l’organigramme de fonctionnement de la

PALMCI.

III. L’HUILERIE D’IBOKE

Créée en 1981, l’UAI d’Iboké est localisée dans le département de Tabou (cf.

annexe 2) et dispose d’une huilerie à deux chaînes de production d’une capacité

totale de traitement égale à 45 T/h de régimes de palmier. En outre, les régimes

traités par l’huilerie proviennent de 5.334 hectares de plantations industrielles et de

12.481 hectares de plantations villageoises.

L’huilerie d’Iboké possède en plus de l’usine, deux laboratoires chargés du

contrôle qualité process et du contrôle qualité régimes. L’annexe 3 définit

l’organigramme de fonctionnement de cette huilerie. Notons enfin que pour le

compte de l’exercice 2005, l’huilerie d’Iboké a traité près de 87.606 tonnes de régimes

de palmier, ce qui lui a permis de produire 19.744 tonnes d’huile de palme et 3.214

tonnes de palmistes.

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I. INTRODUCTION

Le palmier à huile, de nom scientifique Elæis guineensis (« Elæis » vient du

grec « Elaiêeis » qui signifie huileux et « guineensis » fait référence à son origine du

Golfe de Guinée), est originaire de la zone inter-tropicale humide d’Afrique. Le

palmier à huile est un arbre de la famille des Palmacées (tribu des Cocoïnées). A

l’âge adulte, il présente une puissante couronne de 30 à 45 palmes vertes de 5 à 9

mètres de long surmontant un stipe cylindrique (tronc) de 25 à 30 mètres de haut. Le

palmier à huile est une plante monoïque : les deux sexes sont présents sur chaque

arbre, mais séparés en inflorescences mâles et femelles émises en cycles successifs

(allogamie). C’est la fécondation des fleurs de l’inflorescence femelle qui engendre le

régime de palmier ; celui-ci lorsqu’il est mature se présente à l’aisselle des palmes en

une masse compacte et ovoïde. Il peut alors peser 10 à 50 kg et porter de 500 à 3000

fruits.

L’annexe 4 permet d’observer la composition massique moyenne d’un régime

de palmier (type Tenera). Le fruit est une drupe sessile de forme assez variable, il

mesure de 2 à 5 cm de long et pèse de 3 à 30 g. Chaque fruit porte à son sommet des

stigmates nécrosés sous forme de trois (3) pointes noires crochues. Le fruit est

composé d’une amande ou palmiste formé d’un albumen blanc corné enserrant un

embryon cylindrique, d’une endocarpe ou coque, d’un mésocarpe ou pulpe très

riche en huile et d’un épicarpe ou épiderme (cf. annexe 5).

Les proportions de pulpe et de coque qui déterminent le type de palmier sont

très importantes du point de vue économique. On distingue le type Dura,

caractérisé par une coque de plus de 2 mm d’épaisseur et une pulpe peu abondante.

Le type Pisifera est reconnaissable à son absence de coque. Le type Tenera

(couramment utilisé dans les plantations de palmier à huile) est un hybride

mendélien des deux précédents types, il se caractérise par une coque mince

inférieure à 2 mm d’épaisseur et une pulpe très abondante (cf. annexe 5).

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II. LE PROCESS DE PRODUCTION DE L’HUILE DE PALME

L’huilerie de palme regroupe un certain nombre d’opérations qui ont pour

objectif de dissocier progressivement le régime en fractions distinctes (rafle, fruits,

fibres, huile, boues, noix, amande, etc.) par une succession de transformations des

constituants et de séparation des différentes phases intermédiaires (cf. [1]). Ces

opérations sont les suivantes : la stérilisation, l’égrappage, le malaxage, l’extraction,

la clarification et la palmisterie (cf. annexe 6).

• La stérilisation permet de stopper l’activité enzymatique des lipases, cause de

l’augmentation de l’acidité de l’huile, et facilite le détachement des fruits de la rafle.

Cette opération qui se déroule dans les stérilisateurs, est effectuée sous vapeur

saturée à une pression de 2,5 à 3 bars (≈130°C) pendant une durée moyenne de 45

minutes. Les stérilisateurs sont des cylindres métalliques horizontaux munis d’une

porte et équipés de rails permettant d’y introduire les trains de cages de stérilisation

contenant chacun près de 2,5 tonnes de régimes frais. La cuisson des régimes est

précédée d’une purge (lorsqu’on atteint 1 bar) pour évacuer l’air contenu dans le

stérilisateur. Une autre purge (lorsqu’on atteint 1,5 bar) est pratiquée au cours de la

cuisson pour favoriser le décollement du palmiste de la coque qui le contient. Les

condensats de stérilisation sont, quant à eux, recueillis dans un bac spécial où l’huile

entraînée par les purges est récupérée par un système composé d’une motopompe

dont le fonctionnement est lié à la position d’un flotteur.

• L’égrappage sépare les fruits de la rafle. Cette opération est effectuée dans les

tambours égrappoirs, sortes de cages à écureuil de grand diamètre tournant à

vitesse réduite. Les régimes y sont entraînés en rotation jusqu’au point le plus haut

de l’égrappoir d’où ils chutent sur les barreaux de la cage entre lesquels les fruits

s’échappent. Les régimes remontent et tombent ainsi plusieurs fois tout en

progressant vers la sortie du tambour où ils parviennent à l’état de rafles, en

principe dépourvues de fruits. Ces rafles sont ensuite acheminées aux bennes

d’évacuation par une bande à rafles, sorte de tapis-roulant. Une vis sous le tambour

égrappoir convois les fruits au tamis de lavage, ceux-ci parviennent ainsi à

l’élévateur à fruits qui alimente les malaxeurs à l’aide d’une autre vis convoyeuse.

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• Le malaxage prépare mécaniquement et thermiquement les fruits avant

l’opération de pressage. La masse de fruits y est ainsi réchauffée à une température

voisine de 100°C puis est soumise à l’action mécanique des bras de malaxage. Cette

double action permet la dilacération de la pulpe des fruits et la libération de l’huile

de palme. L’opération de malaxage est réalisée dans des cylindres verticaux (à

double enveloppe de chauffe) équipés d’un système d’injection directe de vapeur et

portant une série de bras de malaxage fixes. D’autres bras de malaxage sont montés

sur un axe vertical et tournent lentement. La durée du malaxage et la température

sont deux facteurs essentiels de la qualité d’extraction, le malaxeur étant maintenu

constamment plein.

• L’extraction consiste à extraire le jus brut dans la masse de fruits malaxés, cette

opération se déroule dans les presses à vis. Dans les presses la masse de fruits

malaxés est entraînée par deux vis tournant en sens inverse à l’intérieur d’une cage

perforée dont la sortie est partiellement obstruée par deux cônes réglables (freinant

ainsi la sortie de matière). La pression ainsi engendrée dans la cage permet

d’extraire le jus brut, mélange d’huile, d’eau et d’impuretés solides contenues dans

la masse. Le jus brut est dilué au niveau de la presse par simple adjonction d’eau

chaude. A la sortie de la presse, on recueille deux produits séparés : le jus brut,

acheminé à la clarification à l’aide de pompes centrifuges, et le tourteau de palme

(mélange de fibres et de noix) convoyé à la palmisterie par une vis émottoir.

