La détérioration des grains est le résultat de micro-organismes (bactéries, champignons et levures), qui utilisent les nutriments des grains pour leur croissance et leur reproduction. Les micro-organismes peuvent produire de la chaleur pendant la croissance, ce qui peut augmenter la température du grain stocké. Le résultat peut être un 'dommage thermique', rendant le grain impropre à la consommation humaine et même parfois animale.
Gérer les conditions de stockage du grain
Pour que le stockage soit efficace, il faut que le grain et l'atmosphère dans laquelle il est stocké soient maintenus dans des conditions qui découragent ou empêchent la croissance de ces micro-organismes. Les principaux facteurs de croissance et de reproduction dans le grain sont : l'humidité, la température, un apport en oxygène, le pH, l'état du grain, la durée de stockage, l'infestation initiale et la quantité de matière étrangère présente.
L'aération du grain stocké, qu'il soit contenu dans des sacs, des silos en béton ou en acier, ou des bâtiments de stockage divers, permet de maintenir sa qualité. Avant que les principes de l'aération soient reconnus ou que des équipements d'aération soient spécialement développés, la seule méthode à la disposition des opérateurs de stockage consistait à retourner le grain dans le système de stockage, permettant ainsi un certain contact avec l'air frais.
Cette méthode nécessitait un espace de stockage supplémentaire, des machines et du personnel pour déplacer le grain, ce qui entraînait l'usure des machines, des fissures dues au stress et des dommages dus à la manutention dans le grain lui-même. Cela a augmenté le pourcentage de matière fine dans la masse totale des grains.
Les systèmes d'aération pour le stockage des grains ont quatre fonctions de base. Ces systèmes :
Eliminent les odeurs de stockage, les systèmes d'aération éliminent les odeurs indésirables des grains moisis, acides ou fermentés.
Protègent contre la croissance des moisissures. Des températures élevées et des conditions de grain humide favorisent la croissance de moisissures et de champignons. Des températures de grain inférieures à 21°C découragent cette croissance. Les taux de croissance des champignons diminuent au minimum entre 2 et 5°C.
Empêchent l'activité des insectes. Les insectes se reproduisent rapidement dans les grains lorsque la température dépasse 20°C. En général, la reproduction est faible lorsque la température est inférieure à 15/16°C. Les basses températures entravent les mouvements, l'alimentation et la reproduction des insectes. Cependant, une baisse de température de 10°C (par rapport aux niveau maximum) peut considérablement réduire les mouvements et la croissance de certains types de ravageurs (d'autres sont affectés de manière différente), même si les conditions ambiantes de l'air ne permettent pas d'abaisser les températures des grains suggéré ci-dessus.
S'il est possible de baisser la température des grains à 4 ou 5°C, la population d'insectes résidant dans la masse des grains peut mourir. Si les conditions climatiques sur le site de stockage offrent ce type de possibilités de température, il peut être possible d'éviter une fumigation coûteuse des grains afin de pallier les infestations d'insectes. L'aération n'est toutefois pas un substitut complet de la fumigation ou des bonnes pratiques de gestion.
Résistent à la migration et à l'accumulation d'humidité. Le grain entreposé au moment de la récolte est généralement assez chaud. Le grain agit comme un isolant, ce qui signifie que la chaleur se dissipe lentement de l'intérieur de la masse de grain. Dans les régions ayant quatre saisons avec un automne et un hiver frais, le grain se refroidit entre 3000 et 6000mm du mur extérieur, tandis que le grain situé au centre du silo reste soumis à des températures de récolte plus élevées.
L'air froid dans la masse de grain près des parois du silo se déplace vers le bas, forçant l'air chaud vers le haut au centre de la masse de grain. La psychométrie simple explique que cet air chaud qui monte a plus de capacité d'absorption d'humidité que l'air froid. Il absorbe donc l'humidité du grain.
Lorsque l'air chaud et humide qui monte dans la masse de grain entre en contact avec la surface de grain froide (en haut du silo), une condensation peut se produire (en fonction de la température) de la même manière que l'humidité se condense à l'extérieur d'un verre d'eau glacée. Cela provoque parfois la formation d'une 'croûte' sur la surface supérieure du grain et, si elle est suffisamment sévère, peut générer une petite quantité de germination.
Effets de l'humidité sur le grain
Bien que l'humidité migre lentement, elle continue à le faire tant qu'il existe des différences de température dans le grain. Si on la laisse migrer pendant des mois, ou même quelques semaines, l'humidité accumulée peut favoriser l'activité des insectes, la croissance microbienne et la détérioration des couches supérieures des grains stockés, en particulier dans les grands silos. Le sens de la migration s'inverse lorsque l'on passe de l'hiver au printemps, une condensation potentielle de l'humidité se produit alors près du centre, en bas, de la masse des grains.
