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ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY – CALAVI
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DEPARTEMENT DE GENIE MECANIQUE ET ENERGETIQUE
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Option : Energétique
MEMOIRE DE FIN DE FORMATION POUR L’OBTENTION DU DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION
Rédigé par :
Abdul-Haki A. A. AMOUSSA
Présenté et soutenu publiquement le Vendredi 29 Mars 2019 devant le jury composé de Président : Professeur Christophe AWANTO, Enseignant à l’EPAC ;
Membres : 1- Docteur Edmond VODOUNNOU, Enseignant à l’EPAC ;
2-Professeur Clément AHOUANNOU, Superviseur ; 3- Ir Firmin AKAKPO, Tuteur.
ANNEE ACADEMIQUE : 2017-2018 11 PROMOTION
ETUDE ET DIMENSIONNEMENT D’UNE INSTALLATION DE
CONDITIONNEMENT D’AIR POUR LA CONSERVATION DE LA
SEMOULE DE BLE : CAS DE LA SOCIETE ALPHA-BENIN S.A.S.
<<Il faut toujours viser la lune, car même en cas d’échec, on atterrit dans les étoiles >>
Oscar Wilde
Je dédie ce modeste travail à :
➢ Ma mère, Ricikatou OSSENI ;
➢ Mon père, Sakariaou AMOUSSA ;
➢ Mes sœurs, Fouwad et Nafissath ;
Louange à Dieu, le tout puissant qui m’a donné la foi, la santé et le courage pour pouvoir réaliser ce mémoire.
Ma profonde gratitude va à l’endroit du Professeur Clément AHOUANNOU, Dr, Ir., Maitre de conférences des Universités du CAMES, pour m’avoir fait l’honneur de diriger ce mémoire nonobstant ses innombrables occupations. Qu’il veuille bien accepter l’expression de mon profond respect.
Je tiens à remercier vivement Monsieur Firmin Yao AKAKPO, chef Service Electricité, et Monsieur Arnaud KOTCHOFA, Directeur Technique à Alpha-Bénin S.A.S. Je leur exprime ici ma gratitude et ma reconnaissance pour avoir guidé ce travail avec patience, confiance et assiduité.
Je remercie également,
− Professeur Guy Alain ALITONOU, Directeur de l’EPAC pour tous les efforts consentis pour la bonne marche de notre prestigieuse école ;
− Dr Vincent PRODJINONTO, Chef du Département de Génie Mécanique et Energétique de l’EPAC, pour votre détermination à nous offrir une formation de qualité ;
− Messieurs Georges HEYIHIN et Berléo APOVO, enseignants à l’EPAC ;
− Madame Fatme ZEINRIHARD, Présidente Directrice Générale de Alpha-Bénin S.A.S., pour m’avoir accepté dans sa société ;
− Monsieur Bonaventure TOGBE, Chef Service Qualité pour les utiles conseils et le suivi indéfectible dont il m’a fait bénéficier tout le long de mon travail ;
− Tous les travailleurs à divers niveaux de Alpha-Bénin S.A.S. en général, et ceux du Service Mécanique qui m’ont permis d’acquérir de nombreuses connaissances techniques et pratiques en leur compagnie.
Abstract ... v
Symboles ... vi
Table des figures ... viii
Liste des tableaux ... ix
Introduction Générale ... 1
Chapitre I Cadre de l’étude ... 3
I.1. Présentation d’Alpha-Bénin S.A.S ... 4
I.2. Processus de fabrication des pâtes alimentaires MATANTI ... 7
I.3. Présentation du projet ... 9
I.4. Conclusion ... 12
Chapitre II Etude Bibliographique ... 13
II.1. Notion sur les aliments ... 14
II.2. Conditionnement d’ambiance ... 23
II.3. Conclusion ... 27
Chapitre III Étude et dimensionnement du système de conditionnement d’air pour le stockage de la semoule de blé ... 29
III.1. Présentation du local de stockage ... 30
III.2. Conditions de stockage ... 35
III.3. Bilan thermique du local ... 40
III.4. Dimensionnement du système traitement d’air ... 52
III.5. Dimensionnement du réseau aéraulique ... 65
III.6. Production d’eau glacée ... 75
III.7. Choix des Equipements ... 77
III.8. Conclusion ... 83
Chapitre IV Maintenance préventive ... 85
IV.1. Considérations générales ... 86
IV.2. Découpage fonctionnel ... 87
IV.3. Déroulement de la procédure de la maintenance ... 88
IV.4. Quelques actions de maintenances ... 90
IV.5. Conclusion ... 92
Conclusion générale et perspectives... 93
Références bibliographiques ... 95 Annexe ... xcviii
Résumé
L’objectif de cette étude est de dimensionner une installation de conditionnement d’air pour la conservation de semoule de blé. Les problèmes, liés au stockage et à la conservation de la semoule de blé, sont traités dans ce rapport de mémoire.
Les principaux risques de dégradation pendant le stockage des grains et de ses dérivés sont essentiellement fonction de l’humidité relative et de la température de conservation. Ces deux paramètres conditionnent le développement des microorganismes et des insectes dans les aliments. La maîtrise de ces paramètres permet d’optimiser la durée du stockage et de conserver les aliments dans un bon état.
A cet effet, un système pour le conditionnement de l’air du local de stockage de la semoule de blé de l’usine de production de la société Alpha-Bénin S.A.S. a été conçu et dimensionné. Ce local, implanté dans une ambiance extérieure de 32°C de température et de 83% d’humidité relative, est maintenu à une température de 24°C et à une humidité relative de 50%.
L’étude technique a révélé qu’il faudra envoyer dans ce local un mélange d’air, constitué de 0,26𝑘𝑔air/s d’air neuf et de 20,50𝑘𝑔air/s d’air repris du local, refroidit et déshumidifié à l’aide d’une batterie froide à eau glacée de 443𝑘𝑊 de puissance frigorifique et traversée par de l’eau froide à un débit de 21,20𝑘𝑔eau/s. Cette eau froide est produite à 3°C par un groupe de production d’eau glacée, de puissance frigorifique nominale de 443𝑘𝑊.
Mots clés
Air humide, Conditionnement d’air, Eau Glacée, Semoule de blé.
Abstract
The objective of this study is to design an air conditioning system for the conservation of wheat semolina. The problems, related to the storage and conservation of wheat semolina, are addressed in this memory report.
The main risks of degradation during storage of grains and their derivatives are essentially a function of relative humidity and storage temperature. These two parameters determine the development of microorganisms and insects in food. The control of these parameters allows to optimize the storage time and to keep the food in a good state.
To this end, an air conditioning system for the wheat semolina storage room of Alpha-Benin S.A.S. production plant has been designed and sized. This room, located in an outdoor environment with a temperature of 32°C and a relative humidity of 83%, is maintained at a temperature of 24°C and a relative humidity of 50%.
The technical study revealed that it will be necessary to send a mixture of air into this room, consisting of fresh air and air taken from the room, cooled and dehumidified using a chilled water chiller with a cooling capacity of 443𝑘𝑊 and crossed by cold water at a flow rate of 21,20𝑘𝑔eau/s. This cold water is produced at 3°C by a chilled water production unit with a nominal cooling capacity of 443𝑘𝑊.
Key words
Air conditioning, Humid air, Ice water, Wheat semolina.
