Modernisation du circuit de broyage chez Cemex, à Bouafles

Texte et photos : Jean-Pierre Le Port (magazine Mines & Carrières)

Metso bénéficie d’une compétence reconnue dans la conception d’installations neuves et la vente de machines de traitement. On connait un peu moins les compétences du constructeur dans l’intégration de solutions au sein d’une unité de production. C’est un domaine dans lequel Metso prend pied comme le montre cette mise en service d’un broyeur HP3, dans l’Eure, à la carrière Cemex Granulats de Bouafles.

Installé en rive droite de la Seine, l’exploitant extrait des alluvions de la Seine qui sont traités, avec un calcaire de roche massive importé, dans une installation dont l’origine remonte aux années 1960.

Avant la mise en service du broyeur HP3, en décembre 2012, l’installation de traitement fonctionnait selon une production de 500 000 t/an¹ avec trois broyeurs, pour traiter des matériaux abrasifs et humides provenant de trois gisements (Les Vallots, le Triangle et Gudmont, cf. encadré) : un Omnicône 1144 qui avait plus de 23 000 heures de service), un CFBK 1150 (aussi vieux mais reconditionné en 2011) et un Simmons 4 1/4. « Quand le Symons est arrivé en fin de vie, nous avons réduit la production qui a dû être reprise par les deux autres broyeurs. Mais ces derniers étaient eux aussi vieillissants. C’est alors que nous nous sommes mis à la recherche d’un appareil pouvant les remplacer tous les deux », explique Sylvain Dubesset, responsable production Normandie chez Cemex Granulats.

Une production destinée essentiellement aux bétons

Avant de présenter la réalisation de Metso, il est intéressant de jeter un rapide coup d’œil sur le traitement des matériaux alluvionnaires et calcaires. Ceux venant du site du Triangle entrent dans un circuit de prélavage puis repartent dans l’installation en direction du préstock où sont aussi amenés des matériaux venant du site des Vallots par l’intermédiaire d’une trémie. Deux extracteurs récupèrent ces matériaux pour les envoyer dans une trémie qui reçoit aussi le calcaire de la carrière Cemex de Gudmont. Un premier crible situé juste après cette trémie enlève les supérieurs à 80 mm qui sont réduits dans un concasseur à mâchoires DB80. Deux cribles récupèrent ces matériaux pour effectuer des coupures à 35, 25, 15 et 4 mm. Les >35 mm sont acheminés vers un essoreur Sinex puis stockés en silos en attente de passer dans le broyeur, le HP3 et, s’il ne tourne pas, dans le CFBK 1150. Les matériaux traités par cet appareil reprennent ce cycle en circuit fermé. Les deux cribles précédents extraient à leur tour les sables qui sont envoyés dans l’unité de traitement Sotres, tandis que la fraction 4/20 mm est traitée par un quatrième crible qui produit le 3/8, le 4/10 et le 10/20 mm. L’installation met en stock au sol les principales coupures² utilisées dans le secteur des bétons, à savoir 0/4, 4/10 et 10/20 mm.

Un engagement pour produire 160 t/h de 0/20 mm

Le HP3 est alimenté en 20/80 mm par un alimentateur vibrant qui reçoit les matériaux d’une trémie (30 m³). Ce broyeur est positionné à côté du CFBK 1150 qui ne fonctionne qu’à l’occasion, comme broyeur de sécurité.

Avec ce type d’alimentation en 20/80 mm, un serrage à 20-22 mm Metso s’était engagé pour une production de 160 t/h de 0/20 mm. « Cette engagement a été confirmé par la simulation du logiciel  Bruno et les retours d’expériences passés », confirme Carlos Padin, responsable des produits HP à l’usine Metso de Mâcon. Le HP3 est équipé d’un bol fin. Les meilleurs résultats ont été obtenus par ce bol À lui seul, le HP3 assure la production qu’effectuaient précédemment les deux broyeurs, avec 90 % de passants à 20 mm pour un peu moins de 200 t/h de débit traversant.

Pourquoi ce choix de broyeur ?

Ce qui a fait peser la balance en faveur du HP3, ce sont les accessoires de maintenance et de sécurité.

Lors de la phase d’étude, l’exploitant s’est intéressé à deux broyeurs de technologie différente, l’un à tête montée sur arbre guidé et porté (Sandvik CH440) et l’autre à cône (Metso HP3) : « Nous avons hésité entre ceux appareil qui offraient les mêmes débits », confie Patrick Gouvernon, responsable ingénierie au sein du service ingénierie et maintenance pour le nord de la France chez Cemex Granulats. « Ce qui a fait peser la balance en faveur du HP3, ce sont les accessoires de maintenance et de sécurité – l’anneau de levage et la clé hydraulique de serrage – qui, lors de l’étude, n’existaient que sur le HP. Ces outils sont proposés avec le broyeur. L’autre intérêt de cet appareil était le mode de fixation sans résine des mâchoires », poursuit Patrick Gouvernon.

