Précédente - Suivante
Table des matières
- Précédente - Suivante
Ventilation de refroidissement
Qu'est-ce que la ventilation de refroidissement
?
Problèmes spécifiques aux cases a fond plat
Pierrick BERHAUT
Jean-Louis POICHOTTE
La hauteur variable du tas de grain constitue un handicap à une bonne ventilation. En effet, il n'est pas rare de constater une variation de hauteur du simple au triple entre les parois et le sommet du tas. Cependant, ce mode de stockage présente de l'intérêt, puisque pour une faible hauteur de paroi le volume de grain stocké est pratiquement doublé par rapport à un stockage arrêté au ras des parois (figure 1).
L'inconvénient majeur se situe à la maîtrise de la ventilation de refroidissement. En effet, les gaines de ventilation étant recouvertes d'une hauteur variable de grain, l'air a tendance à traverser, et donc à mieux refroidir les zones du tas les moins hautes et à éviter les autres et en particulier le sommet du tas.
Plusieurs solutions existent pour pallier à ce défaut. Elles sont toutes suffisamment efficaces pour être considérées comme satisfaisantes, mais il est nécessaire de faire précéder leur mise en oeuvre par une étude.
Figure 1 : Différentes possibilités de stockage à plat
Qu'est-ce que la ventilation de refroidissement ?
Les grains récoltés sont trop chauds pour être stockés dans des conditions sanitaires suffisantes. Il faut donc baisser artificiellement leur température au moins en-dessous de 15 °C, car en tas, ils ne se refroidissent pas naturellement. Les essais réalisés conjointement par l'ITCF, la FFCAT et l'INRA ont montré que l'on obtient un arrêt complet de la multiplication des insectes dès que la température du grain est ramenée en-dessous de 12 °C, ce qui permet de limiter l'usage des insecticides. Il est ainsi possible de livrer des grains exempts de résidus pesticides. A ces basses températures, les risques de développement de moisissures et de freintes sont insignifiants dans la mesure où la teneur en eau du grain reste dans les limites normales de mise à l'intervention.
Le refroidissement est la seule technique qui permet de limiter l'ensemble de ces dégradations. Pour refroidir le grain, on utilise un ensemble constitué d'un ventilateur et de gaines qui ont pour but de répartir l'air dans la masse de grain.
Encore faut-il pour être efficace, que l'installation soit bien conçue et bien utilisée.
Quelques définitions relatives à la ventilation de refroidissement :
Le point de départ d'une étude est le choix du débit spécifique. Afin de limiter la puissance du ventilateur, pour les grands volumes de grain (grandes hauteurs et grandes surfaces au sol), on limite ce débit spécifique par zone ventilée simultanément à une valeur de 5 m3/h/m3 de grain. Pour connaître le débit correspondant, il suffit de multiplier cette valeur par le volume de grain à ventiler.
Figure 2 : Courbes caractéristiques débit-pression d'un ventilateur
Dès que le ventilateur tourne, il doit vaincre une contrepression. Celle-ci est en fait la somme de plusieurs contrepressions engendrées d'une part par le grain, d'autre part par tout le système de ventilation que sont les gaines, les caniveaux, les galeries et les perforations. Pour des raisons à la fois économiques et mécaniques, il faut que cette pression soit la plus faible possible.
Figure 3 : Tige de repérage des grains
Si on ne peut pas envisager d'intervenir sur la part qui revient au grain, il est possible de réduire celle provenant du matériel de ventilation. Tout se loue sur la vitesse de l'air. En effet, une faible vitesse limite l'importance des frottements et donc de la contre-pressions. Pour cela, la section de passage de l'air ne doit pas être trop faible. Ceci est valable pour les gaines, les caniveaux et les canalisations diverses, mais encore plus pour les perforations dont le nombre, la forme et les dimensions varient considérablement d'un modèle à l'autre. Les essais réalisés récemment par l'ITCF et la FFCAT ont montré que, pour un même débit, les contre-pressions ou pertes de charge peuvent varier de 1 à 300. Dans les cases à fond plat, il est aussi impératif de prévoir le type de manutention de reprise qui sera mis en place. De ce choix, dépend en grande partie le choix des gaines. Posées sur le sol, elles sont amovibles et ne nécessitent pas de génie civil particulier. Mais les risques sont grands de les endommager lors de la reprise si celle-ci est réalisée avec un appareil à godet, à moins qu'elles ne soient signalées par des tiges métalliques comme indiqué sur la figure 3 (une tige tous les 3 mètres suffit). Cette tige métallique enfoncée dans un trou percé dans le sol permet aussi d'éviter le déplacement des gaines lors du remplissage.