• La clarification a pour objet d’épurer le jus brut pour récupérer le maximum

d’huile de palme. Le jus brut est composé en volume d’environs 35% d’huile, le reste

étant de l’eau et des matières dissoutes ou en suspension. La clarification se fait par

décantation et par déshydratation. La température a un rôle très important car elle

influence la viscosité et la densité de l’huile. C’est donc le principe de la différence

de densité qui permet de récupérer par les crépines du décanteur primaire, l’huile

plus légère remontant à la surface et de recueillir les boues de clarification. Ces

boues sont alors traitées dans un décanteur trois phases qui permet d’obtenir à ses

sorties une phase légère (huile) renvoyée au décanteur primaire, une phase aqueuse

(eau + matières solides) et une phase solide (matières en suspension et insolubles).

Après décantation, l’huile obtenue ne peut être stockée telle quelle, car elle contient

encore des impuretés et de l’eau. Les impuretés sont ramenées à un taux inférieur à

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0,01% par une seconde décantation opérée dans le décanteur à huile. L’humidité de

l’huile doit être ramenée à un taux inférieur à 0,1% afin d’éviter tout risque

d’acidification par hydrolyse au cours du stockage. Pour ce faire, après avoir été

chauffée dans le réchauffeur à une température légèrement supérieure à 100°C,

l’huile passe dans un déshydrateur sous vide. Après cette opération, l’huile finie est

acheminée dans les tanks de stockage.

• La palmisterie (la kernellerie) regroupe les équipements permettant d’extraire

les palmistes du tourteau sortant des presses. L’émottage du tourteau est effectué

par une vis émottoir. Après émottage, les fibres plus légères sont séparées des noix

dans une colonne pourvue d’un ventilateur défibreur. Les fibres sont alors collectées

dans un cyclone puis dirigées vers les chaudières à l’aide de vis d’alimentation. Les

noix sont, quant à elles, recueillies dans un tambour polisseur qui, par frottement,

retire les dernières fibres adhérentes. Celles-ci sont aussi aspirées dans la colonne de

défibrage. Les noix sont ensuite séchées dans des silos à noix par de l’air chaud à

65°C. Le séchage facilite la rétractation du palmiste donc son décollement de la

coque. Les noix séchées sont enfin traitées dans des concasseurs de type centrifuge

qui les cassent sans briser les palmistes. A la sortie des concasseurs, le mélange

obtenu contient des palmistes entiers ou brisés, des coques, des poussières, des

fibres et des adhérents (morceaux de coques adhérant à des fragments de palmistes).

Les débris sont extraits de ce mélange par un ventilateur dépoussiéreur, puis

conduits aux foyers des chaudières. Les palmistes et les coques, par contre, sont

séparés du mélange à l’aide d’une série d’hydrocyclonages et de triages sur tamis

vibrants. Les coques sont ensuite stockées dans des silos en attendant d’être utilisées

comme combustible d’appoint des chaudières (démarrage, chute de pression),

tandis que les palmistes sont égouttés par de l’air chaud puis stockés dans des tanks.

• En ce qui concerne la presserie qui est actuellement en construction, notons que

le process de production d’huile de palmiste est simple. En effet, les palmistes

(acheminés par un élévateur et une vis convoyeuse) sont pressés une première fois

par une série de sept (7) presses mécaniques, il en résulte l’huile de palmiste et le

tourteau de palmiste. Celui-ci, encore riche en huile, sera pressé une seconde fois

par une autre série de sept (7) presses. En définitive, l’huile après filtration est

acheminée aux tanks de stockage, le tourteau de palmiste, quant à lui, est convoyé

par une vis afin d’être stocké dans une salle (cf. annexe 7).

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III. LA PRODUCTION DE VAPEUR ET D’ELECTRICITE

III.1. Les chaudières

Une chaudière est un appareil dans lequel par apport de chaleur un fluide

caloporteur subit un chauffage et éventuellement un changement d’état

(vaporisation). Dans cet appareil qui est donc un générateur de vapeur, la vapeur

est obtenue à l’aide de l’eau et de la chaleur dégagée par la combustion des

combustibles.

L’huilerie d’Iboké possède trois (3) chaudières identiques à tubes d’eau de

marque BABCOCK SFMV 1157. Celles-ci produisent de la vapeur surchauffée.

III.1.1. Description

La chaudière BABCOCK de type SFMV 1157 se compose principalement des

éléments suivants :

• ballons supérieur et inférieur, tous deux placés transversalement à la face avant

de la chaudière,

• deux collecteurs « écran arrière » dont l’un (inférieur) est muni d’une vanne

d’extraction pour les purges des boues,

• deux collecteurs « écrans latéraux » permettant aussi la purge des boues,

• un surchauffeur placé transversalement au ballon supérieur,

• un ventilateur d’air primaire qui souffle l’air sous la grille basculante afin

d’activer la combustion,

• un ventilateur d’air secondaire (ou air de turbulence) qui souffle l’air à l’avant et

à l’arrière de la chaudière afin de maintenir la combustion en permettant la

suspension du combustible dans le foyer,

• un ventilateur de tirage qui permet d’évacuer les gaz de combustion,

• un foyer équipé de deux sections de grille à barreaux basculants en fonte

réfractaire et munis de tuyères de soufflage d’air primaire,

• un dispositif d’alimentation en combustible (goulotte, groupe moto-réducteur-

variateur à chaîne, peigne de projection),

• un ramoneur à buses multiples.

Les caractéristiques techniques de la chaudière BABCOCK de type SFMV

1157 sont fournies par l’annexe 8.

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III.1.2. Fonctionnement

L’eau contenue dans le réservoir d’eau et de vapeur provient de la bâche

alimentaire où elle avait préalablement été traitée chimiquement. L’eau contenue

dans cette bâche est chauffée (70°C) par de la vapeur BP (3 bars) provenant du

ballon basse pression stockant la vapeur refoulée par les turbines (contre-pression).

Du ballon supérieur, cette eau s’écoule dans les tubes de chute pour parvenir aux

collecteurs inférieurs (collecteurs sur lesquels sont raccordés plusieurs tubes

vaporisateurs). Ces tubes recevant la chaleur dégagée par la combustion du

combustible (fibres, coques et débris), on assiste à l’augmentation de la température

et à la diminution de la densité de l’eau, cette eau circule (principe du

thermosiphon) ainsi en direction du ballon supérieur via les collecteurs supérieurs.

