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COMBUSTIBLES PLAQUETTES FORESTIÈRES

Le projet ChipCost du CNR : état de l’art à l’échelle nationale Raffaele Spinelli, C.N.R.

Les conditions de travail pour la production de plaquettes en Italie sont différentes des conditions américaines ou même scandinaves, même si les entreprises italiennes poursuivent le même objectif et font face aux mêmes problèmes que leurs collègues étrangers. Le Centre National de Recherche (CNR) a réalisé une étude sur les déchiqueteuses utilisées en Italie, elle est synthétisée dans l’article qui suit.

Italie

INTRODUCTION

V. FRANCESCATO

Le déchiquetage est une opération courante dans les forêts italiennes et de nombreuses entreprises forestières en produisent en quantités importantes.

BOIS ENERGIE N°1/2003 42

La fabrication de plaquettes est une opération courante dans les forêts italiennes et de nombreuses entreprises forestières en produisent des quantités importantes. Dans la plupart des cas, les plaquettes sont un produit dérivé obtenu à partir de bois de moins bonne qualité. Le déchiquetage est la seule

manière de rendre commercialisable aussi les branches, les cimes et les plantes qui ne peuvent pas produire d’autres assortiments. Évidemment, la qualité des plaquettes obtenues est comparable à celle du matériau de départ : souvent, le pourcentage d’écorces et de feuilles est trop élevé pour la fabrication du papier, tandis

que la fabrication des panneaux de particules peut accepter des plaquettes de qualité médiocre et ce secteur constitue le principal débouché pour le producteur italien de plaquettes forestières. Toutefois, l’essor de la bioénergie devrait rapidement offrir un débouché plus intéressant. Attirées par de fortes subventions, de nombreuses entreprises privées projettent l’installation de centrales thermiques et électriques de taille et capacité différentes et qui utiliseront toutes la biomasse comme combustible principal. Même si l’installation moyenne dépassera difficilement la puissance de 15 MW, de nombreux projets sont en cours et certains sont même déjà en phase d’exécution. Les cahiers des charges de tous ces projets indiquent les plaquettes de bois comme combustible principal. Par conséquent, la demande de plaquettes devrait connaître bientôt une inversion de tendance, au profit des entreprises forestières qui travaillent à


proximité des nouvelles installations. Les plaquettes devront être fournies régulièrement et en grandes quantités, ce qui posera des problèmes d’organisation considérables. Dans de nombreux cas, les ressources locales sont si diversifiées qu’il n’est pas envisageable de les atteindre avec une seule filière d’approvisionnement. Concentrer toute la production en quelques opérations industrielles reste un idéal théorique qui permettra difficilement une exploitation judicieuse des ressources offertes par le territoire. Notre étude a pour but de développer un modèle mathématique estimant la productivité du travail de déchiquetage en fonction de différents paramètres, afin d’en calculer le coût. Ce modèle dérive de l’analyse de l’efficacité du déchiquetage à travers l’étude de différents paramètres (type et taille de la déchiqueteuse, système d’alimentation, mode de travail, caractéristiques de la matière première et conditions saisonnières). D’autre part, le modèle peut être utilisé également par les entreprises qui décident d’entreprendre la production de plaquettes forestières et doivent acheter les machines appropriées. Dans ce cas, le technicien peut utiliser des hypothèses de travail personnalisées pour calculer les différents résultats économiques de chaque solution et choisir en connaissance de cause. L’analyse s’étant basée sur un grand nombre de chantiers, le modèle est suffisamment flexible pour couvrir la majeure partie des cas auxquels on peut être confronté en Italie.

L’ÉTUDE L’analyse inclut 102 essais de production de plaquettes, chacun desquels représentant une observation. Pour chaque essai, une étude détaillée des temps a été effectuée en utilisant un chronomètre de précision. Le cycle de production a été subdivisé en trois phases : transfert, déchiquetage et autre (généralement positionnement des conteneurs). Le volume de plaquettes produites pour chaque essai a été mesuré avec une chevillière de 20 mètres. Une partie de ce volume a été chargée sur un véhicule et pesée sur une bascule certifiée. D’autre part, tous les bois présents dans chaque chargement ont été pris en compte (branches, cimes, grumes, etc.), de manière à obtenir

R. SPINELLI

COMBUSTIBLES PLAQUETTES FORESTIÈRES

les dimensions moyennes des bois déchiquetés dans chaque essai. Les données se référant aux conditions saisonnières et météorologiques, aux types de peuplement, aux caractéristiques de la machine, au système de travail et au nombre d’ouvriers ont toutes été enregistrées sur la fiche d’étude. En particulier, ont été enregistrées toutes les informations relatives au type de déchiqueteuse, au mode d’alimentation, à la présentation du bois, au type de conteneur utilisé pour récupérer les plaquettes et au mode de travail (déchiquetage sur site dédié ou en forêt). Les incidents, les ruptures, les interruptions et les autres éléments perturbateurs ont été enregistrés séparément, mais exclus de la mesure du temps total de déchiquetage. Pour être valable, l’essai devait durer au moins une demi-journée ou être suffisant dans tous les cas pour produire au moins un chargement de plaquettes. Pour chaque essai on a émis l’hypothèse que les équipes étudiées connaissaient bien leurs machines, suivaient une procédure consolidée et avaient atteint un niveau de productivité stable. Tous les essais ont été effectués en Italie, sauf trois localisés sur le versant nord des Alpes (deux dans le Canton du Tessin et un en Bavière) qui présentaient toutefois des conditions de travail comparables à celles de certaines zones d’Italie. Les 102 essais ont été effectués par 40 entreprises de déchiquetage forestier opérant en Italie. Elles ont utilisé 31 modèles différents de déchique-

