Chargeur de navire : qu'est-ce que c'est, comment les navires sont chargés et types

Qu'est-ce qu'un chargeur de navire – Fonction et composants de base

Un chargeur de navire est une machine de manutention spécialement conçue pour transférer des solides en vrac depuis l'infrastructure de stockage et de convoyage côté terre d'un terminal vers un navire au débit nominal du terminal. La machine doit s'adapter à la géométrie du navire - longueur et largeur de la cale, taille de l'ouverture des écoutilles et changement de franc-bord du navire (hauteur du pont au-dessus de la ligne de flottaison) à mesure que le navire est progressivement chargé et coule plus bas - tout en maintenant un flux continu de matériaux.

Les principaux composants d’un chargeur de navire pivotant standard sont :

Comment les cargos sont chargés - Le processus de chargement des navires

Le chargement d'un cargo en vrac est une opération séquencée avec précision qui équilibre le débit en fonction de la stabilité du navire, des contraintes structurelles et du temps de port. La séquence de chargement d’un vraquier Capesize transportant du minerai de fer illustre le processus dans un contexte commercialement réaliste :

• Arrivée du navire et enquête préalable au chargement : Avant le début du chargement, le navire est soumis à une enquête de préchargement : les mesures du tirant d'eau, de l'assiette et de la gîte sont enregistrées et comparées au plan de chargement. Les cales à marchandises sont inspectées à la recherche de résidus de la cargaison précédente qui pourraient contaminer le nouveau chargement. La séquence de chargement du navire (qui doit être remplie en premier et dans quel ordre) est convenue entre le second du navire, le capitaine de chargement du terminal et l'agent du navire.
• Positionnement du chargeur de navire : Le chargeur de navire se déplace le long de sa voie ferrée pour s'aligner sur la première écoutille désignée. La flèche pivote et lofe pour centrer la goulotte de chargement sur l'ouverture de la trappe. La goulotte télescopique s'étend dans la cale jusqu'à l'intérieur 1 à 3 mètres de la surface du pieu . La position de départ est généralement une cale avant ou arrière plutôt qu'une cale au milieu du navire, pour commencer à générer la répartition correcte du poids pour la stabilité pendant le chargement.
• Montée en puissance du taux de chargement : L'alimentation en matériau démarre à un rythme réduit pendant que l'opérateur confirme l'alignement, vérifie que la goulotte est libre et la cale dégagée et établit la communication avec le navire. Le taux de chargement est augmenté jusqu'à atteindre le débit opérationnel complet - généralement 5 000 à 15 000 t/h sur les terminaux minéraliers modernes – une fois que tous les systèmes auront confirmé leur bon fonctionnement.
• Découpage : Au fur et à mesure que la pile s'accumule dans la cale, l'opérateur fait pivoter périodiquement la flèche et repositionne la goulotte de chargement pour répartir la cargaison uniformément sur le plancher de la cale. Les marchandises non découpées créent une pile pointue qui réduit l'utilisation de la cale et peut se déplacer pendant le voyage, créant ainsi une gîte. Le détourage est effectué pendant les pauses de chargement ou par un pivotement lent et continu tout en maintenant le flux de matière.
• Séquence d’éclosion à éclosion : Lorsqu'une cale atteint son tonnage partiel ou complet prévu, le chargement est interrompu, la goulotte est relevée et rétractée et la machine se déplace vers la trappe suivante. La séquence de chargement est conçue pour maintenir la stabilité du navire (en chargeant symétriquement par rapport à la ligne médiane) et maintenir les contraintes sur la coque dans les limites structurelles du navire — le dépassement des limites de déviation ou d'affaissement pendant le chargement peut endommager de façon permanente la quille du navire.
• Projet final d'enquête et achèvement : Lorsque toutes les cales ont atteint le tonnage cible, le chargeur est sécurisé, le tirant d'eau du navire est re-mesuré en six points (avant, arrière, milieu du navire, bâbord et tribord) et la quantité finale de cargaison est calculée à partir de l'étude de tirant d'eau. Ce chiffre correspond au poids de la cargaison officiellement certifié aux fins du connaissement et du paiement du fret.

