Puissance installée d’un broyeur de biomasse

Deux grandeurs qu’il ne faut pas confondre

Le kilowatt est une puissance instantanée, le kilowattheure par tonne est un rendement. Un broyeur qui sort 12 tonnes par heure en absorbant 200 kW travaille à environ 17 kWh par tonne. Le même broyeur, alimenté par un lot humide qui tombe à 7 tonnes par heure à puissance comparable, passe à près de 29 kWh par tonne. La machine n’a pas changé ; seul le prix de revient a bougé.

La puissance installée, elle, se calcule sur le pire lot et non sur la moyenne. À 200 kW absorbés en pointe, un moteur de 240 à 250 kW est la bonne réponse : la marge usuelle de 20 à 25 % couvre la variation de la matière, les tolérances de réglage et le vieillissement des organes. Une marge plus faible se paie en déclenchements et en arrêts.

D’où vient l’énergie absorbée

Premier foyer, la matière elle-même. Un lignocellulosique est fibreux et élastique : il plie avant de rompre, une part de l’énergie fournie part en chaleur et en déformation plutôt qu’en création de surface. C’est ce qui distingue le broyage de la biomasse du broyage d’un minéral cassant, et ce qui rend les comparaisons directes avec un calcaire ou un clinker peu fiables.

Vient ensuite l’air, second foyer d’énergie. Pour évacuer les fins, il faut un débit d’air, et ce débit augmente plus vite que la finesse demandée. Un crible de 3 à 4 mm convient à une filière de granulés de 6 mm, la particule devant rester sous 60 à 70 % du diamètre de la filière. Quand on descend vers 150 µm, soit environ 100 mesh, le ventilateur de classement et l’aspiration deviennent des postes de premier plan.

Vient enfin la préparation de la matière. Un traitement thermique de type torréfaction rend la biomasse cassante : sur une cible fine sous 200 µm, le critère d’énergie de broyage chute d’environ 90 % lorsque la perte de masse atteint 28 %. C’est aussi un levier électrique, parce qu’il autorise une machine plus petite à débit égal.

Répartition indicative de la puissance

Les parts sont exprimées en référence au broyeur principal, en ordre de grandeur sur un circuit fin de biomasse.

Le courant d’appel, contrainte de réseau

Un moteur de broyeur démarré à pleine tension appelle cinq à huit fois son courant nominal. Sur un broyeur de 200 kW en 415 V, le courant de régime se situe autour de 350 A : l’appel de pointe dépasse donc 1 700 A pendant quelques centaines de millisecondes. C’est cette pointe, et non la puissance de fonctionnement, qui fixe le calibre du départ et la tenue du poste de transformation.

Quatre manières de démarrer

Le démarrage direct reste le plus simple et le plus coupleux, mais il impose le réseau. Le couplage étoile-triangle ramène l’appel à environ un tiers, au prix d’un couple lui aussi réduit, donc seulement sur machine lancée à vide. Un démarreur progressif limite le courant à deux à quatre fois le nominal avec une rampe réglable de une à soixante secondes, ce qui suffit dans la plupart des cas. Un variateur maintient l’appel entre 100 et 150 % du courant nominal et module en plus le ventilateur de classement, solution la plus souple sur un réseau isolé ou sur groupe électrogène.

L’ordre des démarrages compte autant que le mode : aspiration et classement en premier, broyeur lancé sans matière, alimentateur ouvert progressivement. Une séquence écrite supprime l’essentiel des déclenchements de début de poste.

Humidité : la variable qui déplace tout le bilan

Une biomasse se broie correctement entre 10 et 18 % d’humidité. Au-delà de 18 à 20 %, la matière s’agglomère dans la chambre et le crible se colmate. Des copeaux récoltés à l’état vert peuvent arriver à 30 ou 60 % d’eau : le débit réel tombe alors 40 à 60 % sous la valeur nominale, pendant que la puissance absorbée reste proche de la pleine charge. Le kWh par tonne grimpe, et la puissance installée n’y change rien.

La question à trancher n’est donc pas « quel moteur » mais « où sécher ». Un stockage couvert avec ressuyage coûte moins qu’un séchoir, un séchoir séparé coûte moins qu’un broyeur surdimensionné, et un broyeur vertical avec air chaud réunit les deux fonctions dans la même enceinte, avec une puissance installée plus basse à production égale.

Co-produits minéraux : un circuit, deux comportements

Lorsqu’une ligne de biomasse reçoit aussi un co-produit minéral, calcaire ou chaux dosés comme sorbant, liant d’un aggloméré ou refus de cendres, deux effets se cumulent. D’abord la densité : 100 à 250 kg par mètre cube pour une poudre de bois, contre plus de 1 200 pour une poudre de calcaire. Un doseur volumétrique réglé pour l’un sous-dose l’autre, et le broyeur tourne en vide relatif, à consommer du courant sans produire de tonne.

Ensuite l’usure. La calcite est tendre, dureté 3, mais les calcaires contiennent du quartz libre et les cendres sont souvent vitreuses. Des garnitures et des cribles usés ouvrent les jeux, la courbe granulométrique s’élargit, et la consommation par tonne dérive de plusieurs pour cent sans qu’aucune alarme ne le signale. Un sujet de maintenance, donc un sujet électrique.

Sécuriser le dimensionnement avant signature

Quatre vérifications, menées sur la matière réelle, évitent la plupart des reprises coûteuses.

• Essai à l’humidité la plus défavorable. Pas seulement à l’humidité moyenne du lot de référence, mais au point haut de la saison humide.
• Mesure du courant absorbé en charge. Relevé sur plusieurs paliers de débit pour établir la marge réelle à prévoir sur le moteur.
• Séquence de démarrage écrite au contrat. Ordre des auxiliaires, mode de démarrage, rampe et temps de montée en vitesse de chaque moteur de plus de 37 kW.
• Bilan matière du co-produit. Doseurs pesés et non volumétriques dès que deux matières de densités très différentes entrent dans le même circuit.