etude de l‱automatisation du processus de

Mémoire de fin d’études en vue de l’obtention du Diplôme d’Ingénieur Grade Master II en

Génie Mécanique et Industriel

Présenté par : RAMIARINTSOA Harisson Erick

Directeur de mémoire : RAVELOJAONA Johnson, Enseignant Chercheur à l’ESPA

Date de soutenance : 3 Mars 2018

Promotion 2016

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

D’ANTANANARIVO

**************

MENTION : GENIE MECANIQUE ET INDUSTRIEL

PARCOURS : GENIE INDUSTRIEL

ETUDE DE L’AUTOMATISATION DU PROCESSUS DE

FABRICATION DE SAC EN PAPIER BIODEGRADABLE A

PARTIR DE LA BAGASSE DE CANNE A SUCRE

Mémoire de fin d’études en vue de l’obtention du Diplôme d’Ingénieur Grade Master II en

Génie Mécanique et Industriel

Présenté par : RAMIARINTSOA Harisson Erick

Directeur de mémoire : Monsieur RAVELOJAONA Johnson, Enseignant Chercheur à l’ESPA

Président du jury : Monsieur RAKOTOMANANA Charles Rodin, Maître de Conférences à

l’ESPA

Membres du jury : Monsieur JOELIHARITAHAKA Rabeatoandro,

Enseignant Chercheur à l’ESPA

Monsieur RAKOTONINDRIANA Tahiry Fanantenana,


Monsieur RAKOTOMANANA Mickael,


Date de soutenance : 3 Mars 2018

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

D’ANTANANARIVO

**************

MENTION : GENIE MECANIQUE ET INDUSTRIEL

PARCOURS : GENIE INDUSTRIEL

ETUDE DE L’AUTOMATISATION DU PROCESSUS DE


PARTIR DE LA BAGASSE DE CANNE A SUCRE

Promotion 2016

TABLE DES MATIERES

REMERCIEMENTS .................................................................................................................................... i

LISTE DES TABLEAUX ...............................................................................................................................ii

LISTE DES FIGURES ................................................................................................................................. iv

LISTES DES SYMBOLES ET ABREVIATIONS ............................................................................................ vi

INTRODUCTION .................................................................................................................................... 1

PARTIE 1 :.............................................................................................................................................. 2

GENERALITES ....................................................................................................................................... 2

CHAPITRE I : MATIERES PREMIERES ........................................................................................... 3

1. CANNE A SUCRE .................................................................................................................... 3

2. CANNE A SUCRE A MADAGASCAR .................................................................................. 9

3. BAGASSE ................................................................................................................................ 10

CHAPITRE II : PROCESSUS DE FABRICATION DU SAC EN PAPIER EMBALLAGE A PARTIR DE LA BAGASSE ................................................................................................................................................ 20

1. METHODES DE FABRICATION ET COMPOSITION DU PAPIER ............................. 20

2. MISE EN PATE ....................................................................................................................... 25

3. MISE EN FEUILLE ET SECHAGE DE LA PATE ............................................................ 32

4. MISE EN FORME DU SAC EN PAPIER EMBALLAGE A PARTIR DE LA BOBINE 39

CHAPITRE III : NOTIONS SUR L’AUTOMATISATION ........................................................................... 45

1. DESCRIPTION DE L’AUTOMATISATION ...................................................................... 45

2. LES BUTS (OU OBJECTIFS) DE L’AUTOMATISATION .............................................. 48

3. LES FONCTIONS ................................................................................................................... 49

PARTIE 2 :............................................................................................................................................ 50

ETUDE EXPERIMENTALE .................................................................................................................. 50

CHAPITRE IV : CHOIX DES ORGANES D’AUTOMATISATION ET DIMENSIONNEMENT ................... 51

1. CAPTEURS ............................................................................................................................. 51

2. ACTIONNEURS ..................................................................................................................... 56

3. PREACTIONNEUR ................................................................................................................ 67

4. EFFECTEUR ........................................................................................................................... 71

5. Dimensionnement des unités hydrauliques dans le système de production ....................... 73

6. DIMENSIONNEMENT DES CONVOYEURS à Bandes ................................................... 81

CHAPITRE V : AUTOMATISATION DU PROCESSUS DE PRODUCTION DU SAC EN PAPIER EMBALLAGE .......................................................................................................................................... 93

1. ETAPE 1 : L’EXTRACTION DU SUCRE POUR L’OBTENTION DE LA BAGASSE . 93

2. ETAPE 2 : LA TRANSFORMATION DES BAGASSES EN BOBINE DE PAPIERS

EMBALLAGES ............................................................................................................................. 116

............................................................................................................................................................. 125

3. ETAPE 3 : FABRICATION DES SACS EN PAPIER A PARTIR DE LA BOBINE ..... 128

CHAPITRE VI : Application de l’étude d’automatisation du processus de traitement avec l’Automate Siemens S7-300 .................................................................................................................................. 137

1. PRESENTATION DE L’AUTOMATE .............................................................................. 137

2. ACCES AUX DONNEES DE L’API S7-300 ....................................................................... 138

3. EDITION DU PROGRAMME POUR l’AUTOMATE Siemens S7-300 .......................... 140

PARTIE 3 :.......................................................................................................................................... 158

Etude économique et Environnementale ........................................................................... 158

CHAPITRE VII : ETUDE ECONOMIQUE .............................................................................................. 159

1. IDENTIFICATION DU PROJET ....................................................................................... 159

2. ETUDE FINANCIERE ......................................................................................................... 162

CHAPITRE VIII : ETUDE ENVIRONNEMENTAL ................................................................................... 167

1. CADRE JURIDIQUE ET EXIGENCES ADMINISTRATIVES ..................................... 167

2. ANALYSE DES ETUDES D’IMPACTS ENVIRONNEMENTALES DU PROJET ET

MESURES D’ATTENUATIONS................................................................................................. 168

CONCLUSION ..................................................................................................................................... 175

ANNEXE : L’AUTOMATE SIEMENS S7-400 ............................................................................................. A

BIBLIOGRAPHIE ...................................................................................................................................... D

WEBOGRAPHIES ......................................................................................................................................F

BIBLIOGRAPHIE…………………………………………………………………………………………E

WEBOGRAPHIE………………………………………………………………………………………….F

RAMIARINTSOA HARISSON ERICK i

PROMOTION 2016

REMERCIEMENTS

Tout d’abord, je rends grâce à l’éternel Dieu Tout Puissant pour sa bonté, de m’avoir soutenu

tout le long de mes études et de m’avoir donné le temps, la force et la santé durant l’élaboration de ce

mémoire.

Ce présent n’a pu être achevé sans l’intervention de plusieurs personnes. Mes vifs remerciements

s’adressent à :

❖ Monsieur ANDRIANAHARISON Yvon, Directeur de l’Ecole Supérieure Polytechnique

d’Antananarivo de nous avoir laissé soutenir notre mémoire de fin d’études,

❖ Madame RAKOTOMANANA Dina Arisoa, Responsable de la Mention Génie Mécanique et

Industriel,

❖ Monsieur RAKOTOMANANA Charles Rodin, Maître de Conférences à l’ESPA, Président du

jury de ce présent mémoire,

L’expression de ma profonde gratitude s’adresse à Monsieur RAVELOJAONA Johnson, le

rapporteur de ce travail, pour la confiance qu’il m’a accordé à m’encadrer tout au long de la

préparation de cet ouvrage, qui s’est montré à l’écoute et nous a toujours soutenu et dirigé avec

patience, compétence et compréhension, Infinie reconnaissance.

Je tiens également à remercier tous les membres du jury qui ont bien voulu examiner ce travail

et ont sacrifié leur temps pour venir ce jour malgré leurs multiples et lourdes tâches :

❖ Monsieur JOELIHARITAHAKA Rabeatoandro, Enseignant Chercheur à l’ESPA,

❖ Monsieur RAKOTONINDRIANA Tahiry Fanantenana, Enseignant Chercheur à l’ESPA.

❖ Monsieur RAKOTOMANANA Mickael, Enseignant Chercheur à l’ESPA.

Nous ne saurons oublier tous les enseignants à l’ESPA surtout ceux de la Mention Génie

Mécanique et Industriel qui ont bien voulu nous donner leurs connaissances et leurs savoir- faire à

l’ESPA ces cinq années d’études.

Mes remerciements et toute ma gratitude s’adressent également :

❖ A mes parents et toute ma famille pour leur soutient, leurs apports moraux et financiers.

❖ A mes amis, à tous les collègues de la promotion et à tous ceux qui, de près ou de loin, ont

contribué à la réalisation de cet œuvre.

Merci à tous ! Que Dieu vous bénisse !

RAMIARINTSOA HARISSON ERICK ii

PROMOTION 2016

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 : Production de Canne à sucre à Madagascar (Tonnes) ........................................................ 10

Tableau 2 : Procédure d'obtention de la bagasse ................................................................................... 11

Tableau 3 : Référence de proportionnalité ............................................................................................ 16

Tableau 4 : Eléments constitutifs .......................................................................................................... 17

Tableau 5 : La composition physique moyenne de la bagasse (ICIDCA, 1990) ................................... 17

Tableau 6 : La composition chimique de la bagasse ............................................................................. 18

Tableau 7: Comparaison entre les deux méthodes ................................................................................ 24

Tableau 8 : Déroulement de la mise en pâte .......................................................................................... 31

Tableau 9 : Bilan de Quantité ................................................................................................................ 38

Tableau 10 : Déroulement de la fabrication du sac en papier ............................................................... 44

Tableau 11 : Détermination de la charge appliquée .............................................................................. 58

Tableau 12 : Diamètre extérieur selon DIN2445 .................................................................................. 63

Tableau 13 : Classe de viscosité cinématique des fluides ..................................................................... 64

Tableau 14 : Dimensionnement des unités hydrauliques ...................................................................... 81

Tableau 15 : Rendement des couples de frottement .............................................................................. 88

Tableau 16 : Dimensionnement des convoyeurs à bande ...................................................................... 92

Tableau 17 : Choix technologiques des actionneurs (1ère Phase) .......................................................... 96

Tableau 18 : Choix technologiques des capteurs (1ère Phase) ............................................................... 96

Tableau 19 : Choix technologiques des actionneurs (Phase 2) ........................................................... 104

Tableau 20 : Choix technologiques des capteurs (Phase 2) ................................................................. 104

Tableau 21 : Choix technologiques des actionneurs (Phase 3) ........................................................... 111

Tableau 22 : Choix technologiques des capteurs (Phase 3) ................................................................. 111

Tableau 23 : Choix technologiques des actionneurs (Etape 2) ............................................................ 122

Tableau 24 : Choix technologiques des capteurs (Etape 2) ................................................................. 122

Tableau 25 : Choix technologiques des actionneurs (Etape 3) ............................................................ 131

Tableau 26 : Choix technologiques des capteurs (Etape 3) ................................................................. 132

Tableau 27: Variable de l'automate S7-300......................................................................................... 138

Tableau 28: Affectation automate N°1 ................................................................................................ 140

Tableau 29 : Affectation de la phase N°2 ............................................................................................ 143

Tableau 30 : Affectation de la phase N°3 ............................................................................................ 145

Tableau 31 : Affectation de l'Etape 2 .................................................................................................. 148

Tableau 32 : Affectation de l'Etape 3 .................................................................................................. 153

Tableau 33 : Conception des modèles ................................................................................................. 160

Tableau 34 : Quantité de papiers pour 5000 sacs ................................................................................ 161

Tableau 35 : Quantité de production par hectare de cannes ................................................................ 161

Tableau 36 : Différents prix des unités de production......................................................................... 163

Tableau 37 : Acheminements des matériels à Madagascar ................................................................. 163

Tableau 38 : Coûts des infrastructures ................................................................................................ 164

RAMIARINTSOA HARISSON ERICK iii

PROMOTION 2016

Tableau 39 : Coûts d'investissement limite (CIL) ............................................................................... 164

Tableau 40 : Nombre journalier de sacs produits ................................................................................ 165

Tableau 41 : Revenus journaliers des sacs .......................................................................................... 165

Tableau 42 : Chiffre d'affaire (CA) ..................................................................................................... 166

Tableau 43 : Les Impacts Négatifs et les mesures d'atténuations ........................................................ 174

RAMIARINTSOA HARISSON ERICK iv

PROMOTION 2016

LISTE DES FIGURES

Figure 1:Tige de la canne à sucre pour le bouturage ............................................................................... 4

Figure 2: Ecart à la plantation de canne à sucre ...................................................................................... 5

Figure 3: Canne à sucre ........................................................................................................................... 7

Figure 4 : La bagasse ............................................................................................................................. 14

Figure 5 : Défibreur à meule abrasive ................................................................................................... 22

Figure 6 : Fonctionnement d'une hacheuse ........................................................................................... 26

Figure 7 : Détection de niveau et mesure de pression dans le lessiveur ................................................ 27

Figure 8 : Vue de dessus du lessiveur ................................................................................................... 28

Figure 9 : Machine épurateur ou classeur .............................................................................................. 29

Figure 10 : Classeur Tailnet .................................................................................................................. 29

Figure 11 : Epaississeur à tambour (presse à vis) .................................................................................. 30

Figure 12 : Epaississeur presse à vis ..................................................................................................... 30

Figure 13 : Sécherie ............................................................................................................................... 33

Figure 14 : Phase de transformation de la pâte en bobine de papier ..................................................... 36

Figure 15 : Circulation de l'eau dans le processus ................................................................................. 37

Figure 16 : Bobine d'emballage obtenue à partir de la bagasse ............................................................. 37

Figure 17 : Machine d’assemblage pour la formation des poignets ...................................................... 40

Figure 18 : Lame de Queter ................................................................................................................... 40

Figure 19 : Machine de façonnage ........................................................................................................ 41

Figure 20 : Assemblage des côtés du sac .............................................................................................. 41

Figure 21 : Machine de découpage ........................................................................................................ 42

Figure 22 : Guide de reprise .................................................................................................................. 42

Figure 23 : Sortie des sacs de la chaine de production .......................................................................... 43

Figure 24: Fonctionnement d'un système automatisé ............................................................................ 49

Figure 25 : Capteurs de poids ................................................................................................................ 51

Figure 26 : Capteurs de présence photoélectrique ................................................................................. 52

Figure 27 : Capteur de proximité........................................................................................................... 53

Figure 28 : Capteur de Température ...................................................................................................... 54

Figure 29 : Capteur de PH ..................................................................................................................... 55

Figure 30 : Débitmètre à ultrason ......................................................................................................... 55

Figure 31 : Vérin hydraulique à double effet ........................................................................................ 57

Figure 32 : Vérin à double effet ............................................................................................................ 57

Figure 33 : Détermination du coefficient de mode fixation ................................................................. 58

Figure 34 : Abaque de la tige de vérin (Abaque) .................................................................................. 59

Figure 35 : Abaque du choix du vérin ................................................................................................... 61

Figure 36 : Moteur asynchrone.............................................................................................................. 66

RAMIARINTSOA HARISSON ERICK v

PROMOTION 2016

Figure 37 : Distributeur 4/3 type tandem - Commande électrique ........................................................ 67

Figure 38 : Unité de puissance hydraulique .......................................................................................... 69

Figure 39 : Schéma d'une électrovanne ................................................................................................. 71

Figure 40 : Pompe centrifuge ................................................................................................................ 72

Figure 41 : Convoyeur à bande ............................................................................................................. 82

Figure 42 : Convoyeur à bande horizontale .......................................................................................... 87

Figure 43 : Circuit de puissance de la phase 1 ...................................................................................... 98

Figure 44 : Circuit de puissance de la phase 2 .................................................................................... 106

Figure 45 : Circuit de puissance de la phase 3 .................................................................................... 113

Figure 46 : Circuit de puissance de l'étape 2 ....................................................................................... 125

Figure 47 : Circuit de puissance de l'étape 3 ....................................................................................... 134

Figure 48: Structure d’interaction du logiciel et du matériel ............................................................... 137

RAMIARINTSOA HARISSON ERICK vi

PROMOTION 2016

LISTES DES SYMBOLES ET ABREVIATIONS

SYMBOLES ET

ABREVIATIONS

DESIGNATIONS UNITES

TMP Thermomechanical Pulping

PAD Plateforme des Agrocarburants Durables

R Rendement du jus extrait dans la canne %

m Quantité de marc ou de matière insoluble Kg

E Quantité de jus séparée par la presse Kg

S Quantité de sucre dans la canne Kg

B Quantité de la bagasse obtenue Kg

V Quantité d’eau ajoutée avant la presse de la canne Kg

PC Partie Commande

PO Partie Opérative

VA Valeur ajoutée

API Automates Programmables Industriels

pH Potentiel en Ions Hydrogène

BIT Bureau International du Travail

AC Condition d’Activation

DC Condition de Désactivation

p Pression bars

s Section m2

F Force ou effort N

g Constante gravitationnelle m/s2

Q Débit moyenne par seconde m3/s

α Angle d’inclinaison du vérin °

Vr Vitesse rentrée de la tige du vérin m/s

Vs Vitesse de sortie de la tige du vérin m/s

dint Diamètre intérieur de la conduite mm

D Diamètre extérieur de la conduite mm

Viscosité cinématique du fluide cm2/s

μR Coefficient de frottement entre tambour et bande

P Puissance KW

Δp Pertes de charges bars

L Longueur m

ρ Masse volumique du fluide Kg/m3

η Rendement

RAMIARINTSOA HARISSON ERICK vii

PROMOTION 2016

Vres Volume du réservoir l

N Nombre de tour par minute tr/mn

w Vitesse angulaire rad/s

dt Diamètre du tambour du convoyeur à bande mm

Vc Vitesse du convoyeur m/s

qG Masse linéique de produit à transporter Kg/m

Iv Débit massique t/h

Ϩ Surface massique du papier m2/Kg

Cs Capacité de production de sacs par heure sacs/h

Ss Surface du papier pour un sac m2

IM Débit volumique m3/h

Fu Force utile pour entrainer le moteur N

r Rapport de transmission de l’engrènement

Mt Moment de torsion transmis par les arbres N.m

p Capteur de présence

T Mémoire des Temporisations

I Mémoire image des entrées

Q Mémoire image des sorties

V Mémoire des variables

MPI Interfaces multipoint

GRAFCET GRAphe Fonctionnel de Commande Étapes-

Transitions

SM Mémoire mémentos spéciaux

RT Relais thermique

F Fusible

PM Petit Modèle

MM Moyen modèle

GM Grand modèle

TVA Impôt fixe de l’Etat sur tous les bien et service

vendus

MECIE Mise En Compatibilité des Investissements avec

l’Environnement

EIE Etude d’Impact Environnemental

CO2 Gaz carbonique (Dioxyde de Carbone)

NOx Oxyde d’azote

RAMIARINTSOA HARISSON ERICK 1

PROMOTION 2016

INTRODUCTION

Actuellement, les produits en papier deviennent de plus en plus une première nécessité,

il en est également l’usage des sacs. Alors que ce sont des facteurs qui conduisent à une des

causes de la dégradation de la forêt. L’utilisation des sacs en plastiques contribue également à

la destruction environnementale à travers les déchets non dégradables et polluants. En effet, la

plupart des industries modernes produisent des matières biodégradables.

Madagascar est parmi les pays qui possède de grands nombres de différentes espèces

botaniques telle que la canne à sucre qui est l’une plante ligneuse et fibreuse, très exploitable

au niveau du secteur industriel et favorable à la production des sacs en papier biodégradable.

Malgré cela, nous sommes en mesure d’améliorer le processus de production, en faisant

appel à une nouvelle technologie d’automatisation pour développer la performance et la qualité

de production.

En guise de cette vision est l’esprit de choisir et d’élaborer ce présent mémoire intitulé

: « ETUDE DE L’AUTOMATISATION DU PROCESSUS DE FABRICATION DE SAC EN

PAPIER BIODEGRADABLE A PARTIR DE LA BAGASSE DE CANNE A SUCRE ».

Quel est le déroulement du processus du système d’automatisation au passage de la

canne à sucre aux différentes étapes jusqu’à la sortie des sacs en papier finis de la chaîne de

production ?

Le plan de travail d’étude sera divisé en 3 grandes parties : la première partie montre

généralement la matière première, les procédures de fabrication et la valeur de la technologie

d’automatisation. La deuxième partie sera une étude approfondie de l’automatisme du

processus de chaque phase et étape de production, en adaptant à la suite avec l’automate

SIEMENS. Finalement, la réalisation du projet sera basée sur l’étude environnementale et

économique.


PROMOTION 2016

PARTIE 1 :

GENERALITES


PROMOTION 2016

CHAPITRE I : MATIERES PREMIERES 1. CANNE A SUCRE

Plus précisément, dans la fabrication de la pâte à papier n’utilise pas entièrement tout

l’aspect de la canne mais seulement l’obtention des résidus après l’extraction du jus sucré

dans celle-ci, ce qui donne en restes la bagasse. Pour cette dernière, le mieux d’avoir une

quantité suffisante, mise à part la plantation des cannes à sucres, il faut établir une coopération

avec des usines de production qui laissent en tant que déchets cette partie, de les donner une

meilleure issue de les débarrasser en les récupérant.

1.1. Culture

La rentabilité de la culture dépend bien sûr du climat, du terrain, de l’irrigation, de la

variété et du degré de lutte contre les maladies et les parasites. Les tiges sont coupées aussi

près que possible du sol puis étêtées.

1.1.1. Préparation du sol

La préparation du sol a pour but de rendre les surfaces destinées à la culture les plus

favorables à la croissance de la canne. La canne à sucre se caractérise par un système radiculaire

important, allant en profondeur, ce qui la rend apte à coloniser les terrains même fortement en

pente et en retenir le sol. Les sols les plus propices à son développement sont donc ceux qui lui

permette cet enracinement et qui lui offrent donc une certaine profondeur et une aération du sol

n'offrant pas de résistance à la pénétration des racines. La canne à sucre est autrement

généralement considérée comme une plante très tolérante aux conditions de sols.