A ce niveau, la vapeur saturée (19 bars/210°C) se sépare de l’eau en

occupant l’espace libre du ballon. L’eau, quant à elle, s’écoule de nouveau dans les

tubes de chute pour un autre cycle de vaporisation. Un piquage opéré sur la partie

haute du ballon supérieur, permet de surchauffer la vapeur saturée dans un

surchauffeur. C’est cette vapeur surchauffée (20-22 bars/255-275°C) qui est conduite

par un collecteur aux différents turboalternateurs.

NB : Les chaudières présentent certains dysfonctionnements, notamment : les

ramoneurs défectueux (les ramonages ne sont plus effectués) et les systèmes de

décendrage non fonctionnels. Les cendres sont alors retirées du foyer à l’aide de

ringards par les portières prévues pour l’alimentation manuelle en combustible, ceci

a pour effet d’occasionner de mauvaises combustions (excès d’air élevé) et des

pertes thermiques importantes.

III.2. Les turboalternateurs

L’huilerie d’Iboké dispose de deux (2) turboalternateurs pour la production

d’électricité. Les turbines à vapeur de ces turboalternateurs, sont des machines à une

seule roue (étage unique) et « à contre-pression ». Cette contre-pression se

caractérise par le fait que l’énergie contenue dans la vapeur admise à l’entrée des

turbines, n’est pas utilisée en totalité par celles-ci. Une partie de la vapeur

surchauffée est volontairement soutirée à l’échappement des turbines pour être

utilisée dans le process d’usinage des régimes (stérilisation, séchage, etc.). C’est la

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raison pour laquelle cette vapeur est désurchauffée dans un ballon basse pression,

où elle ressort saturée (2,5-3 bars/130°C) facilitant ainsi les échanges thermiques.

Chaque turbine est accouplée à un réducteur mécanique qui permet de

démultiplier la vitesse de rotation de son arbre (6000 à 7000 tr/mn) afin de pouvoir

entraîner celui de l’alternateur à une vitesse de 1500 tr/mn. Les alternateurs

convertissent ainsi l’énergie mécanique en énergie électrique, celle-ci parvient à la

centrale électrique afin d’être dispatchée pour satisfaire les besoins d’utilisation

(usine, forages, habitats, etc.). Les caractéristiques techniques des différents

turboalternateurs sont fournies par l’annexe 9.

III.3. Les groupes électrogènes

L’huilerie d’Iboké dispose de deux (2) groupes électrogènes, tous deux de

marque : CUMMINS. Ces groupes électrogènes ont pour mission :

• d’assurer le démarrage des unités de l’usine,

• d’assurer la production de l’électricité lorsque l’usine est à l’arrêt ou que les

charges du réseau électrique sont trop importantes pour les turboalternateurs.

L’énergie électrique fournie par ces groupes électrogènes parvient aussi à la

centrale électrique où elle est synchronisée avec celle fournie par les

turboalternateurs. Les caractéristiques techniques des différents groupes

électrogènes sont fournies par l’annexe 10.

IV. L’ANALYSE DU COMBUSTIBLE ACTUELLEMENT UTILISE

L’huilerie d’Iboké utilise les déchets solides issus du traitement des régimes

de palmier comme combustible pour les foyers des chaudières. Ce combustible est

composé de fibres, de coques et de débris (petits morceaux de coques sèches, traces

d’amandes brisées, etc.). Les proportions respectives de ces composants pour un

régime frais sont fournies à l’annexe 4. Les foyers des différentes chaudières sont

alimentés en combustible à l’aide de vis d’alimentation remplissant les différentes

goulottes. L’excédent de combustible est, quant à lui, convoyé par les mêmes vis

d’alimentation jusqu’à des bennes de réception afin d’être réintroduit dans le circuit

d’alimentation grâce à l’élévateur de combustible ou manuellement à la pelle.

19



IV.1. Les compositions massiques élémentaires des composants du

combustible

Les compositions massiques élémentaires des différents composants du

combustible actuellement utilisé (cf. [3] et [4]), sont fournies par le tableau suivant :

FIBRES (%)

COQUES (%)

DEBRIS (%)

CARBONE (c) 46,8 53 53

HYDROGENE (h) 6,6 6 6

OXYGENE (o) 41,7 38,6 38,6

SOUFRE (s) 0,4 0,4 0,4

CENDRE (d) 4,5 2 2

Tableau 3. Compositions massiques élémentaires des fibres, coques et débris.

IV.2. Les caractéristiques du combustible

Les principales caractéristiques du combustible sont :

• le taux d’humidité (%H2O) qui est une donnée importante pour la détermination

du pouvoir calorifique inférieur du combustible,

• la composition massique qui nous renseigne sur la proportion de chacun des

composants dans un mélange de combustible,

• le pouvoir calorifique inférieur (Pci) qui définit la valeur énergétique du

combustible ou encore la quantité de chaleur qui peut être dégagée par la

combustion complète de l’unité de masse (ou de volume) du combustible dans les

conditions normales de température et de pression.

IV.2.1. Détermination du taux d’humidité des composants du combustible

La méthode de détermination du taux d’humidité d’un composant est la

suivante :

• prélever un échantillon de chaque composant du combustible au niveau de la vis

d’alimentation de la chaudière,

20



• peser chacun de ces échantillons avant de les sécher à l’étuve pendant une durée

de 12 heures à une température de 105°C,

• peser à nouveau ces mêmes échantillons après l’étuvage.

Le taux d’humidité d’un composant (cf. [1]) est alors déterminé par la formule

suivante :

avec M1 : la masse de l’échantillon avant l’étuvage et

M2 : la masse de l’échantillon après l’étuvage.

NB : Dans le laboratoire de l’huilerie d’Iboké, les échantillons de coques et de débris

sont assemblés afin de déterminer un taux d’humidité commun à ces deux

composants vu qu’ils sont de même nature (cf. tableau 3).

IV.2.2. Composition massique du combustible

La détermination de la composition massique du combustible permettra

essentiellement de calculer son Pci pondéré. Pour y parvenir, différents échantillons

du combustible sont prélevés, pesés puis triés manuellement afin de séparer les

fibres, les coques et les débris. Un nouveau peser des composants séparés par triage

nous permet de déterminer leur proportion massique dans le mélange.

IV.2.3. Pouvoir calorifique inférieur du combustible

Le Pci d’un combustible (fibres, coques ou débris) est fonction de son pouvoir

calorifique supérieur (Pcs), de son taux d’humidité (%H2O) et de sa teneur en

hydrogène (%H2). La détermination du Pci se fait à l’aide de la formule suivante (cf.

[3] et [4]):

* Le Pci et le Pcs étant fournis en kcal/kg.

Le combustible utilisé étant un mélange de trois (3) combustibles ayant des

proportions massiques différentes, il convient de déterminer son Pci pondéré à

l’aide de la formule (cf. [2]) fournie à la page suivante.

%H2O = 1

21

MM -M

× 100

100H9+OH600OH100Pcs

=Pci222 )%(%)%( - -

( 2 )

( 1 )

21



Pci comb j : Pci du combustible j

%comb j : proportion massique du combustible j dans le mélange de combustibles.