Dans cette exploitation, l’exploitant a voulu que le choix soit effectué de manière collégiale, en associant les salariés du site qui assurent l’entretien et la maintenance des appareils de traitement. La démarche n’est pas fréquente et mérite d’être mise en évidence. « Les salariés se sont prononcés après une présentation des deux appareils en lice, avec leurs avantages et leurs défauts », commente Laurent Bagetti, chef de la carrière Cemex Granulats de Bouafles. « Il fallait que les utilisateurs du nouveau broyeur s’approprient la décision et donnent leur avis sur l’accessibilité en termes d’entretien et de sécurité lors de la maintenance », poursuit-il.

L’arrivée du HP3 a généré beaucoup de progrès en termes de sécurité avec les réglages en automatique depuis l’IC7000.

Sur ce point – la sécurité – Metso s’est vu confier un chantier clé en main, avec les travaux de démontage de l’ancien broyeur et la réinstallation du nouveau. De fait, le HP3 est à la place qu’occupait l’Omnicône 11.44, avec une adaptation du support, de l’alimentation et de la charpente. Les travaux ont duré 15 jours en décembre 2012.

« On est allé plus loin en mettant en service un égoutteur pour alimenter le HP3. Positionné sur un chariot, il se rétracte lorsqu’il faut intervenir pour changer les mâchoires du broyeur. La sécurité a aussi été prise en compte avec une double passerelle pour accéder à l’alimentation du broyeur », commente Stéphane Le Junter, responsable commercial pour la région chez Metso.

« Cette démarche est intéressante, car elle n’est pas systématique en carrière », explique Philippe Portevin, directeur général France chez Metso. « Nous proposons cette passerelle supérieure au niveau du bol d’alimentation, mais on la voit le plus souvent dans des installations neuves. » Du coup, l’exploitant en fait installer une sur le CFKB 1150 pour avoir accès au bol du broyeur. Depuis, la mesure a été étendue à une grande majorité des sites Cemex Granulats en Normandie afin de prévenir toute chute accidentelle.

Des gains en termes d’usure et de consommation énergétique

Après une année et demie de service, l’exploitant a noté que le nouveau broyeur a généré un gain au niveau de la consommation des pièces d’usure au manganèse. « On a économisé sur ce poste, car auparavant on avait deux machines sur lesquelles les pièces d’usure avaient une durée de vie moyenne de 150 h. Chaque mois, il fallait prévoir un jeu pour l’Omnicône 1144 et un pour le CFBK 1150 », se souvient Sylvain Dubesset. « Maintenant, on est à un jeu de mâchoires par mois pour le HP3, soit 160 h, sachant que le taux d’humidité est élevé et que l’abrasivité peut atteindre 3 200 g/t. Le CFBK 1150, quant à lui, travaille beaucoup moins et son jeu de mâchoires est à changer tous les 6 mois. »

Ce bénéfice est aussi économique : si les pièces du HP3 sont plus onéreuses que celles de l’Omnicône1144, « sur le compte d’exploitation, le résultat est bien meilleur à l’euro/tonne », observe Sylvain Dubesset. « Le grand avantage est que celles du nouveau broyeur permettent d’effectuer une production plus importante », poursuit-il.

Autre constatation : la mise en service du HP3 a généré une consommation électrique moins importante. La puissance du moteur de ce broyeur est de 200 kW, alors qu’elle était de 132 kW pour l’Omnicône 1144 et de 110 kW pour le CFBK 1150, soit 242 kW en cumulé.

En conséquence, l’installation est arrêtée moins souvent et l’exploitant est amené à manipuler moins de pièces d’usure qu’il ne le faisait auparavant avec ses deux broyeurs. Là encore, les techniciens ne se plaignent plus de maux de dos lorsqu’il fallait changer les pièces d’usure sur les anciens broyeurs grâce à l’appareil de serrage utilisé avec le HP3.

On note aussi que les temps d’arrêt de ces broyeurs n’étaient pas simultanés, alors qu’avec un seul broyeur, comme c’est le cas actuellement, la fréquence de changement des pièces est moins rapprochée.

Produire un minimum de sable

À Bouafles, l’installation doit produire un maximum de 0/20 mm avec un minimum de sable, car le site traite des matériaux en contenant entre 65 et 70 %. Il faut donc veiller à équilibrer le plus possible la production. Pour y parvenir, l’exploitant s’aide de l’automate IC7000. Grâce à lui, il arrive à gérer l’alimentation du broyeur, car Metso a aussi fourni un alimentateur et un variateur de fréquence qui est piloté par l’automate du HP3. De fait, le broyeur est alimenté régulièrement par une trémie, via cet alimentateur, et sa chambre de concassage est toujours pleine. Une sonde située sur le bol surveille le niveau dans la chambre et commande l’alimentateur. « C’est une vraie régulation. Grâce à la sonde de niveau, il est possible de contrôler la vitesse d’alimentation. Par contre, en fonction de la charge dans le broyeur, la sortie est toujours différente. Le fait d’optimiser le niveau dans la chambre de broyage sert aussi à améliorer la production. C’est un avantage d’appairer les deux, car il est possible de maximiser la production du HP3 », précise Carlos Padin.

