Contrôle par thermographie d’un four de cuisson et effet de la température sur la qualité de la brique

Cette étude s'inscrit dans le domaine de la production industrielle de matériaux de construction, plus précisément la fabrication de briques rouges. Elle s'intéresse à la fonctionnalité du four de cuisson, un élément clé influençant la qualité finale des briques. Ce travail sera utile aux étudiants en génie mécanique, maintenance industrielle, ainsi qu'aux professionnels souhaitant comprendre comment le contrôle thermique peut améliorer la qualité des produits dans une briqueterie.

La question

Le travail vise à répondre à la problématique suivante : comment contrôler la fonctionnalité du four de cuisson d’une briqueterie afin d’assurer une température homogène et ainsi garantir la qualité des briques produites ? Cette question est importante car la cuisson est l’étape finale et déterminante dans la fabrication des briques. Une température mal contrôlée peut entraîner des défauts de qualité, affectant la résistance mécanique et la durabilité des briques.

Le mémoire s’appuie sur une étude de cas réalisée à la Briqueterie Seybouse de Besbes, où la production a été relancée après plusieurs années d’arrêt, mais où les installations restent vieillissantes et nécessitent un contrôle rigoureux pour optimiser la qualité et la productivité.

Concepts de base

Pour comprendre cette étude, il est essentiel de connaître plusieurs notions clés :

• Four à tunnel : un four continu où les briques sont placées sur des wagons qui traversent différentes zones (préchauffage, cuisson, refroidissement) selon une courbe de température prédéfinie.
• Thermographie infrarouge : technique de contrôle non destructif (CND) qui permet de mesurer la température de surface d’un objet à distance, grâce à une caméra thermique.
• Pyromètre : instrument de mesure de la température, souvent utilisé pour vérifier la température à un point précis.
• Automate programmable (PLC) : système de contrôle qui gère les paramètres du four, notamment la température via des sondes intégrées.
• Essais d’écrasement (compression) : tests mécaniques réalisés sur les briques pour vérifier leur résistance et donc leur qualité, selon la norme EN 1338.
• Homogénéité de la température : principe selon lequel la température doit être uniforme dans le four afin que toutes les briques soient cuites de manière identique.

Le processus de fabrication des briques comprend plusieurs étapes : extraction de l’argile, préparation (broyage, malaxage, dosage), façonnage, séchage, cuisson et enfin emballage. La cuisson est l’étape critique où la matière subit des transformations physiques et chimiques à haute température (entre 900°C et 1000°C).

Approche

Pour contrôler la fonctionnalité du four, l’étude a utilisé un contrôle non destructif par thermographie infrarouge. Deux instruments indépendants ont été employés :

• Une caméra thermique (modèle RAY CAM C.A 1884) pour obtenir une image thermique globale du four et détecter les variations de température sur différentes zones.
• Un pyromètre (Laser liner) pour mesurer précisément la température en des points spécifiques.

Ces mesures ont été comparées aux consignes du constructeur du four et aux valeurs affichées par l’automate via les sondes de température intégrées. L’objectif était de vérifier l’homogénéité thermique dans le four et d’évaluer la fiabilité du système de contrôle existant.

Enfin, pour relier la température à la qualité des briques, des essais d’écrasement ont été réalisés sur des échantillons cuits, afin de vérifier leur résistance mécanique conformément à la norme EN 1338.

Résultats

L’analyse a permis de mettre en évidence plusieurs points :

• La thermographie infrarouge a révélé des défauts de flux de température dans certaines zones du four, indiquant un manque d’homogénéité thermique.
• Les mesures de température obtenues par la caméra thermique et le pyromètre ont parfois divergé des valeurs affichées par l’automate, suggérant des imprécisions ou un mauvais calibrage des sondes internes.
• Les essais d’écrasement ont montré que la qualité mécanique des briques dépend fortement de la régularité de la température pendant la cuisson. Les briques issues de zones à température non homogène présentaient une résistance moindre.
• Ces résultats confirment que le contrôle par thermographie infrarouge est un outil efficace pour détecter les anomalies thermiques et améliorer la maintenance préventive du four.

Limites et questions ouvertes

Le mémoire souligne que malgré les résultats obtenus, certaines limites subsistent :

• La thermographie infrarouge mesure la température de surface, ce qui peut ne pas refléter parfaitement la température interne des briques.
• Les mesures ponctuelles du pyromètre ne couvrent qu’une partie limitée du four, ce qui peut laisser passer des zones non contrôlées.
• Le vieillissement des installations et le manque de pièces de rechange spécifiques compliquent la mise en œuvre d’une maintenance optimale.
• Le mémoire ne détaille pas l’impact économique précis des défauts détectés ni les solutions techniques concrètes pour corriger les anomalies thermiques.

Glossaire

• Automate programmable (PLC) : système électronique qui contrôle automatiquement les paramètres d’une machine ou d’un procédé industriel.
• Briqueterie : usine spécialisée dans la fabrication de briques.
• Cuisson : étape finale de fabrication des briques où la matière est chauffée à haute température pour obtenir ses propriétés définitives.
• Essai d’écrasement (compression) : test mécanique qui mesure la résistance d’un matériau soumis à une force de compression.
• Four à tunnel : type de four continu où les briques sont transportées sur des wagons à travers différentes zones de température.
• Homogénéité thermique : uniformité de la température dans un espace donné.
• Pyromètre : instrument de mesure de la température, souvent sans contact.
• Thermographie infrarouge : technique de mesure thermique à distance utilisant une caméra sensible aux rayonnements infrarouges.