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L’art de l’efficacité énergétique du carburant

  • Publié mar. févr. 23, 2016

Entretien intelligents des équipements peuvent réduire considérablement la quantité de diesel consommé chaque jour.

Les frais de diesel constituent l’un des postes les plus importants du budget d’un entrepreneur. Mais une utilisation, une sélection et un entretien intelligents des équipements peuvent réduire considérablement la quantité de diesel consommé chaque jour. Cela contribue à prolonger les temps d’utilisation (meilleure productivité/moins de temps passé à faire le plein et acheter du carburant), à réduire le coût total d’exploitation et, en fin de compte, à être plus concurrentiel lorsqu’on soumissionne pour des projets.

Dans cet article, nous aborderons quelques principes fondamentaux qui ont un effet sur l’efficacité énergétique du carburant pendant la durée de vie d’une machine et sur la façon de tirer le maximum de chaque gallon de carburant.

L’efficacité énergétique du carburant définie

Comme le nombre de miles par gallon – où l’on attribue un résultat précis par gallon de carburant consommé – le nombre de verges par gallon est une des mesures les plus exactes de la consommation en carburant pour les équipements lourds. D’autres variantes pourraient être le nombre de camions par gallon ou de godets par gallon. Déterminer le mode de mesure peut varier selon chaque application. Pour le chargement de camions, où l’on peut observer un modèle constant, il peut être facile de déterminer le nombre de camions chargés ou le volume total de terre charroyée dans une journée. Dans d’autres chantiers où le travail est varié, ce sera plus difficile à déterminer.

Il est important de ne pas confondre l’efficacité énergétique du carburant avec l’économie de carburant, cette dernière étant simplement la mesure du carburant consommé. Quand nous parlons d’efficacité énergétique du carburant, il est directement question de la quantité de carburant consommée pour atteindre un objectif. À titre d’exemple, on peut avoir une machine qui consomme la même quantité de carburant par heure qu’une autre, mais qui permet de charger trois camions de plus par jour en raison de sa vitesse ou d’autres avantages. Les deux machines peuvent être aussi économiques en carburant, mais la première a une meilleure efficacité énergétique.

L’impact des équipements de terrassement

Le bon état du bord de coupe ou des dents sur une lame ou un godet peut avoir une incidence réelle sur l’efficacité énergétique. Les outils de binage au tranchant émoussé ou arrondi ajoutent de la résistance et compliquent la coupe du matériau pour la machine. En fin de compte, cette résistance entraîne une plus grande consommation de carburant au fil du temps.

Il faut également considérer si le godet est doté du bon type de dents ou de tranchant. Un godet à dents d’une chargeuse sur pneus pour une application de chargement de remblais meubles peut occasionner en réalité plus de travail, étant donné qu’il faudra nettoyer l’excédent de matériau tombé pendant le cycle de chargement. Il faut soit retirer les dents ou poser un bord droit pour les applications où l’on fera ce type de chargement. Les entrepreneurs doivent comprendre l’application et sélectionner les équipements de terrassement les mieux adaptés à la majorité des travaux qu’ils réalisent.

Un autre exemple où cette notion est importante concerne les niveleuses. Le versoir incurvé dont sont dotées les niveleuses présente une conception à rayons multiples qui facilite l’andainage de la terre le long de la lame, réduit efficacement la quantité totale d’énergie utilisée pour déplacer la terre pendant le processus de nivellement – et permet donc une économie de carburant.

Flux des travaux sur un chantier

Qu’il s’agisse d’un site de type « champ » où l’entrepreneur exécute des travaux généraux de terrassement, ou d’un site permanent où des camions sont chargés ou des trémies remplies chaque jour, l’organisation du flux des travaux des équipements peut avoir une incidence sur l’efficacité énergétique du carburant. La planification du travail d’une manière qui permet de parcourir la distance la plus courte, la courbe la plus courte, l’itinéraire le plus direct ou avec le moins d’obstacles possible permettra d’améliorer l’efficacité énergétique et d’effectuer les travaux selon des cycles plus courts et plus constants.

