TerrainScénario type
Une cimenterie pilotée par les données : énergie et qualité
Une cimenterie produit des millions de mesures par jour et prend ses décisions de conduite sur quelques analyses de laboratoire. Ce scénario type suit une usine qui a voulu relier les deux, pour la qualité du clinker et pour l'énergie.
Dans la salle de contrôle, quatre écrans affichent des centaines de valeurs : températures du préchauffeur, pression en tête de four, débit de combustible, vitesse de rotation, intensité des broyeurs. Le chef de quart ne les regarde pas toutes. Il attend surtout le prochain résultat du laboratoire, qui arrivera dans une heure et lui dira si le clinker produit il y a deux heures était bien cuit. Toute la question d’une cimenterie pilotée par les données est là : l’usine mesure tout en continu, mais la décision de conduite dépend d’une information rare et tardive.
Ce récit est un scénario type. L’usine imaginée exploite un four à voie sèche avec préchauffeur à cyclones et précalcinateur, deux broyeurs à cru et trois broyeurs à ciment. Elle utilise une part croissante de combustibles de substitution et sa direction veut réduire à la fois la consommation d’énergie et la variabilité de la qualité.
Une usine riche en mesures, pauvre en informations
L’inventaire réalisé au démarrage dresse un constat classique. Le système de conduite enregistre plusieurs milliers de variables dans un historien. Le laboratoire saisit ses analyses dans son propre logiciel, avec l’heure de saisie et non l’heure de prélèvement. Les compteurs d’électricité sont relevés par le service énergie dans un tableur mensuel. La consommation de combustibles est suivie par la comptabilité. Personne ne peut dire, pour une heure donnée, combien d’énergie a coûté une tonne de clinker et quelle était sa qualité.
Premier chantier : remettre tout le monde à la même heure
Le premier travail ne relève pas de l’intelligence artificielle. Il consiste à rattacher chaque analyse de laboratoire au moment réel du prélèvement, et à tenir compte du temps de séjour de la matière : le clinker analysé à la sortie du refroidisseur a été cuit plusieurs dizaines de minutes plus tôt, à partir d’une farine broyée bien avant. Les identifiants des équipements sont harmonisés entre l’historien, la maintenance et le laboratoire. Les compteurs d’énergie sont raccordés à l’historien, au pas horaire.
Ce travail révèle des capteurs défaillants que personne n’avait signalés : un analyseur de gaz en sortie de four dont la valeur ne bouge plus depuis des semaines, un débitmètre de combustible de substitution étalonné sur un produit qui n’est plus utilisé. Leur remise en état fait partie du projet.
Deuxième chantier : estimer la chaux libre entre deux analyses
La chaux libre du clinker est l’indicateur de cuisson suivi de près par les conducteurs de four. Trop élevée, le clinker est mal cuit ; trop basse, le four consomme plus de combustible que nécessaire. Elle n’est mesurée qu’au laboratoire, à intervalles réguliers.
L’équipe construit un capteur logiciel : un modèle qui estime la chaux libre en continu à partir des températures, de la composition de la farine, du débit et de la nature des combustibles. Le modèle est entraîné sur l’historique, puis comparé chaque jour aux analyses réelles. Il ne pilote rien ; il affiche une estimation, avec sa marge d’incertitude, sur l’écran du conducteur.
Les premières semaines, les conducteurs l’ignorent. La confiance vient d’un épisode précis : un changement de lot de combustible de substitution fait dériver la cuisson, le modèle le signale une heure avant le laboratoire, et le chef de quart corrige à temps. Le modèle se trompe aussi, en particulier lors des démarrages et des changements de matière ; ces cas sont documentés et affichés comme tels, plutôt que cachés.
Un modèle qui montre son incertitude gagne la confiance des opérateurs plus vite qu’un modèle qui affiche une valeur précise et se trompe sans prévenir.
Troisième chantier : l’énergie des broyeurs
Le broyage absorbe la plus grande part de l’électricité d’une cimenterie. Une fois les compteurs raccordés, l’usine dispose pour la première fois de la consommation électrique par tonne, broyeur par broyeur et heure par heure, rapprochée de la finesse obtenue.
| Question | Données mobilisées | Décision éclairée |
|---|---|---|
| Broie-t-on plus fin que nécessaire ? | Finesse mesurée, résistances obtenues, électricité par tonne | Ajuster la consigne de finesse par qualité de ciment |
| Quand broyer ? | Stocks en silos, plan d’expédition, tarifs horaires de l’électricité | Décaler le broyage vers les heures les moins chères |
| Quel broyeur pour quelle qualité ? | Performance de chaque broyeur selon le produit | Affecter les qualités aux broyeurs les plus efficaces |
| La résistance sera-t-elle conforme ? | Composition, finesse, résistances à court terme | Anticiper la résistance à 28 jours et corriger la recette |
La dernière question touche la qualité contractuelle. La résistance à 28 jours, qui détermine la classe du ciment au sens de la norme européenne EN 197-1, n’est connue qu’un mois après la production. Un modèle de prévision, fondé sur les résistances à court terme et la composition, permet de corriger la recette plus tôt, et d’éviter de surdoser le clinker par précaution, ce qui consomme de l’énergie et émet du CO₂.
Ce qui a résisté
Tout n’a pas fonctionné. La variabilité des combustibles de substitution reste mal mesurée, faute d’analyse en continu de leur pouvoir calorifique ; le modèle de cuisson en souffre. Les capteurs exposés à la poussière et à la chaleur se dégradent vite, et leur maintenance doit être planifiée comme celle des équipements de production. Enfin, la séparation entre le réseau industriel et le réseau de gestion, exigée par le responsable de la sécurité, a imposé une architecture de collecte à sens unique, plus longue à mettre en place que prévu.
Le bilan de l’usine ne tient pas en un pourcentage. Il tient en une capacité nouvelle : savoir, chaque jour, ce qu’a coûté chaque tonne en énergie et ce qu’elle valait en qualité. Avec la montée du prix du carbone et le mécanisme d’ajustement carbone aux frontières de l’Union européenne, dont la phase transitoire court jusqu’à fin 2025, cette capacité devient une condition de compétitivité. C’est le type de chantier que mène notre expertise industrie et automates, et que notre dossier de référence sur les automates et le système d’information détaille, de la collecte à l’architecture sécurisée.
Scénario type construit à partir de situations courantes ; il ne décrit pas une organisation réelle.
Pour approfondir : IA d’entreprise
Questions fréquentes
Faut-il remplacer le système de conduite pour exploiter les données d'une cimenterie ?
Non. Le système de conduite et ses automates restent en place ; les données sont collectées dans un historien, puis rapprochées des analyses du laboratoire et des compteurs d'énergie. Les modèles produisent des indications pour les opérateurs, sans écrire dans le système de conduite, au moins dans un premier temps.
Un capteur logiciel de chaux libre remplace-t-il les analyses de laboratoire ?
Non, il les complète. Il estime la valeur entre deux prélèvements et signale une dérive plus tôt. Les analyses de laboratoire restent la référence et servent à vérifier en permanence que le modèle reste fiable, en particulier quand les matières premières ou les combustibles changent.
Par quoi commencer dans une usine qui n'a jamais exploité ses données ?
Par l'alignement des données existantes : mêmes horodatages, mêmes identifiants d'équipements, analyses de laboratoire rattachées au bon moment de production. Ce travail peu visible conditionne tous les usages suivants et révèle souvent des capteurs défaillants que personne n'avait signalés.