Comment organiser les équipements dans un terminal maritime de conteneurs ?

Les opérations des terminaux de conteneurs peuvent être divisées en trois grandes catégories :

La première catégorie regroupe les opérations liées au chargement et au déchargement des navires et barges. Ces opérations sont réalisées dans la zone d’opérations portuaires.
La seconde catégorie contient l’ensemble des opérations de stockage et de manutention des conteneurs dans la cour ; ces opérations sont effectuées dans la zone de stockage du terminal.
La dernière catégorie d’opérations concerne le transfert des conteneurs vers les modes de transports terrestres. Les opérations de cette catégorie se déroulent dans la zone d’opérations terrestres.

Dans cet article, nous allons aborder l’organisation des équipements au sein des trois grandes catégories d’opérations ci-dessus, dans un terminal maritime de conteneurs.

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La figure ci-dessous représente la disposition d’un terminal maritime spécialisé dans la manutention de conteneurs. Cette disposition représente un terminal qui utilise des ponts roulants et des camions qui tirent des remorques pour le transport interne des conteneurs. Dans un terminal qui utilise des chariots cavaliers, les conteneurs seraient disposés en rangées plutôt qu’en blocs.

1 – La zone d’opérations portuaires

Cette zone comprend un équipement utilisé pour effectuer les opérations de chargement et de déchargement des navires ainsi que les opérations de transport entre le quai et la cour du terminal. Le rôle de cette zone est de servir de point de transfert des conteneurs entre le terminal et les navires.

Le premier type d’équipement utilisé dans cette zone est la grue de quai, qui est utilisée pour le transfert des conteneurs entre les navires et le quai. Cette grue est composée d’une structure d’acier montée sur rails lui permettant de se déplacer le long du quai et d’un pont roulant qui se déplace de l’avant à l’arrière le long d’un mât, ce qui lui permet de soulever les conteneurs du navire pour les poser sur les véhicules de transport interne du terminal.

Bien qu’il existe des grues de quai de diverses grosseurs et de diverses capacités, deux types de grues sont généralement répertoriés : les grues à pont roulant simple et les grues à pont roulant double (Steenken, et col. 2004). La figure ci-après représente une grue de quai à pont roulant simple. Pour ce type de grue, l’ensemble des manutentions est réalisé par l’unique pont roulant. Ce dernier soulève le conteneur du navire et le dépose sur le véhicule de transport interne. Le second type de grue de quai possède l’avantage de réduire le cycle du pont roulant affecté au déchargement du navire. En effet, une plate forme bâtie dans l’empattement de la grue sert de tampon entre le navire et les véhicules de transport. La grue n’a pas à descendre jusqu’au sol ce qui diminue la distance de déplacement verticale du chariot de la grue. De plus, la zone tampon permet d’accumuler quelques conteneurs s’il n’y a pas de véhicule disponible au moment où le conteneur est déchargé du navire. À l’inverse, lors du chargement du navire, la zone tampon permet d’accumuler quelques conteneurs et diminue le risque d’arrêt des équipements.

GRUE DE QUAI

Une fois que les conteneurs sont déchargés, il existe deux cheminements possibles pour ceux-ci. La première possibilité, la plus répandue, consiste à déposer le conteneur sur un véhicule de transport interne du terminal, qui transportera le conteneur jusqu’à la position de stockage qui lui a été assignée. Le conteneur demeurera stocké ainsi, jusqu’à ce qu’il soit sur un autre mode de transport pour être livré au client final de la chaîne de transport. La seconde possibilité consiste à effectuer un transfert direct vers un autre mode de transport en chargeant le conteneur sur un train ou un camion à la base de la grue de quai. L’objectif de cette forme d’organisation des opérations est de diminuer l’espace d’entreposage nécessaire et d’accélérer la livraison du conteneur au client. Bien qu’il ait été populaire à une certaine époque, ce concept est aujourd’hui très peu répandu puisque la coordination des trains et des camions avec les opérations de chargement et déchargement des navires s’avère très complexe.

Tel que mentionné auparavant, dans les cas où un système d’opérations avec transferts indirects est utilisé, des véhicules sont nécessaires pour le transport des conteneurs à l’intérieur du terminal. Pour ces transports internes, Steenken et col. (2004) définissent deux catégories de véhicules : les véhicules passifs et les véhicules actifs. Dans le premier cas, les véhicules n’ont qu’une fonction de transport et ils ne possèdent pas la capacité de soulever les conteneurs, ce que le second type de véhicule est en mesure de faire.

Il existe principalement deux types de véhicules passifs : les véhicules automatisés et les véhicules non automatisés. Les véhicules automatisés consistent en une plate forme de transport guidée électroniquement capable de porter l’équivalent de deux Équivalents Vingt Pied (EVP) à la fois. La mise en place d’un système de transport automatisé implique des investissements importants, ce qui explique le nombre restreint de terminaux qui les utilisent.