Symboles
Symbole Unité Définitions
𝐴𝑤 % Activité de l’eau
𝑚 Kg Masse
𝜔 𝑘𝑔𝑒𝑎𝑢/𝑘𝑔𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑖𝑡 Teneur en eau
𝜀 % Humidité relative
𝑇 °𝐶 Température
𝛥𝑇𝑠 °𝐶 Écart de température au
soufflage
𝐻 kJ/kg Enthalpie spécifique
𝜙 𝑊 Flux de chaleur
K 𝑊 𝑚⁄ 2. 𝐶 Coefficient global de
transmission thermique
𝑆 𝑚2 Surface
𝜆 𝑊 𝑚⁄ . 𝐶 Coefficient de conductivité
thermique
ℎ 𝑊 𝑚⁄ 2. 𝐶 Coefficients de transfert de
chaleur par convection
𝑒 𝑚 Epaisseur
𝛼 Coefficient d’absorption
pariétale
𝐹 Facteur de rayonnement
𝑅𝑚 𝑊 𝑚⁄ 2 Rayonnement solaire
𝑐 𝑘𝑐𝑎𝑙. 𝑘𝑔−1. °𝐶−1 Chaleur spécifique du blé
𝑞𝑚 𝑘𝑔/𝑠 Débit massique
𝑣 𝑚3/𝑘𝑔 Volume massique
𝑞𝑣 𝑚3⁄ℎ Débit volumique
𝑤 m/s Vitesse
𝑗 𝑃𝑎/𝑚 Perte de charges unitaire
𝑑 𝑚 Diamètre
𝜁 Coefficient de singularité
𝜌 𝑘𝑔/𝑚3 Masse volumique
𝐿 𝑚 Longueur droite de tronçon
Δ𝑃𝑆 𝑃𝑎 Pertes de charge statiques
𝐶p 𝑘𝐽 𝑘𝑔⁄ . 𝐾 Capacité thermique
massique
Indices
𝑓 Finale 𝑖 Initiale 𝑆 Sensible 𝑡𝑟 Transmis 𝑒𝑥𝑡 Extérieur int Intérieur
𝑅𝑚 Rayonnement solaire 𝑝𝑡 personnel technique 𝑎𝑖𝑛𝑡 Air intérieur
é𝑐𝑙 Éclairage
𝐿 Latente
𝑒𝑞 Équilibre
𝐵𝐹 Batterie froide
Table des figures
Figure I.1 : Organigramme d’Alpha-Bénin S.A.S. ... 5
Figure I.2 : Diagramme ‘’Bête à cornes’’ ... 10
Figure I.3 : diagramme des fonctions ... 11
Figure II.1 : Schéma d’une coupe longitudinale d’un grain de blé dur ... 15
Figure II.2 : Influence de l’activité de l’eau sur les diverses réactions de dégradation des produits alimentaires lors de la conservation ... 18
Figure II.3 : Isotherme de sorption du blé ... 20
Figure II.4 : Exemple de composition d’une centrale de traitement d’air ... 25
Figure II.5 : Batterie froide... 26
Figure III.1 : Plan du local de l’étude ... 30
Figure III.2 : Vue 3d isolé de la semoulerie ... 31
Figure III.3 : Plan 2D façades semoulerie ... 31
Figure III.4 : Aménagement intérieur de la semoulerie ... 34
Figure III.5 : Evolution de la température de la semoule de blé ... 36
Figure III.6 : Courbe de l’hystérèse du blé (Labuza, 1984) ... 37
Figure III.7 : diagramme de conservation des céréales ... 39
Figure III.8 : Part de chaque apport thermique dans le bilan thermique total ... 49
Figure III.9 : Part des apports thermiques à travers les parois ... 50
Figure III.10 : Nature des échanges de chaleur à travers la toiture ... 51
Figure III.11 : Vue générale d’un circuit d’air ... 53
Figure III.12 : Diagramme de l’air humide pour le mélange d’air ... 62
Figure III.13: Diagramme de l’air humide sur la batterie froide ... 63
Figure III.14 : Diagramme de l’air humide de la CTA ... 64
Figure III.16 : Schéma d’implantation du réseau de gaines ... 66
Figure III.17 : Abaque des pertes de charge dans les gaines circulaires ... 72
Figure III.18 : Abaque donnant le diamètre équivalent d’un conduit rectangulaire pour un même débit et une même perte de charge ... 73
Figure IV.1 : Découpage fonctionnel du système de traitement d’air ... 87
Figure IV.2 : Procédure de la maintenance préventive ... 88
Figure IV.3 : Procédure de la maintenance corrective du matériel ... 90
Liste des tableaux
Tableau III-1: Caractéristiques des parois ... 32
Tableau III-2 : Machines et équipements ... 34
Tableau III-3 : Activité de l’eau minimale permettant la croissance des micro-organismes ... 37
Tableau III-4 : Valeurs des coefficients d’échanges convectifs intérieurs ... 41
Tableau III-5: Coefficient d’absorption « α » pour murs, toits et fenêtres ... 42
Tableau III-6 : Facteur de rayonnement solaire ... 42
Tableau III-7 : Conditions climatiques de base ... 45
Tableau III-8 : Coefficient global de transmission de chaleur ... 46
Tableau III-9 : Apport de chaleur par transmission à travers les parois ... 47
Tableau III-10 : Coefficient d’absorption et Facteur de rayonnement solaire ... 47
Tableau III-11 : Apports internes ... 48
Tableau III-12 : Total des gains ... 48
Tableau III-13 : Total des gains optimisés ... 52
Tableau III-14 : Etat de l’air neuf ... 53
Tableau III-15 : Etat de l’air recyclé ... 54
Tableau III-16 : Etat de l’air soufflé ... 57
Tableau III-17 : Etat de l’air mélangé ... 58
Tableau III-18 : Caractéristiques aéraulique de la centrale de traitement d’air ... 60
Tableau III-19 : caractéristiques de la batterie froide ... 61
Tableau III-20 : débits d’air dans les tronçons secondaires ... 68
Tableau III-21 : débits d’air dans les tronçons principaux ... 68
Tableau III-22 : Caractéristiques des tronçons principaux ... 69
Tableau III-23 : Caractéristiques des tronçons secondaires ... 69
Tableau III-24 : Perte de charge des tronçons principaux ... 70
Tableau III-25 : Perte de charge des tronçons secondaires ... 70
Tableau III-26 : Perte de charge du tronçon secondaire D1-D6 ... 71
Tableau III-27 : Caractéristiques du Groupe de Production Eau Glacée ... 75
Tableau III-28 : Caractéristiques générales du groupe de production d’eau glacée existant ... 76
Tableau III-29 : Puissance frigorifique absorbée sur chaque ligne de production (source Alpha-Bénin S.A.S) ... 77
Tableau III-30 : Conditions de sélection des équipements ... 78
Tableau III-31 : DEVIS-OFFRE GROUPE ET CTA ... 79
Tableau III-32 : Devis pose de plafond en polyuréthane ... 80
Tableau III-33 : Devis réseau de gaine ... 80
Tableau III-34 : Détail sur l’investissement ... 81
Tableau III-35 : Détail bénéfices sur investissement ... 82
Introduction Générale
L’alimentation est un besoin fondamental pour la vie. L’agriculture, l’élevage et la pêche fournissent à l’homme une variété de produits qui doivent être conservés pour être consommés sur une plus longue période. Dans la recherche de l’amélioration des conditions d’une alimentation saine, problème crucial dans les pays en voie de développement et particulièrement en Afrique, différentes solutions ont déjà été mises en œuvre : accroissement des surfaces cultivées, augmentation du rendement à l’hectare, relèvement du taux des importations, augmentation de la capacité de productions et de transformation des industries agro-alimentaires. Bien que cette préoccupation soit indispensable, il faudra de même pour l’équilibre alimentaire, préserver la qualité nutritionnelle des aliments. Cette dernière est directement liée à l’amélioration des techniques de conservation, de transformation des denrées ((CIT), 1979). Cela passe par la mise en place d’opérations destinées à assurer à l’aliment une bonne qualité en les rendant attractif, comestibles, délicieux et nutritifs pour le consommateur.
