Préservation à long terme
par Kutsal Erdogan, coordinateur du développement des processus et du système de gestion de la qualité, et Murat Yildrim, directeur général, TMS Industrial Refrigeration Inc, Turquie
La production céréalière n’a cessé d’augmenter dans le monde entier. Selon les dernières données de l’Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture (FAO) en 2021, la production de céréales a augmenté de 0,7 % par rapport à l’année précédente, atteignant 2,796 millions de tonnes. Les tendances en matière de consommation et de stockage suivent de près celle de la production, environ un tiers des céréales produites étant stockées. Étant donné que la production et la consommation portent sur des quantités similaires, il est essentiel de maintenir les céréales stockées dans des conditions optimales sans en compromettre la qualité.
Les progrès de la technologie agricole ont considérablement réduit le délai entre la récolte et le stockage, passant parfois de plusieurs semaines à quelques heures seulement. Dans ce cas, les céréales peuvent avoir besoin d’être séchées et refroidies, en fonction des conditions climatiques. Le transport sur de longues distances expose également les céréales à des conditions qui peuvent avoir un impact sur leur équilibre en termes de nutriments et d’humidité.
Stockage des céréales et aération des silos
Le cycle de vie des céréales stockées se poursuit à l’intérieur des silos, où la respiration génère de la chaleur et de l’humidité. Cette réaction chimique réduit la valeur nutritionnelle et augmente la température et l’humidité, ce qui favorise la croissance des insectes et des moisissures. Les températures élevées à l’intérieur des silos facilitent la reproduction des insectes, ce qui accélère encore l’accumulation d’humidité. La croissance des moisissures augmente généralement au-delà de 70 % d’humidité relative, ce qui contribue à la détérioration des produits. Les céréales transmettant peu la chaleur, celle-ci s’accumule à l’intérieur des silos, créant des conditions idéales pour les organismes nuisibles.
Les observations indiquent que les températures supérieures à 21°C favorisent la reproduction des insectes et des parasites, tandis que les températures inférieures à 16°C ralentissent leur croissance. La réduction de la température à l’intérieur du silo est essentielle pour préserver la qualité du grain et ralentir ses processus métaboliques. Les conditions de stockage dépendent de divers facteurs externes, notamment la température ambiante, l’humidité, l’exposition au soleil et la structure du silo. Les variations des conditions environnementales au cours de la journée peuvent avoir un effet positif ou négatif sur les céréales stockées.
Conservation à long terme des céréales
Diverses méthodes sont utilisées pour maintenir la qualité du grain dans les silos. Les principales techniques sont les conservateurs chimiques, la ventilation assistée et le refroidissement. La ventilation assistée, également appelée “refroidissement naturel ou passif”, est largement utilisée. Cette méthode consiste à faire pénétrer l’air extérieur dans le silo par le bas à l’aide d’un ventilateur. Les principaux objectifs de la ventilation sont le maintien de la vitalité du grain, la réduction de la teneur en humidité interne, le ralentissement de la croissance des insectes, la prévention de la formation de moisissures et de champignons, et la réduction de la dépendance à l’égard des conservateurs chimiques.
Pour une ventilation efficace, des systèmes de grilles et de conduits appropriés doivent être installés à la base du silo. Toutefois, cette méthode présente des limites qui dépendent des conditions environnementales. Les ventilateurs ne peuvent fonctionner que lorsque la température et l’humidité ambiantes sont adéquates, et les changements climatiques restreignent encore davantage ces périodes. Des déséquilibres de température et d’humidité peuvent apparaître à l’intérieur des silos en raison des variations de flux d’air. Le refroidissement des grands silos prend plus de temps que celui des petits lorsque la température des grains est supérieure à la température ambiante. L’angle d’inclinaison du grain stocké empêche le flux d’air d’atteindre efficacement les régions supérieures. Les différences de températures entre le jour et la nuit peuvent provoquer de la condensation sur le toit du silo, entraînant l’humidification du grain et la formation de moisissures. Les ventilateurs d’extraction du toit peuvent atténuer ce risque.
Refroidissement des silos et équilibre de l’humidité
Pour relever les défis de la ventilation assistée par ventilateur, le refroidissement par cycle de compression de vapeur (CCV) est une alternative efficace. Cette méthode fait circuler un réfrigérant dans un cycle fermé pour transférer la chaleur hors du silo tout en maintenant une température et une humidité optimales de l’air. L’air conditionné est dirigé depuis la base du silo, se déplaçant vers le haut et expulsant l’air chaud par les évents du toit. Un contrôle adéquat de l’humidité permet d’éviter la formation de moisissures, qui se développent au-dessus de 70 % d’humidité relative.
Les céréales sont hygroscopiques, c’est-à-dire qu’elles absorbent et libèrent de l’humidité en fonction des conditions environnantes. La rétention d’humidité se fait sous trois formes. L’eau absorbée est retenue dans les tissus céréaliers par les forces capillaires, en interaction avec les composants solubles dans l’eau. L’eau absorbée est retenue à la surface des grains par des forces électrostatiques. L’eau liée chimiquement est incorporée dans la structure du grain au cours de la croissance et de la maturation.
Chaque type de grain a une teneur en eau d’équilibre spécifique (EMC), qui représente le niveau d’humidité auquel le grain reste stable dans des conditions constantes. L’EMC varie en fonction du type de grain, de la température ambiante et de l’humidité relative. Les valeurs EMC peuvent être utilisées pour estimer la teneur en eau du grain et ajuster les conditions de stockage en conséquence.