93 % de passants à 20 mm

La plage d’alimentation du nouveau broyeur est assez large et descend jusqu’à recevoir un 10/80 mm au lieu d’un 20/80 mm. Du coup, l’effort de maintien supplémentaire du HP3 permet d’accepter ces matériaux plus fins sans atteindre la limite de battement du broyeur. « Il n’y a pratiquement pas de recyclage », comme le fait observer Carlos Padin. « Et si on augmente le ratio de production, il y a beaucoup moins de charge circulante. »

« Avec un réglage à 20 mm, où il y a 93 % de passants à 20 mm, il n’y a pratiquement rien sur les équipements de criblage à retourner au broyeur », souligne de son côté Patrick Gouvernon, qui précise que « l’efficacité de broyage assez élevée ».

Ce faible recyclage constitue un élément favorable en termes de gain énergétique, car il n’y a presque pas de recyclage avec moins de matériaux sur les bandes transporteuses à revenir dans le broyeur.

Le laboratoire de l’exploitant a établi une comparaison lors des premières tonnes produites par le HP3. « On n’a rien vu de significatif, car le rapprochement s’effectue sur les produits finis », explique Patrick Gouvernon. Et de poursuivre : « On cherche à savoir s’il n’y a pas de dérive dans la courbe de 4/10 mm, ni dans celle de 10/20 mm, ni dans le sable. ».

« Mais le but recherché était de remplacer les deux broyeurs par le HP3 et, pour l’instant, le but est atteint », confie-t-il.

Un contrat de maintenance à la clé

La carrière a souscrit un contrat d’entretien avec Metso (appelé EPP) pour le HP3. Il s’agit d’une garantie 100 % à 5 ans ou 10 000 heures sur les pièces principales d’origine Metso (contre-arbre, arbre principal, anneau, bâti, pignon, couronne, etc.). Le contrat précise qu’une vérification annuelle du broyeur doit avoir lieu. Un technicien est chargé d’expertiser le broyeur en fonctionnement et lors d’un remplacement de mâchoires. À chaque occasion, il doit former le personnel de maintenance sur les points de contrôle afin de compléter le savoir-faire des techniciens de la carrière.

L’IC7000 vient en aide à l’exploitant

Avec la mise en service du broyeur HP3, l’exploitant a fait enlever l’ancien automate et les commandes manuelles pour les remplacer par un nouvel automate et une supervision complète de l’installation. En ajoutant des sondes, il imagine dans un avenir proche procéder à de la régulation sur les points bloquants. Des bascules devraient d’ailleurs être mises en service sur plusieurs convoyeurs.

Cemex s’appuie sur l’IC7000 pour piloter le HP3 selon le mode “réglageˮ, c’est-à-dire que l’automate compense l’usure importante causée par les matériaux pour que le broyeur travaille en serrage constant

20 000 heures à travailler

Le HP3 de Bouafles fait partie des 66 exemplaires qui ont été mis en service dans le monde depuis 2011. Ce modèle, comme ceux de la gamme HPX, est produit à l’usine Metso de Mâcon, et la France a été le premier pays européen à l’installer (la carrière Maroncelli, dans le Vaucluse, fait partie des premières à s’en être équipée). Depuis, le constructeur en a distribué un peu partout dans la vaste zone EMEA (en Europe, au Proche Orient, en Russie…) et vient de commencer à les proposer en Amérique du Nord et en Amérique du Sud.

Quid de la durée de vie de ce broyeur ? « Elle dépend de la maintenance qui est effectuée », annonce Carlos Padin. « Mais on estime que le seuil des 20 000 heures est très facile à atteindre. S’il y a la revente et que le broyeur n’est plus dans l’installation où il a été mis en service, sa durée de vie est difficilement repérable pour le constructeur. » Mais ceci est une autre histoire.

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(1) L’autorisation préfectorale porte sur une production de 800 000 t/an.

(2) Les produits les plus courants commercialisés par la carrière pour le marché des bétons sont le sable 0/4, dont une partie est récupérée pour être coupée en deux afin de sortir un 0/1 un 2/4 grenu ; concernant les gravillons, il s’agit des coupures suivantes 2/8 – 4/11,2 – 10/20, et des recompositions à partir du 4/11,2 et du 10/20 pour sortir un 4/20 et un 10/20.

*Metso Outotec a été formé le 1er juillet 2020 lorsque Metso et Outotec ont fusionné en une seule société. Cette étude de cas a été rédigée avant la fusion sous l'ancien nom de l'entreprise.