ÉTUDE DE CAS

Les centrales de valorisation énergétique des déchets d’Amérique du Nord sont à la croisée des chemins. Construites au cours des 20 ou 40 dernières années, la plupart utilisent des grues qui pourraient être arrivées en fin de vie utile ou en être près. Les centrales sont maintenant confrontées à la question de savoir comment remplacer ou moderniser les grues usagées sans perturber le service aux clients ou les sources de revenus provenant de l’énergie qu’elles produisent.

Lorsque la Ville de Québec, Canada, a construit la centrale de valorisation énergétique des déchets en Amérique du Nord, en 1974, la centrale était conçue pour incinérer les déchets municipaux de Québec, soit 280 000 tonnes par an. Elle a généré un revenu de 10 millions de dollars par an en vendant de l’énergie-vapeur à une usine de pâtes et papiers adjacente.

Revenons en 2006. Les principaux outils d’une centrale de valorisation énergétique des déchets sont les ponts roulants, et le coût d’entretien des deux grues usagées de la Ville de Québec s’élevait à plus de 400 000 dollars l’an. Conçues avant l’apparition de technologies modernes, notamment la prévention du balancement de la charge, les grues étaient difficiles à utiliser et à maintenir en fonction. Des composants essentiels comme des câbles, se dégradaient aux deux semaines, la défaillance structurale était généralisée et le temps d’arrêt s’intensifiait. De plus, lorsque les grues étaient hors service pour se faire réparer, la centrale ne pouvait recevoir, mélanger ou brûler des déchets.

Selon Joseph Botros de Konecranes, les problèmes de la Ville de Québec n’étaient pas uniques; pratiquement toutes les vieilles centrales de valorisation énergétique des déchets en Amérique du Nord présentent ces problèmes.

« Le secteur s’intéresse de plus en plus au vieillissement de ces centrales et à la manière de s’y prendre pour aller de l’avant au cours du prochain quart de siècle », explique Joseph Botros, directeur de Konecranes, Valorisation énergétique des déchets, régions Amériques et Asie-Pacifique. « Leur principale préoccupation est de savoir comment remplacer ou moderniser les grues sans interrompre la production. »

Heureusement, des solutions existent. Tant en Europe qu’en Amérique du Nord, Konecranes a démontré sa capacité de remplacer ou de moderniser des grues dans des centrales de valorisation énergétique des déchets en exploitation sans perturber le rendement. La technologie évoluée que Konecranes intègre dans ses grues modernes et automatisées peut redonner

KONECRANES RÉPOND À UN BESOIN ESSENTIEL DE REMPLACER LES GRUES UTILISÉES DANS LES CENTRALES DE VALORISATION ÉNERGÉTIQUE DES DÉCHETSLa Ville de Québec réalise des économies importantes avec le remplacement des grues de 34 ans par des versions modernes et automatisées de Konecranes.

LA VILLE DE QUÉBEC

un souffle de vie à la vieille centrale et accroître la rentabilité de son bénéfice net. Et comme l’a découvert la Ville de Québec, les bonnes grues provenant du bon fournisseur peuvent en réalité se rentabiliser au fil du temps.

Le principal ingénieur-concepteur de la Ville de Québec, Yves Fréchet, s’est occupé de la centrale de valorisation énergétique des déchets de Québec à partir de 1991 et a contribué à l’orientation du processus de rénovation. « Nos grues d’origine ont réalisé deux millions de cycles pendant leur durée de vie, et les opérateurs qui devaient travailler rapidement les traitaient parfois durement », explique M. Fréchet. « La fatigue des grues était compréhensible, mais ça représentait un problème important pour la productivité. »

En outre, les grues fonctionnant sans dispositif de contrôle du balancement entraient constamment en collision avec les parois de la fosse, endommageant ainsi le bâtiment et l’intégrité structurale des grues mêmes. « Tout le bâtiment faisait l’objet de tension en raison du mouvement des grues. Cela nécessitait beaucoup de réparation sur la structure », mentionne M. Fréchet. « Il nous fallait réparer constamment les parois en béton de la fosse parce que la benne preneuse oscillante les endommageait. Cela représentait un problème important pour nous et ça empirait année après année. »