Les caniveaux sont inscrits dans la dalle lors de son coulage et sont recouverts de lames métalliques ajourées. La disposition des perforations, leur forme et leur nombre sont très variables d'un constructeur à l'autre, ceci explique les écarts de pertes de charge importants qui peuvent aller de 1 à 10.
Enfin, l'écartement entre gaines ou entre caniveaux doit être déterminé en fonction du type de manutention de reprise, mais aussi en fonction de considérations faisant intervenir la préservation de la qualité du grain. En effet, au cours de la ventilation de refroidissement, il se crée dans le fond du tas, des zones triangulaires plus lentement refroidies (figure 4) parce que l'air y circule peu, donc présentant des risques de dégradation de la qualité. Pour tenir compte de ces considérations, l'écartement entre gaines ou caniveaux ne devrait pas, théoriquement, être supérieur à 3 m. tout au moins pour des hauteurs de grain n'excédant pas une dizaine de mètres, mais pour des raisons pratiques de coût et surtout de largeur de travail du matériel utilisé pour la reprise, cette distance peut atteindre 6 m. Cela a pour conséquence d'augmenter la durée de ventilation pour refroidir le grain situé entre les gaines.
Figure 4: Zones moins bien ventilées d'un tas de grains
Dès la récolte, il est possible de refroidir les grains vers 18 °C et ainsi se rapprocher de bonnes conditions de conservation. Le développement de moisissures et le départ en germination sont ainsi ralentis. Il ne faut pas s'arrêter là. En automne, dès que la température extérieure baisse, il convient de pratiquer une deuxième ventilation afin d'amener la température du grain vers 10-12 °C avant le 1er novembre, date à laquelle le prix du courant électrique devient plus élevé. A ce niveau, le développement des insectes et des moisissures est arrêté. Si l'on désire conserver ses grains au delà de l'été suivant, le refroidissement doit être poursuivi l'hiver pour les stabiliser vers 5 °C ou moins. Cela permet de conserver la masse de grain suffisamment froide pour aborder la période de remontée des températures extérieures du printemps et de tuer les insectes, si l'on maintient ce niveau de température au moins trois mois.
A titre d'exemple (figure 5) : Chaque ventilation est mise en route par thermostat réglé pour que la température de l'air soufflé dans le grain soit inférieure à 18 °C à la récolte, puis inférieure à 11 - 12 °C pour la suivante et enfin en dessous de 5 °C pour la dernière, si le grain doit être conservé très longtemps. Il faut donc tenir compte du réchauffage de l'air provoqué par la compression du ventilateur. En aucun cas, il ne doit être tenu compte de l'humidité relative de l'air.
Cette procédure est envisageable telle quelle en France ainsi que dans l'ensemble des zones tempérées.
En effet, (figure 6), la différence entre les minima journaliers d'Orléans et de Toulouse n'excède pas 3 °C, de plus, pendant les 6 à 8 heures les plus fraîches d'une journée, la température se situe à une valeur proche du minimum (+ 2 °C).
Figure 6 :Températures minimales moyennes d'Orléans et de Toulouse
Problèmes spécifiques aux cases a fond plat
Les cases à fond plat constituent des ensembles généralement de grande dimension de plusieurs dizaines de mètres de longueur (parfois supérieure à 100 mètres) et dont la largeur peut atteindre 50 mètres. Le tas étant rarement aplani, sa forme rappelle assez souvent celle du bâtiment qui le protège (figure 1).
Les gaines (ou les caniveaux) peuvent être disposées de deux façons : soit perpendiculairement à l'axe du bâtiment (figures 7 et 8) soit suivant l'axe du bâtiment (figure 9).
Dans les deux cas, le fait d'avoir un tas de grain à hauteur variable entraîne des perturbations importantes dans le comportement du système de ventilation : l'air tendant à traverser les parties du tas les moins hautes, celles-ci sont bien refroidies alors que les sommets le sont moins bien ou même pas du tout.