Les analyses effectuées sur des échantillons de combustible prélevés à

intervalle de 8 heures (lors d’une journée d’usinage), nous ont permis d’élaborer le

tableau suivant :

Masse

avant

étuvage

M1 (g)

Proportion

massique

(%)

Masse

après

étuvage

M2 (g)

%H2O %H2 Pcs

(kcal/kg)

Pci

(kcal/kg)

Ech

an

till

on

1

Fibres 449 92,39 303,972 32,3 6,6 4.600 2.564

Coques 26 5,35 22,386 13,9 6 4.800 3.725,4

Débris 11 2,26 9,471 13,9 6 4.800 3.725,4

Total 1 486 100 335,829 30,9 6,55 4.615,2 2.650

Ech

an

till

on

2

Fibres 491 96,09 331,425 32,5 6,6 4.600 2.553,6

Coques 11 2,15 9,042 17,8 6 4.800 3.514,8

Débris 09 1,76 7,398 17,8 6 4.800 3.514,8

Total 2 511 100 347,865 31,92 6,58 4.607,83 2.590,17

Ech

an

till

on

3

Fibres 337 95,47 233,878 30,6 6,6 4.600 2.652,4

Coques 11 3,12 9,427 14,3 6 4.800 3.703,8

Débris 5 1,41 4,285 14,3 6 4.800 3.703,8

Total 3 353 100 247,59 29,86 6,57 4.609,07 2.698,86

Tableau 4. Récapitulatif des caractéristiques de trois (3) échantillons de combustible.

* Le Pcs et le %H2 des fibres, coques et débris sont des données usine (cf. [3] et [4]).

Pci pondéré = ∑∑∑∑3

1=j

( Pcicomb j ×××× % comb j ) ( 3 )

22



A l’aide de ces trois (3) échantillons, nous avons pu déterminer le Pci moyen

du combustible par la relation suivante :

3Pci+Pci+Pci=Pci 3néchantillo2néchantillo1néchantillo

moyen

Application numérique :

3

862698+172590+2650=Pci moyen

,,

A partir de ce même principe de calcul, nous avons estimé que 1 kg de

combustible (actuellement utilisé dans les chaudières) a une humidité moyenne

%H2O = 30,9% et se compose moyennement (en masse) de : 946,5 g de fibres (soit

94,65%), 35,4 g de coques (soit 3,54%), 18,1 g de débris (soit 1,81%).

V. L’IMPACT DES RESIDUS DE COMBUSTION SUR LES CHAUDIERES

La combustion du combustible (fibres, coques, débris) occasionne la formation

de masses compactes et solides appelées mâchefers. Ces résidus solides qui

adhèrent aux grilles, briques réfractaires et tubes vaporisateurs, sont issus de la

fusion des cendres engendrées par la combustion. En effet, ces cendres ne peuvent

être efficacement évacuées à cause des dysfonctionnements des ramoneurs et des

systèmes de décendrage. Ces mâchefers favorisent l’obstruction des tuyères de

soufflage d’air primaire au niveau des grilles, ainsi que l’encrassement des surfaces

de chauffe (réduisant la transmission de chaleur du foyer aux tubes vaporisateurs).

Notons que les quantités d’huile et de sable (contenues dans les fibres et

débris) entraînés dans les foyers des chaudières, sont des facteurs favorisant la

formation de mâchefers. Les photographies ci-dessous, prises dans le foyer de la

chaudière n°1 de l’huilerie d’Iboké (29 jours après entretien général) au cours de la

période de pointe (07 mai 2006), donnent un aperçu de l’impact réel des mâchefers

sur les équipements des chaudières.

Fig.1. Mâchefers formés sur les tubes Fig.2. Mâchefers formés sur les briques vaporisateurs. réfractaires.

Pcimoyen = 2646 kcal/kg

( 4 )

23



24



I. LES CARACTERISTIQUES DU TOURTEAU DE PALMISTE

Le tourteau de palmiste est le résidu solide obtenu après l’extraction de l’huile

des amandes du fruit de palme. Ce tourteau, même avec une teneur en huile assez

élevée ( ≈ 9 %), est sec et graveleux (voir figure ci-dessous).

Fig.3. Photographie d’un échantillon de tourteau de palmiste.

Le tourteau de palmiste est actuellement utilisé comme aliment de bétail

(ovins, bovins, etc.). Il constitue, en effet, la 2e classe d’alimentation animale la plus

importante après les céréales, raison pour laquelle toutes les recherches scientifiques

effectuées sur le tourteau de palmiste sont du domaine agronomique. Ceci explique

le fait que toutes les recherches que nous avons menées dans les ouvrages ou sur

l’Internet, portant sur la composition chimique élémentaire du tourteau, n’ont

fourni de résultats satisfaisants.

Cependant, les informations recueillies auprès de la DCDI et les analyses

effectuées dans un des laboratoires de l’huilerie d’Iboké, nous ont permis de

déterminer trois (3) caractéristiques essentielles du tourteau de palmiste :

• le taux d’humidité (%H2O),

• le pouvoir calorifique inférieur (Pci),

• la teneur en huile (% huile).

I.1. Le taux d’humidité (%H2O)

Pour déterminer le taux d’humidité, nous avons prélevé deux échantillons de

tourteau de palmiste. Le suivi de la démarche de détermination du taux d’humidité

déjà énoncée à la page 20, nous a fourni les résultats du tableau de la page suivante.

25



Masse avant

étuvage (g)

Masse après

étuvage (g) % H2O

Echantillon 1 453 430 5,08

Echantillon 2 414 393 5,07

Tableau 5. Taux d’humidité de deux échantillons de tourteau de palmiste.

Pour les calculs pratiques, nous considérerons que le taux d’humidité moyen

du tourteau de palmiste est de :

I.2. Le pouvoir calorifique inférieur (Pci)

La détermination du Pci du tourteau de palmiste selon la formule (2) de la

page 20, nécessite la connaissance de son pouvoir calorifique supérieur (Pcs), de sa

teneur en hydrogène (% H2) et de son taux d’humidité (%H2O). La documentation

fournie par la DCDI, nous donne les valeurs suivantes pour le tourteau de palmiste :

Pcs = 4200 kcal/kg et % H2 = 6,6%.

En définitive, le Pci du tourteau est égal à :

I.3. La teneur en huile (% huile)

L’huile résiduelle contenue dans le tourteau de palmiste contribuera

inéluctablement à la formation de mâchefers, il est donc important de pouvoir

déterminer sa teneur. Pour ce faire, nous avons eu recours à une extraction solide

(tourteau de palmiste) – liquide (hexane) à l’aide du matériel du laboratoire de

l’huilerie d’Iboké. Au terme de cette extraction, nous notons qu’avec une masse de

tourteau de palmiste de 30,523 g, nous avons recueilli 2,948 g d’huile de palmiste.