Le flux des travaux doit également être organisé de façon à réduire au maximum les temps morts. Par exemple, si deux bouteurs dégagent devant une excavatrice qui sert à charger des camions mais ne parvient pas à suivre le rythme du matériau poussé vers elle, les bouteurs pourraient devoir tourner au ralenti en attendant – d’où un gaspillage de carburant car pendant ce temps, aucun travail productif n’est accompli. L’entrepreneur aurait-il pu réaliser le même travail avec un seul bouteur poussant vers cette excavatrice, économisant ainsi sur le carburant consommé par la deuxième machine, ainsi que sur la main-d'œuvre et l’usure des équipements? Il faudrait aussi considérer l’utilisation d’une excavatrice pour le chargement du matériau : cette configuration peut-elle améliorer l’efficacité énergétique sur l’ensemble du chantier et être mieux assortie à l’effort de nivellement par les deux bouteurs?

On peut dire la même chose pour une chargeuse sur pneus dans un camion ou pour une application de trémie de chargement. Une chargeuse sur pneus munie d’un godet trop grand ou trop petit peut entraîner une utilisation inefficace de carburant. Un godet trop grand remplira un camion ou une chargeuse trop rapidement, entraînant un temps mort avec fonctionnement au ralenti en attendant de décharger le godet suivant. On peut en dire autant pour un godet trop petit : si une chargeuse n’arrive pas à suivre le rythme des travaux du chantier, des camions devront fonctionner au ralenti pendant qu’ils attendent d’être remplis, ou des processus en aval seront exécutés de façon inefficace. Tout cela a des effets négatifs sur l’équation verges par gallon de carburant lorsqu’on tient compte de l’ensemble du parc.

Fonctionnement inconstant

Les moteurs des équipements de construction ne sont pas conçus pour tourner au ralenti, et fonctionnent plus efficacement quand le moteur est soumis à une charge constante. Un fonctionnement au ralenti représente un gaspillage évident de carburant sans qu’un effort productif ait lieu, mais les applications où l’opérateur doit régulièrement augmenter puis réduire le régime moteur, freiner et accélérer, en plus d’être exigeantes pour la machine, causent une consommation de carburant inefficace. On peut comparer cela à la différence entre les miles parcourus en ville et les miles parcourus sur l’autoroute pour un camion. Un camion parcourt toujours plus de miles par gallon lorsqu’il roule à une vitesse de croisière (fonctionnement constant) – il en va de même pour l’équipement lourd.

Profitez des modes de fonctionnement, du ralenti automatique et de l’arrêt automatique

Aucun moteur n’a besoin de tourner à plein régime en tout temps – ce n’est que gaspillage d’énergie et gaspillage de carburant. Ainsi, il est important pour les opérateurs de savoir comment les modes de fonctionnement de chaque machine en affectent le fonctionnement et aident à économiser du carburant. Dans nombre de chantiers que nous visitons, nous constatons que des opérateurs n’ont pas reçu de formation sur les meilleures façons de régler les modes de fonctionnement automatisé pour obtenir la combinaison optimale de productivité et d’efficacité.

De même, les fonctions de ralenti automatique et d’arrêt automatique sont disponibles sur de nombreuses machines pour aider à limiter la consommation d’essence en gérant le régime du moteur en fonction de l’opération en cours.

Des mouvements de flèche automatisés et précis préviennent les manœuvres de correction excessives

La précision de l’opérateur peut avoir un effet significatif sur l’efficacité énergétique du carburant. L’opérateur passe-t-il trop de temps à corriger le mouvement de la flèche ou de la machine, ou consacre-t-il une grande proportion de son temps à une action productive? Cela dépend en partie de la compétence de l’opérateur, mais certaines manœuvres peuvent être automatisées à l’aide des fonctions dont sont dotés les équipements modernes, qui permettent que l’opérateur n’ait pas à pousser les gaz à fond pour faire le travail. Ces fonctions assurent la précision nécessaire pour prévenir que l’opérateur ait à corriger un mouvement.