Des solutions existent pour remédier à ce problème. Elles dépendent du type de stockage à plat retenu.
Cas des gaines de ventilation positionnées perpendiculairement à l'axe de la case
Elles permettent le cloisonnement du bâtiment suivant sa longueur. Le ventilateur est situé en pignon et alimente chaque gaine de ventilation par une galerie enterrée ou une gaine latérale extérieure. Chaque gaine de ventilation peut donc être équipée d'une trappe d'obturation accessible.
Figure 7 : Principe de diaphragme
Figure 8 : Alimentation latérale
Lorsque la hauteur du tas varie suivant l'axe des gaines, on peut envisager (dans la mesure où l'entrée d'air se situe sous la zone la plus haute) :
Les diaphragmes : plaques métalliques percées d'un trou calibré obstruant partiellement les gaines de ventilation. Le calcul à effectuer porte sur le diamètre du trou et sur le positionnement de la plaque suivant la longueur de la gaine. Le montage tend à forcer le passage de l'air de ventilation sous la partie la plus haute du tas de grain. Dans le calcul, il faut tenir compte non seulement de la différence de pression entre la zone la plus haute et la zone la plus basse, mais aussi du débit d'air qui devra être plus faible dans la partie basse pour obtenir un débit spécifique identique entre les deux zones.
La position du ou des diaphragmes sera variable ; elle dépendra du type de produit stocké : colza, blé, maïs, et sera déterminée par un spécialiste.
La variation régulière de la profondeur du caniveau. Ce principe ne permet pas de réguler le volume d'air pulsé au travers du grain ; la pression de l'air dans le caniveau étant pratiquement constante entre ses deux extrémités.
La variation brutale de section des gaines de ventilation. Ce principe s'apparente au diaphragme quant à son efficacité. Mais, contrairement à ce dernier qui peut être déplaçable, ce système est inamovible, surtout s'il est mis en oeuvre dans un caniveau. De plus, le calcul de la perte de charge occasionnée sera très difficile.
L'adjonction de gaines de faible longueur réparties entre les gaines standard. Le mode de fonctionnement d'un tel ensemble consiste à travailler en 2 temps : d'abord faire fonctionner le ventilateur dans toutes les petites gaines, les autres étant fermées, puis relier le ventilateur aux gaines standard, les petites étant elles-mêmes fermées. Avec cette disposition, il faut que la surface ventilée avec les petites gaines soit suffisante, de manière que le point de fonctionnement du ventilateur reste dans la zone de fonctionnement normal et ne soit pas dans la zone de pompage (partie gauche de la courbe - figure 2).
Les volets obturateurs s'apparentent au système précédent. Lorsqu'ils sont fermés, ils transforment les gaines standard en gaines de petite longueur Il suffit de faire fonctionner le ventilateur d'abord lorsque les volets sont fermés pour refroidir la partie la plus haute du tas de grain, puis de recommencer l'opération avec les volets ouverts.
La figure 8 représente des gaines alimentées depuis l'extérieur du bâtiment suivant leur longueur. La hauteur de grain augmente puis diminue dans des proportions importantes, ce qui a pour conséquences un passage préférentiel de l'air par les deux zones les plus basses et un refroidissement très difficile de la zone centrale. Ici aussi, il existe quelques moyens d'amélioration. Ils sont de la compétence des spécialistes.
Cas des gaines de ventilation positionnées suivant l'axe longitudinal de la case
Elles sont moins nombreuses mais plus longues. Elles sont généralement reliées individuellement à un seul ventilateur fixe ou déplaçable, mais il arrive aussi qu'un même ventilateur travaille sur plusieurs gaines simultanément. Ici, le cloisonnement n'est pas facilement réalisable.
Lorsque la hauteur du tas varie perpendiculairement à l'axe des gaines (figure 9), pour conserver le même débit spécifique, quelle que soit la hauteur, le volume d'air circulant dans les gaines doit être différent de l'une à loutre.
Figure 9 : Graines positionnées suivant l'axe longitudinal de la case
Pour conserver une même vitesse raisonnable dans chacune d'entre elles, il est plus économique de mettre en place des gaines de différentes sections (figure 9.1) ou, si l'on met en place un modèle unique de gaine, il faut en augmenter le nombre vers le centre (figure 9.2), donc en réduire l'écartement. Mais dans ce cas, on est vite limité par la largeur du matériel de reprise.
