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6.4.2. Poussières

Tout mouvement de grains va provoquer la création de poussières en quantités d'autant plus importantes que les grains sont sales ou attaqués (par les insectes); elles peuvent représenter entre 0,1 % et 1 % de la masse de grains travaillés. Certains produits comme le maïs ou le sorgho produisent plus de poussières que d'autres céréales telles que le blé.

Les poussières sont des fines particules organiques arrachées aux grains dont la taille varie de 10 µm à 100 µm. Lors des déplacements de grains ces particules sont envoyées dans l'atmosphère du silo où elles forment un nuage de poussière puis se déposent en couches successives. Leur masse volumique est d'environ 1,5, leur poids spécifique de 200-300 kg/m³ (cf. 6.3.1. Matériels de nettoyage).

6.4.2.1. Risques d'explosion

Les poussières ont une puissance explosive importante mais heureusement la combinaison de plusieurs facteurs est nécessaire pour qu'il y ait explosion.

Schématiquement, nous pouvons retenir qu'il faut:

• une énergie minimale d'ignition,
• une concentration explosive minimale.

TEMPÉRATURE D'INFLAMMATION

La concentration minimale explosive est de 20 à 100 g/m³ pour des poussières de diamètre inférieur à 100 µm.

6.4.2.2. Préventions des explosions

On cherchera d'une part à réduire la formation de poussières et d'autre part à éviter la création de «points chauds» responsables de l'ignition. Enfin lors de la conception des installations de stockage, on devra prendre en compte le problème «poussières».

a) RÉDUCTION DE LA FORMATION DE POUSSIÈRES PAR

- dépoussiérage des appareils par aspiration et notamment des appareils libérant beaucoup de poussières tels qu'élévateur à godets ou transporteurs à bande. Récupération des poussières par un circuit de dépoussiérage largement dimensionné comportant des cyclones permettant la récupération des poussières très fines (< 100 µm) explosives et des filtres,

- nettoyage des locaux, ce nettoyage doit être fait à l'aide d'aspirateurs car les balais ou les appareils à air comprimé, en mettant en suspension les poussières, peuvent augmenter les risques d'accidents,

- diminution des possibilités d'accumulation de poussières en évitant les surfaces planes inaccessibles et les aspérités des parois.

b) ÉLIMINATION DES POINTS CHAUDS RESPONSABLES DE L'INFLAMMATION DES POUSSIÈRES

- en vérifiant la bonne marche et le bon état des matériels et des circuits électriques, et en prenant les précautions nécessaires lorsque des travaux de réparation ou de construction nécessitent des soudures, des découpages... (Permis de Feu).

- il est également évident que les interdictions de fumer devront être parfaitement respectées.

- enfin, dans l'implantation des différentes parties du silo, il convient d'isoler le séchoir qui représente naturellement un point chaud important. Au niveau des constructions on pourra également prévoir des évents qui constitueront des points faibles de la structure et donc des points de rupture en cas d'accident.

Le problème des poussières - dans tous les centres de stockage à rotation rapide - ne doit pas être sous-estimé et n'est pas encore parfaitement cerné aujourd'hui. Il doit en être tenu compte dans la conception et la gestion des installations.

6.5. Autres techniques de conservation - le stockage hermétique

6.5.1. Conservation en atmosphère confinée - stockage sous gaz neutre
6.5.2. Stockage sous vide

Séchage et ventilation sont des techniques qui agissent sur les deux facteurs principaux de conservation des grains que sont l'humidité et la température. D'autres techniques de conservation vont intéresser le troisième facteur de dégradation des denrées qui est la composition des gaz du milieu.

6.5.1. Conservation en atmosphère confinée - stockage sous gaz neutre

Cette technique de conservation est très ancienne, elle était utilisée dès l'Antiquité sur le pourtour de la Méditerranée où les céréales étaient stockées sous terre, d'une part pour cacher les réserves alimentaires, mais aussi en raison de la qualité du blé ainsi conservé. Ce type de stockage semble s'être développé en Europe au Moyen-Age. Il est redécouvert par les chercheurs au début du XVIIIe siècle, et au début du XIXe siècle des expériences et des projets de stockage en fosses sont tentées. C'est à cette époque que l'on commence en France à employer le mot «SILO». Il est intéressant de constater que ce terme, aujourd'hui largement utilisé pour qualifier les installations en vrac, est un mot espagnol qui à l'origine signifiait «fosses à grains».