Sur les chargeuses sur pneus, des fonctions telles que le retour en position d’excavation, le retour en position de transport et le contrôle de la hauteur permettent de retourner immédiatement le godet à la position souhaitée. Sur les excavatrices, la fonction de pivotement libre permet aux travailleurs au sol de repositionner les bras de levage ou la flèche de manière à y centrer la charge pour l’attacher et la soulever de manière constante. De même, cette fonction peut être utilisée pour permettre aux travailleurs au sol de positionner plus précisément la charge en déplaçant manuellement le bras de levage ou la flèche, au lieu de dépendre de l’opérateur pour positionner la charge à l’aide de ses commandes. Certaines flèches de pelles rétrocaveuses ont tendance à dériver au-delà de l’endroit où l’opérateur veut creuser, ce qui exige que l’opérateur corrige cette action pour commencer le travail. Les pelles rétrocaveuses de CASE offrent la fonction Pro Control, qui permet que la flèche s’arrête au moment précis où l’opérateur relâche la commande manuelle – ce qui réduit la fatigue de l’opérateur et permet en fin de compte de réduire la consommation de carburant au fil du temps, puisque l’opérateur n’a pas à corriger un mouvement excessif.

Réduire les charges « parasites »

Les machines propres fonctionnent plus efficacement. La friction et la chaleur entraînent une perte d’efficacité, et plus une machine doit travailler dur pour réaliser une tâche, moins elle est efficace. Par conséquent, il est important de maintenir le système de moteur, le filtre à air et le radiateur propres. L’arrivée des ventilateurs de moteur contrôlés par thermostat a donné lieu à un fonctionnement beaucoup plus économique en carburant lorsqu’une machine utilise uniquement la puissance nécessaire pour permettre à ces systèmes auxiliaires de la faire fonctionner adéquatement. L’entretien et le nettoyage réguliers de ces systèmes permettront d’améliorer encore plus leur efficacité et ainsi, l’effort du moteur servira davantage à du travail productif.

Des options de train de transmission qui améliorent l’efficacité énergétique

Au moment de la sélection d’équipement/du processus d’établissement des caractéristiques, un propriétaire d’équipement peut sélectionner certaines options qui ont fait leurs preuves pour stimuler l’efficacité énergétique. Les chargeuses sur pneus, par exemple, sont passées à une transmission à cinq vitesses avec convertisseur de couple à verrouillage. Le convertisseur de couple à verrouillage offre à l’opérateur davantage de sélections de vitesse pour maintenir le fonctionnement du moteur à sa plage de puissance optimale et peut permettre d’augmenter jusqu’à près de 40 % les économies de carburant à des vitesses de déplacement sur route.

L’importance de l’entretien pour l’efficacité énergétique

Nous avons abordé les outils de binage et la propreté des machines, mais l’entretien global des machines joue également un rôle dans l’atteinte d’une efficacité énergétique optimale. Voici quelques points à garder à l’esprit/à rechercher :

  • Graisser adéquatement la machine permettra des mouvements moins « mous », ce qui aide l’opérateur à atteindre la précision dont nous avons parlé précédemment et à éviter les corrections et la résistance non nécessaires.
  • Régler les courroies à la bonne tension – pour que la machine n’ait pas à travailler plus dur que nécessaire pour effectuer une tâche.
  • Maintenir les pneus correctement gonflés et remplacer les pneus usés pour en assurer l’adhérence – le patinage et la résistance causés par des pneus lisses ou sous-gonflés représentent une utilisation inefficace de la puissance de la machine.
  • De même, pour les machines sur chenilles, garder les chenilles ajustées à la bonne tension afin de réduire la résistance et surveiller tout signe d’usure sur les pièces du train de roulement. Il est également important de tenir la machine propre. Tout ce qui produit une résistance accélère l’usure et entraîne une plus grande consommation de carburant pour continuer.