La problématique des industries agroalimentaires, en tant que producteur, est en conséquence très spécifique. Elles ont pour prérogative d’élaborer des produits de goûts et de textures constants à partir de matières premières vivantes fluctuantes, de faire face à la contrainte sur la durée de vie de la matière première souvent considérée comme courte par rapport à d’autres secteurs industriels, et enfin de maîtriser la sécurité sanitaire tant de la matière première que des produits finis (Richer, 2009).
C’est dans cette optique que Alpha-Bénin S.A.S., industrie de fabrication des pâtes alimentaires ‘‘Matantie’’, s’appuie pour sa production, sur des semoules issues de blé dur de diverses origines et de premier choix. N’étant cependant pas en marge des problèmes susmentionnés, elle désire améliorer les conditions de stockage et de conservation de sa matière première.
La présente étude s’inscrit dans cette démarche à travers le dimensionnement d’un système de conditionnement d’air pour le local de stockage de la semoule de blé de l’usine de production de la société Alpha-Bénin S.A.S., afin d’assurer les bonnes conditions de conservation. La démarche de résolution du problème est présentée en quatre chapitres.
Dans le premier chapitre, il est abordé une présentation du cadre de l’étude. Il prend en compte la présentation de la structure d’accueil ainsi que ses objectifs.
Le deuxième chapitre présente, au travers d’une étude bibliographique, les problématiques liées à la conservation des aliments d’une part et le conditionnement d’air comme moyen de conservation en milieu industriel de ces aliments d’autre part.
Le troisième chapitre est consacré au dimensionnement du système de conditionnement d’air.
Nous abordons dans le dernier chapitre la politique de maintenance à adopter pour assurer la durabilité et la fiabilité du système.
I Chapitre I
Cadre de l’étude
Introduction
Ce chapitre est consacré à la présentation de la structure d’accueil puis à l’énoncé du projet d’étude. Il est compartimenté en trois parties à savoir : la présentation de l’organisme Alpha-Bénin S.A.S., la description du processus de fabrication des pâtes alimentaires ‘’Matanti’’, et enfin l’énoncé du projet d’étude
I.1. Présentation d’Alpha-Bénin S.A.S I.1.1. Historique d’Alpha-Bénin S.A.S
Née de la vision et de l’ambition d’un Homme de créer une industrie ultra moderne de production de pâtes alimentaires, à l’instar des grandes marques occidentales, Alpha- Bénin S.A.S. est une entreprise de droit béninois qui produit et commercialise les pâtes alimentaires ‘‘Matanti’’. Elle est située dans la Zone franche industrielle de Sèmè-Podji (ZFI) et occupe une superficie d’environ 12000 m2. Les travaux de construction de l’usine de production ont débuté en septembre 2009 et en Novembre 2011 les premières pâtes alimentaires 100% blé dur « fabriquées au Bénin » ont été produites.
I.1.2. Présentation de la direction industrielle d’Alpha-Bénin S.A.S.
Afin d’atteindre ses objectifs et de se positionner en tant qu’industrie de référence, Alpha-Bénin S.A.S. s’est dotée d’une organisation opérationnelle dynamique présentée à la figure I.1.
L’organigramme permet de recenser en dehors de la Direction Générale, quatre directions de service dont la direction industrielle à laquelle nous nous sommes intéressés dans la suite du document.
• Directeur de Production
Le directeur de production met en place l’organisation et pilote la production dans le respect des plans de charge (quantités, volumes, rythme de production) pour les différentes lignes de production de l’usine mais aussi dans le respect des contraintes de coûts, qualité, délais. Il définit la stratégie de fabrication des gammes de produits et veille à la performance globale de la production.
Figure I.1 : Organigramme d’Alpha-Bénin S.A.S.
• Service qualité
La fonction qualité est garante de la conformité règlementaire de la production de l’entreprise et de la pertinence du process. A ce titre, le service qualité contrôle la qualité des matières premières et produits en cours de fabrication et les produits finis et leur conformité à un cahier de charges précisant les normes et règles à respecter. Il veille également à la propreté de l’usine.
• Bureau des Méthodes (BM)
Le Bureau des Méthodes est l’un des maillons forts de l’usine, car il sert d’interface entre les agents d’exploitation et les services de maintenance. À Alpha-Bénin S.A.S., le Bureau des Méthodes s’occupe de la gestion des demandes d’intervention. Il émet également les ordres de travail, centralise les données et s’assure de la réalisation effective des différents travaux et taches de maintenance.
• Service électrique et automatisme
Spécifiquement à Alpha-Bénin S.A.S., les domaines de l’énergie électrique et de l´automatisme sont gérés par un seul service. Les tâches sont diverses et variées : le changement d’un contacteur ou d’un variateur de vitesse, la reprogrammation d’un automate, la maintenance des climatiseurs et moteurs électriques, le changement de
Assistante de Direction Service Achat Service Informatique
Service Transit Controleur de Gestion
DIRECTION GENERALE
Directeur Industriel Directeur des Ressources Humaines Directeur Commercial Directeur Administratif et Financier Directeur Logistique
Directeur de Production Service Qualité Directeur Technique
Bureau des Méthodes Service Mécanique
Service Electrique Garage Mécanique Traveaus Généraux
capteurs défectueux. C’est un service d’une importance stratégique en raison du caractère très automatisé des installations et donc de la grande délicatesse que requiert leur entretien.
• Service mécanique
Ce service assure la mise en état et les travaux de maintenance mécanique de tous les équipements de production et des infrastructures de l’usine. Du groupe électrogène Perkins 1000kVA jusqu’aux ensacheuses en passant par les lignes de production, aucun équipement n’échappe au contrôle et à la dextérité des hommes de ce service. Ces contrôles sont périodiques et s’effectuent suivant le plan de maintenance préventive programmé par le bureau des méthodes. Ce service est notre service d’accueil pour le stage.
Entre autres travaux effectués, nous pouvons citer :
− Prise de relevés vibratoires des équipements de production ;
− Graissage, vérification des roulements (remplacement si nécessaire) ou des paliers des équipements de production ;
− Entretien des systèmes pneumatiques ;
− Vérifications et appoints d’air dans les bombonnes surpresseurs ;
− Entretiens ventilateurs, inspection des roulements moteurs (remplacement si nécessaire) ;
• Service garage mécanique
L’usine dispose de son propre parc de véhicules : camions, chariots élévateurs, utilitaires, bus de transport... Le service garage garantit le bon fonctionnement de ces moyens en assurant diligemment leur maintenance en cas de défaillance.
• Travaux généraux
Le service assure l’entretien des bâtiments. Il intervient dans la réparation des dégradations : les toitures, la peinture, la maçonnerie, la menuiserie, la plomberie. Le service des travaux généraux porte une attention, particulière aux commodités de travail.
Il préserve la bonne présentation des locaux qui abritent l´usine.
I.2. Processus de fabrication des pâtes alimentaires MATANTI
Alpha-Bénin S.A.S. propose à sa clientèle deux gammes de produits que sont les pâtes longues (PL) et les pâtes courtes (PC). La fabrication de ces pâtes passe par différentes étapes développées dans cette section.
I.2.1. Processus de fabrication des Pâtes Longues (PL)
L’usine produit différentes tailles de pâtes longues (1.1, 1.2, 1.5 ; etc.). La fabrication de cette gamme de pâtes implique les étapes suivantes : le pétrissage, le tréfilage, le pré- séchage, le séchage, l’humidification, le refroidissement, le stockage et le conditionnement.