Des expériences de cette époque (DOYÈRE), il ressort que l'atmosphère des silos est composée d'azote: 22 %, gaz carbonique: 16 % et d'oxygène: 2 %, et que, pour obtenir un bon stockage, les grains doivent être dans un certain état de siccité et les silos ne doivent donner accès ni à l'humidité, ni à l'air.

6.5.1.1. Stockage en atmosphère confinée

PRINCIPE

Au début du XX^e siècle, des expériences ont montré que si on mettait des grains et des insectes dans un récipient hermétiquement fermé, les insectes mouraient; la respiration naturelle des grains et des insectes ayant créé un milieu asphyxiant. Des études plus récentes (1960) ont montré que cette asphyxie des insectes était essentiellement due à la baisse du taux d'oxygène plutôt qu'à l'accumulation des produits de la respiration. La réaction des insectes à l'asphyxie est variable suivant les espèces, mais généralement les insectes des stocks sont tués lorsque le taux d'oxygène est inférieur à 2 % du volume de l'atmosphère intergranulaire, stade auquel le gaz carbonique (CO₂) aura atteint un taux d'environ 15 %.

Fig. 207: Consommation d'oxygène et production de gaz carbonique par des charançons adultes - Sitophilus granarius - en containers hermétiques (13 et 133 insectes par kg de grains). (D'après OXLEY et WICKENDEN, 1963.)

Ce n'est pas le taux de 15 % de CO₂ qui provoque la mort des insectes car, si l'on maintient un taux d'oxygène normal (21 %), le taux de CO₂ doit atteindre 36 % pour être léthal. Il semble en fait qu'il y ait un effet de «synergie» entre le faible taux d'oxygène et le fort taux de gaz carbonique.

Le temps nécessaire à l'asphyxie, dépend de l'activité respiratoire de l'ensemble grain-parasites et cette activité est directement liée à l'humidité et à la température du grain. En pratique, dans les zones tropicales et intertropicales, à une température de 26° C - 30° C, la mort des insectes, dans les structures étanches, devrait intervenir après 4 à 6 semaines avec du grain à 12 % d'humidité'.

a) PRODUITS STOCKÉS

Il faut considérer deux cas:

- d'une part, celui du grain «sec» (grain stabilisé), dont l'activité biologique est réduite. Seule une infestation par les insectes peut produire une activité métabolique appréciable avec utilisation d'oxygène et rejet de gaz carbonique et d'eau,

- d'autre part, celui du grain «humide», siège d'une activité biologique intense:

• du grain,
• des insectes,
• des micro-organismes.

Le stockage hermétique va bloquer la respiration, tuer les insectes et freiner, voire arrêter, le développement des moisissures. Il faut cependant noter que de nombreux micro-organismes peuvent se développer à de très faibles pressions d'oxygène (O₂). Au-dessous de 1 % d'O₂ certaines levures peuvent prospérer, certaines moisissures pouvant, elles, se développer à des concentrations aussi faibles que 0,2 % d'O₂.

En milieu anaérobie des fermentations peuvent se produire sur des grains très humides (> 17 %). Elles libèrent une quantité importante de CO₂ et entraînent des modifications au niveau du grain: perte du pouvoir germinatif, baisse de la qualité meunière et boulangère (mais sans perte de valeur alimentaire). La rapidité de ces phénomènes augmente avec la température et la teneur en eau. Des travaux sont en cours pour préciser les limites de ces modifications.

b) INTÉRÊT DE CE TYPE DE STOCKAGE

- Insectes:

• les grains sont débarrassés des insectes à tous les stades de développement,
• l'étanchéité de la structure empêche toute réinfestation,
• pas d'éventuels résidus toxiques dus aux insecticides,
• pas de résistance de la part des insectes (contrairement aux insecticides).

- Rongeurs: pas d'infestation possible.