Mouvement de la température et de l’humidité
Lorsque l’air circule dans un silo, il crée trois zones distinctes. Dans la zone A, au fond, la température et l’humidité de l’air correspondent aux conditions de l’air entrant dans le silo. Dans la zone C, en haut, la température et l’humidité restent inchangées par rapport aux conditions initiales avant l’aération. La zone B, au milieu, connaît une transition entre ces deux états.
Le bord d’attaque du flux d’air se déplace le plus rapidement, tandis que le bord de fuite se déplace plus lentement. Au fil du temps, l’aération équilibre la température et l’humidité dans l’ensemble du silo. Cependant, l’humidité se déplace beaucoup plus lentement que la température, ce qui affecte l’efficacité globale du refroidissement.
Choix du ventilateur d’aération
L’air dirigé vers les silos subit une contre-pression due au grain stocké. Les facteurs qui influencent la contrer-pression sont le type de grain, la hauteur du silo et la vitesse de l’air. Les grains plus petits créent une contre-pression plus importante que les grains plus gros. Les silos plus hauts augmentent la contre-pression, ce qui ralentit le flux d’air. Des vitesses plus élevées augmentent les pertes par frottement et la consommation d’énergie.
Les ventilateurs centrifuges sont recommandés pour l’aération en raison de leur capacité à supporter une contre-pression élevée. Les débits d’air optimaux se situent entre trois et six mètres cubes par heure et par tonne, et sont réduits à deux ou trois mètres cubes par heure et par tonne pour les silos d’une hauteur supérieure à 30 mètres. Doubler le débit d’air multiplie par trois la contre-pression et par quatre la consommation d’électricité.
Refroidisseurs de grain
Les refroidisseurs de grains fonctionnant selon la méthode VCC constituent une solution de refroidissement efficace. Ces systèmes utilisent 100 % d’air extérieur et se composent de quatre éléments principaux : le compresseur, l’évaporateur, le condenseur et le détendeur. Des composants supplémentaires, tels que des serpentins de chauffage et des radiateurs lectriques permettent de réguler la température et l’humidité.
Le refroidissement se produit dans l’évaporateur, où le réfrigérant absorbe la chaleur de l’air entrant. Lorsque l’air se refroidit, sa capacité à retenir l’humidité diminue, ce qui provoque de la condensation. Bien que l’humidité diminue, ce qui provoque de la condensation. Bien que l’humidité absolue diminue, l’humidité relative peut augmenter, ce qui nécessite un réchauffement contrôlé avant que l’air n’entre dans le silo.
Le processus de refroidissement suit une série d’étapes. L’air est aspiré à travers l’évaporateur, où il se refroidit et libère l’excès d’humidité. Il passe ensuite par un serpentin de chauffage et un radiateur électrique pour ajuster l’humidité. Il passe ensuite par un serpentin de chauffage et un radiateur électrique pour ajuster l’humidité relative. Enfin, l’air conditionné pénètre dans le silo, tandis que les évents d’évacuation rejettent l’air chauffé.
Efficacité énergétique et fonctionnement en mode ventilateur
Les refroidisseurs de grains peuvent ajuster les débits d’air en fonction des conditions extérieures. Pendant les heures chaudes de la mi-journée, les débits d’air peuvent être réduits et augmentés la nuit lorsque l’efficacité du refroidissement s’améliore. Les refroidisseurs de plus grande taille peuvent utiliser des compresseurs doubles, ce qui permet de réaliser des économies d’énergie en arrêtant l’un des compresseurs lorsque les conditions le permettent.
Ces refroidisseurs intègrent des vannes à commande proportionnelle, des pilotes et des instruments de mesure basés sur des automates programmables (PLC) pour un contrôle précis du climat. Les utilisateurs peuvent régler la température et l’humidité, chaque °C d’augmentation de la température réduisant l’humidité relative de 5 %. Les refroidisseurs de grains fonctionnent également en mode ventilateur seul, ce qui permet une aération sans refroidissement actif. En outre, dans des conditions d’humidité élevée, les refroidisseurs de grains peuvent assurer des fonctions de séchage en augmentant la température de sortie de l’air.
Conservation du grain à long terme
Avec l’augmentation de la demande alimentaire mondiale, la conservation des céréales stockées devient de plus en plus importante. Le maintien de conditions de stockage optimales permet d’éviter la détérioration et de réduire la dépendance à l’égard des conservateurs chimiques. Alors que les méthodes d’aération traditionnelles ont leurs limites, les refroidisseurs de grains offrent une solution fiable et économe en énergie en assurant un refroidissement contrôlé quelles que soient les conditions environnementales.
Lorsqu’ils sont connectés à un silo, les refroidisseurs de grains fonctionnent en continu pendant une période prédéterminée, garantissant que les grains atteignent les niveaux de température et d’humidité souhaités. Grâce aux propriétés isolantes du grain, le grain refroidi peut être stocké pendant de longues périodes avant que le refroidisseur ne soit déplacé dans un autre silo.
En réduisant la formation d’insectes et de moisissures, les refroidisseurs de grains éliminent le besoin de traitements chimiques supplémentaires. Lorsqu’ils sont correctement sélectionnés en fonction de la taille du silo, du type de grain et des exigences de refroidissement, ces systèmes constituent la solution de stockage la plus efficace pour la conservation à long terme des grains.