PROMOTION 2016

1.1.2. Mode de plantation

La canne à sucre se plante par bouturage. Les cannes issues de la pépinière sont

coupées en tronçons de trois yeux et puis enterrées (morceaux de tiges de canne d’environ 30

cm). De plus, il faut enlever les feuilles de la base et couper les feuilles du sommet et ne

garder que 2 ou 3 nœuds au- dessous de la partie verte.

Figure 1:Tige de la canne à sucre pour le bouturage

Les boutures sont mises à plat dans le fond des sillons en files puis recouvertes de 4 à 8

cm de terre fine. La mise en place des boutures est réalisée après l'ouverture des sillons. Les

yeux sont placés sur le côté et non dessous. Une bonne levée commence après 10 à 15

jours.

Les boutures de trois yeux de canne à sucre sont enfoncées avec un angle

d'environ 45° dans le sol, le dernier œil dépassant. Ce dernier œil permet à la canne de

démarrer dans le cas où le sol étoufferait les deux autres.

1.1.3. La densité


PROMOTION 2016

En général, les écartements sont en moyenne de 1,50 m entre les lignes. Ainsi, pour

planter un hectare, il faut 4 à 8 tonnes de boutures. Avec un hectare de pépinières, on plante 8

à 15 ha.

Figure 2: Ecart à la plantation de canne à sucre

1.1.4. L’Entretien

Les principaux travaux d'entretien de la canne à sucre sont les suivants :

• Irrigation : la canne à sucre est grande consommatrice d'eau. Durant les

périodes de sècheresse, il peut être nécessaire de suppléer l'apport naturel

d'eau (pluies, rosée, humidité de l’air...) en pratiquant l'arrosage ou l'irrigation.

• Drainage : la stagnation d'eau peut comme pour toute plante étouffer les

racines et retarder le développement de la canne. Le drainage consiste en

général sur des terrains plats à créer des éléments de reliefs pour éviter cette

stagnation.

• Lutte contre les mauvaises herbes : Les mauvaises herbes sont néfastes à la

plantation car elles entrent en compétition de lumière, d'eau et de nutrition

avec les cannes. De plus elles peuvent servir d'hôtes à des maladies ou des


PROMOTION 2016

parasites de la canne. Cette lutte se concentre sur les adventices car la

croissance de la canne lui permet de surclasser les espèces basses, pour

autant qu'un désherbage à la plantation ait donné à la canne "une longueur

d'avance".

• Lutte contre les maladies : La surveillance des cannes permet de détecter les

maladies affectant les plantations et de mettre en œuvre un traitement

phytosanitaire ou des mesures de destruction des zones contaminées pour que le

reste de la plantation ne soit pas affectée.

1.2. Physiologie de la canne à sucre

Connus depuis la préhistoire, la canne à sucre et le miel furent longtemps les

seules sources de sucre de l’humanité.

D’origine botanique au « Saccharum », cette plante n'existe plus à l'état

sauvage. Sa contrée d'origine serait l'archipel de la Nouvelle-Guinée, d'où elle aurait

été répandue par l'homme d'abord dans toutes les îles du Pacifique et dans l'Océan

Indien jusqu'en Malaisie, ainsi que dans la péninsule Indochinoise. Depuis, la canne à

sucre classifié « Saccharum officinarum » est celle qui a été domestiquée. Elle a ensuite

été croisée avec les espèces sauvages (Saccharum robustum, Saccharum barberi,

Saccharum spontaneum et Saccharum sinense) pour améliorer ses qualités végétatives.

La canne à sucre « Saccharum officinarum » est une plante de la famille des

Graminées ou Poacées, réputée pour leur grande longévité et ces caractéristiques

diverses s’adaptant aux différentes régions de culture : robustesse, résistance aux

maladies, teneur en sucre plus ou moins élevée. C’est une plante vivace, c’est-à-dire,

qu’elle n’a pas besoin d’être replantée tous les ans : la canne repousse après chaque

récolte. Après cinq (5) ou six (6) « repousses », les vieux plants sont arrachés et une «

canne vierge » est replantée. Elle se cultive par bouturage (on plante des tronçons de

tige de canne de 30 - 40 cm qui régénèrent une plante entière) ; au fil de la croissance,

zim://A/A/Archipel.html

zim://A/A/Archipel.html

zim://A/A/Nouvelle-Guin%C3%A9e.html



zim://A/A/Oc%C3%A9an%20Pacifique.html

zim://A/A/Oc%C3%A9an%20Pacifique.html

zim://A/A/Oc%C3%A9an%20Indien.html



zim://A/A/Malaisie.html

zim://A/A/Indochine.html


PROMOTION 2016

le sucre s’accumule dans les tiges jusqu’à un maximum appelé « maturité » : c’est le

moment optimal pour la récolte. La première récolte a lieu 11 à 18 mois après la

plantation. Les tiges sont coupées au niveau des souches, qui repoussent pour être

récoltées 10 à 12 mois plus tard. La récolte s’étale sur plusieurs mois « août à

novembre » particulièrement dans les zones tropicales. Après la coupe, la canne doit

être broyée dans les plus brefs délais, car le contenu en sucre diminue rapidement, le

délai entre la coupe et le broyage ne doit pas dépasser 24 heures.

Figure 3: Canne à sucre

La plante possède des racines denses qui peuvent s’enfoncer profondément

dans le sol, mais la plupart d’entre elles s’étalent à environ 50 cm de la surface dans

un périmètre pouvant atteindre fréquemment 2 à 5 m autour de la souche. Elles sont

pourvues de nombreux poils absorbants qui aspirent l’eau et les sels minéraux du sol.

D’autres racines plus profondes assurent le maintien et la stabilité de la plante.

Les tiges peuvent atteindre entre 2,5 et 5m de hauteur et 1,5 à 6 cm de

diamètre, leur écorce épaisse et lisse va du jaune au violet selon variétés utilisées. Les


PROMOTION 2016

tiges sont structurées en tronçons de 10 à 20 cm (les entre-nœuds), séparés par des

nœuds où les feuilles prennent naissance. Les feuilles sont réparties en deux files

opposées et ont un limbe de 1m de longueur sur 2 à 10 cm de largeur. Elles sont au

nombre de 10 sur les plantes en pleine croissance. En période de floraison, la tige se

termine par une panicule, inflorescence argentée. Cette panicule, fragile et soyeuse,

mesure de 50 cm à 1 m de longueur.

L’apparition de la floraison marque la fin de la croissance de la plante et le

début d’une augmentation sensible de formation de saccharose qui se déclenche sous

l’action de la sécheresse et de la fraîcheur nocturne. Cependant, la floraison des

plantes cultivées n’est pas désirable du fait qu’elle soutire une partie de l’énergie

nécessaire à la croissance végétative de la plante et à la production du saccharose.

Pendant la période qui précède la récolte, la plante fabrique peu à peu son

sucre (saccharose) dans les feuilles grâce à l’action conjuguée du soleil, de l’eau et de

l’air « photosynthèse ». Le saccharose s’accumule dans la tige comme réserve

énergétique, mais sa répartition n’est pas égale et le sommet de la plante est d’une

moindre teneur en sucre. Les principaux constituants de la canne à sucre sont le sucre

et les fibres. La composition moyenne de la canne à sucre est présentée. Selon l’état

de maturité de la plante, la teneur en fibre peut varier de 10 % à 18 %, la quantité

d’eau de 72 % à 77 % et le saccharose de 12 % à 16 %.

1.3. Condition climatique favorable

• Température

Température optimale diurne (seulement dans la journée) : germination de 26°

C à 33° C et croissance de 28° C à 35° C. Température minimale de croissance : 15°

C à 18° C.

• Altitude

Pour avoir un bon rendement industriel, il est conseillé de ne cultiver la canne à sucre

que sur les régions côtières ne dépassant pas le 500 m d'altitude, la canne à sucre exige un


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climat chaud et humide, dans les zones tropicales et subtropicales, et plus particulièrement

entre 35° de latitude nord et 30° de latitude sud.

• Insolation

La canne à sucre exige beaucoup de lumière pour sa croissance et pour la formation

des saccharoses. Les cannes cultivées en pleine lumière possèdent des tiges plus grosses et

plus trapues, des feuilles plus larges, plus épaisses et plus vertes ainsi que des racines plus

développées, l'insolation facilite la maturation des cannes et permet la réduction de l'eau en

quantité.

• Besoins en eau et fréquence d'arrosage

Besoin en eau : 150 mm/mois avec une fréquence d'arrosage : par quinze (15) jours.

2. CANNE A SUCRE A MADAGASCAR

2.1. Conditionnement à Madagascar

Pour le cas de Madagascar il n'y a pas de création variétale à Madagascar et la

filière importe directement des nouvelles variétés. Ces derniers sont importés,

actuellement, de la quarantaine intermédiaire « CIRAD - Montpellier » (Centre de

coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement)

auprès duquel le Centre Malgache de la Canne et du Sucre (CMCS) a contracté des

abonnements renouvelables.

Législation phytosanitaire : suivant l'Arrêté n° 4 736/2002 du 07 octobre

2002 portant réglementation d'importation des végétaux ou produits végétaux et

l'Arrêté n° 4735/2002 du 07 octobre 2002 portant création des mesures de

quarantaines et conditions de détention en quarantaine végétale ; « les végétaux dont

la canne à sucre doivent, après leur introduction, être soumis en observation

phytosanitaire dans des installations appropriées dans les stations Nationales de

Quarantaine Végétale »

La procédure de mise en quarantaine se fait en deux étapes :


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• En Serre ou en milieu fermé au niveau de la Station Nationale de quarantaine

végétale à Nanisana. Cette étape dure 20 mois en deux cycles de vierge.

• En plein air ou quarantaine ouverte au niveau de la Station Nationale de

Quarantaine à sucre à Ranomafana Est - Brickaville qui dure 10 mois en cycle

de vierge.

À chaque changement du cycle, les boutures sont soumises à des traitements

thermothérapies (eau courante pendant 48 heures et eau chaude à 50-51° C pendant

55 minutes).

2.2. Potentiels actuels à Madagascar

Pour le moment, c’est surtout l’éthanol pour l’usage domestique qui est promu,

pourtant Madagascar dispose d’importante potentialité agricole et que d’après une étude

réalisée par la plateforme des agrocarburants durables (PAD) et le WWF en 2011, une surface

d’un million d’hectares suffirait pour recueillir des cultures à vocation énergétique, sans

compromettre la production alimentaire, afin de saisir l’opportunité de se développer dans le

domaine des agrocarburants. À titre indicatif nous avons ici un bilan de la production de

canne à sucre et d’alcool à Madagascar sur les 3 sites les plus prépondérantes en 5 années

depuis 2009 :

Tableau 1 : Production de Canne à sucre à Madagascar (Tonnes)

3. BAGASSE

3.1. Mode d’obtention de la bagasse

On a recours à la principe d’obtention de l’alcool par fermentation du jus sucré


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de la canne (pour l’obtention du rhum, de l’éthanol...) pour mieux avoir les résidus

restants non utilisés pour ce domaine c’est la bagasse. En général, le processus

d’obtention s’effectue en 4 étapes :

o L’extraction du jus sucré

o La fermentation

o La distillation

o La rectification et la déshydratation

Mais on ne s’intéresse que pour l’obtention de la bagasse, ce qui nous mène à

se concentrer que sur l’étape de l’extraction du jus sucré.

On peut aussi élaborer des différentes matières premières principalement dans

les espèces végétales souvent lignifiées constituants en majorité de fibres de celluloses,

caractéristique spécifiée pour l’obtention de la pâte à papier comme le bambou, le

manioc, le bois, canne de maïs… Mais pour notre étude, nous allons nous focaliser

pour la fabrication de papier à base de la bagasse de canne à sucre.

3.1.1. L’extraction du jus sucré

Les différentes étapes de transformation :

Les cannes sont acheminées dans un

endroit sûr ou pesées dans le cuve de

pesage et passent directement dans le

procédé suivant.

Livraison des cannes par des moyens de

transports (camion, charrette…)

Lavage et coupage des cannes à sucres en

morceaux pour mieux passer aux moulins

Broyage et Pressage, puis rincées afin d'en

extraire un maximum de jus sucré

Acheminement

Livraison

Préparation

Extraction

Bagasse

Tableau 2 : Procédure d'obtention de la bagasse


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3.1.2. Calcul de rendement

Cette méthode consiste à presser la canne à sucre pour en tirer le jus afin d’en

déduire la quantité de résidus rejetés (bagasse). La pression peut s’effectuer soit par

presse à vis, soit par des batteries de moulins.

Considérons 100kg de matière issue du pressage. Ce jus contient encore 𝑚

[kg] de marc ou matière insoluble et S [kg] de sucre, la quantité de jus est :100 − 𝑚.

Si la presse sépare 𝐸[kg] de jus, le résidu B[kg] est de : 100 − 𝐸[kg]. La pression aura

abouti à une extraction de :

On peut voir que le rendement augmente avec E, c’est-à-dire, avec la

puissance de la presse. Cette méthode n’est pas très favorable si on cherche à obtenir

un rendement élevé. D’où addition 𝑉[kg] d’eau soit avant la pression, soit sur le marc

de première pression et après un malaxage avant une dernière nouvelle pression.

Dans la première pression avec addition d’eau, le rendement sera de : R1

B = 100 − 𝑅 (100−𝑚)

100 [kg]

B1= 100 − 𝑅1 (100−𝑚+𝑉)

100 [kg]

[%]

E.1

E.2


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Dans la seconde pression après malaxage, nous aurons un rendement :

La pratique de la dilution favorise le rendement mais diminue le degré de vins

; c’est pourquoi cette opération doit être compensée autant que possible par

l’augmentation du nombre des pressions pour restreindre ce défaut.

Les étapes où on extrait le jus de la canne sont subdivisées en 3 parties :

o La réception des cannes :

Le ramassage de la récolte se fait dans les champs par camions, remorques et

tracteurs.

La réception des cannes par l’usine se fait directement à la balance. Arrivés à la

balance, les cannes sont pesées, puis on prélève un échantillon de cannes à l’aide

d’une sonde mobile pour procéder à une analyse afin de vérifier la teneur en

saccharose. Par la suite, les cannes peuvent être soit, entreposées pour la nuit, soit

envoyées directement à la transformation.

Le cultivateur est rémunéré en fonction de la teneur en sucre de cet échantillon et

de la masse de la canne.

o La préparation :

Les cannes passent sur des coupes cannes après avoir passé au lavage pour

enlever tous les déchets comme les boues, les poussières etc... À ce stade, les


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morceaux de canne ont une taille de l’ordre de 100 mm de longueur et 4 mm de

diamètre.

o Le broyage (l’extraction) :

Lors de l’extraction, les morceaux de canne à sucre passent par une batterie de 4

moulins cylindriques qui tournent lentement (4 à 6tr/mn). Chaque moulin comporte 3

rolls montés en triangle (1 roll d’entrée, 1 roll supérieur et 1 roll de sortie).

La canne est broyée pour la première fois entre le roll d’entrée et le roll supérieur

et une deuxième fois entre le roll supérieur et le roll de sortie.

Au passage du deuxième moulin, la canne a déjà abandonné une partie de son jus,

mais il reste encore du saccharose.

Au passage du dernier moulin, on injecte de l’eau chaude (imbibition), et le jus

récolté revient au niveau du troisième moulin. Le jus au troisième moulin étant trop

dilué, est renvoyé au deuxième moulin. On récupère donc le jus du deuxième moulin

et du premier moulin. A la sortie du dernier moulin, on obtiendra de la bagasse. Pour

le jus sucré obtenu, on peut le vendre aux choix des diverses usines comme les usines

sucrières, rhumières, producteurs d’éthanol, etc…

Figure 4 : La bagasse


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3.1.3. La quantité de bagasse

La canne à sucre génère une quantité importante de résidus. Il s’agit du reste

de la tige après extraction du jus, ce que l’on appelle « bagasse ». On évalue qu’une

tonne de canne produit environ 350 à 400 kg de débris, soit entre 35 % et 40 % de la

matière première.

Ainsi, la bagasse est le résidu fibreux et ligneux obtenu après broyage de la

canne à sucre pour l’extraction du jus sucré dans les moulins des sucreries et

distilleries. Il en ressort 70% du jus et 30% de la bagasse. En général, la bagasse est

considérée comme un coproduit de la canne plus que comme un déchet de l’industrie

sucrière et rhumière.

C’est une source d’énergie, et de matière première pour papiers (assiette

jetable,), cartons, isolants thermiques, panneaux agglomérés (bagapan), matière

textiles, fourrage pour les animaux (bétails), utiliser la cendre de bagasse comme

amendement pour la fertilisation du champ de canne. Sous forme de combustibles,

c’est une bioénergie utilisée dans les usines de production d’éthanol ou de sucre. De

ce fait, certaines usines peuvent fonctionner en autonomie énergétique et parfois de

produire plus d’électricité qu’elle n’en a besoin et même vendre son surplus, certes

cela étant en fonction de la quantité de bagasse en stock.

Après le processus de broyage, la bagasse est entreposée dans un hangar ou

sur une vaste surface pour sécher. Certaines usines prennent en partie de la bagasse

sert de combustible pour la chaudière qui produit la vapeur nécessaire au

fonctionnement de l’usine surtout à la distillation.

zim://A/A/Bio%C3%A9nergie.html

zim://A/A/Bio%C3%A9nergie.html

zim://A/A/Sucre.html

zim://A/A/Sucre.html


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Remarque :

Concernant la proportionnalité, la quantité de bagasse peut être obtenue à

partir des références suivantes :

On constate que la quantité de bagasse obtenue en moyenne est de 24,375

tonnes par hectare avec les bonnes conditions de techniques agricoles et un calendrier

de plantation optimisé.

3.2. Composition de la bagasse

3.2.1. Propriété morphologique

Lors du broyage de la canne à sucre par les broyeurs, après extraction du jus,

les trois principales composantes de la canne se retrouvent dans la bagasse :

o La moelle, composée de fibres courtes contenant une majorité de sucrose

o Les fibres

o L’écorce : contenant les fibres les plus longues et les plus fines

La bagasse présente une grande hétérogénéité morphologique constituée de

paquets de fibres et d’autres éléments de structure comme des vaisseaux, le

sclérenchyme (cellules à parois épaisses souvent lignifiée : fibres), du

parenchyme et des cellules épithéliales.

1 Hectare de

plantation 60 à 70 tonnes de

canne à sucres

1 Tonne de

canne à sucre 350 à 400

kilogrammes de

Bagasse

Tableau 3 : Référence de proportionnalité


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3.2.2. Répartition des éléments constitutifs de la bagasse (Muller, 1960)

Epiderme Sclérenchyme Parenchyme

5-7% 25-27% 65-69%

Tableau 4 : Eléments constitutifs

Les fibres de bagasse sont rigides, de contours irréguliers mais bien

définis. Elles présentent des fibres partielles résultant de l’action

mécanique durant le procédé industriel.

3.2.3. Propriétés physiques de la bagasse

Les principales propriétés physiques de la bagasse recensées dès lors

permettent de contrôler l’habilité de fibres de bagasse à être employée dans

les manufactures telle qu’elles soient. Elles comprennent généralement le

pouvoir calorifique, les tailles et la densité des particules. La réalisation de

nouveaux produits bio-sources tient compte de l’ensemble des propriétés.

3.2.4. Composition physique

Fraction fibreuse Solides non

solubles

Solides solubles Eau

45% 2-3% 2-3% 50%

Tableau 5 : La composition physique moyenne de la bagasse (ICIDCA, 1990)

La partie désignée comme fibre correspond à toute la matière fibreuse solide

organique insoluble dans l’eau. La fraction des solides solubles se compose


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de molécules de saccharose résiduel, non-extraites lors du procédé ainsi que

d’une portion de cires.

Les solides non-solubles sont principalement inorganiques. Ils sont composés

de pierres ou autres matériaux étrangers. Cette portion, bien qu’infime, participe

à la composition de la bagasse et est grandement influencée par les moyens

mécaniques de coupe et de récolte.

3.2.5. Composition chimique de la bagasse

Alors que les variétés de canne à sucre cultivées diffèrent d’un pays à un autre,

la composition chimique des fibres de bagasse est sans variations significatives

pour les principaux constituants (Rocha, 2012).

La bagasse et la canne à sucre sont constituées d’une intime association de

polymères : cellulose, hémicellulose et lignine, dont la distribution dans la plante

est hétérogène entre la paroi cellulaire et la moelle interne.

Le Tableau ci-dessous regroupe selon les différents auteurs, la répartition des

fractions polymériques dans la bagasse reportée dans la littérature.

Composants Poids

moléculaire

Cuba9,

1990

Berndt

et

Hodzic,

2007

Dinu,

2006

ICIDCA,

1990

Cellulose 150000-350000 43-45 % 40-50 % 30-39 % 45 %

Hémicellulose 10000-20000 25-27 % 25-35 % 24-30 % 33 %

Lignine 3000-5000 20-22 % 15-35 % 18-22 % 20 %

Tableau 6 : La composition chimique de la bagasse


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3.3. Disponibilité de la bagasse à Madagascar

L'industrie de la canne produit en grande quantité la bagasse, résidu de

l'extraction du jus de pipe pour la production de rhum ou de sucre. On estime que la

production mondiale de bagasse est d'environ 250 millions de tonnes par an. A

Madagascar, cette matière première est principalement produite par la SASM (Société

Agricole et Sucrière de Madagascar) qui est détenu à 70% par la Compagnie Vidzar

et 30% par la SIRAMA (l’usine de Nosy-Be a cessé de fonctionner depuis 2005 et

celle de Brickaville depuis 2007).

Le plus souvent, la bagasse est utilisée comme source d’énergie (combustible).