VÉHICULES A GUIDAGE AUTOMATISE

L’alternative consiste à utiliser un système de remorques tirées par des camions opérés par des employés du terminal. Les remorques ont la capacité de transporter deux EVP ou un conteneur aux dimensions excédentaires à la norme ISO de quarante pieds, comme les quarante-cinq pieds, qui sont de plus en plus utilisés. Afin d’augmenter la productivité de chaque déplacement de camion, certains terminaux ont mis en place des systèmes à remorques multiples. C’est notamment le cas du Port de Rotterdam (Hollande), qui utilise ce système pour les transports inter-terminaux. Ces trains de remorques permettent le transport de dix EVP à la fois (Ottjes et col. 1996). Par contre, ces systèmes ne peuvent pas être mis en place dans tous les ports, puisque les conventions collectives des employés de la majorité des ports américains ne le permettent pas (Ioannou et col. 2000).

D’autres systèmes passifs de transport des conteneurs ont été imaginés, mais ils ne sont que peu ou pas développés. Parmi ceux-ci, les systèmes de convoyeurs à moteurs linéaires (linear motor conveyance system) offrent des perspectives intéressantes (loannou et col. 2000). Le seul prototype existant d’un tel système est celui du terminal Eurokai du Port de Hambourg en Allemagne. Le principe de ce système consiste à bâtir une infrastructure de rails sur lesquels circulent les plate formes de transport des conteneurs. La principale différence avec les véhicules guidés automatiquement est que les plate formes peuvent effectuer des virages à angle droit. Donc, les plate formes nécessitent moins d’espace que les véhicules guidés automatiquement pour effectuer un virage. Le principal avantage de ce type d’organisation, par rapport à un système de transport automatisé conventionnel, se situe au niveau des coûts d’entretien, puisque les coûts de l’investissement initial et les coûts d’opérations sont comparables (laonnou et col. 2000).

La seconde classe de véhicules de transport interne se différencie de la première par son autonomie d’opération pour le déplacement des conteneurs. En effet, les chariots cavaliers n’ont pas besoin de l’intervention d’une tierce machinerie pour soulever le conteneur, puisqu’ils possèdent un treuil dans leur empattement leur permettant de le lever.

Comme dans la forme précédente d’organisation du transport interne, il existe des chariots cavaliers automatisés et non automatisés. Cette forme de terminal automatisé est moins répandue, le seul système de la sorte répertorié en 2004 était celui de Patrick Terminal/Brisbane, en Australie (Steenken et col. 2004). L’utilisation de chariots cavaliers, qu’ils soient automatisés ou non, entraîne d’importantes modifications à la configuration de la cour d’un terminal, comme il sera présenté à la section suivante.

CHARIOT CAVALIER

2 – La zone de stockage du terminal

La zone de stockage du terminal est la zone où sont entreposés les conteneurs lorsqu’ils sont déchargés des navires ou en attente d’être chargés. Le rôle de cette zone est de servir de tampon afin d’absorber temporairement les flux de conteneurs en provenance et à destination des navires et des autres modes de transport. De plus, la zone de stockage du terminal sert aussi de point de triage des conteneurs. En effet, les conteneurs qui sont entreposés dans cette zone, sont triés selon divers critères afin de simplifier les opérations des autres zones.

Les activités au sein de cette zone sont généralement organisées en fonction du statut des conteneurs. Les conteneurs en attente d’être chargés sur un navire se retrouvent, dans la plupart des cas, près de la zone d’opérations portuaires, soit près des grues de quai. La raison de cet emplacement est qu’il permet de diminuer la distance parcourue par les véhicules de transport interne lors des opérations de chargement du navire, ce qui diminue la probabilité qu’une grue de quai se retrouve en position d’attente. Quant à eux, les conteneurs déchargés du navire, qui quitteront le terminal par transport ferroviaire, seront entreposés près des voies ferrées de façon à diminuer la distance à parcourir lors du chargement des trains. L’espace restant de la zone sera utilisé pour l’entreposage des conteneurs vides et des conteneurs déchargés des navires qui quitteront le terminal par transport routier.

Afin d’effectuer les manutentions au sein de cette zone, plusieurs équipements peuvent être utilisés. Parmi ceux-ci, on retrouve les chariots cavaliers qui sont aussi utilisés pour le transport entre le quai et la zone de stockage. Une autre option est l’utilisation de ponts roulants sur pneumatiques. Celui-ci ressemble à un chariot cavalier, mais possède un empattement beaucoup plus large qui lui permet de circuler au-dessus de blocs de conteneurs, comparativement au chariot cavalier qui peut seulement circuler au-dessus de rangées de conteneurs. Par contre, ce type d’équipement ne peut pas être utilisé pour le transport de conteneurs puisque son large empattement réduit considérablement sa mobilité.