• Pétrissage
De l’eau chauffée (35-40°C) est ajoutée selon un dosage précis à la semoule dans un pré-mélangeur creux afin d’obtenir une pâte ayant une teneur en eau approximative de 31%. Dans la presse comportant un système de mélange-pétrissage à pales rotatives, le pétrin est malaxé sous vide. En effet, si l’air n’est pas éliminé avant extrusion, de petites bulles seront formées dans les pâtes, ce qui diminue la force mécanique et donne au produit fini un aspect blanc et crayeux. À la fin du pétrissage, le pétrin est guidé vers la vis d’extrusion.
• Tréfilage
L’unité d’extrusion est composée d’un cylindre attaché à une vis d’extrusion. La rotation de la vis pousse la pâte dans le moule, où elle prend sa forme finale. On utilise des moules rectangulaires, longues et étroites, d’où la pâte est extrudée en écheveaux continus à travers une matrice. En dessous de la presse, les PL sont pendues sur des cannes (2 m de longueur environ) par un chevauchement. Les PL ont alors encore une longueur de plus d’un mètre, soit 2 × 50 𝑐𝑚. Par une découpe, la taille des pâtes est réduite à 1 mètre par un couteau égalisateur. Enfin les rideaux de pâtes sont conduits vers le pré-séchoir.
• Pré-séchage
Les pâtes extrudées ont un taux d’humidité de 29% à 31%. Elles sont alors pré- séchées par une ventilation d’air chaud (entre 45°C à 80°C environ) pendant 58 minutes
afin d’éviter le collage, la déformation et le choc thermique. Le pré-séchoir permet de croûter la surface des PL. Elles sont ensuite transportées et séchées dans le séchoir.
• Séchage
Dans le séchoir, les pâtes sont dans un séchées au contact d’un air chaud (entre 70°C et 100°C). Cette étape, beaucoup plus lente (une durée de 7 heures) est également essentielle. Son but est de produire un produit fort et stable, avec un taux d’humidité final d’environ 11,5% et une faible activité de l’eau pour assurer une longue durée de conservation.
• Humidification et Refroidissement
Les pâtes venant du séchage passent à ce niveau dans une brume d’eau pure (H2O obtenue par osmose inverse) pour stabiliser la croûte de la pâte avant d’être refroidies au sein d’un refroidisseur. La température des pâtes est abaissée à 32°C environ dans cette enceinte pendant 37 minutes.
• Stockage et Conditionnement
Après le refroidissement, les produits finis sont d’abord stockés dans un stocker sur 7 étages et sont prêtes pour le conditionnement sous réserve de contrôle de qualité bien sûr. L’usine dispose de deux lignes de conditionnement opérant suivant les mêmes principes : Pesage ; empaquetage dans des sachets cellophane ; et mise en carton automatique.
I.2.2. Processus de fabrication des Pâtes Courtes (PC)
Les PC suivent le même processus de production que les PL à quelques différences près. Ces différences se situent au niveau des températures du traitement thermique, l’absence d’humidificateur sur PC, l’absence d’un tréfilage (inadéquat pour la forme des pâtes courtes), la présence d’un système coupe pâte et du « TRABATTO ».
En effet, immédiatement après l’extrusion, les pâtes sont coupées à leur longueur définitive par un couteau rotatif positionné contre le moule (plus vite le couteau tourne, plus courte sera la pâte alimentaire). Les pâtes coupées sont ensuite séchées dans un séchoir « TRABATTO » pour une courte durée (pendant 5 minutes) à 80°C. Le but du
« TRABATTO » est de sécher superficiellement les pâtes coupées pour éviter qu’elles ne se collent. Ces pâtes sont séchées à leur taux d’humidité final dans des séchoirs à
tapis. À la sortie des séchoirs, les pâtes sont refroidies fortement jusqu’à environ 30°C et ont alors un taux d’humidité maximale de 12 %.
Notons qu’une dizaine de formats de PC sont produits à Alpha-Benin S.A.S., nous avons entre autres : les pennes striées, les coquillettes 4, les coquillettes 6, les coquillettes 7, les escargots, les fusillis, les ressort, les vermicelles, les anneaux d’or, les perles d’or.
I.3. Présentation du projet I.3.1. Contexte et justification
La production à Alpha-Benin S.A.S. est basée sur des semoules issues de blé dur de premier choix venant de diverses origines. La semoule de blé est une denrée alimentaire, de ce fait, les conditions de stockage auront un impact direct sur sa qualité d’usage, sur la qualité gustative et microbiologique des produits intermédiaires et finis, sur la qualité sanitaire (les produits alimentaires peuvent être le vecteur et le support de croissance de germes pathogènes et/ou de leurs toxines), ainsi que sur l’environnement.
Le management de la qualité inclut donc aussi la maîtrise des conditions de stockage de la semoule de blé. Ainsi, au nombre des actions de maîtrise de la qualité, le contrôle de l’ambiance, et notamment le conditionnement d’air des locaux de stockage (matière première et produit fini) essentiel.
I.3.2. Problématique
Une fois réceptionnée, les sacs de semoule de blé sont stockés dans un local communément appelé ‘’semoulerie’’ (voir description plus loin). L’ambiance de stockage peut engendrer plusieurs problèmes à savoir :
• Hausse de la température des semoules de blé ;
• Développement et accroissement de la microflore (insecte, micro-organismes…) déjà présente en quantité commerciale acceptable sur les semoules au moment de la réception ;
• Prise en masse de la semoule de blé ;
• Altération des semoules de blé ; puis déclassement et destruction des sacs de semoules de blé altérés ;
Ces problèmes pourraient influer sur la qualité sanitaire, la qualité organoleptique et la qualité d’usage des denrées ainsi que sur la sécurité des travailleurs. Une solution optimale est l’intégration d’un système de conditionnement d’air au local de stockage afin de maitriser les conditions de stockages de cette matière première.
I.3.3. Cahier de charge fonctionnel
Dans l’optique d’améliorer les conditions de stockage de la semoule de blé dur matière première, il nous est demandé de réfléchir sur le dimensionnement d’un système de conditionnement d’air pour la ‘’semoulerie’’, afin de maîtriser des conditions de conservation de la matière première. Le stagiaire utilisera le diagramme bête à cornes pour exprimer ou formuler le besoin sous forme graphique de fonctions simples que devra remplir le système à concevoir.
• Diagramme ‘’Bête à cornes’’
a) b) Figure I.2 : Diagramme ‘’Bête à cornes’’
a) cas général b) cas de Alpha-Bénin S.A.S.
A qui sert-il ? Sur quoi agit-
il ?
Système de conditionnement d’air
Pourquoi ? Dans quel but ?
ALPHA-BENIN SAS
Semoule de blé
Système de conditionnement d’air
Maîtrise des conditions de conservation de la semoule
de blé dur
• Pourquoi le besoin ?
Le système à concevoir permettra de :
➢ Maintenir la matière première dans des conditions de température et d’hygrométrie stable ;
➢ Ralentir le développement des micro-organismes et des insectes déjà présents sur la matière première ;
➢ Limiter la contamination microbiologique des produits intermédiaires et finis ;
➢ Rallonger la durée de stockage de la matière première dans de meilleures conditions ;
➢ Permettre une productivité satisfaisante dans des conditions de travail sûres et adaptées à l’homme.
• Diagramme pieuvres ou diagramme des fonctions
Dans cette partie nous ferons une analyse fonctionnelle consistant à rechercher et à caractériser les fonctions offertes par le système pour satisfaire au besoin d’Alpha-Bénin S.A.S. ;
Figure I.3 : diagramme des fonctions
Définitions des fonctions
1. FONCTION PRINCIPALE (FP)
FP : Maîtrise des conditions de conservation (température et d’hygrométrie) de la semoule de blé dur. Cela permettra dans le même temps de réduire les risques liés à la prolifération des micro-organismes et des insectes.