Mais depuis quelques années La bagasse est utilisée comme source de matière

première pour la fabrication des emballages, assiettes, bols, gobelets, etc. En effet,

cette utilisation de la bagasse est une bonne alternative au plastique et au polystyrène,

car la bagasse n'est pas dangereuse pour la santé, et elle est biodégradable en 45

jours.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Rhum

http://fr.wikipedia.org/wiki/Sucre


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CHAPITRE II : PROCESSUS DE FABRICATION DU SAC EN PAPIER EMBALLAGE A PARTIR DE LA BAGASSE

1. METHODES DE FABRICATION ET COMPOSITION DU PAPIER

1.1. Historique

L’histoire du papier est une des plus remarquables qui soit. Sa découverte par les chinois

remonte en effet à plus de 2000 ans. Le papier a longtemps été fabriqué à partir de fibres de

chanvre, de lin, puis de coton. L’augmentation de sa consommation provoqua la recherche de

nouvelles matières premières. Plusieurs idées et innovations vont bientôt se présenter. En

1719, après l’observation d’un nid de guêpes, René Antoine Ferchault de Réaumur, naturaliste

français, déclare à l’Académie française qu’il est possible de faire du papier à base de fibres

de bois. C’est à l’allemand Keller qu’on doit l’idée de presser du bois contre une meule

mouillée pour en extraire la fibre

Depuis le tout début, on fabrique le papier d’une feuille à la fois à partir de chiffons ou de

plantes selon les saisons ou les disponibilités de la matière. Les papiers se fabriquent de la

même manière : en mélangeant une matière fibreuse (les chiffons, le bois) à de l’eau pour la

constitution d’une pâte. C’est cette méthode qu’utilisent encore aujourd’hui les plus grands

groupes papetiers.

1.2. Composition du papier

Les matériaux bruts utilisés sont le bois de pin, de bouleau et d’épicéa. Mais on peut aussi

utiliser des matériaux biologiques comme les bagasses de canne à sucre, les bambous, les

maniocs, etc… Le papier est fabriqué à partir de pâte dans des usines de pâte à papier. Au

début de la chaîne de la fabrication du papier, ils se débitent toujours en copeaux afin

d’extraire les fibres de cellulose qui caractérisent la composition de la pâte à papier.

La pâte est composée de fibres de cellulose extraites de la matière utilisée. Ainsi, le

matériau subit beaucoup de traitement avant qu’il arrive à ce stade de mise en pâte comme


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l’écorçage à l’exemple du bois, le défibrage (à meule ou par raffineur) ou par la cuisson du

bois (dissoudre la lignine et récupérer les fibres de cellulose) jusqu’à ce qu’il arrive dans le

cuve de mélange en pâte à papier. C’est ainsi que certain fabricant de papier l’achète ensuite

pour la raffiner une deuxième fois et effectue un battage des fibres avant de la mettre en

second traitement de son usinage par l’utilisation des machines spécifiés pour que le papier

lui-même se trouve en balles de papier ou enroulé pour former des énormes bobines à la sortie

de machine. Enfin, il subit son traitement final le découpage pour l’obtention de sa forme

voulue.

1.3. Méthodes de fabrication

Il existe généralement 2 types de pâtes à papier :

• La pâte mécanique ou thermomécanique

• La pâte chimique ou pâte kraft

1.3.1. Pâte mécanique : pâte thermomécanique

Suivant cette méthode, les rondins sont débités en copeaux, puis nettoyés pour enlever le

sable et la poussière susceptibles d’user et d’abîmer les machines nécessaires à la fabrication

de la pâte. La pâte mécanique a un rendement de 90 à 96 % c’est-à-dire que 100 kg de bois

permettent d’obtenir 90 à 96 kg de pâte. Ce bon résultat est dû à l'absence de manipulation

chimique sur la matière. Les composés organiques du bois, la cellulose, les hémicelluloses et

la lignine, sont préservés. Les copeaux sont chauffés à la vapeur afin de les ramollir, puis ils

sont introduits dans le raffineur avec de l’eau pressurisée. Un raffineur comprend deux

disques présentant un sens de rotation contraire. Chaque disque est doté de stries partant du

centre du disque jusqu’à sa partie externe. Ces stries rétrécissent au fur et à mesure qu’elles se

rapprochent de la périphérie du disque. Les copeaux attendris sont ensuite introduits au centre

et, grâce à l’action des disques, sont divisés en fibres lorsqu’ils atteignent la bordure de ces

disques. Les fibres qui n’ont pas été parfaitement séparées sont rejetées au moment de leur

passage sur la toile puis envoyées dans un raffineur pour un traitement additionnel. En effet,

https://fr.wikipedia.org/wiki/Rendement_%28physique%29


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que ce soit par l'utilisation d'un défibreur (meule) ou d'un raffineur, les températures

dépassent aisément les 100 degrés Celsius à cause du frottement.

Figure 5 : Défibreur à meule abrasive

1.3.2. Pâte chimique : pâte kraft (procédé au sulfate)

Les rondins écorcés sont comme dans le cas de la pâte TMP (Thermomechanical Pulping

ou pâte thermomécanique), débités en copeaux puis nettoyés avant la mise en pâte. Les

copeaux sont envoyés dans une grande cuve de cuisson, le lessiveur car il faut éliminer au

maximum les composants indésirables du bois : la lignine, les gommes, les résines pour ne

conserver que la fibre de cellulose. Des produits chimiques entraînant la dissolution de la

lignine sont maintenant ajoutés pour avoir la cohésion entre les fibres, et permettant ainsi de

séparer les fibres en sortant souples et individualisées. Le pH que doit atteindre la solution en

début de cuisson est 13 ou 14. L’augmentation de la température dans le lessiveur à près de

150 - 200° C accélère le processus. Le bois est cuit sous pression en présence de composés

chimiques pendant deux à cinq heures. La pâte est ensuite passée au tamis afin de retirer les

paquets de fibres non séparées, puis nettoyée avec des produits actifs pour éliminer toute trace

de produits chimiques, de sable et de poussière. Les produits chimiques utilisés sont recyclés

en vue d’une réutilisation ultérieure. Comme ce procédé élimine la plupart des matières non

Bois coupés

en rondins

Copeaux envoyés

directement dans

l’eau pour son

défibrage

Vérins

Meule

aspergée

avec de l’eau


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fibreuses du bois, le rendement se situe habituellement entre 40 et 55%. La vapeur produite

lors de la vidange des autoclaves est recueillie, puis condensée. Généralement, le liquide est

alors débarrassé d’une partie significative de ses polluants avant d’être acheminé au système

de traitement des eaux de procédé. Le taux de récupération des produits chimiques

initialement introduits à la cuisson du bois atteint plus de 98%.

1.3.3. Comparaison des deux méthodes

PROCEDE MECANIQUE

PROCEDE CHIMIQUE

• La matière se débite en copeaux, est nettoyée avant la mise en pâte (pour ne pas

abimer les machines nécessaires).

• La fibre cellulose, les hémicelluloses

et la lignine, sont préservés.

• Ne conserver que la fibre de

cellulose

• Les copeaux sont chauffés à la

vapeur afin de les ramollir, puis ils

sont introduits dans le raffineur avec

de l’eau pressurisée (broyage).

• Contribue davantage à la

conservation des forêts.

• Les copeaux sont envoyés dans une

grande cuve de cuisson, le lessiveur.

• Induit une évaporation des matériaux

et, par conséquent, une perte

importante.

• Forte pollution à cause de

l’utilisation des produits chimiques.

• La pâte chimique demande deux fois plus de bois que la pâte mécanique.

• Forte dépense en énergie (en parlant

des machines utilisées).

• Séparation des fibres accomplie la

plupart par des adjuvants c’est-à-dire

une moindre dépense en énergie.


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• Résidus ligneux et produits

chimiques brûlés fournissent de

l’énergie au site de production.

• Caractéristique mécanique faible.

• Les papiers obtenus jaunissent dans

le temps.

• Un bon rendement de 90 à 96 % dû à

l'absence de manipulation chimique

sur la matière.

• Comme ce procédé élimine la

plupart des matières non fibreuses, le

rendement se situe habituellement

entre 40 et 55%.

• Utilisé pour l’obtention :

▪ du papier journal

▪ du papier pour magazine

▪ carton, papier sanitaire et

domestique ou à moindre

échelle papiers à usage

graphique.

• Utilisé pour l’obtention :

▪ du papier emballage

▪ du papier écriture et

impression.

Tableau 7: Comparaison entre les deux méthodes

https://fr.wikipedia.org/wiki/Rendement_%28physique%29


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2. MISE EN PATE

Fabriquer une feuille de papier est d’une belle simplicité. Avant même le passage dans la

machine à papier, la fabrication du papier repose sur l’union physique des fibres de cellulose,

biomatériau par excellence, plongées dans l’eau. Le mouvement de l’eau donne une

orientation aux fibres que l’on peut constater à l’œil nu comme lorsqu’on déchire une feuille

de papier. On remarque en effet qu’elle se déchire de manière parfaitement nette et régulière

dans le sens des fibres. Dans le sens opposé, elle se déchire moins bien. La fabrication du

papier repose sur deux étapes, qui n’ont pas d’ailleurs changées après le passage du chiffon au

bois à l’origine :

• La transformation de la matière première en pâte à papier : les fibres de cellulose

sont extraites, déliées et traitées jusqu’à l’obtention d’une pâte homogène ;

• Le passage de la pâte dans la machine à papier, qui va la transformer en rouleaux

ou rames de papier.

2.1. Méthode choisie : pâte chimique ou pâte kraft

L’étape consiste de la façon d’obtenir de la bagasse en une pâte modulable qui servira

dans la fabrication d’emballages après l’avoir récupérée dans le moulin lors de l’extraction du

sucre.

La méthode choisie est celle de l’obtention de la pâte chimique car la bagasse ne

contient que 45 % de fibre de cellulose qu’il faut le bouillir dans le lessiveur pour mieux avoir

la totalité de ses fibres. Par contre, la bagasse de canne à sucre conserve une bonne flexibilité

par rapport au bois qui le met en avantage de mieux caractériser pour fabriquer du sac en

papier emballage.

La production du papier d’emballage à base de bagasse suit aussi le même

mécanisme que celle du papier fabriqué à partir de la fibre cellulose du bois, mais exige

tout simplement un certain traitement thermique.

En appliquant la méthode d’obtention de la pâte chimique, on a fait le choix de

procéder à ces 2 étapes :


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2.1.1. Approvisionnement en fibre

Après la récupération de la bagasse à terme de déchets par l’extraction du sucre dans la

canne à sucre, celle-ci est transportée et acheminée dans un endroit sûr puis coupée par une

machine de découpage afin de les raccourcir pour mieux le broyer dans la machine hacheuse

pour le réduire en copeaux.

Figure 6 : Fonctionnement d'une hacheuse

2.1.2. Défibrage et dissolution de la lignine

Les copeaux de bagasse sont menés par un convoyeur dans la machine lessiveur pour

sa cuisson en le faisant bouillir avec de l’eau pendant 4h environ pour séparer les fibres et le

rendre en une pâte modulable. Pendant l’ébullition, on verse l’adjuvent et la soude qui est le

procédé au sulfate dont l’agent chimique qu’on exploite les propriétés pour l’aspect foncé de

Bagasse de

canne à sucre

Copeaux de

bagasse


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la pâte chimique ainsi que la dissolution de la lignine. La température de cuisson ne doit pas

se dépasser entre 100° à 120°C car l’eau doit se bouillir à 100°C et on évite sa vaporisation

complète c’est-à-dire la cuisson nécessite un énorme volume d’eau.

Pour la cuisson des copeaux de la bagasse :

• Température : 100 à 120°C

• Temps de cuisson : 4h

• Valeur de pH : 14

• Pression :

Figure 7 : Détection de niveau et mesure de pression dans le lessiveur

Le conteneur blindé

contient la capsule

radioactive

Radiomètre pour

la détection de

niveau

Capteur de

pression


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Figure 8 : Vue de dessus du lessiveur

2.2. Traitement de la pâte

Le traitement de la pâte chimique se fait en 3 étapes :

2.2.1. Tamisage ou triage et nettoyage des fibres

Après avoir libérer les fibres pour caractériser la pâte dans la machine défibreur

lessiveur, l’étape suivant consiste à tamiser ou filtrer ou même trier le matériau produit

dans la machine épurateur ou classeur pour enlever les restes de fibres non séparés

(moelles) car les fibres de la bagasse ne sont pas tous en évidence séparées mais il y en a

toujours des restes de fibres non séparées après la cuisson des copeaux dans le lessiveur et

pour mieux enlever les substances indésirables tout le long de son chemin. On peut utiliser le

classeur « Tailnet » un classeur de dernière étape, très efficace avec des cycles automatiques

de lavage évitant la perte de fibres qu’on peut l´équiper avec une grille ou avec un tamis à

rainures.


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Figure 9 : Machine épurateur ou classeur

Figure 10 : Classeur Tailnet

Venant du

lessiveur

Fibres séparées

Fibres non

séparées

http://www.licar.es/img/tailnet.jpg


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2.2.2. Epaississement de la pâte

La pâte chimique obtenue dans la machine classeur épurateur entre ensuite dans la

machine épaississeur à forme ronde pour la rendre épais allant de 0,5% dans les épaisseurs

d’entrées jusqu’à 4% aux sorties s´il fonctionne sans rouleau attrapeur et jusqu´à 6% avec

rouleau attrapeur. Le plus satisfaisant c’est d’avoir un faible contenu de fibre dans l’eau.

Figure 11 : Epaississeur à tambour (presse à vis)

Figure 12 : Epaississeur presse à vis

2.2.3. Préparation de la pâte

Après le passage de la pâte dans la machine épaississeur, la pâte épaisse est versée

dans le cuve de mélange pour bien la mélanger avec les additifs afin de rendre celle-ci en une

matière prétraitée et prêt à passer dans l’étape suivant. On doit faire le mélange au moins 1

heure avant de la pomper vers la caisse tête.

http://www.licar.es/img/espesador.jpg


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Enfin, on ajoute à la pâte les charges minérales (carbonate de calcium, kaolin, talc,

dioxyde de titane) et les adjuvants (colles, agents de rétention, anti-mousse, anti-slimes,

colorants, nuanceurs, azurants...), dans la cuve de mélange qui amélioreront les

caractéristiques du papier.

2.3. Procédure et déroulement global de la mise en pâte

Bagasse Copeaux Hacheuse

Lessiveur Fibres de cellulose

(bagassoses)

Classeur

Copeaux

Fibres de cellulose

Fibres séparées

Fibres non séparées

Epaississeur Fibres séparées Pâte épaisse

Cuve de

mélange Pâte épaisse Pâte prête pour la

transformation en

papier

Matières entrants Machines utilisées Matières sortants

Tableau 8 : Déroulement de la mise en pâte


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3. MISE EN FEUILLE ET SECHAGE DE LA PATE

Après le tamisage, l’épuration et le blanchiment si nécessaire, le mélange de pâte est

dirigé à la caisse d’arrivée ou la caisse tête de la machine à papier. Le mélange est envoyé

sous pression sur une immense toile en mouvement. L’action de la toile, combinée à celle du

système de succion, permet d’extraire la majeure partie de l’eau contenue dans la pâte et,

graduellement, de former la feuille. Celle-ci passe ensuite à la section de la sécherie où, au

contact d’immenses cylindres chauffés à la vapeur sur la table de transformation en papier,

elle parvient au degré de sécheresse recherché.

3.1. La sécherie

Pour l’obtention du papier emballage, la pâte est ensuite soumise à un dernier

processus de réduction de la teneur en eau : l’évaporation.

La sécherie est composée d’une série de cylindres chauffés à la vapeur, sur lesquels

passe la feuille de papier continue. Les cylindres sont disposés de façon à ce que les deux

faces de la feuille de papier entrent l’une après l’autre en contact avec les cylindres, pour un

essorage régulier. Au cours de cette étape, la feuille de papier continue peut-être maintenue ou

peut se maintenir toute seule, en fonction de l’équipement. Le transfert de chaleur dans le

contact augmente si la feuille est maintenue. En outre, cela permet d’accélérer le processus.

Le papier obtenu est désormais conforme aux spécifications adéquates et peut alors subir

divers traitements supplémentaires comme son passage dans la machine de la lisse

comprenant un certain nombre de rouleaux en acier entrant en contact avec les deux faces du

papier afin de lisser les fibres de surface.

Dans certaines machines à papier, une calandre soft vient apporter la touche finale au

processus. Ce type de calandre est doté de deux paires de rouleaux en acier et dans chaque

paire, un des rouleaux est couvert d’une matière plastique souple. De plus, les deux paires de

rouleaux sont disposées de façon à ce que les deux faces du papier entrent en contact avec

chacun des cylindres. L’assemblage d’un rouleau souple avec un rouleau dur entraîne la

production de forces de friction différentes sur le papier et crée un léger effet de glaçage lors

du lissage des fibres de papier. Le papier nécessitant des traitements supplémentaires pour


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obtenir le produit final est alors enroulé sur un cylindre d’acier, pour former une bobine mère

ou tambour. La siccité est enfin comprise entre 90 et 95 %, en fonction du type de produit

obtenu.

Figure 13 : Sécherie

3.2. L’enduction

Afin d’améliorer le lissé, l’imperméabilité et les caractéristiques optiques de la surface

du papier, on procède ensuite à une enduction, ou un "couchage", de la feuille de papier. On

dépose à sa surface un liquide composée d’amidon ou d’autres matières (pigments minéraux,

colorants, azurants, nuanceurs et dispersants) à l’aide d’une presse encolleuse.

3.3. Les apprêts

Avant la mise en bobines, la surface du papier est égalisée avec des rouleaux d’acier

poli, placés les uns contre les autres. Un passage dans la calandre peut également intervenir. Il

s’agit là de rouleaux durs ou mous. La feuille de papier subit dans la calandre une forte

compression ainsi qu’une friction, double action qui donne au papier de la brillance.


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3.4. La finition

Une fois la feuille enroulée, les bobines sont ensuite découpées et emballées en rames

de 500 feuilles, ou bien refendues en bobines plus petites adaptées à des utilisations

ultérieures.

Selon la finition désirée (nos usines fabriquent plusieurs dizaines de types de papiers),

la feuille passe entre des rouleaux chauffés (calandres) qui compriment et lissent sa surface.

Des glaises spéciales peuvent également être ajoutées pour améliorer les propriétés de la

feuille (fini de surface, qualité d’impression etc.). Durant l’opération de bobinage de la feuille,

on en vérifie électroniquement chaque caractéristique : teneur en eau, lissage, densité,

couleur, opacité, résistance, etc. Les résultats de ces tests sont transmis par ordinateur au poste

de contrôle où les ajustements sont effectués.

3.5. Les contrôles

Aujourd’hui, une machine à papier est gérée par un ordinateur qui vérifie et ajuste

différents indicateurs : concentration, débit, niveau, vitesse, pression, glissement, poids au m²,

humidité, couleur, résistance, opacité, impuretés...

A cette veille permanente, s’ajoute le contrôle de qualité qui, avant emballage et

livraison, vérifie et garantit la conformité au cahier des charges.

Différence entre le papier et le carton :

Le terme "papier" s'applique généralement à des produits d'un grammage inférieur ou

égal à 224g/m2. Ces produits peuvent être couchés, imprégnés ou soumis à d'autres

transformations, pendant ou après leur fabrication. Le papier est un support d’information et

de communication. Le carton, quant à lui fabriqué avec des pâtes plus grossières, est d’un

grammage toujours supérieur à 225g/m2.

Le principe de la machine, qui suit les procédés de la fabrication du papier à la main,

est relativement simple : on verse la pâte à papier déjà affinée dans une grande cuve, d’où elle

est déversée par une roues écopes sur une toile métallique sans en rotation, animée d’un


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branchement continu qui permet l’égouttage de la pâte. La feuille en formation passe alors

entre des cylindres de presse garnis de feutre, puis s’enroule sur des bobines installées au bout

de la machine.

L’approvisionnement en fibre pour fabriquer certains types de papiers et de cartons, le

blanchiment de la pâte est nécessaire. Les produits alors utilisés servent à dissoudre ou à

éliminer davantage de lignine, cet adhésif naturel qui relie les fibres de bois. Le produit

obtenu est non seulement plus blanc, mais il a également moins tendance à jaunir avec le

temps. Des recherches intensives et d’importants investissements ont permis à l’industrie de

réduire considérablement l’impact environnemental du blanchiment.

3.6. Traitement final

Le traitement final est fonction de la qualité du papier et des caractéristiques de

surface qu’il doit présenter. Un traitement final réalisé dans la machine à papier est un apprêté

sur machine ou apprêté calandré. Durant ce processus, le papier est pressé entre des rouleaux,

en acier ou d’un autre matériau, jusqu’à l’obtention d’une épaisseur uniforme et d’une surface

lisse pour garantir des impressions de qualité.

Pour que le papier soit encore mieux adapté à l’impression, il peut être couché. Le

processus de couchage du papier peut être comparé à l’égalisation de la surface avec du

mastic et un couteau à mastiquer. Le couchage est composé d’un liant (amidon ou latex) et

d’un pigment (fine argile de kaolin ou carbonate de calcium). De plus, d’autres ingrédients

sont ajoutés pour obtenir diverses caractéristiques. Le couchage améliore les qualités optiques

et d’impression du papier. La surface du papier étant plus lisse, vous pouvez également

utiliser une linéature supérieure à l’impression.

Le papier couché absorbe l’encre plus rapidement et uniformément, de sorte que les

impressions présentent un fini plus brillant. Le papier peut également être glacé pour un

brillant éclatant. Enfin, le papier est enroulé en bobines ou coupé en feuilles, en fonction de

l’usage prévu.