- Micro-organismes: prolifération freinée, voire arrêtée.

Difficulté du système: obtention de structures étanches.

c) LES TECHNIQUES

- Techniques de stockage à petite échelle

La technique consistant à stocker le grain dans des greniers enterrés est utilisée de façon traditionnelle dans différents pays (Afrique du Nord, Somalie, Yemen...). Ces greniers sont souvent de simples trous creusés dans le sol dont les parois et le fond sont parfois recouverts de paille. L'orifice du silo est bouché par une pierre ellemême recouverte de terre. Leur volume est de l'ordre de 2 m³. Au Brésil, des méthodes plus récentes consistent à conserver le grain dans des poches plastiques enterrées.

En Afrique on peut rappeler l'utilisation fréquente du fût métallique de 200 1, de bonbonnes en verre ou de jarres...

- Stockages de grandes capacités

• Les silos souterrains argentins (Cf. fig. 208).

Dès 1941, en Argentine, 6 000 tonnes de céréales furent stockées en cellules étanches. Aujourd'hui la capacité de stockage en silos enterrés dépasse les 2,5 millions de tonnes.

Les unités de stockage sont constituées d'une partie enterrée de section trapézoïdale et d'une partie aérienne de forme arrondit. La construction est en béton armé. La profondeur du silo est fonction du niveau de la nappe phréatique mais elle peut atteindre 6 m. Le toit est recouvert d'un revêtement étanche et d'une peinture de couleur claire. Certains de ces silos peuvent atteindre des capacités unitaires de 10 000 t; cependant des installations plus récentes sont constituées de tranchées de 500 t. Une publication de la FAO fournit des détails intéressants sur ce type de structure

Dimensions

(Cette tranchée est parfois de forme semi-circulaire).

Construction

Parois de la tranchée de l'intérieur vers l'extérieur:

• Briques creuses (épaisseur 8 cm)

• Membrane imperméable multicouches

- 1 enduit d'asphalte dilué
- 1 couche d'asphalte appliquée à chaud
- 1 feuille de feutre asphalté: 3 fois, soit 6 couches
- 1 couche d'asphalte
- 1 couche de laine de verre
- 1 couche d'asphalte
- 1 couche finale d'asphalte saupoudrée de sable sec.

• Sol en béton armé (mur de séparation entre cellules).

• L'étanchéification à l'eau entre les tranchées est réalisée avec un mastic asphalté (7 kg de peinture asphaltée + 1,8 kg de fibre d'amiante moyenne ou longue / 1 kg de sable très fin) appliqué à raison de 2 à 4 kg/m².

Toiture en voûte

• Briques creuses (épaisseur 12 cm).
• Béton armé.
• Membrane imperméable multicouches, (des fissurations ont été observées dans les toitures rigides, les couvertures souples réalisées initialement avec du papier renforcé étanche Sisal Kraft et des cannages de roseaux ou de la paille de blé supportent mieux les mouvements du sol et les écarts thermiques).

Ce type de construction est donc particulièrement soigné et nécessite un personnel compétent. La manutention des céréales est réalisée, soit par transport pneumatique, soit par lanceurs pour le chargement et, pour la reprise, par des transporteurs télescopiques à bande qui chargent des camions ou des remorques.

Ces silos tranchées sont intéressants pour le stockage de longue durée de céréales bien séchées. Il semble cependant que dans bien des cas l'étanchéité ne soit pas parfaite et que l'on soit alors obligé de traiter les grains avec des insecticides.

Fig. 208: Silo souterrain argentin.

• Les silos «Chypre» ou «Kenya» (Fig. 209 a et b).

Ces cellules de stockage ont été construites pour la première fois à Chypre en 1956 par WALLER. En 1968 le Kenya s'est doté de 70 cellules de ce type pour une capacité totale de stockage de 100 000 t. Chaque cellule est constituée d'une partie enterrée de forme conique recouverte d'un toit en forme de dôme reposant sur une poutre circulaire en béton armé.

Les cellules, d'une capacité unitaire d'environ 1400 t, ont les dimensions suivantes:

Fig. 209 a: Coupe d'une cellule «Waller» de 1450 tonnes.