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Les anciennes grues comportaient une automatisation rudimentaire, une modernisation réalisée sur place par un employé de la centrale. L’une des grues recevait un signal qu’il fallait alimenter la trémie, et la grue ramassait une charge de déchets pour la transporter à la trémie afin de la brûler. Même si cette solution n’était pas parfaite, elle permettait de faire le travail. Toutefois, pour la rénovation, la Ville de Québec souhaitait des grues automatisées à la fine pointe de la technologie qui seraient intégrées à la centrale – une technologie pouvant offrir davantage en matière d’information et de rétroaction, ainsi que des stratégies permettant de réduire l’entretien et de prolonger la durée de vie de la centrale et de son équipement. M. Fréchet a contacté Konecranes, le chef de file en automatisation de grue, en 2006, pour discuter de la restructuration de l’interface de levage de toute la centrale.

ACCOMPLIR PLUS AVEC DES GRUES MODERNES POUR LA VALORISATION ÉNERGÉTIQUE DES DÉCHETS Selon Joseph Botros, la solution consistait en beaucoup plus que seulement deux grues neuves. Il s’agissait d’un projet clés en main qui exigeait la modernisation, l’automatisation et le recâblage de pratiquement toute la centrale et de sa restructuration pour un rendement et une productivité maximums. Les nouvelles grues automatisées de Québec font beaucoup plus que les anciennes grues. Elles gèrent la réception, l’alimentation, la redistribution (une forme d’empilage et de ramassage des déchets d’un emplacement pour les transférer à un nouvel emplacement) et le mélange des déchets pour qu’ils brûlent bien.

La grue et l’ensemble d’automatisation de Québec se fondent sur la technologie de Konecranes qui a été mise au point et transmise à plusieurs centrales de valorisation énergétique des déchets en Europe. Konecranes a spécifié deux nouvelles grues entièrement automatisées, alimentées en c.a., de classe F, CMAA, avec entraînement à fréquence variable pour un rendement énergétique et une benne preneuse hydraulique facile à utiliser. Les grues sont identiques avec une capacité de 10 tonnes et sont pourvues d’un treuil auxiliaire de 2,5 tonnes. Elles fonctionnent sur un chemin de roulement de 55 mètres. Chaque grue est pourvue d’une benne preneuse hydraulique qui ramasse plus de deux fois la quantité de déchets que les précédentes bennes preneuses mécaniques à commande par câble, et elle peut aussi comprimer les déchets pour en contenir davantage.

Lorsqu’il est question de sécurité et de facilité d’utilisation, la différence est notable. « Les nouvelles grues présentent un démarrage très doux, et accélèrent et décélèrent graduellement, sans causer de choc à la structure du bâtiment », explique M.

Fréchet. La technologie anti-roulis Dyna-Pilot de Konecranes a aussi permis de réduire l’usure de la centrale en évitant les collisions de la benne preneuse sur les parois de la fosse. « Depuis que nous avons remplacé les grues, ce problème a cessé », indique-t-il.

Selon M. Fréchet, les nouvelles grues peuvent fonctionner manuellement, en mode semi-automatique ou en mode entièrement automatique, un peu comme une zone robotique. « Lorsque nous utilisons les grues en mode automatique, personne ne peut entrer dans la zone d’exploitation, c’est donc très sécuritaire », nous dit-il.

AUTOMATISATION DU PROCESSUS DE BASCULEMENTLes nouvelles grues peuvent « communiquer » avec le système DCS de la centrale, qui est le logiciel de gestion de tout l’incinérateur. Konecranes a installé les grues et tout le câblage dans le bâtiment, avec des capteurs qui représentent les « yeux » des grues. Ces capteurs au laser détectent les camions à ordures à leur arrivée sur la plateforme qui est pourvue de huit baies. Au moyen d’un système de feux de circulation intégrés à l’automatisation des grues, ces dernières dirigent les camions vers l’endroit où décharger les déchets et leur indiquent à quel moment le faire. Le feu vert indique aux conducteurs que le déchargement est permis. Le feu rouge signale aux conducteurs de ne pas décharger dans une baie où une grue est active dans la zone de réception.