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La pâte est le mélange des ingrédients nécessaires pour fabriquer un papier particulier. Elle se

compose d’eau, de fibres, de charges minérales, de colle et de pigments.

Le papier couché : le couchage est composé d’un liant (amidon ou latex) et d’un

pigment (fine couche d’argile de kaolin ou carbonate de calcium) appliqué sur le papier en

une fine couche. De plus, d’autres ingrédients sont ajoutés pour obtenir diverses

caractéristiques. Le processus de couchage peut être comparé à l’égalisation de la surface

avec du mastic et un couteau à mastiquer.

Figure 14 : Phase de transformation de la pâte en bobine de papier


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Remarque 1 :

Le papier préfini est arrosé par une variance de quantité d’eau à l’entrée de la sècherie

jusqu’à la sortie pour conserver la continuité du papier à former.

Figure 15 : Circulation de l'eau dans le processus

Figure 16 : Bobine d'emballage obtenue à partir de la bagasse

Recirculation de l’eau dans le processus

99 %

Injection

de pâtes

mélangées

Largeur

9 à 10 m

Zone de formation Section presse Sècherie Calandre Enrouleuse

Partie humide P partie sèche

84 % 55 % 8 %

120 m Longueur


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Remarque 2 :

D’après le bilan ci-dessous, on peut référencier la quantité de bobine de papier obtenue

pour une tonne de canne à sucre traitée :

On peut en déduire que la quantité des bobines de papier obtenue en moyenne pour un

hectare de canne est de 11,375 tonnes.

1 Tonnes de canne à

sucre

375 kg de Bagasses

169 kg de Fibres de

celluloses

175 kg de Bobine

en papier

185 kg de Pâte à

papier

45% de taux de

cellulose

Ajout d’eau et des adjuvants

pour la rendre pâteux

Après le passage dans la

sècherie

Tableau 9 : Bilan de Quantité


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4. MISE EN FORME DU SAC EN PAPIER EMBALLAGE A PARTIR DE LA

BOBINE

Les sacs papier kraft personnalisables sont fabriqués industriellement à partir de bobines

de papiers. Pour une fabrication intégrée des sacs, il faut que la largeur de bobine

correspondant exactement à la hauteur voulue des sacs avant façonnage. Les formats ont donc

étés fixés par les usines en fonction des besoins de la clientèle pour répondre aux besoins du

marché. La bobine de papier emballage est donc positionnée en début de chaine de production

pour être dérouler. Mais avant d’y entrer dans la phase de façonnage, on doit d’abord procédé

à la formation des poignets torsadées des sacs.

4.1. Formation des poignets des sacs

On utilise une bobine de ficelle torsadée et une bobine de bande en papier environ 14 cm

de largeur. Ces dernières sont ensuite déroulées pour se rejoindre dans la machine

d’assemblage. La ficelle continue est placée en zigzag avant d’être insérée entre 2 bandes de

papier puis fixées à l’aide de 4 points de colle naturelle, et une fois collées, l’ensemble est

alors coupé en deux au milieu par une lame de Queter. Les poignets sont acheminés pour être

séparer et fixés sur la bobine de papier. Un sac doit contenir 2 poignets donc on fixe 2 lignes

de poignets sur la bobine de papier.


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Figure 17 : Machine d’assemblage pour la formation des poignets

Bobines

de

ficelles

torsadées

Bobine de

bande en

papier

Figure 18 : Lame de Queter


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4.2. Phase de façonnage

A partir de l’étape où les poignets sont fixés sur la bobine à papier, la feuille de papier

entre en phase de façonnage pour mettre en forme le sac. Puis, un guide métallique

confectionne le soufflet du sac grâce à un système de pliage, des galets en métal forment les

plies de soufflet, les côtés du sac sont rabattus puis assembler avec un point de colle, et une

fois collés, les sacs peuvent alors entrer dans la dernière phase de production.

Figure 19 : Machine de façonnage

Galets en

métal

Poignet fixé

à la bobine

de papier

Guide

métallique

Figure 20 : Assemblage des côtés du sac

Point de

colle

pour la

fixation Galet


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4.3. Phase de découpe et finition

Une machine à un rouleau de découpe et d’entrainement sépare chacun des sacs en papier,

une guide de reprise ouvre le fond du sac, puis le fond du sac est ensuite rabattu par un guide

de pliage. Pour finir, un rouleau enduit de colle plie et referme le fond du sac en papier et les

sacs peuvent donc sortir de la chaine de production.

Figure 21 : Machine de découpage

Figure 22 : Guide de reprise

Rouleau

de

séparation

Guide de

pliage


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Figure 23 : Sortie des sacs de la chaine de production


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4.4. Procédure et déroulement global de la fabrication de sac en papier

Machine

d’assemblage

Machine de

façonnage

Machine de

découpage et

séparation

Formation des poignets des sacs par une

ficelle torsadée et une bande de papier de

petite largeur pour être coller ensuite sur

une longue lanière de papier de grande

largeur.

Mise en forme des sacs par un système de

pliage afin de former les soufflets et

d’assembler les côtés du sac.

Découpage et séparation un à un des sacs à

la même longueur et à un écart de précision

entre eux.

Fermeture du fond des sacs et les sacs en

papiers peuvent sortir de la chaîne de

production. Machine de

finition

Tableau 10 : Déroulement de la fabrication du sac en papier


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CHAPITRE III : NOTIONS SUR L’AUTOMATISATION

L’automatisme est une discipline importante et nécessaire dans tous les secteurs industriels,

utilisé pour faciliter la tâche et le travail des opérateurs qui interviennent dans toute installation

industrielle. Il aide au développement des systèmes automatisés qui assurent des tâches

dangereuses, répétitives et dans des milieux hostiles pour l’homme.

L’automatisation de toute unité de production augmente aussi la productivité ainsi que

l’amélioration de la qualité du produit. Les automates programmables industriels représentent

l’élément important de la chaîne automatisée, car il assure de bonnes performances, meilleure

flexibilité et facilite la maintenance. Une automatisation performante assure en plus d’un

fonctionnement fiable de l’installation industrielle, la détection de toute anomalie éventuelle.

Il est nécessaire de connaitre les divers points de vue du processus ainsi que les différentes

technologies du domaine de l’automatisme dans la diversité des processus industriels.

1. DESCRIPTION DE L’AUTOMATISATION

• Historique :

➢ Blaise PASCAL (1623-1662) a créé la première calculette « La Pascaline » qui est à

l’origine de l’invention de l'ordinateur.

Principe de la carte perforée, utilisé jusqu’à la fin des années 1970.

➢ En 1949 : Bardeen, Brattain & Shockley inventent le Transistor.

➢ En 1966 : Moore invente le microprocesseur et crée Intel.

➢ En 1972 : L’invention du 1er micro-ordinateur par Grenelle.

➢ En 1974 : Grenelle invente les Premiers Automates Programmables Industriels.


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• Définitions de l'automatisme :

« L’automatisation consiste à « rendre automatique » les opérations qui exigeaient auparavant

l’intervention humaine ».

Une autre définition :

« L’automatisation est considérée comme l’étape d’un progrès technique où apparaissent des

dispositifs techniques susceptibles de seconder l’homme, non seulement dans ses efforts

musculaires, mais également dans son travail intellectuel de surveillance et de contrôle. »

C’est aussi un sous-ensemble d'une machine, destinée à remplacer l'action de l'être

humain dans des tâches en générales simples et répétitives, réclamant précision et rigueur. On

est passé d'un système dit manuel, à un système mécanisé, puis au système automatisé.

Dans l'industrie, les automatismes sont devenus indispensables : ils permettent

d'effectuer quotidiennement les tâches les plus ingrates, répétitives et dangereuses. Parfois, ces

automatismes sont d'une telle rapidité et d'une telle précision, qu'ils réalisent des actions

impossibles pour un être humain. L'automatisme est donc synonyme de productivité et de

sécurité.

Il existe deux concepts technologiques :

➢ Les automatismes séquentiels,

➢ Les asservissements, la régulation ou « feedback control ».

Cependant, dans la plupart des systèmes complexes modernes, ces deux types

d’automatismes se trouvent imbriqués.

Le système automatisé permet d'obtenir de façon reproductible la valeur ajoutée.

Moyens : Les moyens permettant d’atteindre ces objectifs sont d’ordres financiers, matériels,

organisationnels, et humains. On distingue notamment : informatiser, automatiser, robotiser,

rationaliser, organiser, etc…

On admet généralement qu'un automatisme est composé de deux sous-ensembles :

➢ Un organe de décision, nommé « partie commande »,


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➢ Un organe effectuant les actions ordonnées par l'organe de commande, nommé «

partie opérative » ou organe de puissance qui peut être mécanique, électrique,

pneumatique, ou hydraulique, et bien souvent un assemblage de ces technologies.

On distingue deux types d'interactions au sein des systèmes automatisés :

➢ Les ordres (PC PO),

➢ Et les informations (PO PC, ou opérateur → PC).

Ces interactions peuvent être :

• des interactions prévues et retenues (matérialisées)

• des interactions prévisibles,

• des interactions imprévisibles (incertitude).

La valeur ajoutée (VA) est une notion d'économie qui permet de mesurer la valeur créée

par un agent économique. Elle mesure l'écart entre la somme des valeurs des entrants d'un

processus de production et la somme des valeurs des produits ou des services qu'il vend.

V.A. = Matière d’Œuvre Sortante − Matière d’Œuvre Entrante


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2. LES BUTS (OU OBJECTIFS) DE L’AUTOMATISATION

• Objectifs : La compétitivité de l’entreprise et des produits.

Cette compétitivité passe par la qualité, la maîtrise des coûts et l’innovation. Cela

induit une disponibilité à tous les niveaux. On cherche donc à améliorer la productivité.

L’amélioration des conditions de travail, et surtout la sécurité, fait partie des objectifs de

l’automatisation.

Les buts (ou objectifs) de l’automatisation sont donc :

➢ Éliminer les tâches répétitives,

➢ Simplifier le travail de l'homme c’est de diminuer au moindre effort physique

possible.

➢ Augmenter la sécurité (responsabilité),

➢ Accroître la productivité.

C'est également :

➢ Économiser les matières premières et l'énergie,

➢ S’adapter à des contextes particuliers : flexibilité,

➢ Améliorer la qualité.


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3. LES FONCTIONS

Les fonctions d'un système automatisé :

Figure 24: Fonctionnement d'un système automatisé

Les autres fonctions d’un système automatisé : gérer, coordonner, dialoguer,

communiquer, surveiller.


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PARTIE 2 :

ETUDE

EXPERIMENTALE


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CHAPITRE IV : CHOIX DES ORGANES D’AUTOMATISATION ET DIMENSIONNEMENT

1. CAPTEURS

Le principal rôle des capteurs c’est de convertir les informations ou grandeurs

physiques de la partie opérative en grandeurs électriques exploitables par la partie

commande. Nous allons discerner les différents capteurs utilisés dans nos systèmes

automatisés de production.

1.1. Capteur de poids (pesage)

En réalité c’est généralement un capteur qui convertit une force (le poids)

appliqué sur un objet en signal électrique, le signal sera amplifié et passe dans une

jauge de déformation pour être utilisé dans un système destiné à son usage.

Caractéristique :

- Tension d’alimentation : 230V AC

- Plage de masse : 500 Kg à 5000 Kg

Figure 25 : Capteurs de poids


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1.2. Capteur de présence ou passage

Détecteur photoélectrique se composent essentiellement d’un émetteur de

lumière associé à un récepteur photosensible.

C’est-à-dire qu’il n’y a donc pas de contact physique avec l’objet détecté. Ces

capteurs sont réputés pour leur détection à grande distance, très robuste avec une très

bonne tenue à l’environnement industriel même dans une atmosphère polluante car

les détecteurs infrarouges sont indépendants des conditions d’entourage.

Caractéristiques :

- Tension d’alimentation : 230 V AC

- Température ambiante : - 25°C à 45 °C

- Distance de portée : 1 à 30 m

Figure 26 : Capteurs de présence photoélectrique


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1.3. Capteur de proximité

Il est basé sur la variation d’un champ magnétique à l’approche d’un objet

conducteur de courant électrique (inductif), ou d’un objet quelconque (capacitif). On

l’utilise particulièrement pour capter la présence ou la fin de course d’une tige de

vérin, contrôle de niveau sans contact de liquide ou de poudre dans les trémies.

Caractéristiques :

- Symbole (inductif) (capacitif)

- Tension d’alimentation 20V à 230V AC / 10V à 30V DC

- Consommation : 4 – 20 mA

- Portée : 2mm à 20mm et plus selon la grandeur

Figure 27 : Capteur de proximité

1.4. Capteurs de Température

Ces capteurs déterminent la perception de chaud ou de froid d’un milieu ou

d’un objet.

Il mesure une variable intensive, une mesure de l’énergie cinétique moyenne

des particules d’un échantillon de matière à l’échelle moléculaire dans des échanges

par conduction ou par convection. Cette mesure sera ensuite transmise et traduit à des

échelles standard (Kelvin, Celsius, Fahrenheit). Classé selon différente modèles :


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Thermocouples, thermistance, sondes platine. Dans notre cas, c’est le thermocouple

qui nous intéresse avec sa large plage de mesure.

Caractéristiques :

- Tension d’alimentation : 12V à 35V DC

- Plage de température : -50°C à 500°C

Figure 28 : Capteur de Température

1.5. Capteur de PH

Il permet de mesurer le ph d’une solution. Son fonctionnement est basé sur le

rapport qui existe entre la concentration en ions H3O+ (définition du pH) et la

différence de potentiel électrochimique qui s'établit dans le pH-mètre une fois plongé

dans la solution étudiée

Caractéristiques :

- Tension d’alimentation : 5 V DC

- Mesure Ph : 0 à 14

zim://A/A/Potentiel%20%C3%A9lectrochimique.html




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- Température de fonctionnement : 0 à 60°C

Figure 29 : Capteur de PH

1.6. Capteur de débit

Les capteurs de débit mesurent par déduction de la vitesse moyenne à travers

une section continue connue. Le débit mesuré par cette méthode indirecte est le débit

volumique qui est le volume du fluide écoulé pendant l’unité de temps.

Pour notre cas utilisé un débitmètre à ultrason, ce capteur a pour principe

d’émettre des ultrasons afin de déterminer la quantité ou le volume d’un liquide qui

s’écoule en un point en un temps donné.

Figure 30 : Débitmètre à ultrason


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Caractéristiques :

- Domaine d’utilisation : fréquemment utilisé pour les fluides non conducteur

(hydrocarbure)

- Diamètre de canalisation jusqu’à 6000mm

- Précision : 0,5% avec un temps de réponse de 1 ms

2. ACTIONNEURS

Les actionneurs sont les organes de la partie opérative qui, recevant un ordre

de la partie commande via un éventuel préactionneur, convertit l’énergie qui lui est

fournie en un travail utile à l’exécution de tâches programmées dans un système

automatisé.

2.1. Vérin

Dans notre cas, nous allons équiper le système d’un vérin hydraulique qui

permet de transmettre ou de transformer l’énergie hydraulique à un travail mécanique

avec une souplesse et une grande stabilité de pression et de débit.

Caractéristique :

- Symbole :

- Vérin hydraulique simple tige à double effet

- Fluides utilisés : huiles industrielles minérales


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Figure 31 : Vérin hydraulique à double effet

Figure 32 : Vérin à double effet

2.1.1. Dimensionnement des vérins et de la tuyauterie

• Détermination de la longueur de la tige du

vérin :

La longueur libre (ou flambage) du vérin est :

(1)

Avec : - : coefficient du mode de fixation

- : course des vérins

Tige

Chambre avant Chambre arrière

Piston

Cylindre

Fluides


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• Coefficient de mode de fixation :

Figure 33 : Détermination du coefficient de mode fixation

• Détermination de la charge appliquée :

Montage du vérin

Calcul de la charge

dynamique

Cd = Fext + m.g + m.a

Cd = Fext - m.g + m.a

Cd = Fext + m.a

Valeur de

l’accélération au

démarrage

5 < a < 10 m/s2

5 < a < 10 m/s2

5 < a < 10 m/s2

Tableau 11 : Détermination de la charge appliquée

Fext

Fext

Fext


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• Détermination du diamètre de la tige :

Figure 34 : Abaque de la tige de vérin (Abaque)


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• Détermination de la pression du vérin :

Pour l’effort de pliage à la sortie de la tige, la pression utile est :

(2) Avec :

Lorsqu’un vérin est conditions réelles d’utilisation, il développe un effort de

poussée réel inférieur à l’effort théorique car il faut tenir compte :

➢ De frottements internes au vérin,

➢ De la contre pression qui est établie dans la chambre opposée pour un

mouvement régulier.

On estime les forces qui s’opposent à l’effort de poussée à environ 3 à 20% de

l’effort obtenu.

D’où, 𝐹𝑟 = 𝐹𝑡 − 𝐹𝑓 𝐹𝑟 = 90%. 𝐹𝑡 (3)

𝐹𝑡 : effort théorique axial

𝐹𝑟 : effort réel

𝐹𝑓 : forces de frottement et divers

• Détermination du diamètre du piston :

Connaissant le diamètre de la tige du vérin et l’effort maximum de pliage, le

diamètre du piston est donné par le tableau de « sections sur efforts développés » ci-

après :


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Choix des vérins :

Figure 35 : Abaque du choix du vérin


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• Détermination du débit dans les vérins

➢ Débit "qr" nécessaire pour la rentrée :

qr = Sannulaire x Vr (4)

: Vitesse de la rentrée de la tige

➢ Débit "qs" nécessaire pour la sortie :

qs = Spiston x Vs (5)

: Vitesse de la sortie de la tige

• Détermination des tuyauteries

➢ Dimensionnement :

Le débit dans le circuit étant considéré comme constant vu que pour un fluide

circulant dans une conduite comportant des diamètres différents, la valeur absolue

du débit est la même partout dans la conduite. Il prendra la valeur du débit qui

a la plus grande valeur.

En hydraulique industrielle, les vitesses dans les conduites sont de l’ordre de :

4 à 8[ ] dans les conduites de refoulement ;

2 à 4[ ] dans les conduites de retour ;

0,5 à 1,5[ ] dans les conduites d’aspiration.

Comme :

Avec : - : section intérieure de la conduite.

- : vitesse du fluide dans la conduite.

Alors le diamètre intérieur de la conduite est : (6)


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o Dans les conduites de refoulement,

o Dans les conduites de retour,

o Dans les conduites de d’aspiration,

Le tableau suivant issu de DIN2445 permet de trouver le diamètre intérieur et

extérieur en fonction de l’épaisseur de la conduite.

D s D s D s D s D S

6 1 6 1 6 1 6 1 6 1.5

8 1 8 1 8 1.5 8 1.5 8 2

10 1 10 1 10 1.5 10 1.5 10 2

12 1 12 1.5 12 2 12 2 12 2.5

16 1.5 16 1.5 16 2 16 2.5 16 3

20 1.5 20 2 20 2.5 20 3 20 4

25 2 25 2.5 25 3 25 4 25 5

30 2.5 30 3 30 4 30 5 30 6

38 3 38 4 38 5 38 6 38 8

50 4 50 5 50 6 50 8 50 10

Tableau 12 : Diamètre extérieur selon DIN2445

• Les pertes de charges

Le passage d’un écoulement à l’autre se définit par le nombre de Reynolds qui

permet de donner approximativement la frontière entre les deux types d’écoulement.

Tel que :

(7)

Avec : - : nombre de Reynolds [nombre sans dimension]

- : diamètre intérieur de la conduite [

- : vitesse moyenne du fluide en [cm/s]

𝑑 𝑝 , 𝑖𝑛𝑡 = √ 4 × 𝑄

𝜋 × 𝑉 𝑝

𝑑 𝑟 , 𝑖𝑛𝑡 = √ 4 × 𝑄 𝜋 × 𝑉 𝑟

𝑑 𝑎 , 𝑖𝑛𝑡 = √ 4 × 𝑄 𝜋 × 𝑉 𝑎


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- : viscosité cinématique du fluide en [ ] ou [cm2/s]

Pour un tube hydraulique lisse, si :

: l’écoulement est dit laminaire.

: l’écoulement est dit turbulent.

: l’écoulement est incertain mais il est considéré

comme turbulent.

Ce nombre de Reynolds aide à la détermination de la perte de charge qui est définie

par la formule :

(9)

Avec : - : coefficient de perte de charge

- : masse volumique du fluide [

- longueur de la conduite [

Pour un écoulement laminaire :

Pour un écoulement turbulent : (11)

➢ Choix du fluide :

Pour avoir un écoulement laminaire dans toute la conduite, il faut que la viscosité

cinématique du fluide vérifie la condition : .

D’où : (12)

Tableau 13 : Classe de viscosité cinématique des fluides


PROMOTION 2016

• La pression de tarage p0

(13)

• Calcul des puissances :

➢ La puissance nécessaire au vérin

Deux sortes de puissances sont à déterminées :

- La puissance hydraulique (

- La puissance nécessaire pour le vérin ( . Tout en admettant que le

rendement est égal à 90%.

Pour la sortie et rentrée de la tige :

(14) (15)

En tenant compte du rendement :

(16) (17)

➢ Puissance perdue par perte de charge

Pour la sortie de la tige :

Avec ∆𝑝3 : somme des pertes de charge dans la tuyauterie d’aspiration, de

refoulement.

Pour la rentrée de la tige :

Aux pertes de charge dans les tuyauteries d’aspiration et de refoulement s’ajoutent

celle au niveau de la conduite de retour et des limiteurs de débit.