Le rôle de la solution Tier 4 dans l’efficacité énergétique

Les solutions Tier 4 Interim et Tier 4 Final ont forcé les fabricants de moteurs à mettre davantage l’accent sur l’efficacité, et une façon de le faire a été de réunir les méthodes et la conception de systèmes électroniques et d’injecteurs de carburant de pointe. À leur niveau le plus fondamental, les émissions sont constituées des résidus du processus de combustion. Un système électronique de pointe couplé à un système de rampe commune haute pression (HPCR) permet une injection de carburant plus exacte en mettant juste la quantité nécessaire de carburant sous pression dans la chambre de combustion. Cela crée une utilisation meilleure et plus efficace de ce carburant pour obtenir davantage de puissance du moteur. Les progrès réalisés dans la conception des pistons favorisent également un meilleur mélange d’air et de carburant, permettant une combustion plus complète. Un autre avantage des systèmes HPCR est l’utilisation d’une injection électronique en plusieurs stades permettant de fournir la bonne quantité de carburant pour le processus de combustion. Cette méthode d’alimentation en carburant permet d’utiliser moins de carburant et, essentiellement, accélère l’explosion, ce qui lui permet de générer plus efficacement de la puissance motrice. Un excellent avantage de ce niveau de contrôle de l’alimentation en carburant est une réduction des émissions.

Les anciens systèmes injectaient une plus grande quantité de carburant dans la chambre de combustion, où une combustion moins efficace se produisait et entraînait un gaspillage de carburant et une puissance moindre. Aujourd’hui, les moteurs Tier 4 génèrent une puissance comparable ou supérieure avec moins de carburant – fournissant au propriétaire de la machine une production supérieure pour le même prix ou pour moins cher.

Au niveau le plus fondamental, le choix d’une solution d’émissions Tier 4 joue un grand rôle dans la réalisation de l’efficacité énergétique du carburant dans les nouveaux équipements. CASE a choisi, dans la mesure du possible, de se concentrer sur des solutions de traitement en aval comme la technologie de réduction catalytique sélective (technologie SCR). En mettant l’accent sur le traitement des produits d’échappement à la sortie du moteur, cette fonction assure que tout le carburant de la machine sert à alimenter la machine, et pas à augmenter la température du moteur pour brûler les particules accumulées, comme dans le cas des équipements avec filtre à particules diesel (DPF).

La télématique permet de garder un œil vigilant

C’est la télématique qui fournit le moyen le plus précis de suivi de l’économie de carburant – la quantité de carburant consommé au fil du temps –, mais elle permet également aux propriétaires et gestionnaires de parcs d’identifier les situations de gaspillage dans l’utilisation d’une machine. Un des meilleurs exemples que nous avons vus est le cas d’un entrepreneur en Caroline du Sud qui a pu déterminer, immédiatement après avoir fait l’acquisition d’un système télématique, qu’un de ses gros bouteurs à 214 chevaux-vapeur tournait au ralenti dans 43 % du temps. Non seulement le combustible était-il consommé sans réaliser de travail productif, mais c’était aussi une machine louée et les périodes de fonctionnement au ralenti représentaient des heures improductives consignées au bail.

La télématique peut également fournir un aperçu du type de charge appliquée au moteur pendant toute la journée et, si nécessaire, servir de ligne directrice quant à la façon dont les opérateurs peuvent améliorer davantage leur rendement.

Bien faire le travail dès la première fois grâce à la commande de machine

L’avantage le plus important de la commande de machine est sa capacité de réduire et d’éliminer le travail à refaire en faisant bien le travail dès la première tentative. Cela permet d’éliminer les excavations excessives et les excavations insuffisantes, qui requièrent plus d’équipement, de diesel et de main-d'œuvre pour être corrigées. Et au final, cela permet l’utilisation la plus efficace possible d’un actif, en ne lui permettant de faire que le travail nécessaire pour atteindre un objectif. La précision est égale à la quantité désirée de terre déplacée avec le moins de carburant et d’usure possible. C’est ce que permet la commande de machine.

Ce ne sont là que quelques-unes des considérations qui aideront l’ensemble de votre parc à être plus économe en carburant dans les applications de terrassement. Il est important que les gestionnaires et les propriétaires de parcs sollicitent aussi les commentaires de leurs opérateurs – les personnes qui passent le plus de temps à bord de la machine – sur leurs impressions concernant la façon dont chaque pièce d’équipement pourrait fonctionner plus efficacement. Avec de la formation et de la sensibilisation, les entreprises de construction peuvent améliorer de façon significative leurs résultats nets en réduisant leurs frais de carburant.

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