« Les conducteurs de camions respectent les feux et il y a une bonne collaboration avec eux. En général, cela fonctionne très bien », mentionne M. Fréchet. « Nous avons des caméras qui surveillent les conducteurs de camions. Les conducteurs savent

DES GRUES QUI SE RENTABILISENT Plusieurs éléments clés contribuent aux économies

de coûts auxquelles les centrales de valorisation énergétique des déchets peuvent s’attendre en

remplaçant ou en modernisant des grues vieillissantes. D’après l’expérience de la Ville de Québec avec son nouvel équipement automatisé de Konecranes, les

économies de coûts potentielles pouvaient comprendre les éléments suivants :

COÛTS D’ENTRETIEN DES GRUES : RÉDUCTION DE 80 %

CONSOMMATION EN ÉLECTRICITÉ DE LA CENTRALE : RÉDUCTION DE 12 %

COÛTS LIÉS À L’OPÉRATEUR DE LA GRUE : RÉDUCTION DE 40 %

COÛTS LIÉS À L’EXPLOITANT DE LA CENTRALE : RÉDUCTION DE 16 %

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qu’ils sont supervisés, ils respectent donc toutes les procédures », poursuit-il.

INSTALLATION DE NOUVELLES GRUES DANS UNE CENTRALE EN EXPLOITATION À l’origine, la centrale disposait d’un stationnement que pour l’une de ses grues, l’autre était toujours positionnée au-dessus de la fosse, et était vulnérable en cas d’incendie. Un élément important de la restructuration a été l’ajout d’une baie d’entretien pour la deuxième grue. Cette nouvelle caractéristique ajoutée au bâtiment a permis pour la première fois d’utiliser également les deux grues de la centrale, prolongeant ainsi leur durée de vie. Mais plus important encore, cela a permis à Konecranes de remplacer les grues sans arrêter la production.

« C’était un défi important pour la centrale », mentionne M. Fréchet. « Il n’était pas possible de transférer les déchets à un site d’enfouissement. Il était donc nécessaire pour nous de continuer à incinérer les déchets pendant le remplacement des grues. Nous avions aussi un client pour l’énergie produite par incinération. Le client était une usine à papiers située à proximité de l’incinérateur. Notre entente exigeait que nous continuions de fournir l’énergie-vapeur à l’usine sans interruption. Il nous fallait donc remplacer les grues tout en exploitant la centrale et en continuant de fournir l’énergie-vapeur », poursuit-il.

Konecranes a travaillé avec M. Fréchet pour développer une stratégie permettant de remplacer les grues, une à la fois. La ville a construit une baie d’entretien des grues supplémentaire adjacente à la fosse à déchets, qui a permis de stationner une grue à l’écart des autres opérations et de la remplacer pendant que l’autre grue continuait de fonctionner.

Dans le cadre de la rénovation, l’usine a remplacé toutes les rails et les structures de soutien et a modernisé les structures afin d’être conforme à la nouvelle réglementation de sécurité. La nouvelle baie d’entretien a donné à Konecranes un endroit sécurisé pour réaliser l’installation. Konecranes a installé la première nouvelle grue, puis a retiré la première ancienne grue, cela a permis à la centrale de fonctionner avec une grue neuve et une ancienne grue.

« Ensuite, nous avons installé la deuxième nouvelle grue et nous avons retiré la deuxième ancienne grue avant de mettre le toit sur l’ajout du bâtiment », mentionne M. Fréchet. Konecranes a installé les deux nouvelles grues en quatre semaines.

« Nous avons reçu et traité tous les déchets que nous devions recevoir durant cette période. Ce n’était pas notre haute saison pour la réception des déchets. Nous avons accompli le travail à la fin de l’automne, en novembre et décembre, et pendant ces mois, nous avons reçu la plus faible quantité de déchets de l’année. Nous avons pu recevoir tous les déchets envoyés par la ville et assurer une exploitation totale de la centrale pendant le remplacement des grues », nous dit M. Fréchet.