∆𝒑𝟒= ∆𝒑𝒓 + ∆𝒑𝟐


PROMOTION 2016

2.2. Moteur électrique

Pour convertir l’énergie électrique, la méthode la plus efficace est d’utiliser

des moteurs électriques qui reposent sur les principes d’interaction électromagnétique

de « Laplace » entre le Stator (élément fixe) et le Rotor (élément tournant)

Caractéristique :

- Symbole :

- Tension d’alimentation: 380-420 / 440-480 V en Y et 220-240 / 250-280 V

en Δ AC

- Fréquence 50 Hz

- Ampérage et puissance en fonction de l’usage

Figure 36 : Moteur asynchrone

2.2.1. Puissance du moteur électrique :

Pour un rendement de 0,85 :

zim://A/A/Triphas%C3%A9.html#R.C3.A9cepteurs_triphas.C3.A9s


zim://A/A/Volt.html

zim://A/A/Volt.html

zim://A/A/Volt.html




PROMOTION 2016

(25)

3. PREACTIONNEUR

Le préactionneur distribue l’énergie aux actionneurs à partir des ordres émis

par la partie commande.

3.1. Distributeur

Un distributeur aiguille le débit vers l’une ou l’autre partie du circuit, autorise

ou bloque le passage du débit. Il est constitué de trois (3) parties : le corps, le tiroir et

les éléments de commande. Son principe de fonctionnement est basé sur la force

d’attraction entre un champ magnétique et un noyau de fer doux afin d’activer les

tiroirs des composantes hydrauliques.

Exemple de schématisation : distributeur 4/3 (4 orifices et 3 positions)

Figure 37 : Distributeur 4/3 type tandem - Commande électrique

Bobine Bobine

Tiroir

Bornier Bornier


PROMOTION 2016

3.2. Unité de puissance hydraulique

C’est un central hydraulique, un générateur de débit du fluide. Constitué de

groupement d’appareillage : réservoir, pompe, moteur et système de filtration :

• Le réservoir permet le stockage d’huile, protection contre des

éléments qui peuvent pénétrer dans le circuit, et le refroidissement.

Symbolisation

• Filtre assure la qualité d’installation hydraulique, il est utilisé pour

retenir les impuretés et les particules solides du fluide.

Symbolisation

• La pompe, entrainée par le moteur, aspire le fluide contenant le

réservoir et le fait circuler dans le système.

Symbolisation

• Le manomètre mesure la pression du fluide à l’intérieur du circuit

hydraulique.

Symbolisation


PROMOTION 2016

L’ensemble est donc monté comme suit :

Figure 38 : Unité de puissance hydraulique

➢ Puissance fournie par la pompe

Pour la sortie de la tige :

𝑃𝑠 = 𝑃𝑠,𝑛𝑒𝑐 + 𝑃1 (20)

Pour la rentrée de la tige :

𝑃𝑟 = 𝑃𝑟,𝑛𝑒𝑐 + 𝑃2 (21)

3.2.1. Dimensionnement de la pompe

Pour augmenter la durée de vie de la pompe, il ne doit pas fonctionner en

charge, donc sa pression maximale doit être supérieure à la pression de service.


PROMOTION 2016

(22)

𝐶𝑦𝑙 : cylindrée [𝑐𝑚3/𝑡𝑜𝑢𝑟]

N : nombre de tour [tr/mn]

En consultant le catalogue fourni par le constructeur Rexroth Bosch

Group, on choisit donc une pompe à engrenage selon la cylindrée obtenue, dont

les caractéristiques sont les suivants :

➢ La puissance absorbée par la pompe et le couple

Puissance absorbée : (23)

Le couple : (24)

3.2.2. Le réservoir

Le réservoir qui recueille l’huile de travail nécessaire au fonctionnement

de l’installation doit avoir un volume de 3 à 4 fois le débit de la pompe par minute

avec un volume d’air de 10% à 15% du volume du fluide pour compenser les

variations de niveau.

3.3. Électrovanne

Une électrovanne est un dispositif commandé électriquement permettant

d'admettre ou d'interrompre par une action mécanique la circulation d'un fluide (eau,

vapeur, gaz) de toutes natures dans un circuit. Les électrovannes proportionnelles

sont celles qui peuvent être ouvertes avec plus ou moins d'amplitude en fonction du

besoin généralement utilisées grâce à une commande. Elle est surtout utilisée pour les

contrôles et régulation des systèmes industriels.

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PROMOTION 2016

Caractéristique :

Symbolisé par

Nombre de voies : 1, 2, 3

Tenson d’alimentation : 24 V – 230 V CA

Signal de commande tout ou rien 0…10V / 0…20mA

Figure 39 : Schéma d'une électrovanne

4. EFFECTEUR

Les effecteurs sont multiples et variés conçus spécialement pour s’adapter

qu’ils ont à réaliser sur une matière d’œuvre ou un système préétabli, ils reçoivent

leur énergie des actionneurs.

On a ici une pompe centrifuge :

Une pompe centrifuge est une machine rotative qui pompe un liquide en le

forçant au travers d’une roue à aube ou d'une hélice appelée impulseur. C’est le type

de pompe industrielle le plus commun. Par l’effet de la rotation de l’impulseur, le

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zim://A/A/H%C3%A9lice.html

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PROMOTION 2016

fluide pompé est aspiré axialement dans la pompe, puis accéléré radialement, et enfin

refoulé tangentiellement. La pompe est généralement entrainée par un moteur

électrique.

Figure 40 : Pompe centrifuge

1a, 3, 5 : corps de pompe

1b : diffuseur

2 : impulseur

4 : garniture mécanique

6 : arbre

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5. Dimensionnement des unités hydrauliques dans le système de production

➢ Exemple de calcul :

- Vérin de poussage de la cuve de pesage :

m = charge = 6000kg ; C = course = 800 mm ; g = 10 m/s2 ; V = vitesse = 0,02 m/s ;

α = angle d’inclinaison du vérin = 45° = 𝜋 4⁄ rad.

o La force nécessaire pour équilibrer la masse :

o La force nécessaire pour communiquer l’accélération :

On a V = 𝑎 ∗ 𝑡

Avec 𝐹 = 𝑚 ∗ 𝑎 𝐹 = 𝑚 ∗𝑉

𝑡 et la durée d’accélération t représente 1/5 de T :

𝑡 =𝑇

5 et 𝐶= 𝑉 ∗ 𝑇

Application numérique :

𝑇 = 0.8

0.02 = 40s 𝑡 =

40

5 = 8s

𝑎 = 0.02

8 = 0.0025 m/s2

𝐹 = 6000 ∗ 0.0025 = 15 N

𝐹 = 1,5 daN

𝑃 = 𝑚 ∗ 𝑔 ∗ sin α = 4242,64 daN

𝑎 = 𝑉

𝑡

𝑇 = 𝐶

𝑉


PROMOTION 2016

o La Force totale nécessaire pour pousser la charge :

A.N : Ft= 4242,64+1,5

0,9

o La longueur de la tige du vérin :

En suivant le tableau du coefficient de mode de fixation :

On a :

▪ Fixation de la tige : B ;

▪ Fixation du cylindre : I ;

Donc K = 1,5

(1) A.N : Lf = 800 ∗ 1,5

o Le diamètre de la tige du vérin :

Suivant l’abaque, le diamètre de la tige qui corresponde à notre vérin de poussage est de :

d = 70mm.

o La pression du vérin :

▪ Diamètre du piston : suivant l’abaque du choix du vérin, on a D = 100mm.

A.N : P = 4715,7

78,53 S = 78,53 cm2

Ft =𝑃+𝐹

𝜂

Ft = 4715,7 daN

Lf =1200 mm

P = 60 bars


PROMOTION 2016

▪ Effort réel :

A.N : Fr = 90∗4715,7

100

▪ Force de frottement :

A.N : Ff = 4715,7 − 4244

o Débit nécessaire :

▪ Pour la rentrée :

A.N : qr = 0,4006 ∗ 0.2 ∗ 60

▪ Pour la sortie :

A.N : qs = 0,7853 ∗ 0.2 ∗ 60

o Tuyauterie :

On a Vp = 5 m/s ; Vr = 3 m/s ; Va= 1 m/s ;

▪ Section intérieure de la conduite :

A.N : Sp,int = 9,42

3000

Sr,int = 9,42

1800

Sa,int = 9,42

600

▪ Diamètre intérieur de la conduite :

A.N : dp,int= √4∗9,42

𝜋∗3000

Fr = 4244 daN

Ff = 471,57 daN

qr = 4,8 l/min

qs = 9,42 l/min

Sp,int = 31,4 mm2

Sr,int = 52,3 mm2

Sa,int = 157 mm2

dp,int = 6,32 mm

dr,int = 8,16 mm

da,int = 14,13 mm


PROMOTION 2016

o Pertes de charges :

Pour le choix du fluide :

A.N : ν > 500∗0632

1200= 0,26 cm2/s ;

On a ν = 32 mm2/s

A.N : Re,p= 500∗0,632

0.32= 987,5

Re,r= 300∗0,816

0.32= 765

Re,a= 100∗1,413

0.32= 441,56

On a Lp = 2 m ; Lr = 4 m ; La = 1 m ;

ρ = 0,9 Kg/m3

Donc Δpp= 0,064 ∗3

0,632∗

0,9

2∗ 52

Δpr= 0,083 ∗4

0,816∗

0,9

2∗ 32

Δpa= 0,144 ∗1

0,01413∗

0,9

2∗ 12

o La pression de tarage :

o Calcul de puissance :

▪ Puissance hydraulique :

✓ Pour la rentrée du vérin :

λp= 0,064

λr= 0,083

λa= 0,144

Δpp= 3,41 bars

Δpr= 1,64 bars

Δpa= 0,46 bars

P0 = 60 + (3,41 + 1,64 + 0,46) =65,5 bars


PROMOTION 2016

A.N :

✓ Pour la sortie du vérin :

A.N :

▪ Puissance nécessaire pour le

vérin :

✓ Pour la rentrée :

A.N :

✓ Pour la sortie :

A.N :

▪ Puissance perdue par perte de

charge :


A.N :

Pr, hydr = 4,8∗60

600 = 0,48 KW

Ps, hydr = 9,42∗60

600 = 0,94 KW

Pr, nec = 0.48

0.9 = 0,53 KW

Ps, nec = 0.94

0.9 = 1,04 KW

P2 = 3,87∗9,42

600+

5,51∗4,8

600+ 65,5 ∗

9,42−4,8

600 = 0,6 KW


PROMOTION 2016


A.N :

▪ Puissance fournie par la pompe :


A.N :


A.N :

o Pompe :

A.N :

▪ Puissance absorbée par la pompe

et le couple :

A.N : Pabsorbée= 60∗9,42

600= 0,942 KW

P1 = 3,87∗9,42

600 = 0,06 KW

Pr = 0,53 + 0,6 = 1,13 KW

Ps = 1,04 + 0,06 = 1,1 KW

Cyl = 9,42

1500 = 6,28 cm3/ tour

C = 0,942∗30

𝜋∗1500 = 0,006


PROMOTION 2016

o Puissance du moteur électrique :

A.N : Pmoteur = 0,942

0,85= 1,11 KW

o Réservoir :

A.N :

Le tableau ci-dessous montre les résultats de dimensionnement de toutes les unités

hydrauliques dans le système :

PARAMETRES Formule

utilisée

UNITE HYDRAULIQUE 1

Vérin de

levage

Vérin pour

trappe 1

Vérin pour

trappe 2 Vérin trappe du Lessiveur

Masse à pousser (kg) 6000 500 500 200

Effort de poussée réel "𝐹𝑟"(daN) 4244 490,5 490,5 196,2

Effort de théorique axial (3) 4715,7 545 545 218

Course "𝐶" (mm) 800 800 800 200

Mode de fixation Bride en

arrière

Bride en

arrière

Bride en

arrière Sur socle

Coefficient du mode de fixation "K" 1,5 1 1 0,7

Longueur libre "𝐿𝑓" (mm) (1) 1200 800 800 140

Diamètre de la tige "d" (mm) 70 36 36 28

Diamètre du piston "D" (mm) 100 50 50 40

S annulaire (cm²) 40,06 9,46 9,46 6,41

S piston (cm²) 78,53 19,63 19,63 12,57

pression "p" (bars) (2) 60 27,76 27,76 17,34

DEBIT DANS LES VERINS

Vitesse de sortie tige 20 40 40 50

Vitesse de rentrée tige "𝑉𝑟" (mm/s) 20 30 30 20

Débit "𝑞𝑟" (l/mn) (4) 4,8 1,70 1,70 0,77

Débit "𝑞𝑠" (l/mn) (5) 9,42 4,71 4,71 3,77

TUYAUTERIES

Vres= 3 ∗ 9,42 ∗ (1 +10

100)= 31,086 litres

UNITE HYDRAULIQUE 2


PROMOTION 2016

5

3

1

5

3

1

5

3

1

5

3

1

Refoulement

dint (mm) (6) 6.32 4 4 4

dext (mm) 8 6 6 6

s (mm) 1 1 1 1

Sint (cm²) 0,31 0,12 0,12 0,12

Retour

dint (mm) (6) 8,16 4 4 4

dext (mm) 10 6 6 6

s (mm) 1 1 1 1

Sint (cm²) 0,52 0,12 0,12 0,12

Aspiration

dint (mm) (6) 14,13 4 4 4

dext (mm) 16 6 6 6

s (mm) 1,5 1 1 1

Sint (cm²) 1,5 0,12 0,12 0,12

PERTES DE CHARGES

Viscosité "𝜈" (cst) (12) 32 22 22 22

masse volumique "𝜌" (kg/m3) 0,9 0,9 0,9 0,9

0,46

4,5

5,5

1

4,5

5,5

1

2

3

1

Dans le refoulement "∆𝒑𝒑" (bar) 8,81 8,81 3,96

Dans le retour "∆𝒑𝒓" (bar) 6,53 6,53 3,55

Dans l'aspiration "∆𝒑𝒂" (bar) 0,39 0,39 0,396

PRESSION DE TARAGE

(13) 65,5 43,49 43,49 29,21

3

4

1

3 , 41

1 , 64


PROMOTION 2016

PUISSANCE

(15)

(14)

(17)

(16)

(18)

(19)

0,48

0,94

0,53

1,04

0,06

0,60

0,078

0,217

0,087

0,24

0,07

0,33

0,078

0,217

0,087

0,24

0,07

0,33

0,02

0,11

0,02

0,12

0,03

0,18

PUISSANCE FOURNIE PAR LA POMPE

Ps (KW) (20) 1.10

1,13

0,31 0,31 0,15

𝑃𝑟 (KW) (21) 0,42 0,42 0,20

POMPE

N (tr/mn) (22) 1500 1500 1500 1500

Q (l/mn) 9,42 4,71 4,71 6,18

Cyl (cm3/tour) 6,28 3,14 3,14 4,12

(23)

(24)

(25)

0,94

0,006

1,11

0,21

0,0013

0,25

0,21

0,0013

0,25

0,18

1,14

0,21

Réservoir "𝑉𝑟𝑒𝑠" (l) (26) 31,086 15,54 15,54 20,394

Tableau 14 : Dimensionnement des unités hydrauliques

6. DIMENSIONNEMENT DES CONVOYEURS à Bandes

Les convoyeurs à bande sont caractérisés par le type de bande

transporteuse utilisée (matériaux, texture, épaisseur) et par la position du groupe

de motorisation (central ou en extrémité).

Dans tous les cas, un convoyeur à bande se compose :

• d’un tambour de commande et de sa moto réductrice,

• d’un rouleau d'extrémité,

• d’un châssis porteur avec une sole de glissement qui assure le soutien de

la bande,

• d’une bande transporteuse.


PROMOTION 2016

Figure 41 : Convoyeur à bande


PROMOTION 2016

On a dans notre système 7 convoyeurs à bande à dimensionner :

• Convoyeur 1 : transports de la canne vers le lavage

• Convoyeur 2 : transports de la canne vers l’entonnoir

• Convoyeurs 3,4 et 5 : transports de la canne vers les moulins de broyage.

• Convoyeurs 6 : transports des copeaux de bagasse vers le Lessiveur

• Convoyeurs 7 : transports des sacs préfinis vers la machine de finition.

➢ Exemple de calcul de dimension :

o Calcul du nombre de tour du convoyeur :

Avec :

- Vc : la vitesse du convoyeur

- w: la vitesse angulaire rad/s

- dt : le diamètre du tambour du convoyeur

- N: le nombre de tour N =

▪ Pour le convoyeur 6 :

On a dA6 = 0,5 m ; VC6 = 1 m/s ;

A.N :


On a dA7 = 0,3 m ; VC7 = 3 m/s ;

A.N :

Vc = w×R = 𝜋𝑁

30 .

𝑑𝑡

2 (27)

VC x 60

π d

N6 =1∗60

𝜋∗0.5 = 38,21 tr/mn

N7 =3∗60

𝜋∗0.3 = 191 tr/mn

(28)


PROMOTION 2016

o Calcul de la longueur de la bande du convoyeur :

La longueur de la bande du convoyeur est égale à :


On a A6 = 50 m ; dB6 = 0.6 m ;

A.N :


On a A7 = 7 m ; dB6 = 0.4 m ;

A.N :

Avec :

- A : l’entraxe [m]

- dA et dB : les diamètres des tambours menant et menée.

[m]

𝐿 = A + 2 𝜋 2

( 𝑑 A + 𝑑 B ) + ( 𝑑 B − 𝑑 A

4 𝐴 )

dB dA

(29)

L6 =2 ∗ 50 +𝜋

2(0.5 + 0.6) +

(0.6−0.5)

4∗50 = 101,72 m

L6 =2 ∗ 7 +𝜋

2(0.3 + 0.4) +

(0.4−0.3)

4∗7 = 15 m


PROMOTION 2016

o La masse linéique du produit :

- : le poids du produit par mètre linéaire [Kg/m]

- Iv : le débit massique [t/h]

- V : la vitesse de la bande [ ]

▪ Pour les copeaux de bagasse du convoyeur 6 :

On a Iv = 220 t /h pour la capacité des copeaux en tonne par heure ;

A.N :

▪ Pour les sacs en papier du convoyeur 7 :

Iv varie selon le modèle ou la taille des sacs à transporter ;

Iv =

Avec :

- Cs : Capacité de production de sacs par heure [sacs/h]

- Ss : Surface du papier pour un sac [m2]

- Ϩ : Surface massique du papier [m2/Kg]

𝑞𝐺 = 𝐼𝑣

3 . 6 𝑉 (

𝑘𝑔 𝑚 ⁄ ) (30)

qG6 = 220

3.6∗1 = 61,1 Kg/m

Cs x Ss

Ϩ x 1000

(31)


PROMOTION 2016

On va prendre pour exemple le sac à modèle moyenne de notre production ;

On a : Cs = 1250 sacs/h ; Ss = 0,5 m2 ; Ϩ = 1,8 m2/Kg ;

A.N :

Donc on a :

o Le débit volumique :

Avec :

- Iv : le débit massique en [t ⁄h]

- qs : la masse volumique du produit

▪ Pour les copeaux de bagasse :

La valeur moyenne de la masse volumique des copeaux est de qs = 0,07 selon le

catalogue des vitesses maximales recommandées, compte tenu des caractéristiques physiques

et de la granulométrie du produit transporté, ainsi que de la largeur de la bande utilisée.