L'aération peut contrôler l'accumulation d'humidité en créant une température de grain uniforme dans toute la masse de grain. Une méthode efficace consiste à déplacer de petites quantités d'air (1/10 CFM par boisseau, environ 6,25 mètres cubes par heure par tonne métrique) à travers le grain plus ou moins continuellement jusqu'à ce que les températures soient égalisées dans une plage de températures moyennes de l'air ambiant. A cet égard, l'objectif est de maintenir des grains entre 4 et 5°C en dessous de la température quotidienne moyenne.
Opération Quatre saisons
Le fonctionnement du système d'aération dans un climat à quatre saisons est relativement simple. Lors de la récolte ou lors du remplissage initial du silo, le ventilateur d'aération devrait commencer à fonctionner dès que les conduits d'aération sont complètement recouverts. L'aération devrait fonctionner de manière continue pendant environ 10 jours au cours de cette période, l'objectif étant d'abaisser la température du grain à environ 15°C. Cela dépend évidemment des température ambiantes disponibles pour le refroidissement.
Dans certains endroits, une aération durant la nuit peut permettre le refroidissement nécessaire. N'oubliez pas qu'il faudra environ 150 à 200 heures de fonctionnement du ventilateur pour abaisser la température des grains de 2 à 3°C. L'utilisation d'un système de surveillance de la température fournira des résultats sur les effets de l'aération et fournira à l'opérateur un autre outil pour décider combien de temps l'aération doit fonctionner.
A la fin de l'automne, lorsque les températures ambiantes commencent à rester froides, le système d'aération devrait fonctionner pendant une semaine supplémentaire, l'objectif étant de faire baisse la température des grains à une température de 4 à 5°C. Lors de l'aération, il est recommandé d'éviter de geler toute partie de la masse de grain et de givre sur les bouches d'aération, ce qui pourrait endommager le toit ou entraîner une défaillance structurelle.
Réchauffer le grain au printemps est recommandé, dans certaines situations, pour éviter la migration de l'humidité vers le centre inférieur de la masse de grain. Pour ce faire, lorsque le temps commence à rester chaud, faites fonctionner le système d'aération pendant environ une semaine. L'objectif est d'élever la température des grains de 2 à 3°C par rapport à la température moyenne de l'air ambiant.
Le fonctionnement du système d'aération dans les climats subtropicaux est différent de celui des régions à quatre saisons. Dans les climats subtropicaux, l'objectif est de maintenir les températures de grain les plus basses possibles sans augmenter la teneur en humidité. Dans ce cas, l'utilisation d'un système de contrôle de la température est indispensable pour fournir à l'opérateur des informations en temps voulu permettant de prendre des décision concernant le fonctionnement des ventilateurs.
Considérations sur l'humidité
La teneur en humidité du grain et l'humidité relative de l'air ambiant influent sur la croissance et la détérioration microbiennes. Une humidité relative de 100% indique que l'air contient toute l'eau qu'il peut normalement contenir à cette température, tandis qu'une humidité relative de 0% indique qu'il n'y a pas d'eau dans l'air. En d'autres termes, l'air est complètement sec.
Le grain tentera d'établir un équilibre entre l'humidité et l'air ambiant. Le grain étant hygroscopique, il va échanger l'humidité avec l'air ambiant jusqu'à ce que la pression de vapeur de l'humidité dans le grain et celle de l'air atteignent un état d'équilibre. Si le grain parvient à l'équilibre, l'air étant maintenu dans des conditions environnementales relativement constantes, la teneur en eau du grain est appelée teneur en eau à l'équilibre (EMC) correspondant aux conditions existantes. Les grains stockés à l'extérieur en contact permanent avec les conditions atmosphériques atteindront très rapidement leur teneur en eau d'équilibre avec l'environnement.
En revanche, si le grain est entouré d'une quantité d'air relativement limitée (comme cela se produit dans un silo de stockage), l'air atteindra l'équilibre en humidité avec le grain sans modification notable de la teneur en humidité du grain. L'humidité relative de l'air, dans cette situation, est appelée l'humidité relative à l'équilibre (ERH) correspondant à la teneur en eau du grain existant à la température ambiante. Toutes les propriétés d'humidité à l'équilibre sont dépendantes de la températures, c'est-à-dire que les propriétés changent lors de changements de température.
Effets des conditions sur le séchage du grain
Les propriétés d'humidité à l'équilibre sont spécifiques à chaque type de grain et jouent un rôle important dans l'élaboration des recommandations de stockage. Les grains sèchent lorsque l'humidité relative de l'air qui les entoure est inférieure à l'humidité relative à l'équilibre, ce qui correspond à la teneur en humidité du grain. Alternativement, le grain absorbera l'humidité de l'atmosphère si l'air ambiant a une humidité relative supérieure à l'humidité relative correspondant à la teneur en humidité du grain.
Les climats ayant une humidité relative élevée nécessite de prendre en compte l'humidité contenue dans l'air ambiant lors de l'aération des grains, afin d'éviter une augmentation de l'humidité dans la masse des grains. Dans ces situations, il n'est pas recommandé de faire fonctionner le système d'aération pendant les périodes de pluie ou d'humidité relative extrêmement élevée.