Nous avons donc conclu que :

% H2Otourteau = 5 %

Pcitourteau = 4000 kcal/kg

% huile = 9,66 %

26



II. L’APPORT ENERGETIQUE DU TOURTEAU DE PALMISTE

Le pouvoir calorifique inférieur du tourteau de palmiste, déterminé dans la

partie précédente, atteste de la très grande valeur énergétique de celui-ci. En effet,

avec un Pci près de 1,5 fois supérieur à celui du combustible actuellement utilisé, le

tourteau de palmiste semble être au plan thermique le combustible solide (issu du

process) le plus adapté aux chaudières à déchets de PALMCI.

Il convient alors, avant de tirer toute conclusion hâtive, de réaliser un bilan

énergétique de son utilisation comme combustible principal ou comme de

combustible complémentaire, afin de comparer ce bilan à celui du combustible

actuellement utilisé. Dans le bilan énergétique, il sera question de déterminer donc

prévisionnellement (pour le compte de l’exercice 2006) :

• la quantité totale de combustible produit,

• la quantité totale de vapeur surchauffée produite (fonction du rendement des

chaudières),

• la quantité totale d’énergie électrique produite (fonction de la consommation

spécifique des turboalternateurs).

Nous remarquons bien que l’établissement du bilan énergétique du

combustible dépend de deux paramètres importants : le rendement des chaudières

et la consommation spécifique des turboalternateurs. Nous avons ainsi déterminé

par calcul les valeurs actuelles de ces paramètres (voir détails des calculs aux

annexes 11-A, 11-B et 12) :

Notons que la faible valeur de ηchaudières est essentiellement due aux

dysfonctionnements des chaudières mentionnés en Nota bene à la page 17.

Aussi, dans le but de pouvoir comparer aisément les bilans énergétiques des

différentes combinaisons de combustibles utilisables, nous convenons des

annotations suivantes pour la suite de l’étude :

• Comb 1 = combustible actuel (fibres, coques et débris),

• Comb 2 = tourteau de palmiste,

• Comb 3 = mélange de tourteau de palmiste et de combustible actuel.

ηηηηchaudières = 64,5 % Csturboalternateurs = 24 kg/kWh

27



II.1. La quantité prévisionnelle totale de combustible produit

L’analyse des prévisions mensuelles pour le compte de l’exercice 2006 (cf.

annexe 13), nous a permis de déterminer les quantités de combustibles 1, 2 et 3

susceptibles d’être produites.

La quantité totale du combustible 1, qui sera produite par la seule huilerie

d’Iboké, sera équivalente à 18 % (en masse) de la quantité totale de régimes traités

(donnée usine, cf. annexe 4).

Le taux d’extraction d’huile de palmiste étant égal à 43 % (en masse), la

quantité totale de combustible 2 sera équivalente à 57 % (en masse) de la quantité

totale de palmistes produits par les quatre (4) huileries suivantes : Blidouba, Gbapet,

Iboké et Néka. Les palmistes des trois (3) autres unités seront, en effet, convoyés à la

future presserie d’Iboké pour la production d’huile de palmiste.

La quantité totale de combustible 3 résulte bien évidemment de la somme des

quantités totales des combustibles 1 et 2. Les résultats de nos calculs sont consignés

dans le tableau ci-dessous.

Quantité de régimes

frais traités

(tonnes)

Quantité produite

de Comb1

(tonnes)

Quantité produite

de Comb2

(tonnes)

Quantité produite

de Comb3

(tonnes)

Jan. 7.449 1.341 573 1.914

Fev. 8.279 1.490 641 2.131

Mars 12.478 2.246 1.037 3.283

Avril 13.692 2.465 1.230 3.695

Mai 13.926 2.507 1.178 3.684

Juin 9.947 1.790 915 2.705

Juil. 7.210 1.298 672 1.970

Août 6.129 1.103 602 1.705

Sept. 5.817 1.047 561 1.609

Oct. 6.770 1.219 652 1.870

Nov. 5.341 961 553 1.514

Dec. 6.468 1.164 598 1.762

TOTAL 103.506 18.631 9.212 27.843

Tableau 6. Quantification prévisionnelle de la production de combustibles destinés

aux chaudières de l’huilerie d’Iboké (exercice 2006).

28



II.2. La quantité prévisionnelle totale de vapeur surchauffée produite

Pour simplifier les calculs, nous avons déterminé la quantité de vapeur

surchauffée capable d’être produite par tonne de chaque type de combustible (QT).

Cette quantité est fonction de plusieurs paramètres (cf. [2]) :

• la variation d’enthalpie massique entre la vapeur surchauffée et l’eau

d’alimentation des chaudières (∆H),

• le rendement des chaudières (ηchaudières),

• le Pci du combustible considéré.

Paramètres de calcul

- le rendement des chaudières : ηchaudières = 64,5 %,

- la vapeur surchauffée (22 bars/265°C) : Hvap = 700 kcal/kg,

- l’eau d’alimentation (70°C) : Heau = 70 kcal/kg,

- le pouvoir calorifique inférieur comb1 : Pcicomb1 = 2646 kcal/kg,

- le pouvoir calorifique inférieur comb2 : Pcicomb2 = 4000 kcal/kg.

Il convient alors de déterminer le Pci pondéré du combustible 3 selon la

formule 3 (cf. page 21). Dans ce sens, l’analyse du tableau 6 nous permet de

déterminer les proportions massiques respectives des combustibles 1 et 2 dans un

échantillon du combustible 3 :

100 %combustible 3 = 67 %combustible 1 + 33 %combustible 2.

Ainsi, nous obtenons :

Les différentes applications numériques opérées, nous donnent les résultats

suivants :

eauvap

chaudièrescombT

HHη×Pci

=Q comb - ( 5 )

Pcicomb3 = 3092,82 kcal/kg

QTcomb1 = 2,708 T/Tcomb1



29



Pour chaque type de combustible, la multiplication de la quantité obtenue

(QT) et des quantités mensuelles produites, nous donne les résultats suivants :

Quantité de vapeur

produite par Comb1

(tonnes)

Quantité de vapeur

produite par Comb2

(tonnes)

Quantité de vapeur

produite par Comb3

(tonnes)

Jan. 3.631 2.348 6.060

Fev. 4.036 2.623 6.746

Mars 6.083 4.245 10.392

Avril 6.675 5.036 11.696

Mai 6.789 4.821 11.663

Juin 4.849 3.746 8.564

Juil. 3.515 2.751 6.236

Août 2.988 2.464 5.398

Sept. 2.836 2.299 5.092

Oct. 3.300 2.667 5.920

Nov. 2.604 2.264 4.794

Dec. 3.153 2.448 5.579

TOTAL 50.459 37.712 88.139

Tableau 7. Quantification prévisionnelle de la production de vapeur surchauffée des

chaudières de l’huilerie d’Iboké (exercice 2006).