2. FONCTIONS COMPLEMENTAIRES (FC)
FC1 : Souplesse de la gestion des stocks de matières première ; FC2 : Réduction du taux d’utilisation d’insecticides dans les locaux ;
FC3 : Amélioration de la gestion des commandes d’achat de la matière première sera ;
FC4 : Bonnes conditions de travail.
I.4. Conclusion
Ce chapitre nous a permis de comprendre la production à Alpha-Bénin S.A.S. ainsi que les améliorations que pourrait apporter le projet à la direction de l’Entreprise. Une revue de la bibliographie s’avère donc nécessaire pour mener à bien ce projet.
II Chapitre II
Etude Bibliographique
Introduction
La présente étude bibliographique s’inscrit dans la problématique de conservation des denrées alimentaires, matière première de production des industries agro- alimentaires. La plus grande partie du problème de la conservation des aliments concerne la croissance et l’activité des micro-organismes qui sont le résultat de la combinaison de facteurs intrinsèques et extrinsèque à l’aliment. Après une analyse des différents facteurs d’altérations des aliments, le conditionnement d’ambiance comme moyen de conservation de ces derniers en milieu industriel est présenté.
II.1. Notion sur les aliments
La composition biochimique des aliments, leurs propriétés physiques et leur faculté à réagir aux conditions que leur impose leur milieu environnant sont des notions qu’il est nécessaire de rappeler avant d’aborder les problèmes de conservation et comprendre les processus de dégradation des denrées stockées.
II.1.1. Composition Biochimique des aliments
Sous leur apparence de complexité et de variété d’aspect et de goût, les aliments tirent en réalité leur valeur nutritive d’un nombre relativement restreint de substances.
En effet, les aliments sont constitués d’eau et de matière sèche (Cruz, et al., 1988). La matière sèche se décompose elle-même en matière minérale (macro-éléments, silice, chlorures, phosphate, sulfate... et oligo-éléments : cuivre, fer, manganèse, iode...) et en matière organique dans laquelle on distingue : les glucides, les lipides, les protides (éléments principaux) et les vitamines. Les glucides se présentent sous la forme simple de sucres (oses) dont l’union donne les glucides polymères (amidon, glycogène, …), les protides sont des polymères composés de divers acides aminés couplés par des liaisons peptidiques, les lipides forment la partie grasse des aliments et enfin, les vitamines qui sont des micronutriments indispensables pour le métabolisme humain.
II.1.2. Présentation de l’aliment blé/semoule de blé
Le blé fait partie des trois céréales dont les grains sont utilisés pour la nourriture humaine ou animale (SALMI & MERBAH, 2015). Le grain de blé est un fruit sec, indéhiscent (fruit qui ne s’ouvre pas à maturité) dont la paroi est adhérente au tégument
de l’unique graine qu’il renferme. Selon (APFELBAUM, et al., 2009), il existe deux espèces : le blé tendre utilisé pour la fabrication du pain, des biscuits, …, et le blé dur destiné à la fabrication du couscous et des pâtes.
Le grain de blé dur se distingue par plusieurs caractéristiques physiques telles qu’une forme du grain plus allongée, une couleur ambrée et surtout par une amande de texture très vitreuse et résistante au broyage (FRANCONIE, et al., 2010). Il mesure entre 5 et 7mm de long, et entre 2,5 et 3,5mm d’épaisseur, pour un poids compris entre 20 et 50mg (CANADAS, 2006), est composé de trois parties principales : l’enveloppes, l’amande (albumen), et le germe.Une structure du grain de blé dur est présentée à la figure II.1. Au niveau diététique le blé dur est la plus équilibrée des céréales et la plus riche en protéines (Anonyme, 2011).
Figure II.1 : Schéma d’une coupe longitudinale d’un grain de blé dur (SALMI & MERBAH, 2015)
Les principaux produits du blé sont la semoule et la farine. La mouture, opération centrale de la transformation des blés en farines et en semoules, repose sur la mise en œuvre de deux opérations unitaires : une opération de fragmentation-dissociation des grains et une opération de séparation des constituants. La première permet de dissocier l’amande et les enveloppes (broyage), de fractionner les semoules vêtus (désagrégeage);
la seconde assure la séparation des sons de produit sur la base de leur granulométrie (division par tamisage) et de leurs aérodynamiques (FEILLET, 2000).
II.1.3. Propriétés biophysique et chimiques des aliments : Quelques définitions
• La Conductibilité Thermique
Les aliments ont une très faible conductibilité thermique : les échanges de température entre l’aliment et le milieu environnant sont faibles et lents (ITCF, 1988) Cela peut être un avantage ou un inconvénient suivant le cas dans lequel on se situe. En ventilation de refroidissement, par exemple, une quantité d’air importante est nécessaire pour abaisser la température de l’aliment. Lorsque l’aliment est bien refroidi, il se réchauffe difficilement à cause de sa conductivité faible.
• L’Hygroscopicité
Selon les conditions dans lesquelles ils se trouvent, des échanges d’eau sous forme de vapeur se font entre l’air et l’aliment (ITCF, 1988). Ces échanges ont lieu jusqu’à ce qu’un équilibre hygroscopique s’établisse. De nombreux travaux ont permis d’établir des courbes d’équilibre hygroscopique air-grain, par exemple. La connaissance et l’utilisation de ces courbes sont nécessaires pour le calcul des installations et de ventilation ; leur interprétation permet aussi d’expliquer certains phénomènes tels que les développements de moisissures, les réactions d’oxydation, les réactions enzymatiques.
II.1.4. Facteurs d’altération des aliments
Au cours de la conservation, les aliments peuvent subir différentes altérations provoquées par des agents de diverses origines et amplifiées par les trois principaux facteurs que sont le temps, l’humidité et la température.
II.1.4.1. La respiration : manifestation de l’activité vitale
Quelles que soient les conditions de stockage, la respiration a toujours lieu. En présence d’oxygène, elle se concrétisera par : une perte de matière sèche, un dégagement de gaz carbonique, une production d'eau, une production de chaleur. En absence
d’oxygène, il se produit des fermentations. Dans ce cas la perte de matière sèche est moins importante que lorsque l’on est en présence d'oxygène.
Le phénomène de respiration est donc naturel dans la denrée alimentaire stockée.
L’apparition de ses effets reflète cependant de très mauvaises conditions de stockage.
Le but de la conservation est de les limiter à une valeur aussi faible que possible.
II.1.4.2. Les micro-organismes
Les micro-organismes associés aux aliments sont les bactéries, les levures et les moisissures. Lorsque les conditions du milieu sont favorables : hygrométrie importante
; température élevée ; un milieu nutritif approprié, ces différents agents biologiques se développent ce qui entraine leur prolifération dans l’aliment considéré. La croissance, et par conséquent l’activité des microorganismes dans un produit alimentaire, entraine des modifications de ce produit. Ces modifications sont variables et peuvent être d’ordre biochimique, chimique, ou physique.
Les conditions optimales de survie et de développement d'un micro- organisme nécessitent un milieu contenant tous les éléments nécessaires à ses synthèses. Les activités d’eau compatibles avec la vie et le développement microbien varient de 0,6 à 1 (Malewak, et al., 1992) pour une plage de température étendue de - 8° C à + 80° C (Oteng-Gyang, 1984).