teuses, produites par 11 constructeurs différents. 70% des essais ont été effectués dans des forêts de latifoliés, équitablement répartis entre les plantations de peupliers et taillis de chênes, châtaigniers, hêtres et robiniers, dans quatre zones géographiques : Vallée de l’Arno, Vallée du Pô, Alpes et Apennins.

LA MODÉLISATION DE LA PRODUCTIVITÉ

L’étude effectuée par le CNR avait pour but de développer un modèle mathématique estimant la productivité du travail de déchiquetage en fonction de différents paramètres, afin d’en calculer le coût.

Les données récoltées au cours des essais ont été soumises à une analyse statistique pour l’élaboration d’une série de modèles mathématiques se rapprochant le plus fidèlement possible des phénomènes observés.

TEMPS DE DÉCHIQUETAGE En moyenne, le temps de déchiquetage représente 65% du temps de production total. Le temps employé pour déchiqueter une tonne de bois est inversement proportionnel à la puissance de la déchiqueteuse et aux dimensions moyennes du bois. Les deux relations étaient prévisibles : le même volume de bois est déchiqueté d’autant plus rapidement que la déchiqueteuse est puissante, et pour une déchiqueteuse de même puissance, la vitesse d’approvisionnement est d’autant plus réduite que le bois d’alimentation est de petites dimensions. Ces relations se traduisent dans la formule suivante :

Temps de déchiquetage, min/tonne = 0,02 + 13,1 /(Poids du bois, t x Puissance moteur, kW) + 566 / (Puissance moteur, kW)

R2 = 0,79

n = 99

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COMBUSTIBLES PLAQUETTES FORESTIÈRES Cette équation permet d’expliquer presque 80% de la variabilité observée pour le temps de déchiquetage. Une fidélité aussi élevée est assez rare dans l’étude du travail forestier et démontre l’importance des deux variables primaires. Il a été essayé d’ajouter l’effet d’autres variables au modèle, comme le système d’alimentation, le type de bois et sa présentation, le type d’organe de déchiquetage (disque ou tambour) et les dimensions de l’équipe. Aucune de ces variables n’a influencé de manière significative le modèle illustré.

TEMPS DE DÉPLACEMENT Quand le déchiquetage est effectué en forêt, le temps de déplacement

par tonne est inversement proportionnel aux dimensions moyennes du bois. Cela peut s’expliquer de la façon suivante : la densité des tas ou des andains est proportionnelle à la longueur du bois et à la concentration des branches qui, en général, sont moindres pour les morceaux plus légers. Par conséquent, quand on déchiquette du bois de petites dimensions, la déchiqueteuse doit couvrir un plus grand nombre de tas ou une plus grande longueur d’andain pour obtenir une tonne de bois, et donc parcourir une plus longue distance. Contrairement aux déchiqueteuses

tractées et portées, les versions automotrices peuvent être repositionnées car l’opérateur ne doit pas déplacer deux machines séparées. En effet, les déchiqueteuses tractées et les déchiqueteuses portées sont alimentées par un chargeur indépendant : le déplacement nécessite que l’opérateur conduise d’abord le chargeur sur la nouvelle station, descende, revienne à la déchiqueteuse et porte cette dernière près du chargeur. Les modalités de déchargement des plaquettes (directement dans le camion, dans un conteneur, en tas, etc.) et l’accessibilité du terrain n’ont pas d’influence sur le temps de déchargement. La formule finale est la suivante :

Déplacement, min/tonne = 0,584 + 0,00744 (Var.Terrain /Dimensions bois, tonne) - 0,385 (Var. automotrice) R2 = 0,48 n = 88 Variable Terrain = 1 si le déchiquetage est effectué sur le lieu d’abattage, 0 s’il est effectué sur place de dépôt; Variable Automotrice = 1 si la déchiqueteuse est automotrice, 0 si elle ne l’est pas.

A. BRUNORI

Le modèle mathématique développé par le CNR est déduit de l’analyse de l’efficacité du déchiquetage à travers l’étude de différents paramètres (type et taille de la déchiqueteuse, système d’alimentation, mode de travail, caractéristiques de la matière première et conditions saisonnières). Le cycle de déchiquetage a été subdivisé en trois phases : déplacement, déchiquetage et autre.

