Le scanner laser LMS500 surveille les grues portuaires chez APM Terminals

Dans les ports maritimes, tout doit aller très vite, et la sécurité est une priorité absolue. Un des défis consiste à surveiller les grues portuaires pour éviter qu’elles n’entrent en collision avec les bateaux. De tels accidents se produisent parfois, et les dégâts s’élèvent vite à plusieurs centaines de milliers d’euros. APM Terminals à Zeebrugge a résolu définitivement cette problématique en équipant ses grues de scanners laser de SICK.

APM Terminals est une filiale du groupe Maersk qui exploite 75 terminaux portuaires dans le monde. Chez nous, le groupe est présent à Zeebrugge, où une propre ligne de Maersk et une ligne de China Shipping font escale chaque semaine.
Il s’agit de bateaux qui transportent entre 8.000 à 10.000 containers, et dont environ 2000 unités doivent être chargées et déchargées. « Il faut faire vite », explique Steven Lowyck, control engineer chez APM Terminals. « Un bateau fait escale pendant 24 à 36 heures. S’il dépasse le timing, il doit immédiatement repartir pour être dans les temps au prochain port. »

Le chargement et déchargement sont dès lors minutieusement planifiés et pilotés par un logiciel qui gère toutes les activités et les emplacements des containers. Le chargement et déchargement se font à l’aide de grues ship-to-shore, des mastodontes de 80 mètres de haut équipés d’un bras d’une longueur de 65 mètres qui manutentionne les containers à une cadence élevée.
 

Le bras de grue, qui traverse le bateau depuis le quai, est appelé ‘flèche’ dans le jargon – une référence au fait que le bras, sous un angle de 45 ou 90°, peut se relever vers le haut pour laisser passer un bateau. Même si ce bras se situe à une hauteur de plus de 55 mètres, le château, la cheminée et les nombreuses antennes présentes sur les porte-containers se trouvent généralement à une hauteur bien plus élevée.
Et il se pose donc un problème : lors du déplacement de la grue sur la longueur du quai, la flèche peut entrer en collision avec le château ou d’autres parties du bateau et occasionner des dégâts. Le grutier, même s’il se trouve tout en haut dans la grue, ne voit pas toujours tout ce qu’il se passe en bas suite aux dimensions des éléments. Parfois, il doit même déplacer des containers trop proches du château sur le bateau.

« Pour éviter les collisions, les grues portuaires sont équipées, en standard, d’un câble qui est tendu des deux côtés de la flèche », explique Bart De Roo, control engineer chez APM Terminals. « Lors d’une collision, c’est donc d’abord le câble qui est touché ce qui stoppe automatiquement la grue. Le problème, c’est que la grue, avec son poids énorme, a une grande inertie. Lorsque les roues sont brusquement freinées au sol, la masse supérieure va balancer, ce qui peut être suffisant pour toucher quelque chose. »

En équipant les grues de scanners laser, APM Terminals a définitivement résolu ce problème. Les scanners ont une portée de 80 mètres et peuvent réagir plus rapidement. Dès que la flèche se trouve à une distance de 9 mètres d’un obstacle, la grue diminue en régime. A une distance de 2 mètres, l’arrêt est total.

“Le grutier peut éventuellement utiliser un ‘collision by-pass’ s’il doit s’approcher de l’obstacle, mais il est bien conscient du risque par cette intervention supplémentaire. »

APM Terminals a réalisé des tests pendant un an avec un scanner laser. Suite aux résultats satisfaisants, six autres grues ont été équipées du système. Les premières expériences de l’entreprise avec un scanner laser concernent une toute autre application, à savoir la surveillance de la porte qui ferme l’accès à la voie ferrée. Suite au fait que plusieurs trains entrants n’avaient pas remarqué à temps que la porte d’accès était fermée, il a été décidé de placer un scanner au-dessus de la porte. Celui-ci détecte les trains entrants et émet une alarme lorsque la porte est fermée.

L’application sur les grues portuaires est d’un tout autre ordre. Pour rester accessibles – la lentille du scanner doit être nettoyée de temps en temps – les scanners ont été placés à hauteur du mât.

Chaque grue est équipée de deux scanners, un de chaque côté. Cela signifie que le scanner doit surveiller une zone d’une longueur de 65 mètres, et une largeur de 9 mètres – la largeur de la zone en baisse de régime. La portée de 80 mètres des scanners laser de SICK n’est pas un luxe dans cette application.
« Et il faut ajouter à cela une résolution très élevée pour détecter les petits composants et même les antennes sur le bateau» continue Bart De Roo. « Nous arrivons, à une vitesse suffisamment élevée, à réagir à temps lors de la détection d’un obstacle.»
 

Etant donné qu’il s’agit d’une application critique, qui doit être certifiée par un organisme de contrôle externe, APM Terminals n’a pas ménagé ses efforts et a passé d’autres possibilités en revue pour améliorer la sécurité.
Bart De Roo : « une solution plus simple aurait été d’utiliser un scanner à point, mais cela n’aurait apporté aucune amélioration. Le câble proche de la flèche est remplacé par un faisceau laser mais le problème aurait subsisté, à savoir que l’obstacle est identifié trop tard. Nous avons aussi testé un radar, mais toute la zone de sécurité ne pouvait pas être couverte. »
« Un avantage supplémentaire des scanners LMS500 utilisés dans cette application, est que l’on a accès à distance, via Ethernet, à tous les paramètres et aux données du scanner. Ces informations sont utilisées dans le système de contrôle qui réceptionne les données, mais on peut aussi renvoyer des paramètres, par exemple lorsque le bras de la grue est relevé à 45° et que le scanner doit surveiller d’autres distances. Cette communication permet aussi de ne pas se déplacer en hauteur pour poser des diagnostics », continue Johan Lepage, branch manager ports chez SICK.

Le scanner dispose d’une cellule photo-électrique qui contrôle si la lentille de l’appareil est suffisamment propre. Par ailleurs, le scanner perçoit une partie du mât de la grue, ce qui est utilisé dans le diagnostic comme référence pour contrôler si l’appareil se trouve précisément à sa place.
 

Maintenant qu’APM Terminals a bien étudié les possibilités de la technique des capteurs, un autre problème a été soulevé concernant la manutention des containers. Sous le câble de la grue se trouve le palonnier de levage auquel les containers sont fixés. « Un problème qui peut se produire, est qu’un palonnier de 40 pieds accroche 2 containers de 20 pieds qui se trouvent côte à côte mais qui ne sont pas fixés l’un à l’autre », explique Steven Lowyck. « Depuis sa position en hauteur dans la grue, le grutier ne perçoit pas toujours s’il s’agit d’un grand container ou de 2 petits, certainement s’ils sont de même couleur et qu’ils se trouvent dans un endroit sombre du bateau.

Le danger, s’il s’agit de 2 containers, c’est qu’ils vont pendre de travers s’ils ne sont pas fixés entre eux, ce qui va voiler le palonnier et peut entraîner la chute des containers. Avec le capteur à ultrasons UM30 placé dans la partie supérieure du palonnier, nous avons réussi à solutionner ce problème car, pendant le levage, le capteur perçoit l’affaissement des containers au centre.
Et sur base de ce capteur, nous avons développé une application qui donne une indication visuelle au grutier, et freine automatiquement le moteur si le palonnier s’approche du côté supérieur d’un container.

De cette manière, on peut travailler plus rapidement et plus précisément, et le grutier, via les capteurs, reçoit un retour d’information sur ce qu’il se passe à plusieurs dizaines de mètres en dessous de lui.