Les conditions climatiques en régions tropicales et en zones humides sont très favorables la croissance de ces microorganismes. En priorité, ce sont les moisissures qui sont à craindre au niveau des stocks. Les moisissures altèrent 1a texture, le goût et l’odeur des aliments sur lesquels elles se développent rendant ces derniers impropres la consommation humaine ou animale.
Figure II.2 : Influence de l’activité de l’eau sur les diverses réactions de dégradation des produits alimentaires lors de la conservation (Cheftel, et al., 1983)
II.1.4.3. La température
En matière de conservation des aliments, la température joue un rôle important car elle favorise le phénomène de respiration et donc de dégradation des produits.
La température influence le développement des microorganismes et des insectes.
Leur optimum de développement se situe entre 25°C et 35°C ce qui correspond à des niveaux de température fréquemment observés dans les stocks en régions tropicales. Par ailleurs, du fait de la faible conductibilité thermique des aliments, la chaleur dégagée au cours de la respiration s’accumule et provoque l’auto-accélération des phénomènes de dégradation.
Il s’avère nécessaire donc de procéder tout au moins à une ventilation de maintien dont le but n’est pas de bloquer le métabolisme mais d’évacuer la chaleur qu'il dégage.
II.1.4.4. La teneur en eau
L’eau est présente dans les aliments sous deux formes : l’eau de constitution très fortement liée à l’aliments et l’eau de dissolution ou eau libre faiblement liée à l’aliments (Cruz & Diop, 1989). Les conditions optimales de survie et de développement d’un micro-organisme nécessitent un milieu contenant une certaine quantité d’eau libre.
L’eau libre dans un aliment est l’expression de la disponibilité de l’eau (Oteng- Gyang, 1984) et cette disponibilité est représentée par l’activité de l’eau 𝐴𝑤 définie à
une température donnée, comme le rapport de la pression vapeur de l'eau du produit à celle de l’eau pure :
𝐴𝑤 = 𝑃
𝑃𝑠𝑎𝑡 (II-1) avec
P : Pression partielle de vapeur d’eau dans l’air de séchage, en équilibre avec le produit ;
Psat : Pression de vapeur d’eau saturante, à la température T, en équilibre avec une surface libre d’eau à la même température.
Dans le même ordre d’idées, il justifie que l’humidité relative (Hr) d’un air humide est un nombre sans dimension compris entre 0 et 100 ; elle est donnée par l’expression :
𝐻𝑟 (%) = 𝑃
𝑃𝑠𝑎𝑡 × 100 (II-2) L’activité de l’eau dans un produit est donc directement liée à l’humidité relative d’équilibre au-dessus d’un produit ; elle est donnée par la relation :
𝐴𝑤 = 𝑃
𝑃𝑠𝑎𝑡 = 𝐻𝑟(%)
100 (II-3) Ainsi, un produit avec une activité d’eau donnée placé dans une « volumineuse » atmosphère d’humidité relative élevée s’hydratera. Au contraire, pour un petit volume d’air en équilibre avec le produit, c’est le produit qui imposera l’humidité relative, et cette valeur d’humidité relative donnera une bonne estimation de l’activité de l’eau du produit.
L’activité de l’eau définit la disponibilité de l’eau mieux que ne le fait la teneur en eau qui est définie comme l’eau perdue par un produit amené à une pression de vapeur nulle. Il existe néanmoins une relation toute particulière entre ces deux paramètres : les courbes d’isotherme de sorption (absorption et désorption)
Les isothermes de sorption d’eau des aliments montrent la relation d’équilibre entre la teneur en eau des aliments et l’activité de l’eau dans l’air environnant à des températures et pressions constantes (Labuza, 1968). Elles sont des graphiques décrivant la quantité d’eau absorbée ou désorbée en fonction de l’activité de l’eau. C’est un outil précieux pour caractériser le produit, pour déterminer les conditions optimales de stockage, pour faire le choix d’un emballage et pour déterminer la durée de dégradation
lors du stockage du produit (Aguirre-Ldredd, et al., 2017) (Aguirre-Ldredd et al, 2017;
Mahmoud et al., 2017). Nous présentons à la figure II.3 l’isotherme de sorption du blé.
Figure II.3 : Isotherme de sorption du blé
La stabilité potentielle des denrées alimentaires est fonction de l’activité de l’eau.
Les activités de l’eau compatibles avec la vie et le développement microbien varient de 0,6 à 1 (Nout, et al., 2003).
II.1.4.5. Les insectes
Le diagramme de conservation des céréales montre qu'il ne suffit pas de satisfaire aux conditions d’humidité et de température pour résoudre les problèmes de conservation. Les insectes sont une autre cause importante d’altération. Les régions chaudes, avec des températures supérieures à 20° C, sont particulièrement favorables à leur développement (Cruz, et al., 1988).
Le développement de la plupart des espèces se situe entre 15°C et 35°C avec optimum entre 25°C et 35°C. Leur multiplication est réduite par les faibles humidités de l’aliment alors que pour les fortes ils sont rapidement concurrencés et détruits les microorganismes.
La contamination commence par la présence des insectes adultes qui déposent leurs œufs dans l’aliment. Le dépôt des œufs par les insectes a lieu déjà depuis la récolte. Les aliments infestés sont dépréciés par les déjections ou les secrétions de ces déprédateurs et par leur activité biologique qui produit des déchets (fines farines), des dégagements de chaleur et de vapeur d’eau, les insectes créent un milieu favorable au développement des moisissures.
II.1.5. Mode de dégradation de la semoule de blé
Les moisissures constituent la cause essentielle des altérations d’origine microbienne dans les grains stockés, provoquant le brunissement et la mort des embryons. La farine des grains attaqués a une odeur altérée. Les espèces prédominantes dépendent de l’importance de la contamination initiale, de la composition chimique du grain et de la température des stocks. On a constaté qu’un stockage, à température moyenne de 20°C, où l’équilibre entre le grain et l’air intergranulaire s’établit au-dessous de 60 à 62 % d’humidité relative, (teneur en eau du blé : 13) tout développement de bactéries et de moisissures est inhibé (Boudreau & Ménard, 1992). Les coléoptères et les lépidoptères sont les principaux ordres d'insectes parasites des stocks de grains (Cruz & Diop, 1989).
En plus de souiller le blé de ses détritus, l’insecte au stade adulte pond des œufs qu’il colle sur les grains. Il va de soi qu’il n’y a pas de génération spontanée d’insectes dans les grains. Si l’on constate une infestation, c’est qu’elle aura été propagée à partir de l’une des sources suivantes : moisson, transport, lieu de stockage (plancher, mur, toit), par contact avec d’autres grains ou en provenance d’autres bâtiments. Dans les conditions idéales de température (20°C) et d’humidité relative (80%), les insectes se multiplient très rapidement.
Si l’on veut obtenir, en fin de stockage, un blé qu’on pourra utiliser pour la panification, la pastification ou autres, il est nécessaire de préserver certaines qualités indispensables dont l’intégrité des diverses protéines, sans lequel seraient perdues les propriétés rhéologiques. Ces qualités excluent tout traitement thermique intense qui dénature les protéines. Quant à son utilisation dans l’alimentation humaine ou animale, il est évidemment indispensable de maintenir la valeur alimentaire du produit (appétence, éléments nutritifs, efficacité alimentaire) à un niveau aussi élevé que possible.
II.1.6. Principes de conservation des denrées
Les procédés de conservation visent la maitrise de l’évolution des diverses réactions de détérioration susceptibles d’altérer les qualités hygiéniques, organoleptiques, et nutritionnelles des aliments. Dans la section précédente, nous avons décrit quels étaient les facteurs de dégradation des denrées stockées. Les techniques mises en œuvre pour assurer une bonne conservation sont celles qui agissent sur ces différents facteurs.