A.N :

𝐼𝑀 = 𝐼𝑣

𝑞𝑠 ( 𝑚 ³

ℎ ⁄ )

Iv = 1250∗0.5

1.8∗1000 = 0,347 t/h

qG7 = 0.347

3.6∗3 = 0, 03215 Kg/m ou 32,15 g/m

(32)

IM = 220

0.07= 3142 m3/ h


PROMOTION 2016

o La force utile :

Figure 42 : Convoyeur à bande horizontale

Avec :

- 𝑚 : la masse des produits transportés sur toute la longueur

du convoyeur (charge totale) (kg)

- 𝑚𝐵 : la masse de la bande (kg)

- 𝑚𝑅 : la masse de tous les tambours rotatifs, sauf pour le

tambour d'entraînement (kg)

- µ𝑅 : Coefficient de frottement entre tambour et bande (µ𝑅

= 0,33)


A.N : Supposons que : 𝑚𝑅 = 400kg

m = 𝑞𝐺 × 𝐴 = 61.1 × 50 = 3055 𝑘𝑔

𝑚𝐵 = m16 × 𝐿 = 16 × 101.72 = 1627,5 𝑘𝑔

m1 : masse de la bande par mètre

D’où :

Fu = µ 𝑅 × g × ( 𝑚 + 𝑚 𝐵 + 𝑚 𝑅 ) (33)

Fu = 0.33 × 9.81 × (400 +3055 + 1627.5) = 16453,5 N


PROMOTION 2016


A.N : Supposons que : 𝑚𝑅 = 100kg

m = 𝑞𝐺 × 𝐴 = 0.03215 × 7 = 0,225 𝑘𝑔

𝑚𝐵 = m17 × 𝐿 = 30 × 15 = 450 𝑘𝑔

m1 : masse de la bande par mètre

D’où :

o Le rendement du roulement et de l’engrenage :

Le tableau ci-après va nous montrer les rendements de quelques couples de

frottement :

Tableau 15 : Rendement des couples de frottement

Et : ɳ = ɳ𝑟3 × ɳ𝑒2

Avec :

- ɳ𝑟 : Rendement de roulement

- ɳ𝑒 : Rendement d’engrenage

Fu = 0.33 × 9.81 × (100 + 0.225 + 450) = 1781,24 N

Couple de frottement Rendement

(34)


PROMOTION 2016

▪ Pour les 7 convoyeurs :

A.N :

o La puissance du moteur :

D’où :


A.N :


A.N :

o Choix des moteurs compatibles avec chaque convoyeur :


- P6 = 20 KW

- Nm6 = 750 tr / min


- P7 = 10 KW

- Nm7 = 500 tr / min

o Le rapport de transmission :

r =

et i = 1𝑟

𝑃𝑚 = 𝐹𝑢 × 𝑉

1000 ɳ

ɳ = 0.993 × 0.972 = 0,91

(35)

Pm6 =16453.5∗1

1000∗0.91 = 18,02 KW

Pm7 =1781.24∗3

1000∗0.91 = 5,87 KW

Nm

Ns (36)


PROMOTION 2016

Ainsi : i = 𝑖1× 𝑖2 avec :

- 𝑖1 = 𝑖2 = √𝑖

- 𝑖1 : le rapport de transmission du premier engrènement

- 𝑖2 : le rapport de transmission du deuxième engrènement


A.N : i6 = 1

19.6 = 0,05 ;

i61 = i62 =√0.05= 0,225

▪ Pour le convoyeur 7

A.N : i7 = 1

2.61 = 0,382 ;

i71 = i72 =√0.382= 0,62

o Calcul des moments de torsion transmis par les arbres Mt :

Mt2 =


i2

𝑀𝑡1 = 𝑃𝑚

𝑤 𝑅

r6 = 750

38.21 = 19,6

r7= 500

191 = 2,61

(37)

Mt1

(38)


PROMOTION 2016

D’où :

A.N :

On a :


wR = = 3.14∗500

30 = 52,3𝑟𝑎𝑑

𝑠⁄

D’où :

A.N :

On a :

π Nm

30

Mt61 = 20

78,5 = 0,25 KN.m = 250 N.m

Mt62 = 0.25

0.225 = 1,11 KN.m = 1111,12 N.m

Mt71 = 10

52.3 = 0,191 KN.m = 191 N.m

Mt72 = 0.19

0.62 = 0,306 KN.m = 306 N.m


PROMOTION 2016

Le tableau ci-après montre le dimensionnement des convoyeurs dans notre

système de production :

PARAMETRES Formules

utilisées

COV1 COV2 COV3, 4 et

5

COV6 COV7

Produits à

transporter

Canne à

sucre

Canne à

sucre

Canne à

sucre

Copeaux de

bagasse

Sacs en

papier

VC (m/s) (27) 0.4 0.3 0.2 1 3

dB(m) 0.6 0.6 0.4 0.6 0.4

dA(m) 0.5 0.5 0.3 0.5 0.3

Ns(tr/mn) (28) 15.28 11.46 12.73 38.21 191

A(m) 10 7 5 50 7

L(m) (29) 21.73 15.73 11.1 101.72 15

Iv(t/h) 150 150 150 220 0.347

qG(Kg/m) (30) 104 138.88 208.33 61.1 0.032

qs(t/m3) 0.1 0.1 0.1 0.07

IM(m3/h) (32) 1500 1500 1500 3142

mR(Kg) 400 400 200 400 100

m1(Kg/m) 16 16 16 16 30

Fu(N) (33) 5787.25 5253.61 4594.53 16453.5 1781.24

η (34) 0.91 0.91 0.91 0.91 0.91

Pm(KW) (35) 2.54 1.73 1 18.02 5.87

P(KW) 10 10 10 20 10

Nm(tr/mn) 500 500 500 750 500

r (36) 32.7 43.6 39.3 19.6 2.61

Mt1(N.m) (37) 191 191 191 250 191

Mt2(N.m) (38) 1123.5 1273.3 1193.75 1111.12 306

Tableau 16 : Dimensionnement des convoyeurs à bande


PROMOTION 2016

CHAPITRE V : AUTOMATISATION DU PROCESSUS DE PRODUCTION DU SAC EN PAPIER EMBALLAGE

1. ETAPE 1 : L’EXTRACTION DU SUCRE POUR L’OBTENTION DE LA

BAGASSE

Afin d’automatiser le système de fabrication du sac en papier, il est

primordial de connaître le détail du cycle de fonctionnement de chaque phase

qui compose notre système. Il décrit en plusieurs étapes le fonctionnement de

la phase pour pouvoir en découler le GRAFCET. C’est ce GRAFCET qui nous

permettra de programmer le système dans le langage de programmation voulu

et le commander, pour notre cas, c’est le langage LADDER. Cette étape se

déroule en 3 phases :

1.1. Phase 1 : pesage de la canne

J1

J0

I1

I0


PROMOTION 2016

Le cycle de fonctionnement de la phase 1 :

• Avant le versement de la canne dans le pesage, la masse de la canne est imposée

par l’opérateur. Cette masse ne doit pas dépasser la masse limite que le système

de pesage peut supporter.

• Versement de la canne à sucre dans la cuve de pesage.

• Une fois la masse atteinte, détecté par le capteur de poids « p1 » :

o Le voyant rouge s’allume pour avertir l’opérateur.

o Les deux vérins de bridage VB1 et VB2 rentrent.

o Une fois les 2 vérins de bridage rentrés, le vérin de levage VL est

actionné pour verser les cannes pesées vers le convoyeur 1.

• Une fois toute les cannes versées ou fin de course du vérin de levage :

o Le vérin de levage rentre.

o Les vérins de bridage sortent, pour fermeture de la trappe.

o Le voyant rouge s’éteint.


PROMOTION 2016

1.1.1. GRAFCET de la phase 1

• Niveau 1 : point de vue opérateur :


PROMOTION 2016

• Niveau 2 : point de vue commande :

Choix technologiques :

ACTIONS REPERES ACTIONNEURS

➢ Chargement de la canne

➢ Allumage du voyant rouge

➢ Rentrée des vérins de bridage

➢ Sortie des vérins de bridage

➢ Rentrer du vérin de levage

➢ Sortie du vérin de levage

CDC

VRA

VB1- et VB2-

VB1+ et VB2+

VL-

VL+

Ouvriers

Voyant lumineux rouge

2 vérins à double effet

2 vérins à double effet

Vérin à double effet

Vérin à double effet

Tableau 17 : Choix technologiques des actionneurs (1ère Phase)

INFORMATIONS REPERES CAPTEURS

➢ Masse « m » imposée

➢ Masse « m » atteint

➢ Vérins de bridage rentré

➢ Vérins de bridage sortie

➢ Vérin de levage rentré

➢ Vérin de levage sortie

m

p1

I0

I1

J0

J1

Capteurs de masse

Capteur de proximité




Tableau 18 : Choix technologiques des capteurs (1ère Phase)


PROMOTION 2016


PROMOTION 2016

1.1.2. Circuit de puissance de la phase 1

Figure 43 : Circuit de puissance de la phase 1

Vers les

moulins


PROMOTION 2016

1.1.3. Circuit de commande de la phase 1

• Langage logique câblée


PROMOTION 2016

• Langage programmée : LADDER


PROMOTION 2016

1.2. Phase 2 : Transport, lavage et coupage des cannes


• Une fois la masse détectée par « p1 » atteint dans la cuve de pesage : mise en

marche du convoyeur 1 « COV1 ».

• Détection de présence de canne par le capteur de présence « p2 » :

o Ouverture de la vanne « V1 » pour le lavage des cannes.

o Les cannes passent en dessous du niveleur 1 afin de régulariser

leurs sorties.

• Détection de présence de canne par le capteur de présence « p3 » mis en

position après le passage en dessous du niveleur 1 :

o Mise en marche de convoyeur 2 « COV2 » et des scies à canne 1

« SC1 » (4 scies parallèles espacés chacun de 1𝑚 de diamètre

d1= 120 cm).

• Avant leur passage au convoyeur 3 « COV3 », les cannes venant du convoyeur

2 « COV2 » entrent dans un grand entonnoir rectangulaire dont la section

d’entrée est de 4500 × 1000 et la section de sortie est de 1100 × 300.

• Le convoyeur 3 « COV3 » est mise en marche si la présence de canne est

détectée par le capteur de présence « p4 », et en même temps les scies 2 sont

p3

p4 p5


PROMOTION 2016

actionnées (10 scies en parallèles espacés chacun de 100𝑚𝑚 de diamètre

d2= 40 cm).

• Arrêt du convoyeur 1 « COV1 » si le capteur « p1 » ne détecte plus de la

masse dans le cuve de pesage et si le capteur « p2 » ne détecte plus la présence

des cannes sur le « COV1 ».

• Arrêt du lavage par la fermeture de la vanne « V1 » si le capteur « p2 » ne

détecte plus la présence des cannes.

• Arrêt du convoyeur 2 « COV2 » et des scies 1 si les capteurs « p3 » et « p4 »

ne détectent plus la présence des cannes.

• Arrêt du convoyeur 3 « COV3 » et des scies 2 si les capteurs « p4 » et « p5 »

ne détectent plus la présence des cannes.


PROMOTION 2016


➢ Niveau 1 : point de vue opérateur

➢ Niveau 2 : point de vue commande

Les choix technologiques :


PROMOTION 2016


➢ Convoyeur 1 en marche



➢ Scies 1 en marche

➢ Scies 2 en marche

➢ Ouverture de la vanne V1

COV1

COV2

COV3

SC1

SC2

V1

Moteur asynchrone 1 à démarrage direct



Moteur asynchrone 1

Moteur asynchrone 2

Electrovanne

Tableau 19 : Choix technologiques des actionneurs (Phase 2)


➢ Masse « m » atteint

➢ Détection de présence de

canne sur COV1


canne sur COV2


canne sur COV3

p1

p2

p3

p4 et p5

Capteurs de masse

Capteur de présence



Tableau 20 : Choix technologiques des capteurs (Phase 2)


PROMOTION 2016


PROMOTION 2016

1.3. Phase 3 : Broyage pour l’obtention de la bagasse


• Une fois que le capteur de présence « p5 » détecte la présence des cannes :

✓ Mise en marche des 3 moulins ou broyeurs « BROY ».

✓ Mise en marche des pompes « pump ».

✓ Mise en marche des 3 convoyeurs4 « COV4 ».

• Les cannes passent par chaque moulin, arrivée au 3ème convoyeur du COV4, la

présence de fibres des cannes avant le passage sur l’entrée du broyeur2

« BROY2 » est détectée par « p6 », ce qui va entrainer :

✓ L’ouverture de la vanne « V2 » pour faire éjecter l’eau chaude pour

l’imbibition sur les cannes.

✓ Mise en marche du broyeur2 « BROY2 ».

✓ Mise en marche du convoyeur5 « COV5 » pour la sortie des bagasses

au chargement pour son transport vers la fabrication du papier.

• Si les capteurs de présence « p5 » et « p6 » ne détectent plus :

✓ Arrêt du moteur des 3 moulins « BROY ».

✓ Arrêt des convoyeurs4 « COV4 ».

• Si les capteurs de présence « p6 » et « p7 » ne détectent plus :

✓ Fermeture de la vanne « V2 ».

✓ Arrêt du moteur des pompes « pump ».

✓ Arrêt du moteur du broyeur2 « BROY2 ».

✓ Arrêt du convoyeur5 « COV5 ».


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➢ Niveau 2 : point de vue commande

Les choix technologiques :


➢ 3 Moulins Broyeurs en

marche

➢ 3 Convoyeurs 4 en marche

➢ Pompes à surpresseur en

marche

➢ Broyeur 2 en marche



BROY

COV4

pump

BROY2

COV5

V2

Moteur asynchrone 3


Moteur asynchrone

Moteur asynchrone 4


Electrovanne

Tableau 21 : Choix technologiques des actionneurs (Phase 3)



canne à la sortie de COV3


fibres des cannes sur COV4


canne sur COV5

p5

p6

p7




Tableau 22 : Choix technologiques des capteurs (Phase 3)


PROMOTION 2016


PROMOTION 2016

2. ETAPE 2 : LA TRANSFORMATION DES BAGASSES EN BOBINE DE PAPIERS

EMBALLAGES

Le cycle de fonctionnement de l’Etape 2 :

• Une fois que les bagasses sont transportées vers l’usine de fabrication du

papier et sont mises dans un lieu de séchoir avant qu’elles soient déchargées

sur le premier convoyeur des convoyeurs 6, le capteur de présence « p8 »

détecte la présence des bagasses :

✓ Mise en marche des 2 convoyeurs 6 « COV6 » :

▪ Premier convoyeur pour transporter les bagasses vers la

machine Hacheuse.

▪ Deuxième convoyeur pour conduire les copeaux vers le

Lessiveur.

✓ Mise en marche de la machine Hacheuse « Hach » pour la mise en

copeaux des bagasses.

✓ Mise en marche de la pompe 1 « pump1 » pour l’addition d’eau dans

le mélange dans le Lessiveur. Et par suite de la détection de présence

d’eau par le capteur de présence « p9 » dans le Lessiveur :

▪ Mise en marche du réchauffeur « Rchf » à l’intérieur du

lessiveur.

• Arrivées dans le Lessiveur, le capteur de niveau « Niv » détecte le niveau

suffisant des mélanges (copeaux + eau), le capteur de PH « PH » mesure la

valeur de PH entre 13 et 14 et le capteur de température « Tdeg » mesure sa

température entre 100 et 120 °C :

✓ Allumage des voyants pour avertir l’opérateur :

▪ Voyant lumineux vert « VVA » pour « Niv »

▪ Voyant lumineux jaune « VJA » pour « PH »

▪ Voyant lumineux rouge « VRA » pour « Tdeg »

✓ Arrêt des convoyeurs 6 « COV6 ».

✓ Arrêt de la machine Hacheuse « Hach ».


PROMOTION 2016

✓ Arrêt de la pompe 1 « pump1 ».

• En laissant bouillir les mélanges pendant 4 heures avec l’ajout de la solution

alcaline pour la séparation des fibres de celluloses et afin de dissoudre la

lignine, un indicateur de temps (temporisateur) « t4h » signale la fin de la

cuisson qui allume le voyant lumineux orange « VOA » indiquant que les 4

heures sont atteintes :

✓ Arrêt du réchauffeur « Rchf ».

✓ Ouverture d’un clapet en bas du Lessiveur à l’aide d’un vérin

hydraulique à simple tige à simple effet sortie par ressort « VC » afin

de les mener à la machine Classeur.

• Une fois que le clapet s’ouvre, le capteur de proximité « OUV » capte l’entrée

de la tige du vérin « VC » :

✓ Mise en marche de la machine Classeur « CL » pour tamiser les fibres

et pour extraire les fibres non séparées des fibres séparées.

✓ Mise en marche de la machine Epaississeur « Ep » pour rendre la pâte

obtenue encore plus épaisse et cette dernière est conduite jusqu’à la

cuve de mélange.

• Une fois que la pâte épaisse est versée dans la cuve, un capteur de niveau

« Niv1 » détecte le niveau voulu de la pâte dans la cuve, qui est averti par un

voyant lumineux vert « VV2A » :

✓ Arrêt de la machine Classeur « CL ».

✓ Arrêt de la machine Epaississeur « Ep ».

✓ Mise en marche de la Cuve de mélange « Cm » pendant 2 heures.

• Un temporisateur « t2h » signale la fin du mixage indiqué par le voyant

lumineux orange allumé « VO2A » :

✓ Arrêt du moteur de la cuve de mélange « Cm ».

✓ Mise en marche des 3 pompes 2 « pump2 » :


PROMOTION 2016

▪ Une pompe pour faire remonter et conduire la pâte mélangée

vers la caisse tête.

▪ Une pompe pour conduire de l’eau vers la caisse tête afin de la

mélanger avec la pâte obtenue.

▪ Une pompe pour conduire et à remonter l’eau pour arroser le

papier préfini sur la table de transformation.

✓ Mise en marche de la machine de transformation en papier.

• Détection de niveau bas de la pâte dans la cuve de mélange par le capteur de

niveau « Niv0 » :

✓ Arrêt des 3 pompes 2 « pump2 » et voyant lumineux orange éteint

« VO2A ».

✓ Arrêt de la machine de transformation.


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2.1. GRAFCET de l’étape 2



PROMOTION 2016


PROMOTION 2016

➢ Niveau 2 : point de vue de commande


➢ Machine Hacheuse en

marche

➢ Machine Epaississeur en

marche

➢ Machine Classeur en

marche

➢ Cuve de Mélange en

marche

➢ Machine Lessiveur en

marche

➢ Machine à table de

transformation en papier en

marche

➢ 2 Convoyeurs 6 en marche

➢ Rentrée du vérin de bridage

➢ Sortie du vérin de bridage à

la position normale

➢ Pompe 1 à surpresseur en

marche

➢ 3 pompes 2 à surpresseur en

marche

➢ Allumage du voyant vert

➢ Allumage du voyant jaune

➢ Allumage du voyant rouge

Hach

Ep

CL

Cm

Rchf

Sech

COV6

VC-

VC+

pump1

pump2

VVA

VJA

VRA

Moteur asynchrone 4

Moteur asynchrone 5

Moteur asynchrone 6

Moteur asynchrone 7

Réchauffeur thermique

Moteur asynchrone 8

Moteur asynchrone à démarrage

direct 6

Vérin à simple effet sortie par

ressort

Moteur asynchrone

Moteur asynchrone

Voyant lumineux vert

Voyant lumineux jaune

Voyant lumineux rouge


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➢ Allumage du voyant orange

➢ Allumage du voyant vert 2

➢ Allumage du voyant

orange2

VOA

VV2A

VO2A

Voyant lumineux orange

Voyant lumineux vert 2

Voyant lumineux orange 2

Tableau 23 : Choix technologiques des actionneurs (Etape 2)


➢ Détection de présence des

bagasses sur COV6

➢ Détection de présence d’eau

dans le lessiveur

➢ Détection de niveau atteint

dans le lessiveur

➢ Détection de mesure de PH

entre 13 et 14

➢ Détection de température

entre 100 et 120°C

➢ Cuisson des copeaux à un

temps précis de 4 heures

➢ Vérin de bridage rentré pour

l’ouverture du clapet

➢ Détection de niveau dans la

cuve de mélange

➢ Mixage de la pâte à papier à

un temps précis de 2 heures

➢ Détection de niveau bas

limite dans la cuve de

mélange

p8

p9

Niv

PH

Tdeg

T4h

OUV

Niv1

T2h

Niv0



Capteur de niveau

Capteur de PH

Capteur de température

Temporisateur


Capteur de niveau

Temporisateur

Capteur de niveau

Tableau 24 : Choix technologiques des capteurs (Etape 2)


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2.2. Circuit de puissance de l’étape 2

Figure 46 : Circuit de puissance de l'étape 2

EAU


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• Langage logique câblée :


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3. ETAPE 3 : FABRICATION DES SACS EN PAPIER A PARTIR DE LA BOBINE

Le cycle de fonctionnement de l’Etape 3 :

• Mise en place des 3 matières au début de la chaîne de production :

- Une bobine de papier de 60 cm de largeur détectée par le capteur de

présence « p10 ».

- Une bobine de ficelle torsadée détectée par le capteur de présence « p11 ».

- Une bobine de bande en papier de 14 cm de largeur détectée par le capteur

de présence « p12 ».

✓ Mise en marche de la machine d’assemblage « As » pour la formation des

poignets avec la ficelle et la bande en papier.

✓ Mise en marche des cylindres dérouleurs « Cyl » pour dérouler la bobine de

papier de grande largeur.

• Une fois que les poignets sont collés sur la longue lanière en papier large, le capteur de

présence « p13 » détecte sa présence à l’entrée de la machine de façonnage :

✓ Ouverture de la vanne « V3 » pour éjecter le point de colle blanche afin

d’assembler les côtés de la lanière (côtés des sacs).

✓ Mise en marche de la machine de façonnage « Fac » pour la mise en forme des

soufflets des sacs et l’assemblage des côtés des sacs.

• La longue lanière est formée suivant la mise en forme des sacs, celle-ci entre dans la

machine de découpage détectée par le capteur de présence « p14 » :

✓ Mise en marche de la pompe 3 « pump3 » pour l’alimentation des 2 vérins de

découpe « VD1 » et « VD2 » portant chacun une lame :

o Sortie des tiges des 2 vérins pour la coupe détectée par le capteur de

proximité « R1 ».

o Entrée des tiges des 2 vérins pour le recul des lames détectée par le

capteur de proximité « R0 ».

✓ Mise en marche du rouleau de séparation « sep » pour séparer les sacs un à

un.

✓ Mise en marche du convoyeur 7 « COV7 » pour le transport des sacs vers les

machines de finition et pour les sortir de la chaîne de production.


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✓ Mise en marche du guide de pliage « Gid » pour rabattre le fond du sac après

avoir passé au guide de reprise qui ouvre ce dernier.

✓ Mise en marche de la machine de collage « Col » pour passer de la colle sur

le fond du sac ouvert et que celui-ci est renfermé à la fin par un guide plieur

fixe.

• Si l’un des capteurs de présence « p10 », « p11 » et « p12 » ne détecte plus :

✓ Arrêt de la machine d’assemblage « As ».

✓ Arrêt des cylindres dérouleurs.

• Non détection du capteur de présence « p13 » :

✓ Arrêt de la machine de façonnage « Fac »

• Non détection du capteur de présence « p14 » :

✓ Arrêt des machines de finition : « sep », « COV7 », « Gid », « Col ».

✓ Arrêt de la pompe 3 « pump3 ».

• Non détection du capteur de présence « p14 » et « p15 » (à la sortie de la chaîne) :

✓ Arrêt de la fabrication des sacs en papier.


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3.1. GRAFCET de l’étape 3



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➢ Niveau 2 : point de vue de commande


➢ Machine d’Assemblage en

marche

➢ Cylindres dérouleurs en

marche

➢ Machine de Façonnage en

marche


➢ Rouleau de séparation en

marche

➢ Guide de pliage en marche

➢ Machine de Collage en

marche


➢ Sortie des vérins de bridage

➢ Rentrée des vérins de

bridage à la position

normale

➢ Pompe 3 à surpresseur en

marche

As

Cyl

Fac

V3

sep

Gid

Col

COV7

VD1+ et VD2+

VD1- et VD2-

pump3

Moteur asynchrone 9

Moteur asynchrone 10


Electrovanne




Moteur asynchrone à démarrage

direct 7

2 Vérins à double effet

2 Vérins à double effet

Moteur asynchrone

Tableau 25 : Choix technologiques des actionneurs (Etape 3)


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➢ Détection de présence de la

grande bobine de papier.


bobine de ficelle torsadée.


bobine de bande en papier.


lanière à l’entrée de la

machine de Façonnage.


lanière à l’entrée de la

machine de Découpage.