Ces cellules étant construites en béton armé, il est nécessaire de les étanchéifier en plaçant entre les deux couches de béton une membrane de bitume. Les cellules du Kenya ont été équipées de sondes thermométriques et de tubes de prélèvement de gaz.

Les conservations de longues durées sont possibles en veillant à ne stocker que du grain sec et bien dépoussiéré. Cependant, comme dans le cas des silos argentins, il est parfois relevé des développements de moisissures ou d'insectes, signes d'une mauvaise herméticité.

Cette faible étanchéité aux gaz enfreint le principe même sur lequel sont conçues ces installations.

6.5.1.2. Stockage sous gaz inerte

Le stockage en atmosphère confinée peut présenter dans son principe quelques insuffisances:

- la diminution du taux d'oxygène jusqu'à une valeur voisine de 2 % peut nécessiter un temps relativement long surtout lorsque les grains sont très secs. Durant ce laps de temps, les insectes peuvent se développer et occasionner des pertes en poids et en qualité. Sur des grains plus humides, le développement des moisissures peut également être important avant un éventuel blocage et ceci d'autant plus que certaines moisissures se satisfont d'un très faible taux d'oxygène,

- le principe n'est pas applicable sur des produits inertes tels que les fèves de cacao par exemple.

Le principe du stockage sous gaz inerte consistera alors à accélérer le confinement de la cellule de stockage en remplaçant rapidement l'air interstitiel de la masse de grains par un gaz inerte tel que l'azote ou un mélange d'azote et de gaz carbonique. Le choix du gaz est avant tout économique; dans certains cas, l'azote peut être fourni directement par l'industrie, dans d'autres, il est plus avantageux de produire un mélange d'azote et de gaz carbonique par combustion d'un hydrocarbure (méthane, propane ou butane).

De nombreuses expériences de stockage sous atmosphère contrôlée sont menées en Australie par le CSIRO: atmosphère confinée d'une part, aujourd'hui considérée comme inadaptée au stockage moderne de grande capacité, et stockage sous gaz inerte d'autre part, qui s'est développé plus récemment.

Pour utiliser les structures classiques (notamment grands silos horizontaux en tôles ondulées) comme structures de stockage sous gaz inerte il faut les étanchéifier (utilisation d'émulsion de styrène acrilique, de silicone, de mousse de polyuréthanne, de mousse de polystyrène...). Les différents essais ont conduit les chercheurs à définir des niveaux d'herméticité satisfaisante des structures.

D'après H. J. BANKS l'étanchéité de la structure peut être estimée satisfaisante si:

- une surpression de 500 Pa décroît à 250 Pa en plus de 5 minutes lorsque l'on considère des magasins remplis de 300 à 10 000 tonnes, et en 10 minutes pour des capacités de 10 000 à 25 000 tonnes,

- pour les mêmes structures mais vides, les temps sont alors respectivement de 12 mn et 24 mn. Enfin pour les petites capacités (5 tonnes) cette même chute de pression ne doit pas s'effectuer en moins de 30 secondes. On note que les structures de petites capacités sont plus difficiles à étanchéifier car elles ont un rapport surface-volume plus important.

a) STOCKAGE SOUS AZOTE

Dans ce domaine, de nombreux travaux ont été menés en Italie (SHEJBAL) en utilisant soit de l'azote haute pureté (99,9 % de N2) relativement coûteux, soit de l'azote technique obtenu plus économiquement et qui contient environ 0,5 % d'oxygène. Ce taux d'oxygène est suffisant pour contrôler les insectes qui sont tués si la teneur en oxygène (en l'absence de gaz carbonique) est inférieure à 1 %.

TEMPS NÉCESSAIRE (en jours) POUR DÉTRUIRE 100 % DES ADULTES (à 22° C)

Réalisés par la SNAMPROGETTI (Italie), des essais de conservation à long terme en mini-silos soumis à des températures ambiantes variant de 18° C à 32° C, ont donné les résultats suivants:

CONSERVATION DE BLÉ TENDRE DANS L'AIR ET SOUS AZOTE

Des essais plus courts (12 à 15 mois) avec des cellules pilotes de 20 à 30 m³ en polyester armé ont donné de bons résultats malgré d'importantes variations saisonnières de températures (28° C à 8° C).

