L’expérience pionnière de UPM et Saalasti pour le broyage de souches

Infos clés fiche de casIndustrie papetière – Combustibles : broyat de souches et racines – Chaudière à lit fluidisé de 104 MW – Broyeur Saalasti– Capacités de production de broyat souches et racines : 45 t/ht (sèches)/h – Coût de broyage : 1,27€/MWh – Article paru dans le Bioénergie International n°33 de septembre – octobre 2014.

Poste de broyage des biocombustibles à la papéterie UPM de Kaipola en Finlande, photo UPM

Poste de broyage des biocombustibles à la papéterie UPM de Kaipola en Finlande, photo UPM


La Finlande s’est fixée un objectif de 38% d’énergie renouvelable à l’horizon 2020. Ceci induit que la consommation de bois déchiqueté va devoir plus que doubler par rapport à 2010, avec quelques 13,5 millions de m³/an. Le développement de chaines d’approvisionnement en biomasse forestière efficaces représente donc un enjeu crucial pour y parvenir. Le site de UPM Kaipola est une réalisation exemplaire en la matière.

Usine UPM de Kaipola, photo UPM

Usine UPM de Kaipola, photo UPM

Le contexte

UPM Kaipola est une papeterie qui emploie 500 personnes à 200 km au nord d’Helsinki. En 2005, le groupe UPM a décidé d’y augmenter la part des biocombustibles qui était à l’époque déjà de 33%. La cogénération installée en 1991 a ainsi été modernisée pour permettre d’atteindre les 70% de biomasse. La chaudière à lit fluidisé circulant y délivre une puissance de 104 MWth et 26 MWé. Elle brûle de la tourbe, des rémanents forestiers, des souches et des racines, en plus des écorces et des boues papetières issues du procédé de fabrication de la pâte à papier. La partie excédentaire de chaleur est livrée au réseau de chaleur urbain. Cette décision impliquait aussi une nouvelle ligne de broyage, qui devait permettre la valorisation des souches et racines, une ressource encore largement sous-exploitée.

Le désouchage, photo UPM

Le désouchage, photo UPM

Les défis à relever

Il s’agissait de réaliser une chaine d’approvisionnement pour récolter, stocker, transporter puis broyer ces produits difficiles. Cela nécessitait de développer des solutions en forêt pour le dessouchage et le transport, et d’aménager le site de la centrale. La division UPM Forest avait engagée dès 2002 le recours aux souches et racines. « Au début 2002, nous utilisions un broyeur mobile en bord de chemin et sur site, mais nous étions à la recherche d’une solution plus économe et plus efficace », raconte Esa Lahtela, le chef des opérations de Kaipola.

Arrachage des souches, photo UPM

Arrachage de souches en Finlande, photo UPM

La piste d’amélioration consistait à mettre en place un broyage en une seule étape sur le site de la centrale. Bien que le transport du broyat était plus facile que celui des souches, le broyage en bord de route coûtait plus cher. UPM a conclu qu’il fallait un broyeur calibreur à large grille, ce qui n’existait pas encore sur le marché.

De même, il fallait inventer les machines de déssouchage et de récolte en forêt. Pour cela, UPM a développé des outils de levage et fendage, et des procédés de stockage et transport adaptés. Les souches sont récoltées principalement dans les zones de régénération, là où elles présentent davantage de matière ligneuse et elles sont moins ancrées dans le sol. L’engin de prélèvement des souches peut en même temps servir au travail du sol ce qui permet une économie de 50% sur le coût de préparation du sol pour la replantation.

Des conditions de stockage adaptées améliorent de plus la qualité des souches. La pluie et la neige lessivent les impuretés et le taux d’humidité du bois baisse. Après entreposage estival en bord de chemin, les souches sont transportées jusqu’à la centrale par semi-remorque spécialement conçue. UPM Forest a découvert que la récolte des souches améliore ensuite les conditions sylvicoles : accès mécanisé plus facile, moins de charançons du pin et prévention du pourrissement des racines.

Les solutions

UPM accumulait ainsi de l’expérience sur les technologies de broyage installées sur ses différents sites (broyeurs lents et rapides) mais aucun de ces équipements ne remplissait le cahier des charges pour le broyage des souches : gros volumes, grosse capacité et haut rendement dans les calibres requis. La volonté était également de broyer proprement des rémanents forestiers, des bois d’éclaircies et des rondins dans le même broyeur, le tout sur une surface réduite. En 2006, UPM a acté ce concept et sélectionné la technologie proposée par Saalasti.

Le broyeur fonctionne en deux phases : un pré-broyage à l’aide des rotors supérieurs et inférieurs, suivi du broyage par le lourd rotor principal. La matière qui arrive sur le plan horizontal est broyée par les couteaux puis affiné dans l’espace entre les couteaux et la grille du rotor principal. Le choix d’un broyeur lent aurait nécessité plusieurs unités successives, donc une solution plus chère et qui nécessite plus d’espace.