II.1.6.1. Le séchage
Il s’agit d’une des plus anciennes méthodes de conservation des denrées alimentaires. D’abord pratiqué au soleil et en plein air, puis dans des enceintes chauffées au feu de bois, il permet de conserver fruits, viandes, poissons et grains beaucoup plus longtemps que s’ils étaient restés en leur état hydraté initial (Cruz & Diop, 1989). Le rôle du séchage est de déshydrater rapidement les aliments jusqu’à une humidité dite de
« sauvegarde » (humidité à laquelle le grain, par exemple, sera stabilisé).
Le type de séchage le plus courant utilise l’air chaud obtenu grâce au soleil (séchage solaire), soit par d’autres moyens (combustion de bois, de gaz, combustible liquide...).
L’air chaud apporte l’énergie nécessaire à la vaporisation de l’eau, absorbe cette eau- vapeur, et la transporte vers l’ambiance extérieure. Par le réchauffage de l’air, on amène celui-ci à une humidité relative faible, ce qui lui permet de capter l’eau des aliments mis à sécher.
II.1.6.2. La ventilation
L’objectif essentiel de la ventilation est d’abaisser ou de maintenir la température de l’aliment donc ne permet qu’un ralentissement de la vitesse de détérioration (Cruz &
Diop, 1989). Elle consiste à faire traverser le produit par de l’air ayant certaines caractéristiques de température et d’humidité. Son utilisation doit donc être raisonnée en fonction des températures puis des hygrométries de l’air et du produit. Lorsque les conditions climatiques ne permettent pas de disposer de températures basses, il est possible, de créer un froid artificiel à l’aide de machines frigorifiques.
II.1.6.3. La conservation par la chaleur
Deux types de phénomènes de dégradation des aliments peuvent être résolus par l’action des températures élevées : les réactions enzymatiques et l’action des microorganismes défavorables. Le traitement des aliments par la chaleur (ou traitement thermique) est aujourd’hui la plus importante technique de conservation de longue durée.
L’effet d’un traitement thermique est lié au couple temps/température. De manière générale, plus la température est élevée et plus la durée est longue, plus l’effet sera important. Cependant, il faut aussi tenir compte de la résistance thermique des micro-
organismes et des enzymes. Selon l’objectif recherché, on distingue plusieurs techniques de conservation des aliments par traitement thermique comme la stérilisation, la pasteurisation, la thermisation, la cuisson et le blanchiment.
II.1.6.4. Conservation par la radiation ionisante
La radiation ionisante, émise par une source radioactive, par exemple le Cobalt60, a une action mortelle sur les micro-organismes (Nout, et al., 2003). Les rayons ont un grand pouvoir de pénétration ; ce qui implique que l’on peut traiter en une fois de grands emballages remplis d’aliments. Cependant, il existe plusieurs inconvénients liés à cette technologie : accumulation des résidus radioactifs dans l’environnement ; formation de radicaux et d’oxydation, qui altèrent l’odeur et la saveur des aliments ; accélération la formation de mutants de qui sont résistants à la radiation ; coûts d’installation, de mise en marche, et de protection de l’homme contre les effets nuisibles des rayons radioactifs, élevés.
II.1.6.5. Composition en gaz du milieu
Les insectes et les moisissures sont des organismes vivants qui ont besoin d’oxygène pour se reproduire. En créant autour des aliments une atmosphère très pauvre en oxygène, on peut éviter la naissances les insectes et stopper le développement des microorganismes (Cruz & Diop, 1989) ; l’absence d’oxygène permet en outre de bloquer la respiration de l’aliment lui-même et donc sa dégradation interne. Ce principe est mis en pratique dans les techniques dites de conservation sous atmosphère inerte ou sous atmosphère confinée dans lesquels l’air interstitiel est remplacé par un gaz inerte (azote, gaz carbonique ou mélange de gaz neutres).
II.2. Conditionnement d’ambiance
Le conditionnement d’ambiance se définit comme la maîtrise du milieu de travail des aliments. Il est l’un des cinq facteurs intervenant dans tout processus productif, connus sous la règle des « 5 M » : Main-d’œuvre, Méthode de travail, Milieu de travail, Matières premières et Matériel (COLLOBERT & METAY, 2009).
II.2.1. Objectifs du conditionnement d’ambiance
Le conditionnement de l’air ou traitement de l’air est la technique qui consiste à intervenir sur les conditions climatiques d’un lieu en modifiant la température, l’humidité aux conditions souhaitées, le niveau des poussières en fonction des besoins (locaux techniques tels que ceux utilisés dans l’industrie agro-alimentaire, les laboratoires, les hôpitaux, les salles informatiques...) (Bergner, 2017). Il ne se limite pas au maintien du couple température-hygrométrie. Beaucoup d’autres facteurs peuvent être pris en compte tels que l’hygrométrie, la qualité de l’air, le niveau sonore, la précision et la stabilité des paramètres, l’esthétique, la diffusion d’air.
Les bâtiments industriels ont des objectifs clairs en termes de qualité d’air, de maîtrise d’ambiance pour les process industriels, de confort pour les occupants (Richer, 2009). Mais également en termes d’optimisation, de productivité, d’efficacité énergétique et de respect de l’environnement. Le conditionnement de l’air consistera donc à satisfaire les besoins du process en termes de température, d’humidité, de renouvellement d’air et de filtration. Les discussions avec l’industriel permettront de qualifier le besoin et de décider de la solution technique, économique et environnementale.
II.2.2. Rôle d’une Centrale de Traitement d’Air
Une Centrale de Traitement d’Air est utilisée, selon le modèle choisi, pour créer la qualité d’air intérieur souhaitée (Trane, 2018). Les paramètres sont les suivants :
‒ Le renouvellement d’air
‒ La température et l’humidité de l’air
‒ Le filtrage d’air normalement contaminé
‒ Le filtrage spécial de l’air pour des applications en salles blanches.
Son principe de fonctionnement est de prendre l’air extérieur, de lui faire subir un traitement (le chauffer ou le refroidir, le purifier) et de l’insuffler via le réseau de gaines aérauliques dans les locaux ayant un besoin en air traité.
En fonction du besoin et des résultats désirés, le concepteur détermine la nature et l’ordre des composants de la centrale de traitement d’air (CTA). La figure II.4 montre un exemple de composition comprenant : un caisson de mélange (1) ; un caisson de
filtration (2) ; une batterie chaude (préchauffage) (3) ; une batterie froide (4) ; une batterie chaude (réchauffage) (5) ; un humidificateur (6) ; un ventilateur (7).
Figure II.4 : Exemple de composition d’une centrale de traitement d’air (Bailly, et al., 2001)
• Caisson de mélange
Le caisson de mélange est généralement utilisé pour réaliser le mélange de l’air neuf et de l’air recyclé. Il est parfois destiné uniquement à assurer une sélection de circuit.
L’influence de chaque air dans le mélange est directement proportionnelle à son débit massique.
• Caisson de filtration
Filtrer consiste à éliminer d’un fluide gazeux tout ou partie des particules ou aérosols qu’il contient, en les retenant sur une couche poreuse appelée « média filtrant ».
L’opération de filtration n’a aucune action sur les caractéristiques thermiques de l’air.
Elle n’apparaît pas sur le diagramme de l’air humide. Elle crée une chute de pression sur l’air.
• Batterie chaude
La batterie chaude assure le préchauffage ou le chauffage de l’air à l’aide d’un fluide chaud qui peut être de l’eau, de l’eau surchauffée, de la vapeur, la condensation d’un fluide frigorigène ou des résistances électriques. Durant l’opération de chauffage, l’humidité absolue, ou teneur en eau ω, reste constante. En revanche, l’humidité relative ε diminue.