Si le même ventilateur souffle simultanément dans plusieurs gaines, la pression sera identique dans chacune d'elles et le débit diffusé sera beaucoup plus élevé dans les gaines ventilant les hauteurs les plus faibles de grain. La zone la plus chargée sera très longue à refroidir (rapport de durée de 1 à 15 pour un rapport de hauteur de 1 à 4).
Il est possible d'y remédier, en mettant soit des dispositifs de régulation sur chaque gaine (diaphragme par exemple), ou de placer sur chaque gaine des ventilateurs dont les caractéristiques seront adaptées au volume et à la hauteur de grain.
Dans certains silos, on peut constater la présence d'un seul ventilateur mobile, raccordé successivement à chacune des gaines. Il faut impérativement obturer les extrémités des gaines non raccordées au ventilateur sous peine de créer un circuit d'air préférentiel entre la gaine ventilée et ses voisines, sinon l'air ne refroidit pas le grain.
Tous les systèmes décrits ci-dessus existent et fonctionnent. Il reste à l'exploitant qui en dispose, de les utiliser correctement afin de réaliser le refroidissement du grain dans les meilleures conditions possibles. Le souci est double : préserver le potentiel qualité du grain, minimiser la consommation énergétique.
Dès sa mise en stockage, le grain doit être refroidi par une ventilation de refroidissement bien conçue et bien conduite. Mais, il peut arriver que dans des installations défectueuses, mai conçues où par défaut de surveillance le grain soit le siège d'un échauffement. Cet échauffement peut être localisé et avoir diverses origines : lot trop humide non détecté à l'entrée, infiltration d'eau par la toiture et refroidissement incomplet.
Figure 10 : Etat normal : Cellule dont il faut terminer le refroidissement
Pour détecter un point chaud, il faut avoir recours à la thermométrie et au ventilateur : mettre celui-ci en route pendant 10 à 15 minutes à une période de la journée où la température de l'air est basse et suivre l'évolution de la température lue sur les différentes sondes, ou par des mesures localisées à environ 1 mètre de la surface du tas. Si au moins une des températures observées s'élève de plusieurs degrés, et plus particulièrement celles situées dans la partie supérieure du tas, il est probable qu'une zone chaude, ou insuffisamment refroidie soit située en-dessous.
Pour y remédier, mettre en route le ventilateur dès qu'il sera possible d'envoyer dans le tas de grain de l'air dont la température est proche de la température du grain la plus faible. Pour cela ouvrir, sous la zone où est situé le point chaud et autour de celle-ci le nombre de gaines nécessaires pour que le ventilateur travaille au delà de sa zone de pompage.
Dans le cas d'une introduction d'eau, la seule solution consiste à colmater les brèches, et si le volume de grain atteint est important et très réhumidifié, il est indispensable d'en prévoir l'évacuation ; opération qui pourra nécessiter l'utilisation d'une suceuse, avec toutes les mesures de sécurité qui s'imposent pour la protection de l'opérateur (harnais relié à un point fixe, surveillance).
TECHNIQUES ENVIRONNEMENT CONSULTANTS
LABORATOIRE T. E. C.
INDEPÉNDANCE / COMPÉNCE / CONFIDENTIALITE
Le Laboratoire T.E.C., créé en 1986, est le spécialiste français de l'étude des insectes et acariens et des moyens de limitation de leurs nuisances. Prestations propos‚es aux acteurs de la filière agro-alimentaire:
ÉTUDES EN LABORATOIRES:
CONSEILS - EXPERTISES:
7 bis RUE du PONT DE l'AVEUGLE - 64600 ANGLET a TÉL. 59 52 08 49 FAX 59 63 35 75
Pièges à phéromones
Denrées stockées
Cultures
Forêts
BIOSYSTÈMES FRANCE S.A.R.L.
Parc d'Activités des Bellevues - ERAGNY
Technosite - Rue du Gros-Murger
B.P. 227
95614 CERGY-PONTOISE CEDEX FRANCE
Téléphone : (1) 34.48.99.26
Télécopie :(1) 34.48.99.27