PROTÉGER L’INFRASTRUCTUREL’objectif essentiel de la restructuration de la centrale et du remplacement des grues était de mieux protéger les personnes et l’infrastructure tout en améliorant le rendement. Une technologie clé de Konecranes, connue sous le nom de « Zones protégées » est préprogrammée dans le logiciel qui contrôle les grues pour créer des endroits interdits ainsi que des destinations prédéterminées pour les charges de déchets. Pour la Ville de Québec, la cabine de l’opérateur, les postes d’alimentation en eau et les escaliers d’accès sont quelques-uns des endroits interdits pour le grappin de la grue. D’autres éléments de cette fonction facilitent le positionnement afin que les charges de déchets destinées pour la trémie se retrouvent dans la trémie et non à côté de celle-ci. Le logiciel d’automatisation empêche la grue de manquer la trémie.

« Une benne preneuse pèse entre 2 et 8 tonnes selon sa taille et sa portée », explique Joseph Botros. « Pour comprendre l’ampleur de ce problème, il suffit d’imaginer une benne preneuse de 8 tonnes claquant sur une paroi de béton de la fosse comme un boulet de démolition. La fonction Zones protégées de Konecranes est conçue pour protéger l’infrastructure. Lorsque la benne preneuse s’approche d’une destination approuvée, elle ralentit, puis s’arrête, sans balancement de charge pouvant endommager les parois de la fosse ou d’autres structures importantes. »

Même si la fonction Zones protégées offre des avantages de sécurité complexes, elle est étonnamment facile à utiliser dans le cadre de la gamme de services d’automatisation globale de la grue. « Konecranes a mené une formation pour les opérateurs sur cette fonction, qui n’exige que quelques heures », indique Yves Fréchet. « Mais, il a plus été question de l’équipement. Les opérateurs ont dit qu’il était plus facile d’utiliser les nouvelles grues que les anciennes. Cela a été très facile pour eux de passer au nouvel équipement. »

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Konecranes est un groupe de renommée mondiale de Lifting BusinessesMC offrant de l’équipement de levage et des services qui augmentent la productivité dans de

nombreuses entreprises différentes. L’entreprise est inscrite au NASDAQ OMX Helsinki Ltd (symbole : KCR1V). Avec près de 12 000 employés, à 600 emplacements,

dans près de 50 pays, nous avons les ressources, la technologie et la détermination nécessaires pour remplir les promesses de Lifting BusinessesMC.

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DES GRUES QUI SE RENTABILISENTDepuis que la centrale a installé son nouvel équipement de Konecranes, les coûts d’entretien des grues ont chuté de 80 pour cent par rapport aux 400 000 dollars que la centrale dépensait sur ses grues d’origine pendant leur dernière année d’exploitation. Au cours des neuf années qui ont suivi, l’amélioration des coûts d’entretien des grues s’est poursuivie à ce niveau. La capacité accrue de la centrale de réaliser l’entretien prévu de la grue sans perturber le rendement est un autre avantage de la nouvelle baie d’entretien, laquelle devrait aider la Ville de Québec à maintenir ses grues en parfait état pour une longue période.

En plus des économies d’entretien, la consommation d’électricité des nouvelles grues est considérablement moindre. L’exploitant sous-traitant de la centrale, TIRU Canada, a enregistré une baisse de consommation électrique de 12 pour cent immédiatement après le lancement des nouvelles grues en 2008. « Les grues usagées étaient très lourdes, et quand il faut déplacer quelque chose de très lourd, elles consomment plus d’énergie, » souligne Frechet.

Yves Fréchet a quitté la centrale en 2012 pour développer une nouvelle plante à digestion anaérobie pour recevoir les déchets organiques de la Ville de Québec. Ce projet de 100 millions de dollars créera un produit apparenté au gaz naturel pouvant être utilisé dans les camions et les autobus de la ville.