Une variante à ce type de grue est le pont roulant sur rails, qui est identique au premier type à l’exception qu’il circule sur des rails plutôt que des pneus. Bien que ce système soit moins flexible que le premier, il permet d’augmenter considérablement la hauteur et la largeur des piles et il est présentement possible d’automatiser son fonctionnement.

PONT ROULANT

Une alternative à ces équipements est l’utilisation de chariots élévateurs. À l’intérieur de cette catégorie, on retrouve les chariots à prise par le haut (toplift), les chariots à prise par le haut avec mat télescopique (reachstacker) et les chariots à fourches (jorklift). Par contre, ces équipements sont moins utilisés pour la manutention des conteneurs pleins, puisqu’ils nécessitent un espace plus grand entre les blocs de conteneurs. Ils sont beaucoup plus utilisés pour la manutention des conteneurs vides, puisque leur coût d’acquisition est moins important que celui des ponts roulants.

CHARIOTS ELEVATEURS

Il existe plusieurs stratégies pour la gestion des conteneurs à l’intérieur de la zone de stockage d’un terminal maritime de conteneurs. Günther et Kim (2005) identifient deux types de stratégies pour le stockage de conteneurs : les systèmes de stockage direct et les systèmes de stockage indirect. Un système de stockage direct utilise les mêmes équipements pour le transport et le stockage des conteneurs, tandis qu’un système indirect utilise des équipements différents pour exécuter les deux tâches. Une forme de stockage direct consiste à déposer les conteneurs sur des remorques et à stocker les remorques dans la cour. Par contre, ce mode de stockage est en voie de disparition puisqu’il nécessite de grands espaces ; espaces qui se font rares due aux quantités importantes de conteneurs à traiter et à la croissance des restrictions environnementales au développement de nouveaux terminaux (Leach 2005). Les opérateurs de terminaux de conteneurs doivent donc se tourner vers des stratégies qui permettent d’augmenter la densité de conteneurs dans la cour du terminal.

Une de ces stratégies consiste à utiliser un système de transport avec des chariots cavaliers. La disposition du terminal consistera donc en plusieurs rangées de conteneurs avec entre chaque rangée l’espace suffisant pour les pattes des chariots, afin que ceux-ci puissent circuler au-dessus de la pile. Ce type d’organisation de la cour permet une meilleure utilisation de l’espace que le système sur remorque, mais la disposition des conteneurs en rangées ne permet pas les gains dus à la densité des conteneurs que permet un système de transfert indirect. L’utilisation de chariots cavaliers, tout comme le stockage de conteneurs sur des remorques, est un système de transfert direct, puisque le même équipement est utilisé pour le transport et le stockage des conteneurs.

La stratégie la plus répandue pour le stockage des conteneurs est le système de transfert indirect utilisant des ponts roulants sur pneumatiques. Dans ce type de configuration, les conteneurs sont empilés en blocs selon leur provenance et/ou leur destination ainsi que selon leurs caractéristiques (longueur, poids, conteneur réfrigéré, …etc). Les ponts roulants circulent au-dessus des piles et effectuent les transferts entre les piles et les véhicules de transport interne.

Une autre stratégie de transfert indirect utilise une configuration similaire, mais avec des équipements de manutention différents. Ces équipements sont les chariots à prise par le haut (toplift), les chariots à prise par le haut avec mat télescopique (reachstacker) et les chariots à fourches (forklift).

Peu importe la stratégie utilisée, la superposition de conteneurs, bien qu’elle permette une meilleure utilisation de l’espace, entraîne le risque d’avoir à remanier les conteneurs. Un remaniement est nécessaire lorsqu’un conteneur est situé sous un autre conteneur. Par exemple, le conteneur A de la figure ci-dessous est directement accessible, tandis que l’extraction du conteneur B nécessite un remaniement du conteneur C. Des piles de conteneurs élevés entraînent une plus grande probabilité d’avoir à effectuer des remaniements.

Dans le but d’éviter ces remaniements, des concepts de système d’entreposage et extraction automatisé (automated storage/retrieval system) ont été développés. Ces systèmes consistent en une structure d’entreposage de plusieurs étages à l’intérieur de laquelle un système automatisé, de cueillette et de dépôt des conteneurs, permet de manipuler uniquement le conteneur désiré. La localisation et la manutention des conteneurs à l’intérieur de la structure sont gérés par le système de contrôle du système. Un système d’entreposage et d’extraction automatisé remplacerait un bloc de conteneur dans un terminal traditionnel. À l’heure actuelle, la seule application existante de ce système est au port de Hong Kong. Par contre, le système n’a pas été mis en place dans le contexte d’opération d’un terminal, puisqu’il est situé à l’extérieur des terminaux et qu’il est utilisé pour le stockage des conteneurs vides seulement.