Tapezs de chargeurs de navires et leurs applications

Les chargeurs de navires sont classés en fonction de leur mobilité, de leur configuration structurelle et du type de cargaison qu'ils manipulent. La sélection du type correct dépend des exigences de débit du terminal, de la géométrie du quai, de la taille des navires et des caractéristiques du matériau en vrac chargé.

Le chargeur de navire pivotant sur rail domine les terminaux d'exportation de vrac à haut débit car il combine la gamme complète de mouvements nécessaires pour entretenir n'importe quelle écoutille de n'importe quel navire dans la fenêtre du poste d'amarrage - déplacement le long du quai, pivotement à travers l'ouverture de l'écoutille, relevage pour s'adapter au franc-bord changeant du navire - tout en maintenant la rigidité structurelle requise pour une opération continue de tonnage élevé. Les plus grosses machines de ce type, comme celles des ports de minerai de fer de Pilbara en Australie occidentale, chargent à des cadences dépassant 16 000 t/h et peut terminer le chargement d'un navire de 180 000 DWT en moins de 14 heures.

Comment charger un navire – Principales exigences techniques et opérationnelles

Charger correctement un cargo vraquier nécessite de gérer simultanément quatre contraintes techniques en tension les unes avec les autres : maximiser le débit, maintenir la stabilité du navire, contrôler la qualité de la cargaison et gérer la conformité environnementale. Un échec dans l’un des quatre cas peut entraîner des dommages au navire, une contamination de la cargaison, des sanctions des autorités portuaires ou la détention du navire.

• Gestion de la stabilité lors du chargement : À mesure que la cargaison est ajoutée aux cales, la hauteur métacentrique (GM) et l'assiette du navire changent continuellement. Une séquence de chargement qui place tout le poids dans les cales avant en premier crée de graves contraintes sur la poutre de coque, dépassant potentiellement les limites structurelles définies dans le manuel de chargement du navire. Chaque vraquier spécifie les moments de flexion et les forces de cisaillement maximaux admissibles à chaque station de châssis — le maître de chargement doit les calculer à chaque étape de chargement et ajuster la séquence pour maintenir les contraintes calculées dans les limites. Les systèmes modernes de gestion des terminaux automatisent ces calculs en temps réel à mesure que le tonnage s'accumule.
• Synchronisation du convoyeur et de l'alimentateur : Le convoyeur à flèche du chargeur de navire fonctionne à une vitesse et une largeur de bande fixes — sa capacité de débit est déterminée par la section transversale du matériau sur la bande. Le débit d'alimentation du système de convoyage principal du terminal doit être adapté à la capacité du chargeur. La sous-alimentation laisse la rampe vide et fait perdre du temps de chargement. Une suralimentation déverse du matériel ou force le chargeur à s'arrêter, provoquant des interruptions imprévues qui s'accumulent et entraînent une augmentation significative du temps de port. Sur les terminaux automatisés, les cellules de pesée sur le convoyeur et les peseuses à bande au point d'alimentation du chargeur maintiennent le débit d'alimentation dans les limites ±2% de l'objectif en continu.
• Conformité aux limitations du projet : Chaque poste d'amarrage a un tirant d'eau maximum autorisé déclaré – le plus profond que le navire puisse rester dans l'eau lorsqu'il est entièrement chargé dans ce port. Ce tirant d'eau est déterminé par la profondeur du chenal, les éventuelles fenêtres de marée et les marges de sécurité de l'autorité portuaire. Le capitaine de chargement doit calculer avec précision le tirant d'eau final en charge et s'assurer que le navire chargé ne dépasse pas le tirant d'eau opérationnel du poste d'amarrage. Une erreur de Tirant d'eau de 10 cm au-dessus du maximum autorisé peut échouer un navire dans le chenal d’amarrage et causer des heures ou des jours de retard.
• Humidité et fluidité du matériau : Certaines cargaisons en vrac – minerai de nickel, fines de minerai de fer, charbon à forte teneur en humidité – sont soumises à un risque de liquéfaction. Si la teneur en humidité dépasse la limite d'humidité transportable (TML) de la cargaison, celle-ci peut se comporter comme un liquide pendant le voyage, provoquant un déplacement catastrophique de la cargaison et le chavirage du navire. Le Code maritime international sur les cargaisons solides en vrac (IMSBC) exige des tests de teneur en humidité avant le début du chargement, et le chargement doit être refusé si l'humidité dépasse la TML. Il s'agit d'une contrainte opérationnelle qui affecte la décision de chargement indépendamment des capacités mécaniques du terminal.