L'humidité relative de l'air ambiant change tout les jours. L'humidité relative est généralement la plus basse à midi et plus élevée la nuit, le maximum étant généralement juste avant le lever du soleil. Cependant, comme il n'y a aucun potentiel de refroidissement pendant la majeure partie de la journée, le fonctionnement du système d'aération est indispensable la nuit pour tirer parti des températures ambiantes plus basses.
Ainsi, l'opérateur de stockage doit maintenir des températures du grain basses sans augmenter la teneur en humidité au-delà des niveaux acceptables. On admet généralement que ces teneurs en eau sont de 14% pour le maïs décortiqué, le sorgho et le riz paddy. Elles sont inférieures pour les autres cultures telles que le blé ou le soja.
Une stratégie d'exploitation des systèmes d'aération dans les climats subtropicaux est basée sur des recherches menées par l'International Grains Program de l'Université d'Etat du Kansas. Leurs recommandations sont les suivantes :
L'objectif est de maintenir la température des grains aussi basse que possible, c'est-à-dire 4 à 5°C en dessous de la température ambiante moyenne.
Ne pas aérer le grain entreposé au milieu de la journée. L'humidité relative est la plus basse en milieu de journée, mais les températures sont les plus élevées.
La fin de l'après-midi représente un moment idéal pour l'aération du grain stocké. L'air ambiant se refroidit et l'humidité relative est encore basse. Prévoyez de démarrer les ventilateurs vers 17h et de les faire fonctionner jusqu'à 20h.
Tôt le matin est également un bon moment pour aérer le grain stocké. Commencer à utiliser les ventilateurs vers 5h jusqu'à 8h.
Si les températures du grain sont proches de vos objectifs pré-déterminés, ne faites pas fonctionner les ventilateurs. N'oubliez pas que le pompage de l'air ambiant dans le stockage signifie que le grain atteindra éventuellement la même température et le même taux d'humidité relative que l'air ambiant.
Vérifiez la température du grain souvent, voire quotidiennement, pour vous aider à décider si une aération du grain est nécessaire.
De l'air de refroidissement peut être fourni aux systèmes d'aération à l'aide d'unités de réfrigération portables disponibles dans le commerce. Ces unités peuvent efficacement abaisser la température du grain, mais dans des conditions tropicales, sans risque d'augmentation du taux d'humidité.
La distribution de l'air dans la masse de grain est le troisième composant de la conception du système d'aération. La modélisation informatique indique que la distrubition de l'air devient relativement uniforme à environ 60 à 70% de la profondeur du grain dans un silo, quelle que soit la géométrie du système de distribution de l'air. La disposition de ce système de distribution, cependant, affecte la quantité d'air atteignant la masse de grain dans les 30% inférieurs du silo.
Les ventilateurs peuvent être raccordés aux conduits d'aération en mode pression ou en mode aspiration (systèmes à pression positive ou négative). Les deux systèmes sont acceptables et offrent des avantages uniques. Lorsque vous optez pour l'une de ces solutions, vous devez prendre en compte le fait que les systèmes à pression positive ajoutent de la chaleur à l'air qui pénètre dans la masse de grain en raison de l'inefficacité du ventilateur. Cette inefficacité entraîne une augmentation de la température pouvant atteindre 1°C.
Un système à pression négative est préférable si le contrôle de la poussière à la surface du grain est une priorité. Le fonctionnement négatif du système empêche la condensation sur le silo ou le toit du bâtiment lorsque le grain est refroidi et permet d'utiliser la chaleur solaire dans le toit lors du chauffage du grain. Un inconvénient de ce système est que, comme les couches inférieures du grain sont les dernières à refroidir, il peut être difficile de savoir quand le refroidissement est terminé et tout mouvement de l'humidité dans le grain est entraîné vers le bas, où les problèmes d'humidité ou de qualité deviennent plus difficiles à détecter.
Les systèmes à pression positive permettent l'ajout de couches de grain sur la masse de grain existante sans réchauffement ni refroidissement du grain. Il est également plus facile de déterminer si le grain est en bon état, car la couche supérieure est la dernière à refroidir et le personnel a généralement accès à ce niveau. Certaines données montrent que les systèmes positifs fournissent une meilleure distribution de l'air que les systèmes négatifs.
Dans les deux cas, il est nécessaire de prévoir des zones d'entrée et de sortie adéquates pour l'air. Ceci est généralement accompli dans des silos en utilisant des bouches d'aération. Le nombre d'orifices de ventilation sur le toit est directement lié à la taille du ou des ventilateurs. Un manque d'aération sur le toit ou un nombre insuffisant d'aérations peut entraîner une défaillance de la structure et l'endommager.
Conclusions
Les systèmes d'aération des céréales constituent un outil de gestion efficace pour les opérateurs de stockage. Ils peuvent être utilisés pour maintenir et parfois modifier l'état du grain stocké, quelles que soient les conditions climatiques. Les systèmes d'aération peuvent empêcher la croissance de moisissures, de champignons et d'insectes. Correctement conçus, équipés et exploités, les systèmes d'aération sont un outil économique capable de maintenir la qualité du grain et augmenter les profits de l'opérateur de stockage.