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COMBUSTIBLES PLAQUETTES FORESTIÈRES

Le temps de production catalogué sous le terme générique “autre” s’est démontré lui aussi inversement proportionnel aux dimensions moyennes des bois. Les raisons sont les mêmes que pour le temps de déplacement. Une bonne part du temps de production dit “autre” est lié au positionnement du conteneur des plaquettes sous le déchargement de la déchiqueteuse, opération qu’il faut répéter à chaque fois que la machine est déplacée. Un groupe de machines - les petits remorques de débardage de plaquettes - demande en moyenne plus de six minutes d’autre temps de production par tonne produite, contre environ une minute nécessaire aux autres machines. Cela est dû au fait que l e s pe t i t s c h i pf o r w a rd er s observés dans l’étude devaient tous couvrir une longue distance. La formule finale est donnée ci dessous.

LE CALCUL DES COÛTS Les équations illustrées plus haut ont été utilisées pour élaborer un modèle intégré pour le calcul des coûts. Le modèle fournit un coût de déchiquetage après que l’utilisateur ait inséré certaines données spécifiques sur les conditions de travail et sur les hypothèses de coût. Entre autres choses, le modèle peut être utilisé pour comparer des options différentes. Le technicien peut sélectionner plusieurs stratégies alternatives et contrôler le résultat économique de chacune d’elles suivant ses propres conditions de travail. L’utilisateur doit insérer dans le modèle toute une série d’informations, comme la dimension moyenne des bois à transformer et la puissance de la déchiqueteuse. Les autres données demandées par le programme incluent le prix d’achat des machines, la période d’amortissement, le coût de la main d’œuvre et d’autres types de frais. Le coût machine est calculé avec des systèmes basés sur la méthode Miyata – utilisée par le Service Forestier des États-Unis. Il s’agit dans tous les cas de simples formules financières.

Diverses entreprises forestières italiennes effectuent le déchiquetage industriel. La plupart ont commencé vers le milieu des années quatre-vingts et ont accumulé désormais une bonne expérience. Bien que les conditions de travail soient différentes par rapport à l’Amérique du Nord ou à la Scandinavie, les entreprises italiennes poursuivent le même objectif et sont confrontées aux mêmes problèmes que leurs collègues étrangers. L’objectif est de transformer un rémanent de faible valeur en un produit commercial. Les problèmes sont relatifs à la faible valeur du produit obtenu, qui laisse peu de marge d’erreur. D’où un effort énorme pour améliorer l’efficacité des chantiers, en abattre le coût et en général, pour optimiser toute la chaîne de production. Les entreprises italiennes utilisent un parc machines très hétérogène. Les déchiqueteuses sont présentes dans un grand nombre de marques et de modèles qui incluent des machines américaines, allemandes et scandinaves. Cependant, les déchiqueteuses italiennes sont les plus répandues et dominent le marché. Cela indique probablement que la technologie italienne a acquis une certaine maturité et bénéficie d’un meilleur réseau de service après-vente. Notre enquête a couvert une grande variété de situations portant sur 100 cas. Elle a permis l’élaboration d’un modèle pour le calcul de la productivité qui peut être appliqué à la plupart des chantiers italiens. La haute cohérence statistique du modèle en fait un instrument raisonnablement sûr pour pronostiquer les performances du chantier en fonction des conditions de travail spécifiques. La puissance du moteur et le poids moyen des bois à déchiqueter sont les éléments les plus importants pour estimer la productivité d’une déchiqueteuse. En plus d’exercer une influence directe, ces deux paramètres intègrent les effets d’autres variables, comme le type d’opérateur ou le mode d’alimentation. De fait, les machines les plus puissantes sont servies par des professionnels spécialisés et alimentées par une grue, ce qui n’est pas le cas pour les plus légères. D’autres paramètres importants sont le

système de travail - déchiquetage en forêt ou sur place de dépôt - et le type de déchiqueteuse. Les déchiqueteuses automotrices sont plus agiles et mettent moins de temps à se repositionner, qu’elles travaillent en forêt ou sur le lieu de dépôt. Toutes ces informations sont contenues dans le livre “Indagine sulla cippatura in Italia”, (Enquête sur le déchiquetage en Italie) édité par le CNR-IRL dans la collection “Contributi Scientifico-Pratici” (Contributions scientifico-pratiques) sous le numéro XLI. 

À l’heure actuelle, le modèle des coûts constitue un instrument complet, adapté aux administrateurs, planificateurs et entreprises forestières. Il est disponible gratuitement et peut être téléchargé indifféremment de la page web de l’IRL ou de celle de l’Université de Californie : http ://www.area.fi.cnr.it/irl/irl.htm http ://www.engr.ucdavis.edu/~bae

L’enquête du CNR a couvert une grande variété de situations. Elle a permis d’élaborer un modèle pour le calcul de la productivité qui peut être appliqué à la plupart des chantiers italiens.

R. SPINELLI

CONCLUSIONS

R. SPINELLI

AUTRE TEMPS DE PRODUCTION

Autre temps, min/tonne = 0,20 + 0,0157 / (Dimensions bois, tonne) + 4,72 (Var. Petit Chipforwarder) R2 = 0,73

n = 99

Variable Petit Chipforwarder = 1 si la machine est un petit chipforwarder, 0 si elle ne l’est pas.

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BE01/03  

Les conditions de travail pour la production de plaquettes en Italie sont différentes des conditions américaines ou même scandinaves, même s...

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