• Batterie froide
La batterie froide assure le refroidissement de l’air, avec ou sans déshumidification, à l’aide d’un fluide froid qui peut être de l’eau glacée ou glycolée ou par évaporation d’un fluide frigorigène (batterie à détente directe). Durant l’opération de refroidissement
sans déshumidification, l’humidité absolue ou teneur en humidité w reste constante. En revanche, l’humidité relative ε (en %) augmente. Durant l’opération de refroidissement avec déshumidification, l’humidité absolue w diminue, l’humidité relative ε (en %) augmente.
Toutes les batteries froides, qu’elles soient à eau glacée ou à détente directe, sont équipées d’un bac de récupération de condensats. L’eau condensée sur la batterie est recueillie dans ce bac de récupération.
Figure II.5 : Batterie froide (GuidEnR, 2015)
• Humidificateur
Un humidificateur est un appareil destiné à augmenter le pourcentage d’humidité dans l’air. L’humidification s’effectue par ruissellement d’eau sur un matelas de fils d’acier galvanisé ou par injection de vapeur.
• Ventilateur
Dans le langage courant, lorsqu’on pale de ventilateur, on sous-entend le ventilateur proprement dit et son moteur. Il est donc plus précis de parler de moto-ventilateur.
Le dimensionnement du système de ventilation définit le débit à fournir par le ventilateur et la perte de charge du réseau que celui-ci doit vaincre. En fonction de la direction de l’air pulsé, on catégorise les ventilateurs en trois groupes : les ventilateurs axiaux ou hélicoïdes où l’air est aspiré et propulsé parallèlement à l’axe de rotation du ventilateur ; les ventilateurs radiaux ou centrifuges où l'air est aspiré parallèlement à l'axe de rotation et propulsé par force centrifuge perpendiculairement à ce même axe et les ventilateurs tangentiels où l’air est aspiré et refoulé perpendiculairement à l’axe de rotation.
À diamètre de roue égal, les ventilateurs centrifuges ont une capacité de débit inférieure aux ventilateurs hélicoïdes mais permettent des différences de pression nettement plus élevées. C’est ce qui justifie leur emploi dans les applications où de grandes pressions statiques sont nécessaires (groupes de conditionnement d’air) ; où rendement, qualité, économie et énergie sont primordiaux (industries) et où un débit fixe doit être maintenu coûte que coûte (salles blanches, ...).
II.2.3. Systèmes de climatisation à eau glacée
La batterie froide de l’appareil utilisé est alimentée par de l’eau glacée produite par un groupe de production d’eau glacée.
Un système à eau glacée utilise le même principe que les autres climatiseurs basés sur un circuit frigorifique. La différence se situe sur l’évaporateur qui est cette fois-ci à eau. Au lieu de refroidir de l’air, le groupe d’eau glacée refroidit de l’eau qui va ensuite refroidir de l’air, soit via une centrale de traitement d’air (CTA) ou via un ventilo- convecteur ou une cassette air/eau. D’où la dénomination détente indirecte, par opposition à un système à détente directe qui utilise directement le fluide frigorigène pour refroidir l’air.
Les installations de climatisation de grande taille, supérieures à 200 kW sont traditionnellement réalisées en eau glacée (XPair, 2013). Du résidentiel, où ils présentent l’avantage de confiner les quantités de fluide frigorigène, à l’industrie, où l’eau glacée pourra être utilisée à des fins de process entrant dans la fabrication ou la conservation de certains produits, les groupes d’eau glacée sont utilisés partout où il est nécessaire de réduire l’usage des fluides frigorigènes, que ce soit pour des raisons techniques ou écologiques. Un autre avantage de l’eau glacée est le stockage de froid via l’utilisation d’un ballon tampon permettant d’emmagasiner une quantité d’eau glacée suffisante.
II.3. Conclusion
La maîtrise du risque d’altération des denrées alimentaires nécessite une action multicritère incluant les bonnes conditions de conservation et la maitrise de l’environnement immédiat de stockage de ces denrées. Cette étude bibliographique
illustre une variété de solutions envisageables pour la conservation des denrées alimentaires. Le point commun à celles-ci étant la maitrise du milieu de stockage.
Chaque projet doit faire l’objet d’une étude spécifique prenant en compte les différents critères parmi lesquels on peut citer : les contraintes de construction, le service à rendre à l’usager, l’enveloppe financière pour la construction et l’exploitation, la qualité de l’ambiance et le respect de l’efficacité énergétique. Les discussions avec l’industriel permettront de qualifier le besoin et de décider de la solution technique, économique et environnementale à retenir.
III Chapitre III Étude et dimensionnement du système de
conditionnement d’air pour le stockage de
la semoule de blé
Introduction
Un système de traitement d’air regroupe un ensemble d’appareils dont la fonction essentielle est de préparer l’air à distribuer dans les locaux en fonction des charges sollicitées par eux. Pour déterminer et choisir ces appareils, on est amené à calculer un certain nombre de paramètres fondamentaux qui nous permettront de suivre les évolutions de l’air humide au cours du traitement qu’il subira afin de connaître la puissance, le débit…, des appareils à installer. L’objectif est bien sûr de maintenir les locaux dans des conditions souhaitées, en combattant les charges thermiques reçues et engendrées par le local.
III.1. Présentation du local de stockage III.1.1. Plan de masse de la zone d’étude
Le local est une mono-zone de surface au sol de 37,5 × 25 m2 et de 10 m de hauteur.
Nous présentons dans la figure III.1 un plan du local, dans la figure III.2 une vue isolée en 3D du local, et dans la figure III.3 les plans de chaque façade. Le tableau III-1 renseigne sur les caractéristiques des parois.
Figure III.1 : Plan du local de l’étude
Figure III.2 : Vue 3d isolé de la semoulerie
Figure III.3 : Plan 2D façades semoulerie
Tableau III-1: Caractéristiques des parois
Paroi
Dimensions de la paroi en m²
Surface nette paroi
en m²
Matériau (épaisseur (cm),
conductivité thermique (W m. C⁄ )) Longueur Largeur Hauteur
Est Extérieur Mur 37,5 10 375
Enduit au ciment (2 ×2
cm, λ=0,87) Parpaing creux (15cm, λ=0,67)
Ouest Cloison
Ouverture 37,5 2,15 80,62
Polyuréthanne expansé (20cm,
λ=0,03);
Mur 23 3 69
Enduit au ciment (2 ×2
cm, λ=0,87) Parpaing creux (15cm, λ=0,67)
Porte 2,8 3 8,4 Acier (0,1cm,
λ=54)
Nord Extérieur
Ouverture
d'aération 25 1,25 31,25
Polyuréthanne expansé (20cm,
λ=0,03);
Mur 25 8,75 181,23
Enduit au ciment (2 ×2
cm, λ=0,87) Parpaing creux (15cm, λ=0,67)
Porte 7 5.36 37,52 Acier (0,1cm,
λ=54)
Sud Extérieur
Ouverture
d'aération 25 1,25 31,25
Polyuréthanne expansé (20cm,
λ=0,03);
Mur 25 8,75 218,75
Enduit au ciment (2 ×2
cm, λ=0,87) Parpaing creux (15cm, λ=0,67)
Plancher
Plancher en contact avec
le sol
37,5 25 913,5 Dalle en béton
(10cm, λ=2,04) Plancher sur
fosse 6 4 24 Bois (10cm,
λ=0,12)
Toiture
Tôle opaque 37,7 25 900 Tôle galvanisée
Tôle Translucide,
au nombre de 14
3,25 0,95 43,22
Polycarbonate (0,1cm,
λ=0,2)