3 – La zone d’opérations terrestres

La zone d’opérations terrestres est la zone où sont effectuées toutes les opérations de réception et d’expédition des conteneurs provenant de trains, de camions et de barges. Le rôle de cette zone est de servir d’interface entre le terminal et les moyens de transport précédemment mentionnés. De plus, ce rôle d’interface implique que c’est cette zone qui est responsable de la gestion des entrées et sorties des trains et des camions.

Les équipements utilisés pour la manutention des conteneurs dans cette zone dépendent du système de transfert qui a été choisi dans la zone de stockage du terminal. En effet, les terminaux maritimes de conteneurs utilisent généralement le même type d’équipement dans les deux zones. Cette concordance des systèmes de transfert a pour but de maximiser l’utilisation des équipements. Pour ce qui est de la gestion des entrées et sorties des camions, elle se fait via la guérite du terminal. Celle-ci consiste en une zone assortie de plusieurs voies d’accès au terminal.

GUÉRITE TERMINAL A CONTENEURS

En ce qui concerne les opérations sur les camions, la première étape est de gérer l’entrée et la sortie de ceux-ci du terminal. La formule classique pour la gestion de ces opérations consiste à avoir des employés postés aux différentes voies d’accès de la guérite qui valident la concordance de la documentation avec le conteneur chargé sur le camion. Récemment, des systèmes d’automatisation des opérations de la guérite ont été développés. Ces systèmes reposent sur l’utilisation de caméras numériques et de logiciels de reconnaissance optique des caractères. Un portail situé dans la file d’attente de la guérite prend une série de photos du conteneur et du camion sous différents angles. Le logiciel de reconnaissance optique des caractères utilise les photos pour déterminer le numéro du conteneur et de l’immatriculation du camion. Ces informations sont acheminées à une base de données qui envoie une autorisation d’accès au terminal si les informations concordent. Le processus est le même à la sortie du terminal, à l’exception que le portail se trouve à l’ intérieur du terminal.

Outre le contrôle des entrées et sorties de camions du terminal, la zone d’opérations terrestre est aussi le lieu du terminal où se déroulent les opérations sur ces camions. Selon le type d’organisation de la cour et le type d’équipement de transport interne qui a été choisi, ces opérations seront différentes pour les conteneurs reçus/expédiés par camions. En effet, si la cour est organisée en blocs de conteneurs, le camion est chargé/déchargé près de la pile où le conteneur est entreposé. Par contre, dans le cas où le terminal utiliserait des chariots cavaliers, une zone de manutention doit être aménagée. Dans celle-ci, les camions sont déchargés par les chariots cavaliers qui transportent ensuite le conteneur jusqu’à son emplacement d’entreposage (Steenken et col. 2004). Dans le cas d’un chargement, la séquence d’opérations est inversée.

En ce qui a trait aux trains, la gestion des entrées et sorties du terminal s’effectue aussi au sein de la zone d’opérations terrestres. Par contre, dû aux fréquences plus faibles des mouvements de trains, la gestion de ceux-ci s’avère plus simple que la gestion des entrées et sorties de camions. C’est pourquoi les mouvements sont gérés à partir d’horaires établis par l’opérateur du chemin de fer qui confirme les mouvements de trains avec le terminal. Les opérations de chargement et de déchargement des trains sont généralement effectuées par des ponts roulants et le transport des conteneurs entre la pile et les wagons est effectué par des chariots cavaliers, des camions ou des véhicules guidés automatiquement. Certains terminaux qui ont mis en place un système de transfert direct utilisant des chariots cavaliers, utilisent aussi ceux-ci pour les opérations sur les trains (Steenken et col. 2004).

La zone d’opérations terrestres est aussi le lieu où sont parfois réalisées les opérations de déchargement et de chargement des barges. En effet, bien que les barges constituent un moyen de transport pour la distribution régionale des produits, au point de vue opérationnel, le chargement et le déchargement de celles-ci se font de la même façon que les transbordements sur les navires océaniques. Donc, dans certains terminaux, les opérations sur les barges sont réalisées dans la zone d’opérations portuaires. Par contre, dans d’autres cas, une section du terminal est aménagée pour les opérations sur les barges dans la zone d’opérations terrestres. Une telle section est semblable à la zone d’opérations portuaires, mais les grues de quais utilisées sont plus petites, afin de diminuer les coûts d’exploitation.

La zone d’opérations terrestres peut constituer un terminal spécialisé à l’intérieur du port, mais externe au terminal maritime. Cette forme d’organisation permet de spécialiser une section du port dans la manutention d’un certain type de mode de transport, mais occasionne des transports entre les terminaux, comme c’est le cas au terminal Maasvlakte du Port de Rotterdam (Ottjes et col. 1996).

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