Son successeur à la Ville de Québec, l’ingénieur Vincent Pouliot, a soupesé les économies de coûts continues attribuées au remplacement des grues et à la restructuration de la centrale. M. Pouliot a témoigné qu’en raison des changements, l’exploitant sous traitant, TIRU Canada, de la centrale de valorisation énergétique des déchets de Québec est devenu plus rentable. Lorsque le contrat de l’exploitant, TIRU, est venu à échéance en 2008, l’exploitant a pu remporter de nouveau l’appel d’offres grâce à une proposition concurrente serrée, dont la réduction de 16 pour cent par rapport au contrat précédent reflétait en partie la baisse des frais d’exploitation de la centrale. Selon M. Pouliot, l’argent précédemment dépensé sur l’entretien des grues avantage maintenant d’autres secteurs.

« Les économies de coûts ont été réacheminées vers le reste de l’équipement, notamment le four, la chaudière, le système d’automatisation et autres appareils de la centrale. Le remplacement des grues a généré des bénéfices importants pour la centrale, laquelle a utilisé cet argent pour l’entretien d’autres appareils faisant partie du processus », explique-t-il.

L’AUTOMATISATION AIDE LES CENTRALES À MIEUX UTILISER LA MAIN-D’ŒUVRECela a également permis de réaliser des économies sur

les frais de personnel. Au départ, il fallait une équipe de cinq pour manœuvrer les grues usagées pendant les trois quarts de travail : deux opérateurs pendant chaque quart de jour et un opérateur pendant le quart de nuit. Maintenant, les nouvelles grues fonctionnent la plupart du temps en totale automatisation pendant la nuit, ce qui libère l’opérateur qui peut effectuer d’autres tâches. De jour, il ne faut qu’un opérateur pendant un quart de travail pour manœuvrer les grues, ce qui a permis à TIRU d’affecter deux employés à d’autres zones de la centrale. Par conséquent, un avantage direct de l’installation de grues modernes et automatisées est le coût annuel de deux employés compétents.

Selon M. Pouliot, lorsque la centrale de Québec a commencé son exploitation en 1976, elle utilisait trois fours qui brûlaient 10 tonnes à l’heure. De nos jours, la centrale utilise quatre fours pendant l’été, une augmentation de 25 pour cent. Comme les opérateurs de grues de Québec gèrent aussi généralement les fours, l’automatisation des grues a permis à la main-d’œuvre d’utiliser le four supplémentaire et a donné à la centrale des compétences excédentaires pour les deux secteurs.

« C’est une bonne nouvelle pour tous les exploitants de centrales de valorisation énergétique des déchets », mentionne Joseph Botros de Konecranes. « Un bon nombre d’anciennes centrales de valorisation énergétique des déchets exploitent des programmes dépouillés, l’automatisation des grues peut leur permettre de redéployer la main-d’œuvre à d’autres secteurs pouvant présenter un manque de personnel. Cela aide toute la centrale. »

Aujourd’hui, la centrale de valorisation énergétique des déchets de la Ville de Québec profite des avantages d’une technologie automatisée plus efficace et d’un lieu de travail plus sécuritaire. Les coûts opérationnels ont baissé à tel point que les grues ont déjà dépassé leur seuil de rentabilité, moins d’une décennie après leur installation. La bonne nouvelle : l’aubaine financière générée par le faible entretien, les coûts moindres en électricité et en personnel, devrait continuer de s’ajouter pendant des années au bénéfice net de la ville.

En posant un regard sur le passé, Yves Fréchet a décrit à quel point il était essentiel de travailler avec un partenaire ayant de l’expérience dans le remplacement des grues existantes dans une centrale en exploitation. « L’expérience du fournisseur était une de nos exigences principales », souligne Frechet. « La fiabilité en était une autre. Il était très important pour nous que les grues fonctionnent 24 heures sur 24, 7 jours par semaine, pendant toute l’année. Et cette importance ne fait que s’accroître d’année en année. Je suis heureux de dire que nous sommes très satisfaits de l’équipement dont nous disposons aujourd’hui. »