II.3. La quantité prévisionnelle totale d’énergie électrique produite

Les quantités totales d’énergie électrique susceptibles d’être produites par la

combustion des combustibles 1, 2 et 3 dans les chaudières à déchets de PALMCI

(avec une consommation spécifique des turboalternateurs égale à 24 kg/kWh) sont

mentionnées dans le tableau de la page suivante.

30



Quantité d’énergie

produite par Comb1

(kWh)


produite par Comb2

(kWh)


produite par Comb3

(kWh)

Jan. 151.305 97.820 252.490

Fev. 168.165 109.294 281.068

Mars 253.455 176.873 433.015

Avril 278.114 209.836 487.325

Mai 282.868 200.890 485.964

Juin 202.045 156.065 356.834

Juil. 146.450 114.642 259.823

Août 124.493 102.682 224.910

Sept. 118.156 95.778 212.165

Oct. 137.513 111.114 246.670

Nov. 108.488 94.319 199.735

Dec. 131.379 102.001 232.433

TOTAL 2.102.431 1.571.314 3.672.432

Tableau 8. Quantification prévisionnelle de la production d’énergie électrique des

turboalternateurs de l’huilerie d’Iboké (exercice 2006).

II.4. L’analyse des résultats obtenus

La comparaison des quantités d’énergie électrique susceptibles d’être

produites par la combustion des différents combustibles, nous montre bien

qu’utiliser le tourteau de palmiste comme unique combustible n’est pas une option

rentable. En effet, la production électrique liée à l’utilisation du tourteau de palmiste

est loin de pouvoir satisfaire la couverture des besoins électriques de l’UAI d’Iboké,

car actuellement l’utilisation du combustible 1 nécessite l’adjonction de groupes

électrogènes. En définitive, nous notons que l’option d’utilisation du tourteau de

palmiste comme combustible principal engendrerait des coûts de production plus

importants du fait de l’augmentation de la consommation en gasoil des groupes

électrogènes.

31



L’option d’utilisation du combustible 3 paraît être alors la meilleure des

solutions à adopter, car elle engendre une production électrique annuelle nettement

supérieure à la consommation électrique totale de l’UAI d’Iboké au terme de l’année

2005 (3.611.142 kWh). En d’autres mots, le combustible 3 permettrait théoriquement

de se passer de l’utilisation des groupes électrogènes! Cependant, n’oublions pas

que dans la pratique ces groupes électrogènes sont utilisés pour les démarrages et

arrêts de l’usine ainsi que dans les situations où les turboalternateurs ne peuvent, à

eux seuls, satisfaire la demande en électricité. Ces situations pouvant résulter du fait

qu’il n’y ait pas assez de combustible (période creuse) ou que la quantité de fibres

en superflu (période de pointe) ne pouvant être stockée, faute de présence d’un local

de stockage, sera brûlée « inutilement ».

Vu les nouvelles perspectives ouvertes par la possibilité de son utilisation, il

s’avère important de vérifier que le tourteau de palmiste peut être réellement brûlé

comme combustible dans les chaudières à déchets de PALMCI. Nous avons donc

jugé bon d’effectuer des essais expérimentaux et pratiques mettant en œuvre la

combustion de ce tourteau.

III. LES CONDITIONS PRATIQUES D’UTILISATION DU TOURTEAU DE

PALMISTE DANS LES CHAUDIERES

Les calculs préalablement effectués, montre l’importante valeur énergétique

du combustible 3. Dans le but de compléter notre étude, nous avons joint à ces

calculs théoriques, des essais dans un four expérimental et dans l’une des

chaudières de l’huilerie. Ces essais visaient essentiellement à examiner le

déroulement de la combustion des différents combustibles étudiés afin de pouvoir

les comparer en situation pratique.

III.1. Les essais expérimentaux

III.1.1. Le four expérimental

Le tourteau de palmiste n’ayant pas (à notre connaissance) encore

d’applications dans le domaine de la thermique industrielle, nous avons préféré

réaliser les premiers essais de sa combustion dans un four expérimental afin d’éviter

tout dommage aux chaudières.

32



Ainsi, dans le but d’effectuer ces essais, nous avons réalisé un four

expérimental en opérant plusieurs modifications sur un four destiné aux activités

culinaires. Les photographies suivantes nous montrent les différentes vues de ce

four de cuisine avant la réalisation des modifications.

Fig.4. Vues de face et de profil du four de cuisine.

Le délai dont nous disposions pour réaliser nos travaux, est la motivation qui

a suscité le choix de ce four pour y réaliser des modifications. En effet, nous ne

disposions pas de temps suffisant pour concevoir un four qui pourrait présenter des

conditions de combustion assez proches de celles des chaudières. Tandis que ce four

de cuisine présentait une zone de cuisson (second étage) dotée de parois en briques

réfractaires et un foyer (premier étage) relié à une cheminée.

Fig.5. Photographies de la zone de cuisson et du foyer du four de cuisine.

Les modifications effectuées sur le four de cuisine pour en faire un four

expérimental, ont été les suivantes :

• remplacement de la tôle séparant la zone de cuisson du foyer par une grille afin

d’assurer le décendrage et l’alimentation en air primaire, • installation d’une cheminée communicant avec la zone de cuisson par sa paroi

supérieure,

33



• installation de canalisations (munies de volets) dont l’une aboutit à une buse

logée dans la zone de cuisson (air secondaire) et l’autre à l’emplacement originel

de la cheminée (air primaire).

Fig.6. Photographies montrant les modifications opérées sur le four de cuisine.

Après avoir effectuer ces différentes modifications, nous avons réalisé le

dessin technique du four expérimental (cf. annexe 14). Ensuite, nous avons opéré au

raccordement de ce four expérimental à la canalisation d’air secondaire de la

chaudière 3 (les volets permettant de régler les débits d’air primaire et d’air

secondaire du four expérimental).

Fig. 7. Photographie montrant le raccordement du four à la chaudière 3.

III.1.2. Les essais de combustion

Le four expérimental nous a permis de brûler respectivement 5 kg de chacun

des combustibles étudiés (Comb1, Comb2, Comb3). Ces combustions se sont

déroulées dans des les mêmes conditions (quantité identique de combustible, débits

34



identiques d’airs primaire et secondaire) afin d’avoir une base de comparaison des

résultats plus fiable.

Notons cependant que l’absence d’analyseur de fumées sur le site de l’huilerie

ne nous a pas permis de mesurer et comparer plusieurs paramètres de combustion

(excès d’air, %CO2, ηcomb, …). Nous ne disposions que d’un thermomètre à

infrarouge et les paramètres que nous avons pu observer ou mesurer sont : la

température et la couleur des gaz d’échappement sortant du four expérimental.

A titre d’aperçu, nous avons pris une photographie montrant le tourteau de

palmiste en pleine combustion dans le four expérimental (portière ouverte).

Fig.8. Photographie montrant la combustion du tourteau de palmiste dans le four.

Au terme de ces essais, nous avons pu établir le tableau suivant :

Ech.