Critères de sélection des chargeurs de navires pour les projets de nouveaux terminaux

Spécification d'un chargeur de navire pour un projet de nouveau terminal, il faut traduire les exigences d'exploitation commerciales en spécifications mécaniques et structurelles. Les paramètres suivants définissent les spécifications de la machine :

• Capacité de débit de conception (t/h) : La capacité nominale nominale doit être dimensionnée pour atteindre l'objectif de débit annuel du terminal avec une disponibilité opérationnelle réaliste. Un ciblage de terminaux 10 millions de tonnes par an avec une année de fonctionnement de 300 jours et 18 heures de chargement efficaces par jour, il faut un débit soutenu d'environ 1 850 t/h à 100 % d'utilisation — mais en tenant compte du temps de changement de navire, des retards météorologiques et des fenêtres de maintenance, la capacité nominale de la machine doit être spécifiée à 1,3 à 1,5 fois le taux soutenu , ce qui donne une capacité nominale de 2 400 à 2 800 t/h dans cet exemple.
• Portée du navire (DWT) : La machine doit s'adapter à toute la gamme de tailles de navires qui utiliseront le poste d'amarrage — du plus petit navire côtier au plus grand navire que le poste d'amarrage peut accepter. Les plus gros navires ont des cales plus profondes (la profondeur des cales est généralement 12 à 18 m sur les navires Capesize ), des écoutilles plus larges et un changement de franc-bord plus important pendant le chargement, nécessitant des goulottes télescopiques plus longues, des arcs d'orientation plus larges et une plus grande plage de relevage que les machines desservant des navires plus petits.
• Chargement à quai (kN/m²) : Les charges statiques et dynamiques imposées par le chargeur de navire sur la structure du quai doivent respecter la capacité structurelle du quai. Le poids propre de la machine, le poids de la cargaison sur la flèche et les charges dynamiques dues au déplacement, à l'orientation et au relevage y contribuent tous. De nouvelles conceptions de quai peuvent être optimisées pour le chargeur ; la modernisation d'un gros chargeur sur un quai existant nécessite souvent un renforcement structurel coûtant plus cher que le chargeur lui-même.
• Propriétés de la cargaison : La densité apparente, la taille des particules, la plage de teneur en humidité, l'abrasivité (mesurée par le Bond Abrasion Index) et l'angle de repos affectent tous la largeur de la bande transporteuse, sa vitesse, la géométrie de la goulotte et le choix du revêtement d'usure. Un chargeur de minerai de fer manipulant des matériaux ayant une densité apparente de 2,0 à 2,4 t/m³ nécessite une bande plus large et un cadre structurel plus lourd qu'un chargeur de céréales manipulant des matériaux à 0,7–0,8 t/m³ pour le même débit de masse.
• Exigences environnementales : Les permis environnementaux des autorités portuaires précisent les niveaux maximaux d’émission de poussières autorisés au point de chargement. Pour atteindre la conformité, il faudra peut-être utiliser des convoyeurs à flèche fermés, des goulottes télescopiques scellées avec retenue de la poussière par des chaussettes en tissu, des systèmes de suppression des projections d'eau ou des précipitations électrostatiques sur l'évent d'évacuation de l'enceinte de la goulotte de chargement. Ces systèmes ajoutent des coûts d'investissement et nécessitent des dispositions d'accès pour la maintenance dans la conception de la machine.

Références de performance des chargeurs de navires dans les principaux terminaux de vrac

Le commerce mondial des produits en vrac est concentré sur un petit nombre de terminaux à volume élevé où les critères de performance des chargeurs de navires définissent la norme pour l'industrie. Ces références sont publiées publiquement dans les statistiques portuaires et constituent des points de référence utiles pour la conception de nouveaux terminaux :