Alimentation du tapis du broyeur Saalasti à Kapola, photo UPM

Alimentation du broyeur Saalasti à Kaipola, photo UPM

Les résultats

Le broyeur fonctionne depuis plusieurs années maintenant et les résultats sont visibles :

« Nous sommes satisfait du broyeur de souches de Saalasti. Pendant les phases de test, Saalasti a modifié plusieurs éléments ce qui a optimisé le broyage. La chaudière nécessite un combustible de bonne qualité. Le broyeur est très performant pour les souches et racines », nous explique Esa Lahtela, responsable des opérations chez UPM Kaipola.

« La machine livrée à Kaipola n’était qu’un prototype, mais après adaptation c’est devenu la bonne solution. Maintenant cela fonctionne très bien, ce n’est pas évident de broyer toutes sortes de biomasse avec un seul équipement. », explique Matti Suominen, responsable maintenance à Kaipola.

Les souches et les racines constituaient la biomasse principale au départ. La flexibilité du broyeur permet aujourd’hui le recours à d’autres biomasses.

« En hiver, ce sont surtout les souches et racines qui sont utilisées, car elles ont un PCI élevé. En été, ce sont plutôt les rémanents forestiers, car ils sont plus faciles à manipuler après séchage à l’air libre. Lors du stockage, les souches ne reprennent pas autant d’humidité que les rémanents. », précise Esa Lahtela.

Détail du rotor central du Saalasti Stump Crush 1224 HF, photo Saalasti

Détail du rotor central du Saalasti Stump Crush 1224 HF, photo Saalasti

La proportion de bois longs a été augmentée au cours des dernières années, le mix est aujourd’hui composé à 60% de souches, 20% de bois longs et 20% de rémanents.

Près de 40% du combustible passe par le broyeur Saalasti, le reste étant constitué d’écorces, de boues papetières, de tourbe et de plaquettes forestières. Les camions livrent 24h/24 et 7j/7. La plupart du temps, la marchandise est livrée directement sur le tapis d’alimentation du broyeur. Les souches sont récoltées dans un rayon de 150 km, la distance de transport moyenne est de 30 – 50 km. En hiver des approvisionnements plus lointain se font par le rail.

De par la nature de la matière première, qui contient pierres et terre (10 à 20% du volume), l’usure du broyeur est inévitable. « Les souches sont dures mais le broyeur est performant. En hiver, nous broyons pendant deux semaines avant de changer les couteaux. La conception des couteaux permet leur remplacement aisé en deux heures », selon Esa Lahtela.

Alimentation de la station de broyage par camion, photo UPM

Alimentation de la station de broyage, photo UPM

Le broyeur a permis de réaliser des économies sur les coûts de fonctionnement. Des études comparatives menées par Metsäteho Oy en 2011, ont montré un prix de revient de 1,27€/MWh pour le Saalasti Stump Crush 1224 HF, charges et amortissement compris. Selon les modèles, le coût de revient habituel des broyeurs mobiles est plutôt compris entre 1,6€ et 2€/MWh. Le broyage à poste fixe permet la meilleure rentabilité de la chaîne logistique pour des distances de moins de 70 km, y compris en souches entières, et reste favorable pour des distances jusqu’à 100 km.

UPM a ainsi investi, outre sur son site de Kaipola, dans d’autres broyeurs Saalasti Stump Crush HF sur ses autres sites finlandais et au Royaume-Uni.

Le taux de récolte de souches dans la région de Kaipola a augmenté et compte parmi les plus hauts de Finlande. En 2010 ce taux était de 20% de toutes les zones de coupes, comparé aux 10% à l’échelle du pays. Le recours aux broyeurs fixes est également en augmentation dans la filière. Environ 70% des plaquettes produites à partir de souches en Finlande, le sont sur le site des centrales. Près de 25% des restes d’abattage et 70% des gros bois en rondins, sont broyées sur des installations stationnaires. La part des plaquettes obtenues à partir de souches et racines se monte à 16% de la production de plaquettes en Finlande, et ce sont quelques 200 pelles mécaniques qui sont en fonctionnement pour le dessouchage.

Souches arrachées, photo BioPAD

Souches arrachées, photo BioPAD

Caractéristiques du broyeur Saalasti Stump Crush 1224 HF de Kaipola
Alimentation de la biomasse Alimentation horizontale de la biomasse
Rotor diamètre x largeur : 1200 x 2400 mm
Ouverture hauteur x largeur 2000 x 2400  mm
Puissance moteur totale 1150 kW
Capacités de production souches et racines 45 t (sèches)/h
Capacités de production bois d’éclaircies 30 t (sèches)/h
Capacités de production Granulométrie P45, vrac 200 à 290 m³/h
Coût moyen de broyage 1,27€/MWh

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Saalasti est cité aussi :

Frédéric DOUARD

Frédéric DOUARD : rédacteur en chef du magazine Bioénergie International, animateur du Portail francophone des bioénergies. Pour me contacter : fdouard arobase bioenergie-promotion.fr

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