Température des fumées (°C) après… minutes

de combustion

Durée

totale de

comb°

(min)

Masse

de

cendre

(g)

Remarques

5 10 15 20 25 30 35 40 45

Comb 1 250 262 309 278 232 176 85 - - 35 351 Fumées de couleur gris-clair

Comb 2 185 194 200 220 242 230 219 173 96 70 766

Fumées de

couleur noire +

imbrûlés

Comb 3 256 226 215 233 248 219 176 90 - 45 439

Fumées de

couleur gris-

foncé + imbrûlés

Tableau 9. Relevés des essais de combustion des différents échantillons de

combustibles dans le four expérimental.

35



III.1.3. Les analyses des résultats obtenus

Comparer les températures des fumées revient (implicitement) à comparer

celles du foyer de combustion, vu que le circuit parcouru par ces fumées est très

court. Les données fournies par le tableau 9 montre que combustible 1, qui a brûlé

avec une quantité d’air convenable (fumées de couleur gris-clair et absence

d’imbrûlés), permet d’obtenir la température de fumées la plus élevée (309°C) donc

la température de foyer la plus élevée. Aussi, l’échantillon de combustible 1 s’est

consumé plus rapidement que les autres échantillons et a engendré la quantité de

cendre la plus faible. Notons au passage que les ouvertures, dues à la présence des

portières, libèrent une quantité (non estimable) de cendre pendant les différentes

combustions.

Les conditions opératoires du four n’ont pas permis de garder le tourteau en

suspension pendant toute la durée de la combustion, celui-ci a plutôt brûlé en tas

(fumées noires et imbrûlés). Cependant, après l’avoir mis en suspension à l’aide

d’une barre métallique (portière ouverte) nous avons noté qu’il brûlait très

rapidement en provoquant une flamme plus vive (voir fig.8). Les mauvaises

conditions de sa combustion justifient aisément les faibles températures de fumées

enregistrées et le long temps de combustion.

Concernant le combustible 3 (contenant 3,35 kg de combustible 1 et 1,65 kg de

tourteau de palmiste), nous avons noté que sa combustion demandait aussi plus

d’air. Cependant, avec les mauvaises conditions de sa combustion, il a fourni des

températures de fumées plus élevées que celles du tourteau de palmiste avec une

quantité de cendre assez faible. Ce combustible étant sûrement le plus susceptible

d’être utilisé (après l’inauguration de la presserie), nous avons décidé de le brûler

(environs 700 kg) dans l’une des chaudières afin d’analyser son comportement réel

en combustion.

36



III.2. L’essai pratique en chaudière

La première partie de notre essai a consisté à utiliser le combustible 3 pour

effectuer le démarrage de la chaudière en remplacement du mélange de fibres et de

coques en proportion égales (NB : la combustion des coques est le plus important

facteur de création de mâchefers). Nous rappelons qu’au cours du démarrage, la

chaudière est alimentée par des ouvriers qui, munis de fourche, introduisent le

combustible dans le foyer (les portières étant ouvertes).

Nous avons remarqué que lors de l’essai, il était difficile pour ces ouvriers

d’accomplir leur tâche. Et pour cause, le tourteau de palmiste contenu dans le

combustible 3 brûlait presque instantanément lorsqu’il était en suspension,

provoquant ainsi un retour de flamme vers l’extérieur du foyer (l’air primaire étant

soufflé). Dans le but donc d’éviter un quelconque accident, nous avons opté pour

l’utilisation de l’élévateur à combustible afin d’acheminer le combustible 3 dans le

foyer de la chaudière. Au finish, nous avons noté qu’il a fallu 40 minutes à la

chaudière pour atteindre la pression de service (22 bars). La durée moyenne

habituelle du démarrage étant de 45 minutes, nous avons conclu que le combustible

3 pouvait valablement remplacer le mélange de fibres et de coques lors des

démarrages des chaudières.

Quant à la seconde partie de notre essai, elle a consisté à brûler le combustible

3 dans la chaudière pendant l’usinage afin de s’assurer du maintien de la pression

de service par cette combustion. La chaudière étant alimentée par le biais de

l’élévateur à combustible, nous avons noté l’effectivité de la combustion avec

cependant un retour de flamme vers l’extérieur du foyer au travers des ouvertures

laissées par les portières non étanches (dysfonctionnement des systèmes de

verrouillage).

L’examen visuel de la sortie de la cheminée a permis de constater des fumées

de couleur beaucoup plus sombre que d’habitude, mais n’a révélé aucun auto-

allumage (absence de flammes dans les fumées évacuées). Les opérations de

décendrage effectuées après les essais ont révélé une quantité plus importante de

cendre et d’imbrûlés contenant peu de mâchefers. Tandis que l’utilisation du

combustible 1 produisait une quantité de cendre et d’imbrûlés légèrement

inférieure, celle-ci contenant une importante part de mâchefers. La pression de

service, quant à elle, est restée constante (22 bars) pendant toute la durée de l’essai.

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A l’analyse de tous ces constats, nous pouvons conclure que la combustion

du combustible 3 nécessite des débits d’airs primaire et secondaire plus importants

afin d’améliorer le rendement de combustion et de réduire, concomitamment, la

quantité de cendre et d’imbrûlés produite. Aussi, paraît-il important d’accroître le

débit du tirage des fumées (dépression) pour éviter les retours de flamme

dangereux pour les conducteurs des chaudières.

III.3. Les mesures à prendre pour l’utilisation du combustible 3

Les essais effectués nous ont permis de relever plusieurs mesures à prendre

pour l’utilisation pratique du combustible 3 dans les chaudières à déchets de

PALMCI. Ces mesures sont les suivantes :

• réglage (augmentation appropriée de l’ouverture) des volets des canalisations de

soufflage d’airs primaire et secondaire, ainsi que celui du volet de la canalisation

de tirage des fumées,

• remise en état des systèmes de verrouillage des portières des foyers des

chaudières afin d’en assurer l’étanchéité,

• prévision d’un véhicule (chariot élévateur) destiné à effectuer le transfert du

tourteau de palmiste de la presserie à l’élévateur à combustible de l’huilerie.

IV. L’ETUDE ECONOMIQUE DU PROJET

Cette étude nous permettra d’évaluer la rentabilité du projet d’utilisation du

tourteau de palmiste comme combustible complémentaire dans les chaudières.

IV.1. L’estimation de l’économie réalisée

Dans cette partie, nous avons évalué l’économie annuelle que permettrait de

réaliser l’utilisation du combustible 3 par rapport aux dépenses en gasoil des

groupes électrogènes lorsque ceux-ci suppléent les turboalternateurs.

Nous savons que la combustion du combustible 3 permettrait de fournir

3.672.432 kWh d’énergie électrique, tandis que celle du combustible actuellement

utilisé n’en fournirait que 2.102.431 kWh. Il résulterait donc une production

supplémentaire de près de 1.570.001 kWh d’énergie électrique. Evaluer donc

l’économie réalisée par ce projet, revient à comparer les différents coûts de

production de cette énergie en utilisant d’une part les groupes électrogènes et

d’autre part les turboalternateurs.