➢ Détection de présence des

sacs finis à la sortie du

convoyeur 7.

➢ Vérins de bridage sortis

pour le découpage des sacs.

➢ Vérins de bridage rentrés

pour la position normale des

2 lames.

p10

p11

p12

p13

p14

p15

R1

R0









Tableau 26 : Choix technologiques des capteurs (Etape 3)


PROMOTION 2016


PROMOTION 2016

3.2. Circuit de puissance de l’étape 3

Figure 47 : Circuit de puissance de l'étape 3

VD1

Sacs prêts

Rouleau

enduit de colle

Guide de reprise

Guide

plieur

VD2


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• Langage logique câblée :


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CHAPITRE VI : Application de l’étude d’automatisation du processus de traitement avec l’Automate Siemens S7-300

1. PRESENTATION DE L’AUTOMATE

La création d’un programme dans un projet s’effectue à l‘aide du logiciel STEP7 S7.

L’automate S7 est constitué d‘un module d‘alimentation, d’une CPU et de modules d’entrées

ou de sorties (modules d’E/S).

L’automate programmable (API) contrôle et commande à l’aide du programme S7.

L’adressage des modules d’E/S se fait par l‘intermédiaire des adresses du programme S7.

Figure 48: Structure d’interaction du logiciel et du matériel


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❖ Les variantes de la gamme SIMATIC S7 :

Cette gamme d’automates comporte trois familles :

• S7 200, qui est un micro-automate modulaire pour les applications simples,

avec possibilité d’extension jusqu'à 7 modules, et une mise en réseau par l’interface

multipoint (MPI) ou Profibus,

• S7 300 est un mini-automate modulaire pour les applications d’entrée et de

milieu de gamme, avec possibilité d’extension jusqu’à 32 modules, et une mise en réseau

par l’interface multipoint (MPI), Profibus ou Industrial Ethernet, ce qui est utilisé dans

notre application,

• S7 400 est un automate de haute performance pour les applications de milieu et

haut de gamme, avec possibilité d’extension à plus de 300 modules, et une possibilité de

mise en réseau par l’interface multipoint (MPI), Profibus ou Industrial Ethernet.

2. ACCES AUX DONNEES DE L’API S7-300

L’API S7-300 range les informations à différents emplacements de la mémoire ayant

chacun une adresse unique.

Symbole SIMATIC

Symbole CEI Désignation

E I Mémoire image des entrées

A Q Mémoire image des sorties

V V Mémoire des variables

L L Mémoire locale

PE Périphérie d’entrée

PA Périphérie de sortie

T T Temporisation

Z C Compteur

Tableau 27: Variable de l'automate S7-300

• Mémoire image des entrées : (I)

L’automate lit les entrées physiques au début de chaque cycle et écrit ces valeurs dans la

mémoire image des entrées. Elle peut être accédée par bits, octets, mots ou doubles mots.


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- Bit : I (adresse d’octet).(adresse de bit) ; ex : I0.1

- Octet, mot ou double mot : I (taille) (adresse d’octet de départ) ; ex : IB2

• Mémoire image des sorties : (Q)

L’automate copie dans les sorties physiques, les valeurs contenues dans la mémoire image

des sorties, à la fin du cycle. Elle peut être accédée par bits, octets, mots ou doubles mots.

- Bit : Q (adresse d’octet).(adresse de bit) ; ex : Q1.2

- Octet, mot ou double mot : Q (taille) (adresse d’octet de départ) ; ex : QB3

• Mémoire des variables : (V)

Elle est utilisée pour sauvegarder les résultats intermédiaires d’opérations exécutées par la

logique de commande dans le programme. Elle peut être accédée par bits, octets, mots ou

doubles mots.

- Bit : V (adresse d’octet).(adresse de bit) ; ex :V10.1

- Octet, mot ou double mot : V (taille) (adresse d’octet de départ) ; ex : VB5

• Mémoire des temporisations : (T)

L’automate dispose des temporisations qui comptent des incréments de temps selon les

résolutions ou incréments de base de temps égales à 1𝑚𝑠,10𝑚𝑠 ou 100𝑚𝑠. La résolution dépend

du numéro de la temporisation utilisée.

- Format : T (numéro de la temporisation) ; ex : T16

• Mémoire mémentos spéciaux : (SM)

Elle donne la possibilité entre le CPU et le programme d’échanger des informations. Ces

bits sont appelés pour sélectionner et commander certaines fonctions spéciales de la S7-300,

comme : bit mise à 1 du premier cycle, bit commutant à une fréquence fixe ou bit signalant

l’état d’instructions arithmétiques ou de fonctionnement.

Elle peut être accédée par bits, octets, mots ou doubles mots.

- Bit : SM (adresse d’octet).(adresse de bit) ; ex : SM0.1→𝑚𝑖𝑠𝑒 à 1 𝑑𝑢 𝑝𝑟𝑒𝑚𝑖𝑒𝑟 𝑐𝑦𝑐𝑙𝑒.

- Octet, mot ou double mots : SMB (taille) (adresse d’octet de départ) ; ex : VMB35


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3. EDITION DU PROGRAMME POUR l’AUTOMATE Siemens S7-300

Afin de pouvoir automatiser notre système de traitement, nous devons le programmer

avec le langage à contact ou LADDER adapté à l’automate S7-300 ; en utilisant les accès aux

données de l’automate, après avoir développé le GRAFCET codé automate pour référence.

3.1. Etape 1 : Extraction du jus sucré pour l’obtention des bagasses

3.1.1. Phase 1 : pesage de la canne

• Tableau d’affectation automate N°1 :

PHASE 1

Entrées Adresse des

entrées Sorties

Adresses des

sorties Etapes

Adresses des

variables

m I0.0 VRA Q0.0 Etape 10 V10.0

p1 I0.1 VB1- Q0.1 Etape 11 V10.1

I0 I0.2 VB2- Q0.2 Etape 12 V10.2

J1 I0.3 VL+ Q0.3 Etape 13 V10.3

J0 I0.4 VL- Q0.4 Etape 14 V10.4

I1 I0.5 VB1+ Q0.5 Etape 15 V10.5

VB2+ Q0.6

Tableau 28: Affectation automate N°1

• Programmation du Grafcet de la phase 1 sur l’automate S7-300 :


PROMOTION 2016

• Programmation langage à contacts (Ladder) de la 1ère phase appliquée sur Automate :

✓ Conditions d’activations et de désactivations des phases :


PROMOTION 2016

✓ Actions associées à chaque phase :

3.1.2. Phase 2 : lavage et coupage de la canne


PHASE 2


entrées Sorties

Adresses des

sorties Etapes

Adresses des

variables

p1 I0.1 COV1 Q0.7 Etape 20 V10.6

p2 I0.6 V1 Q1.0 Etape 21 V10.7

p3 I0.7 COV2 Q1.1 Etape 22 V11.0


PROMOTION 2016

p4 I1.0 SC1 Q1.2 Etape 23 V11.1

p5 I1.1 COV3 Q1.3 Etape 24 V11.2

SC2 Q1.4 Etape 25 V11.3

Etape 26 V11.4

Etape 27 V11.5

Etape 28 V11.6

Tableau 29 : Affectation de la phase N°2


• Programmation langage à contacts (Ladder) de la 2ème phase appliquée sur

Automate :



PROMOTION 2016


PROMOTION 2016


3.1.3. Phase 3 : Broyage de la canne pour l’obtention de la bagasse :


PHASE 3


entrées Sorties

Adresses des

sorties Etapes

Adresses des

variables

p5 I1.1 BROY Q1.5 Etape 30 V11.7

p6 I1.2 COV4 Q1.6 Etape 31 V12.0

p7 I1.3 pump Q1.7 Etape 32 V12.1

BROY2 Q2.0 Etape 33 V12.2

COV5 Q2.1 Etape 34 V12.3

V2 Q2.2

Tableau 30 : Affectation de la phase N°3


PROMOTION 2016


• Programmation langage à contacts (Ladder) de la 3ème phase appliquée sur

Automate :



PROMOTION 2016



PROMOTION 2016

3.2. Etape 2 : La transformation des bagasses en bobine de papier emballage :


ETAPE 2


entrées Sorties

Adresses des

sorties Etapes

Adresses des

variables

p8 I1.4 COV6 Q2.3 Etape 40 V12.4

p9 I1.5 Hach Q2.4 Etape 41 V12.5

Niv I1.6 pump1 Q2.5 Etape 42 V12.6

PH I1.7 Rchf Q2.6 Etape 43 V12.7

Tdeg I2.0 T1/4h Q2.7 Etape 44 V13.0

T4h I2.1 VVA Q3.0 Etape 45 V13.1

OUV I2.2 VJA Q3.1 Etape 46 V13.2

Niv1 I2.3 VRA Q3.2 Etape 47 V13.3

T2h I2.4 VC- Q3.3 Etape 48 V13.4

Niv0 I2.5 VOA Q3.4 Etape 49 V13.5

CL Q3.5 Etape 50 V13.6

Ep Q3.6 Etape 51 V13.7

Cm Q3.7 Etape 52 V14.0

T2/2h Q4.0 Etape 53 V14.1

VV2A Q4.1 Etape 54 V14.2

VO2A Q4.2 Etape 55 V14.3

pump2 Q4.3 Etape 56 V14.4

Sech Q4.4 Etape 57 V14.5

Etape 58 V14.6

Tableau 31 : Affectation de l'Etape 2

• Programmation du Grafcet de l’étape 2 sur l’automate S7-300 :


PROMOTION 2016

Q3.3 R


PROMOTION 2016

• Programmation langage à contacts (Ladder) de la 2ème étape appliquée sur

Automate :



PROMOTION 2016


PROMOTION 2016

3.3. Etape 3 : La fabrication du sac en papier à partir de la bobine :


ETAPE 3


entrées Sorties

Adresses des

sorties Etapes

Adresses des

variables

p10 I2.6 As Q4.5 Etape 60 V14.7

P11 I2.7 Cyl Q4.6 Etape 61 V15.0

p12 I3.0 Fac Q4.7 Etape 62 V15.1

p13 I3.1 V3 Q5.0 Etape 63 V15.2

p14 I3.2 pump3 Q5.1 Etape 64 V15.3

R0 I3.3 VD1+ Q5.2 Etape 65 V15.4

R1 I3.4 VD2+ Q5.3 Etape 66 V15.5

p15 I3.5 VD1- Q5.4 Etape 67 V15.6

VD2- Q5.5 Etape 68 V15.7

sep Q5.6 Etape 69 V16.0

COV7 Q5.7 Etape 70 V16.1

Gid Q6.0

Col Q6.1

Tableau 32 : Affectation de l'Etape 3


PROMOTION 2016

• Programmation du Grafcet de l’étape 3 sur l’automate S7-300 :


PROMOTION 2016

• Programmation langage à contacts (Ladder) de la 3ème étape appliquée sur

Automate :



PROMOTION 2016


PROMOTION 2016

PARTIE 3 :

Etude économique

et

Environnementale


PROMOTION 2016

CHAPITRE VII : ETUDE ECONOMIQUE

1. IDENTIFICATION DU PROJET

1.1. Objectifs du projet

L’usine a une capacité de traiter une quantité de 99 tonnes de cannes à sucre par jour

c’est-à-dire que la production prévisionnelle minimum est de 17.325 tonnes de papier par

jour. Pour mieux rentabiliser, l’usine va devoir fonctionner 7 jours / 7 et 24 heures/24. Vu

qu’à cause de la longévité du processus, les installations doivent être mises en marche en

fonction continue.

Les objectifs de ce projet sont de :

• Provoquer son développement et son succès sur le secteur industriel économique de

Madagascar.

• Se mettre concurrence avec l’usine de fabrication des sacs en plastique pour accroître

l’usage des sacs en papier pour notre société car le papier apporte plus de positivité

que le plastique en ce qui concerne ses impacts sur l’environnement.

• En tirer le maximum de profit.

Mais tout ceci consiste généralement à produire de grande quantité de sacs en papier

vu que la conception de l’usine est basée sur l’automatisation des processus de production,

cela étant un facteur fondamental pour assurer distinctivement la quantité, la qualité et la

pérennité de la production.


PROMOTION 2016

1.2. Conception des produits

On ne peut poursuivre l’étude économique de la production sans avoir poser une

conception sur les produits c’est-à-dire la conception des différents tailles et modèles des sacs

qu’on veut distribuer au choix des utilités des consommateurs. Dans notre production, les sacs

en papier sont sortis en 3 différents modèles :

• Petit modèle PM

• Moyen modèle MM

• Grand modèle GM

Le schéma du sac développé ci-après montre les mesures constitutives à donner pour son

dimensionnement :

MODELES a(cm) b(cm) c(cm) d(cm) e(cm) f(cm)

PM 25 24 5 1 5 14

MM 34 30 6 1.5 6 16

GM 42 40 8 2 8 20

Tableau 33 : Conception des modèles

e

b b

c c

c

d d

e

f f

a : Longueur du sac

b : Largeur du sac

c : Les côtés du sac (soufflet)

d : Largeur des côtés à relier

du sac

e : Largeur de la bande des

poignets du sac

f : Longueur de la bande des

poignets du sac

a


PROMOTION 2016

On va se référer sur l’obtention de 5000 sacs de chacun des modèles pour avoir la

valeur de la quantité de masse des papiers :

MODELES Masse

Bobine

(Tonnes)

Largeur

Bobine

(m)

Longueur

Bobine

(m)

Masse

Bande

(Tonnes)

Largeur

Bande

(m)

Longueur

Bande

(m)

Masse Totale

des

Papiers(Tonnes)

PM 0,5 0,6 1500 0,04 0,1 700 0,54

MM 0,833 0,75 2000 0,053 0,12 800 0,886

GM 1,388 1 2500 0,09 0,16 1000 1,478

Tableau 34 : Quantité de papiers pour 5000 sacs

On peut en déduire le nombre de sacs produits à chaque modèle par un hectare de

plantation de cannes à sucre vu que ce dernier apporte en moyenne de 65 tonnes de cannes à

traiter.

MODELES Quantité de papier

pour 1 tonne de

cannes (Tonnes)

Nombre de sacs

pour 1 tonne de

cannes (sacs)

Nombres de sacs

pour 1 hectare de

cannes (sacs)

PM 0,175 1620 105324

MM 0,175 987 64193

GM 0,175 592 38481

Tableau 35 : Quantité de production par hectare de cannes


PROMOTION 2016

1.3. Choix du site d’implantation potentiel à Madagascar

Le critère de localisation se base surtout sur l’abondance de matière première qui est la

canne à sucre. Ensuite, les besoins en eau qui devront être d’une grande ressource (lac,

rivières et fleuves…) afin de satisfaire l’irrigation et les conditionnements pour l’usine ainsi

que son accessibilité pour faciliter l’exploitation.

Ambilobe (sols hydromorphes) Antsiranana / Ankaratra

Namakia (Alluvions de la Mahavavy) 70 km à l’ouest de Katsepy

Nosy-Be (Sols volcaniques) 100 km au sud d’Ambilobe

Brickaville (sols d’alluvion) 250 km à l’est d’Antananarivo et à 100 km de Tamatave

Morondava (alluvions de Morondava).

2. ETUDE FINANCIERE

Afin d’assurer la rentabilité du projet de l’étude de l’automatisation du processus de

production de sacs en papier à une échelle industrielle, nous allons effectuer une évaluation

économique de chaque coût d’investissement et production, et ainsi déduire les indicateurs qui

nous permettrons de démontrer la profitabilité des résultats.

2.1. Coût d’investissement

2.1.1. Coûts des appareillages

L’usine est départagée en plusieurs unités distinctes pour différentier conformément les

prix respectifs de chaque unité :


PROMOTION 2016

SECTION DE L’USINE PRIX EN Ariary

Extraction du jus sucré 400 000 000

Mise en pâte 700 000 000

Mise en papier 500 000 000

Mise en sacs 500 000 000

Unité d’automatisation 1 000 000 000

Stockage 500 000 000

Traitement des eaux 150 000 000

Régénération de la solution alcaline 300 000 000

Centrale thermique 400 000 000

Matériels, plantation, récolte et irrigation 400 000 000

TOTAL

4 850 000 000

Tableau 36 : Différents prix des unités de production

Cependant, l’acquisition d’un grand nombre de ces matériels se fait par voies

d’importation alors les frais supplémentaires pour l’acheminement (Mise à FOB, Fret,

Assurances, Fret Gasynet) et les frais locaux pour l’importation (TVA 20%, Frais de douane

10%) qui s’ajoute à ce total donne :

Intitulé Tarifs (Ariary)

FOB free on Board 600 000

Fret 900 000

Assurance 31 525 000

Frais Gasynet 500 000

Acheminements 33 525 000

TVA 20% 976 705 000

Frais de douane 10% 488 352 500

TOTAL 6 348 582 500

Tableau 37 : Acheminements des matériels à

Madagascar


PROMOTION 2016

2.1.2. Coûts des infrastructures

Il s’agit des coûts des bâtiments et des hangars pour abriter les équipements

d’exploitation ainsi que tous les personnels de l’usine. Tous les travaux de génie civil sont

compris dans ces coûts.

Intitulé Unité Quantité Prix Unitaire

Ariary

Prix Total

Ariary

Terrain m² 400 000 5000 2 000 000 000

Construction 400 000 000

Mobilier et exploitation 100 000 000

TOTAL 2 500 000 000

Tableau 38 : Coûts des infrastructures

2.1.3. Investissement en limite des unités de production

Rubrique Pourcentage Montant Ariary

Matériel et infrastructure 100% 8 848 582 500

Frais de montage 30% 2 654 574 750

Dépenses imprévus 10% 884 858 250

TOTAL 12 388 015 500

Tableau 39 : Coûts d'investissement limite (CIL)

2.1.4. Chiffre d’affaire prévisionnel (CA)

Les produits à vendre sont les sacs en papier biodégradable et le jus sucré obtenu par

broyage des cannes à sucre. Mais pour avoir les revenus annuels issus de ces produits, il faut

passer à la gestion de production des modèles de sacs de la raison qu’obtient 17,325 tonnes de

papiers par jour.


PROMOTION 2016

• Gestion de production :

✓ Modèle PM : Production à grande quantité à 35% de la quantité de papier car

ce modèle apporte beaucoup plus d’utilité et le plus acheté par les

consommateurs.

✓ Modèle MM : Moyennement utilisé donc production à moyenne quantité à

35% de la quantité de papier.

✓ Modèle GM : Rarement employé et vise des utilisateurs qui achètent ses

provisions en gros donc ce modèle est produit en petite quantité à 30% de la

quantité de papier.

Le tableau ci-dessous nous montre le nombre journalier de sacs produits par chaque modèle :

MODELES Pourcentage de

production

Quantité de papier

(Tonnes)

Nombre de sacs

produits / Jour

PM 35% 6,063 56139

MM 35% 6,063 34215

GM 30% 5,197 17581

Tableau 40 : Nombre journalier de sacs produits

• Revenus journaliers et annuels des produits

On peut en déduire les revenus journaliers de ces produits :

MODELES Quantité

journalière

(Sacs)

Prix Unitaire

Ariary

Prix Total

Ariary

PM 56139 200 11 227 800

MM 34215 300 10 264 500

GM 17581 400 7 032 400

TOTAL 28 524 700 Tableau 41 : Revenus journaliers des sacs


PROMOTION 2016

Ainsi, les revenus annuels des produits à vendre sont :

Produits Unité Quantité

journalière

Quantité

annuelle

Prix

Unitaire

Ariary

Prix totale

Ariary

Jus sucré de

cannes

Litres 15625 5703125 400 2 281 250 000

Sacs en

papier

Sacs 10 411 515 500

TOTAL 12 692 765 500 Tableau 42 : Chiffre d'affaire (CA)


PROMOTION 2016

CHAPITRE VIII : ETUDE ENVIRONNEMENTAL

Le fait d’utiliser de l’énergie et des matières premières, tous secteurs industriels et toutes

les activités commerciales ne peuvent y échapper à mettre une marque sur l’environnement.

Ces deux utilités mènent à produire des déchets ou des effluents que l’on retrouve ensuite dans

le milieu naturel. De tels impacts peuvent toucher de manière imprévue au niveau local,

transfrontalier ou mondial et peuvent être contradictoire pour la santé. Ils varient selon les

phases du cycle de vie d’un produit et en fonction des matières premières utilisées, de la

conception du produit, de la technologie et des recherches appliquées lors de sa fabrication, des

processus de transformation et de fabrication utilisés, du type de bien créé, de l’emballage du

produit, de son mode de distribution aux consommateurs et, enfin, de son sort final – il peut

être éliminé, réutilisé ou recyclé.

1. CADRE JURIDIQUE ET EXIGENCES ADMINISTRATIVES

1.1. Charte de l'Environnement Malagasy

Conformément à l’article 10 de la loi N° 90-033 du 21 décembre 1990 portant Charte

de l’Environnement Malagasy, et ses modificatifs, les projets d’investissements publics ou

privés susceptibles de porter atteinte à l’environnement doivent faire l’objet d’une étude

d’impact environnemental (EIE).

1.2. Décret MECIE

En application de cet article 10 de la Charte, le décret n°99-954 du 15 décembre 1999,

modifié par le décret n° 2004-167 du 03 février 2004, relatif à la mise en compatibilité des

investissements avec l’environnement (MECIE) et conformément à l’article 3 « les projets

d’investissement publics ou privés, qu’ils soient soumis ou non à autorisation ou approbation

d’une autorité administrative ou qu’ils soient susceptibles de porter atteinte à l’environnement

doivent faire l’objet d’une étude d’impact », ainsi les différentes pollutions que peuvent émettre

les unités industrielles sont atténuées.


PROMOTION 2016

1.3. Politique de Gestion et de Contrôle des Pollutions Industrielles

Vu l’article 26 de la loi No. 99-021 sur la Politique de Gestion et de Contrôle des

Pollutions Industrielles, le 19 Août 1999 « Tout écoulement des origines industrielles, eaux

usées ou effluents liquides, qui ne respectent pas les valeurs limites de rejets ne peut être déversé

dans le milieu récepteur, le réseau de collecte ou d’assainissement public, qu’après avoir subi

un traitement de mise en conformité à ces valeurs limites ».

1.4. Procédure de Gestion des Produits en fin de vie

Vu le Décret N° 2012-754 du 07 Août 2012, « Tout industries doivent établir et fixer

une Procédure de Gestion des Produits en fin de vie, sources de déchets et des déchets

dangereux nuisibles à l’environnement » dans le cadre de la mise en œuvre de la Convention

de Bâle : la loi n° 98-022 du 20 Janvier 1999 portant « la ratification à Madagascar sur le

contrôle des mouvements transfrontières des déchets dangereux et de leur élimination ». Les

déchets dangereux sont ce qui, de par leur nature ou leur quantité, peuvent constituer une

menace pour la santé humaine ou/et l’environnement.

1.5. Décret de l’interdiction des sachets et des sacs plastiques (par le ministère de

l’environnement, d’écologie et des forêts)

Le Décret N° 2014-1587 du 07 Octobre 2014, portant « L’interdiction de la

production, de l’importation, de la commercialisation et de l’utilisation des sachets et des sacs

plastiques d’épaisseur au-dessus de 50 μm (microns) sur le territoire national Malagasy ».

2. ANALYSE DES ETUDES D’IMPACTS ENVIRONNEMENTALES DU PROJET

ET MESURES D’ATTENUATIONS

Cette partie porte sur l’identification et l’évaluation des impacts probables sur

l’environnement, associés à la réalisation du projet. Elle vise à proposer les mesures à

prendre pour atténuer les impacts néfastes à la qualité de l’environnement ou mieux, pour

les prévenir.


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Alors que la détermination des impacts se base sur des faits appréhendés, leur

évaluation comporte un jugement de valeur. En se basant sur la valorisation des composantes

du milieu et les normes en vigueur, cette évaluation peut non seulement aider à établir des

seuils d’émissions polluantes ou des niveaux de rejets dans l’environnement, mais également

permettre de déterminer les mesures d’atténuation des impacts importants ou les besoins en

matière de surveillance et de suivi des impacts indéterminés.

2.1. Identifications des impacts positifs :

Réduction des déchets non dégradables ;

Vu l’application du Décret N° 2012-754 sur la fixation de la Procédure de Gestion des

Produits en fin de vie et la durée de vie pour la dégradation du matériau de notre produit est

de 45 jours tandis que les sacs en plastique ne se dégradent pas en décharge et qu’ils ne sont

pas recyclés. Ainsi que l’appui du Décret N° 2014-1587 sur l’interdiction des sachets et des

sacs plastiques à Madagascar accroît l’utilisation des sacs biodégradables.

Réduction en moins et considérable d’émission de gaz à effet de serre (CO2) ;

Le sac en papier biodégradable émet que 30% de gaz lors de sa dégradation.

Contrairement au sac en plastique, il émet 62 % de gaz tout le long de son cycle de vie, vu

que celui-ci ne se dégrade qu’en plusieurs années.

Donner une meilleure issue de récupérer les bagasses pour résidus des autres usines

c’est comme réduire l’émission de CO2 car ces usines les prennent autant que combustibles

pour la chaudière, une solution qu’ils trouvent à ne pas les rejeter.

Conservation de la forêt et des animaux par la diminution de la déforestation ;

Le fait d’utiliser des matières biologiques dans le domaine de papeterie comme dans

notre cas la bagasse de canne à sucre, a pour buts de limiter les accès aux ressources forestiers

puisqu’effectivement, la principale matière première très utiliser par des usines de papeterie

est le bois, l’unité constitutive importante de la forêt et attende à 5 années au minimum d’être


PROMOTION 2016

renouveler. En opposition de la plantation de la canne à sucre, suivie de l’agrément de l’Etat,

ne demande qu’un terrain spécifié, limité et destiné pour être exploiter qui n’en manque pas à

Madagascar et n’a besoin que d’un an pour une nouvelle récolte. Ainsi, l’emploi des matières

biologiques est l’une des solutions qui évite le ravage de plusieurs milliers d’hectares de forêt

par années.

Egalement, la préservation de la faune et la flore compte tenu du fait que

Madagascar renferme d’énormes espèces endémiques et halieutiques. Sans négliger

l’environnement des hommes car l’action de couper des arbres mène à accroître du CO2 dans

l’atmosphère.

Réduction des efforts physiques et augmentation de la sécurité pour les risques

d’accidents des travailleurs ou employés ;

De l’utilisation de la nouvelle technologie d’automatisation, l’usine a été conçue

particulièrement pour qu’il n’y ait guerre des tâches musculaire fatiguant à l’exception des

interventions de maintenances donc les risques de se blesser est diminués. L’automatisation

ne demande que de superviser et surveiller au centre de contrôle de la production.

Création d’emploi stable ;

Sachant que près de 4 millions de la population active est en chômage à Madagascar

informer par le BIT (Bureau International du Travail). Celle-ci aide à redonner de l’espoir

vers le développement dans la mesure de réduire les chômeurs en leur offrant du travail

formel et honnête vu qu’à peine 4% des employés malagasy disposent de travail formel

respectant les normes internationales. La production des sacs en papier biodégradables à

grande échelle représente alors un fort potentiel pour l’offre de nouveaux emplois sans oublier

les emplois saisonniers, particulièrement chez les paysans planteurs et rapporteurs de canne à

sucre. D’un autre point de vue, cette création d’emplois sera un facteur d’atténuation des

tueries, des carnages et des pillages à Madagascar les gens pourront vivre en paix et

s’épanouir moralement avec un travail clair et honnête.


PROMOTION 2016

2.2. Identification des impacts négatifs et les mesures d’atténuations :

Lors de la fabrication du papier :

IMPACTS NEGATIFS MESURES D’ATTENUATIONS

Exigence d’énormes quantité

d’eau ;

Mauvaise note pour leur impact sur la

ressource en eau. Leur fabrication nécessite

et consomme huit fois plus d’eau que les sacs

plastiques.

• Pour la consommation de grande

quantité d’eau ;

On peut envisager le siège et

l’emplacement de l’usine près d’un lac, d’une

rivière, etc.… pour qu’on les exploite et les

convertit autant que ressources en eau. Mais

en respectant que la réalisation des

installations de ce système d’exploitation ne

doit pas nuire ou créer des nouveaux impacts

négatifs à l’environnement, c’est de bien

analyser profondément le système.

Pollution de l’eau ;

Les eaux usées contaminées qui

sortent de l’usine de pâtes et de papiers

peuvent détruire les organismes aquatiques,

favoriser une bioaccumulation de composés

toxiques chez le poisson et altérer le goût de

l’eau potable en aval. Ces effluents possèdent

des caractéristiques physiques, chimiques ou

biologiques particulières dont les plus

importantes sont la teneur en solides, la

demande en oxygène et la toxicité. Les

activités de fabrication de pâte et de papier

peuvent produire des rejets d’eaux

résiduaires de 10-250 mètres cubes par tonne

métrique (m3/t) de pâte séchée à l’air. Avant

le traitement, les effluents des usines de pâte

• Pour réduire la pollution de l’eau ;

Il faut : disposer de systèmes de

collecte et de recyclage des rejets temporaires

et accidentels provenant des déversements

d’eaux de fabrication ; prévoir des cuves en

nombre suffisant et contenant des volumes

équilibrés pour l’entreposage de la pâte, du

cassé de fabrication et de l’eau blanche (eau

polluée des papeterie) pour éviter ou réduire

les rejets d’eaux de fabrication ; collecter et

recycler les déversements de liqueurs de

cuisson épuisées ; aussi recycler les eaux

résiduaires, avec ou sans récupération

simultanée des fibres (en utilisant des filtres

ou en installant des ateliers de flottation) en

isolant les eaux résiduaires contaminées des


PROMOTION 2016

contiennent un nombre élevé de solides en

suspension totaux ; provenant principalement

de la cuisson, du criblage, du processus de

réduction en pâte, du lavage, de la

récupération des résidus de bagasses (la

moelle) et de la récupération chimique des

substances inorganiques comme la

régénération de la solution alcaline dans le

Lessiveur.

eaux non contaminées (propres) afin de

réutiliser les eaux propres.

Pollution atmosphérique ;

Les différents gaz produits lors de la

fabrication dans le type de processus de

réduction en pâte chimique sont : les

composés du soufre, matières particulaires,

oxydes d’azote, composés organiques

volatiles (matières solides ou liquides qui

s’évaporent facilement), dioxyde de carbone

et méthane.

Les composés de soufre oxydé rejetés dans

l’atmosphère par l’usine de pâtes et de

papiers endommagent la végétation, et les

émanations de composés de soufre réduit

suscitent des plaintes à cause de leur odeur «

d’œuf pourri ». Les études effectuées parmi

les riverains d’usines, notamment auprès

d’enfants, ont fait apparaître des problèmes

respiratoires en rapport avec les émissions

de particules, outre une irritation des

muqueuses et des maux de tête qui seraient

attribuables aux composés de soufre réduit.

• Pour atténuer la pollution

atmosphérique ;

Les gaz malodorants en provenance

de tous les conduits d’aération lors du

traitement de la liqueur noire, de la pâte non-

blanchie marron non lavée et les condensats

doivent être collectés et incinérés pour

oxyder entièrement tous les composés de

soufre réduit ; dans le cas de gaz très

concentrés (qui proviennent en général des

condensats et des conduits d’aération des

lessiveurs), un système d’incinération

d’appoint doit être prévu et conçu pour

prendre la relève du système principal, en

fonction des besoins, ce qui permet de

minimiser les purges de gaz (souffre réduit

total) dans l’atmosphère ; dans la mesure du

possible, le point de rejet dans l’atmosphère

des conduits d’aération d’urgence qui sont

indispensables doit consister en une

cheminée haute et chaude, comme la


PROMOTION 2016

Des différents procédés de fabrication de la

pâte, les plus polluants pour l’atmosphère

sont les procédés chimiques, en particulier

lorsqu’il s’agit de pâte kraft. Ce sont les

opérations au bisulfite qui rejettent le plus

d’oxydes de soufre, surtout celles qui font

intervenir des bases au calcium ou au

magnésium. Les principales sources

comprennent les souffleuses du Lessiveur,

les évaporateurs et les installations de

préparation de la liqueur, tandis que les

opérations de lavage et de criblage dans la

machine Classeur sont les moins polluantes.

chaudière de récupération ou de production

d’énergie ; envisager de bloquer et de

capturer les émissions gazeuses produites par

l’usine de traitement des eaux résiduaires

pour ensuite les incinérer en cas de problèmes

sérieux, ce qui est inhabituel ; réduction des

émissions d’oxydes d’azote (NOx) en

contrôlant les conditions de chauffage,

comme l’excès d’air.

Production des déchets et des

résidus ;

L’usine de fabrication de pâte et de

papier génère généralement des quantités

importantes de matières solides non-

dangereuses mais très peu de déchets

dangereux. La composition des solides

(boues) récupérés après traitement des

effluents liquides varie selon leur source. Les

solides issus du traitement primaire

renferment principalement des fibres de

cellulose (les boues de fibres). Quant aux

solides provenant d’un traitement secondaire,

ils renferment surtout des cellules

microbiennes, les déchets propres à cette

branche d’activité sont constitués par la

moelle résiduelle provenant de la réduction

• Pour réduire les résidus et les

déchets ;

On peut réduire les volumes de

déchets solides autant que possible en

réutilisant et en recyclant les matières sur

site. À cet effet, on peut, par exemple de

recycler les boues de fibres et améliorer

l’assèchement pour pouvoir les brûler plus

facilement (souvent dans des chaudières

auxiliaires, en utilisant un combustible

d’appoint). Mais pour la gestion des déchets,

il est également recommandé de : la moelle

de bagasse peut être compostée avec d’autres

matières organiques pour la préparation de

produits qui seront employés sur le sol ;

sinon, les incinérer ; les boues de chaux sont


PROMOTION 2016

en pâte de la bagasse, les boues inorganiques

(les boues de liqueur verte, les boues de

chaux) résultant de la récupération chimique,

et les boues biologiques dues au traitement

des eaux résiduaires. Une petite quantité de

déchets dangereux est produite dans toutes

les usines et comprend des résidus d’huile et

de graisse, des rebuts de matériel électrique

et des résidus chimiques qui représentent

normalement environ 0,5-1kg/tonne de

produit.

normalement recyclées dans le cadre du

système de récupération de l’usine, mais les

boues en excès ont une valeur commerciale

et peuvent servir à chauler les sols acides ; les

boues de liqueur verte peuvent être utilisées

comme couverture journalière, engrais pour

les forêts ou agent de neutralisation pour les

eaux résiduaires acides après avoir été

asséchées ; les boues de fibres peuvent être

recyclées et remises dans le circuit de la

production sur le site, vendues à d’autres

usines ou envoyées hors site pour être

utilisées avec d’autres produits ; les boues

biologiques peuvent être incinérées dans la

chaudière ou compostées avec d’autres

matières organiques pour la préparation de

produits qui seront appliqués sur le sol.

Emission en permanence de grand

bruit ;

Lors du fonctionnement de l’usine

entière, le bruit est une nuisance plus

ressentie sur les entourages de l’usine (les

habitants ou autres), comme les

ronronnements des moteurs électriques

monotone et régulier, le bruit pour les mises

en marche des vérins (comme le bruit d’un

ballon dégonflé), le bruit des mises en

marches des différents machines etc…

• Pour l’atténuation des bruits ;

Les services de contrôle compétent

peuvent imposer une meilleure isolation mais

qui sera beaucoup plus couteuses et qui sera

réalisé à postériori. Il existe des matériaux

éprouvés et fiables (par exemple des

matériaux isolants phoniques) et que les

constructeurs s’engagent à respecter

certaines normes réglementaires. Ce bruit ne

doit pas dépasser une intensité à l’ordre de 70

décibels, presque imperceptible à l’extérieur.

Tableau 43 : Les Impacts Négatifs et les mesures d'atténuations


PROMOTION 2016

CONCLUSION

L’obtention du papier peut se provenir par diverses méthodes de fabrication et par

d’innombrables matières premières, mais que ce soit par la procédé chimique ou mécanique,

ces choix ne dépendent que sur les produits qu’on veut obtenir et à sortir de la chaîne de

production. Pour la production des sacs en papier biodégradables, la bagasse est le mieux

employée vue sa composition chimique et physique, traitée en suivant la manière d’obtenir de

la pâte chimique pour procurer à la fin, du papier de même caractéristique que l’emballage.

L’étude de l’automatisation du système de fabrication de sac en papier biodégradable

nous dirige dans la conception d’un système automatisé de production, en partant du cycle de

fonctionnement de chaque phase du procédé ou de son cahier de charges qui permet de

développer le circuit de puissance et de modéliser le système à l’aide des GRAFCET. Tout cela,

pour pouvoir développer le circuit de commande utilisant le programme LADDER.

Ainsi l’utilisation de cette nouvelle technologie rend plus cher la construction d’une

usine de production de sac en papier mais cela demeure un projet rentable avec l’augmentation

de la performance, la qualité de production et la participation du projet au développement

économique du pays.

Ce projet contribue un grand avantage pour la protection de l’environnement, bien qu’il

y ait certes des paramètres négatifs mais des opportunités de prévention de ces impacts

défavorables peuvent être réalisées et considérées.

Pour envisager une ouverture de perspective sur des sujets connexes, une étude

approfondie sur la gestion des stocks des matières premières et de la distribution des produits

finis sera d’une importance capitale pour promouvoir le bon fonctionnement et l’administration

de l’usine.

RAMIARINTSOA HARISSON ERICK A

PROMOTION 2016

ANNEXE : L’AUTOMATE SIEMENS S7-400

A- Constituants d’un S7-400 :

RAMIARINTSOA HARISSON ERICK B

PROMOTION 2016

B- Câbles et outils : pour le câblage des modules du S7-400, il importe de

respecter quelques règles concernant les câbles et les outils utilisés.

RAMIARINTSOA HARISSON ERICK C

PROMOTION 2016

C-Possibilités de couplage entre châssis de base et châssis d’extension :

RAMIARINTSOA HARISSON ERICK D

PROMOTION 2016

BIBLIOGRAPHIE [1] Encyclopédia Universalis : « Automatisme Industriel ».

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Par Daniel DUPONT et David DUBOIS

Docteur en automatique et informatique industrielle

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Type de mémoire de fin d’études en vue de l’obtention du diplôme d’Ingénieur à l’ESPA.

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l’environnement de l’écologie et des forêts

[12] DEVENIR DE L’ARSENIC DANS UNE PAPETERIE : ETUDE DE CAS ; thèse par

CLEMENCE MICHON 04 Février 2011

RAMIARINTSOA HARISSON ERICK E

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[13] Pâtes et papiers au Québec. Monographie sectorielle

[14] Equipements pour l’Industrie du papier, Préparation des pâtes

[15] Situation environnementale des entreprises LES INDUSTRIES DE FABRICATION ET

DE TRANSFORMATION DU PAPIER ET DU CARTON AINSI QUE LES INDUSTRIES

GRAPHIQUES Avril 2007

[16] Le papier, 5 Etapes de Fabrication, Conseil de l’industrie forestière du Québec

[17] Procédés de fabrication de la pâte à papier SKF

RAMIARINTSOA HARISSON ERICK F

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WEBOGRAPHIES

[W1] : http://www.rhum-agricole.net/site/can_culture/

[W2] : http://www.lesucre.com/sucre-a-a-z/les-plantes-sucrieres/la-canne-a-

sucre/culture-c4f9d3ab-b99c-4b99-96c8-be7383e8833f.html

[W3]: https://fr.wikipedia.org/wiki/bagasse

[W4]:http://www.academia.edu/7607862/valorisation_de_la_bagasse_de_canne

_%C3%A0 _sucre/

[W5] : https://www.ird.fr/la-mediatheque/fiches-d-actualite-scientifique/252-

valorisation-de-la-bagasse-de-canne-a-sucre-les-biotechnologies-au-service-de-

l-industrie-papetiere/

[W6] : http://www.cleantechrepublic.com/2013/05/27/reunion-dechets-canne-

sucre- electricite/

[W7] : http://www.orange.mg/actualite/sirama-usines-nosy-be-et-brickaville-

bientot- productives/

[W9] : https://e-rse.net/emballages-alimentaires-environnement-sante- 20580/

[W10]: http://genie-alimentaire.com/spip.php?article117

[W11]: (http://www.alembal.com/index.php?id=4)

[W12] : http://www.Vega.com

[W13] : http:// www.ilocis.org/fr/contilo10.html

[W14] : http://www.direct_transmission.fr

[W15] : http://www.matin-mada.com

http://www.rhum-agricole.net/site/can_culture/

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http://www.lesucre.com/sucre-a-a-z/les-plantes-sucrieres/la-canne-a-%20sucre/culture-c4f9d3ab-b99c-4b99-96c8-be7383e8833f.html

https://fr.wikipedia.org/wiki/bagasse

https://www.ird.fr/la-mediatheque/fiches-d-actualite-scientifique/252-valorisation-de-la-bagasse-de-canne-a-sucre-les-biotechnologies-au-service-de-l-industrie-papetiere/



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Nom de l’auteur : RAMIARINTSOA Harisson Erick

Adresse : Lot A 169 TER B Manarintsoa Anatihazo ANTANANARIVO 101

Tel : +261347144319

E-mail : [email protected]

Titre du mémoire :

« ETUDE DE L’AUTOMATISATION DU PROCESSUS DE


PARTIR DE LA BAGASSE DE CANNE A SUCRE »

Nombre de pages : 175

Nombre de tableaux : 43

Nombre de figures : 48

Résumé

Ce présent mémoire a pour objectif d’introduire la production des matières

biodégradables ainsi que l’utilisation du système d’automatisation dans le cadre des industries

de papier pour le développement de la filière. A cet effet, de nombreux paramètres ont été

analysés et étudiés, les divers dispositifs et instruments d’installation, les dimensionnements.

Le travail consiste à étudier la mise en place d’un système d’automatisation de toutes les étapes

de processus de fabrication des sacs en papier biodégradable. Durant la réalisation de ce travail,

le logiciel Autocad nous a permis l’analyse symétrique et la conception de toutes les figures

représentées à travers toutes les étapes de fabrication. Celles-ci ont été simulées et détaillées

grâce à l’Automation Studio 5.0. Et pour finaliser, on a eu recours à l’utilisation d’un automate

programmable industriel « SIEMENS » pour coordonner chaque fonction et rôle de tous les

éléments d’automatisation.

Mots clés : canne à sucre, biodégradable, sac en papier, GRAFCET, API, Ladder

ABSTRACT

The objective of this present thesis is to introduce the production of degradable

materials as well as the use of the automation system in the context of paper industries in

order to develop this field. For this purpose many parameters have been analysed and studied

as well as the various devices and instruiments of installation and sizing. This work involves

studing the implementation of an automation system for all stages of the production process

of biodegradables paper bags. During the realization of the work, the use of the Autocad

software allowed the symetric analysis and the design of all figures represent through all

stages of manifacture. These have been simulated and detailed with Automation studio 5.0.

Finally, we resorted to the use of industrial programmable logic « SIEMENS » to coordinate

each function and the role of automation elements.

Keywords : sugar cane, biodegradable, paper bags, SFC, PLC, Ladder

etude de l‱automatisation du processus de

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