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Nous avons alors recherché auprès de la DCDI les différents coûts de

production du kWh d’énergie fournie par chacune des sources d’énergie. Ces coûts

englobent les frais liés aux traitements des eaux de chaudière, à la consommation en

gasoil des groupes électrogènes et à l’entretien de ces équipements :

• Groupes électrogènes : 150 F CFA/kWh (HT),

• Turboalternateurs : 16 F CFA/kWh (HT).

Le tableau ci-dessous indique les coûts de production liés à chacune des

sources d’énergie ainsi que l’économie susceptible d’être réalisée :

Source

d’énergie

Prix de revient

du kWh

(F CFA/kWh)


produite

(kWh)

Coût total

de production

(F CFA)

Groupes électrogènes 150 1.570.001 235.500.150

Turboalternateurs 16 1.570.001 25.120.016

ECONOMIE REALISEE 210.380.134

Tableau 10. Coûts totaux de production liés à chaque source d’énergie.

IV.2. L’estimation du coût de revient des mesures d’accompagnement

Nous avons, à ce niveau, évaluer le coût de revient de la réalisation de toutes

les mesures à prendre pour l’utilisation du combustible 3 dans les chaudières à

déchets de PALMCI. Les réglages des différents volets n’impliquent aucun

décaissement de fonds. La remise en état des systèmes de verrouillage des portières

des foyers des chaudières, quant à elle, n’a pas été prise en compte dans

l’établissement du coût de revient des mesures d’accompagnement. En effet, ces

opérations de maintenance qui seront réalisées au cours de l’entretien annuel en fin

de pointe (août 2006), sont couvertes par le budget prévisionnel dudit entretien.

Les dépenses liées à la réalisation des mesures d’accompagnement ne se

résument plus qu’aux frais engendrés par la consommation en gasoil du véhicule

destiné au transfert du tourteau de palmiste de la presserie à l’élévateur à

combustible de l’huilerie.

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Pour faciliter le transfert, il est prévu de stocker le tourteau de palmiste dans

des « big bag » (grands sacs couramment utilisés dans les usines pour le stockage de

matière), ceux-ci pouvant contenir près d’une tonne de combustible. La distance

presserie - élévateur à combustible de l’huilerie est d’environ 500 mètres et le

véhicule qui sera utilisé effectuera donc près de 9.212 chargements dans l’année

(voir tableau 6). Les chariots élévateurs actuellement utilisés à l’huilerie ont les

caractéristiques suivantes :

• Consommation spécifique moyenne : 2,5 l/h,

• Vitesse moyenne : 15 km/h,

• Durée moyenne de manœuvre (chargement, déchargement) : 5 minutes.

Les différentes données fournies plus haut, nous ont permis de déterminer les

paramètres suivants :

• Distance parcourue par chargement : 500 mètres soit 0,5 km,

• Durée moyenne du chargement : 7 minutes soit 0,12 heure,

• Consommation de gasoil par chargement : 0,3 litre.

Le prix du litre de gasoil (2006) étant de 575 F CFA, nous avons pu déterminer

la dépense annuelle qu’engendrerait le transfert du tourteau de palmiste. Celle-ci

s’élève à près de 1.589.070 F CFA.

En définitive, nous pouvons conclure que l’utilisation du tourteau de palmiste

comme combustible dans les chaudières à déchets, engendrerait une économie

annuelle de près de 208.791.064 F CFA. Le temps de retour de l’investissement (tr) est égal à :

ant r 0076,0064.791.208

070.589.1 ==

Ce projet est donc hautement rentable.

tr ≈ 3 jours

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L’étude que nous venons de mener, tout en nous imprégnant des réalités du

monde agro-industriel, nous a permis de mettre à jour les potentialités énergétiques

du tourteau de palmiste. Les analyses et essais que nous avons effectués, nous

permettent clairement d’affirmer que celui-ci peut rentablement être utilisé comme

combustible dans les chaudières à déchets, pour vu que les mesures

d’accompagnement préconisées puissent effectivement être suivies.

Ce combustible, au vu de l’économie considérable qu’il permet de réaliser,

deviendra sans nul doute un atout majeur de la politique de rationalisation des

ressources énergétiques engagée par la PALMCI. En effet, son utilisation permettra

non pas de se dispenser de l’emploi des groupes électrogènes mais plutôt de réduire

celui-ci au strict nécessaire (démarrage, arrêt de l’usine, etc.), option grandement

rentable lorsqu’on constate les montées actuelles du prix du gasoil.

Au terme de cette étude qui nous a plongé dans l’univers de la valorisation

des déchets industriels, nous notons avec satisfaction l’approfondissement de nos

connaissances tant dans le domaine professionnel que dans celui des relations

humaines. Nous espérons enfin que la PALMCI tout en utilisant effectivement les

résultats de nos recherches, nous permettra d’effectuer d’autres études sur des sujets

aussi importants. En autres sujets, nous pouvons citer : la réalisation du circuit de

transport pneumatique du tourteau de palmiste de la presserie aux chaudières ainsi

que la valorisation des rafles (autres déchets produits par l’huilerie).

CONCLUSION

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[1] Jean – Charles JACQUEMARD, Le palmier à huile. Collection Le

Technicien d’Agriculture Tropicale. GP Maisonneuve et Larose Ed., Paris,

France, 1995. 207 pages.

[2] Lucien DELAPLACE & Michel PHILIPPE, Equipements de combustion pour

combustibles solides. Techniques de l’Ingénieur (Mécanique et chaleur).

Strasbourg, France, 1972. Pages B 117 à B 126.

[3] Yacouba BADO, Je conduis ma chaudière édition 1. Abidjan, Côte d’Ivoire,

2001. 20 pages.

[4] Yacouba BADO, Je conduis ma chaudière édition 2. Abidjan, Côte d’Ivoire,

2002. 24 pages.

BIBLIOGRAPHIE

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1. Organigramme de fonctionnement de PALMCI

2. Plan de localisation des UAI de PALMCI

3. Organigramme de fonctionnement de l’huilerie d’Iboké

4. Composition massique moyenne d’un régime de palmier (type TENERA)

5. Coupes longitudinale et transversale du fruit de palme

6. Process de production de l’huile de palme

7. Plan général des équipements de la presserie

8. Caractéristiques techniques de la chaudière BABCOCK type SFMV 1157

9. Caractéristiques techniques des turboalternateurs

10. Caractéristiques techniques des groupes électrogènes

11-A et 11-B. Méthode de calcul du rendement actuel des chaudières

12. Méthode de calcul de la consommation spécifique actuelle des

turboalternateurs

13. Prévisions mensuelles d’usinage de régimes, de production d’huile et de

palmistes (exercice 2006)

14. Dessin technique du four expérimental.

ANNEXES

Documents

PFE Briand Alain_Apport énergétique du tourteau de palmiste