Installations

Dans les installations commerciales, la cellule est mise sous gaz par une purge rapide à l'azote technique suivie d'un balayage lent pendant une dizaine de jours.

La Société IDEA propose des installations modulaires en béton armé où les cellules ont une forme hémisphérique qui rappelle les cellules de Chypre.

Le béton armé étant un matériau poreux, les parois doivent être revêtues intérieurement d'un vernis étanche aux gaz et résistant aux acides faibles.

b) STOCKAGE SOUS GAZ INERTE MÉLANGE D'AZOTE ET DE CO₂

Le gaz inerte est obtenu par combustion à l'air d'un hydrocarbure: le méthane, le propane ou le butane. Pour éviter la production d'hydrogène ou de monoxyde de carbone (dangereux), une combustion doit être neutre ou très faiblement oxydante (0,5 % à 1 % d'O₂).

En Côte d'ivoire où le stockage sous gaz inerte s'est récemment développé, le gaz neutre est obtenu par combustion du butane et a la composition suivante: N₂: 85 % - CO₂: 12 à 14 % - O₂: 1 à 3 %.

Des essais de désinsectisation ont été réalisés sur le riz, le mais, le café et le cacao. Après 24 h de traitement, tous les insectes adultes ont été tués. Des conservations satisfaisantes de mais, paddy, café, cacao pendant plusieurs mois sont également rapportées par les utilisateurs de cette technique.

Réalisations:

Un premier silo en acier autopatinable (acier Corten) a été réalisé à Vridi, en Côte d'ivoire, pour le stockage de fèves, de cacao. Pour obtenir une structure étanche, la solution qui a été retenue est celle de cellules métalliques soudées.

Le silo d'une capacité de 4 100 m³ (2 665 t de cacao) est constitué de 18 cellules carrées: 10 cellules de 350 m³ et 8 cellules de 75 m³.

Les cellules sont équipées de trappes de vidange et de remplissage et d'une valve tarée à + 50 mm CE en surpression et - 20 mm CE en dépression.

Le gaz produit par un générateur de gaz inerte (en Côte d'ivoire générateurs de 120 m³/h) est introduit au niveau d'une vanne d'admission située au bas de la cellule. Plus lourd que l'air il chasse ce dernier qui peut alors s'échapper par la soupape de sécurité. Pour le remplissage, la consommation de gaz est estimée par le fabricant à 4 fois le volume total de la cellule. Des piquages situés en haut des cellules permettent d'analyser quotidiennement la composition des gaz. Le gazage est complété lorsque le taux d'O₂ dépasse 3 % selon le fabricant la consommation de gaz est de l'ordre de 10 m²/t/an.

6.5.2. Stockage sous vide

L'application du vide est une autre voie pour modifier l'atmosphère intergranulaire. Elle permet de tuer les déprédateurs présents à tous leurs stades de développement et d'arrêter le développement de la microflore. Ce type de conditionnement est aujourd'hui couramment utilisé pour la conservation de produits alimentaires en emballages de petites capacités adaptés à la distribution (café sous vide par exemple). Plusieurs constructeurs ont cherché à appliquer la technique à des emballages de plus grande capacité.

6.5.2.1. Stockage en grandes poches

Les poches (commercialisées sous le nom de «Capatainer») ont une forme cubique et des capacités échelonnées entre 250 et 1250 litres. Le matériau constitutif est un polyéthylène basse densité de forte épaisseur (1 mm pour les parois latérales et 2 mm sur le fond) auquel sont adjoints des additifs destinés à améliorer sa longévité (antioxydants, anti UV). Un orifice de remplissage circulaire est prévu à la partie supérieure. Après chargement du contenu, la poche est mise sous vide et l'orifice de remplissage scellé par soudure. La vidange n'est actuellement envisagée que par destruction de la poche (ouverture du fonds) et refonte du matériau.

Pour la mise en œuvre du procédé, une machine spéciale a été réalisée avec pour objectif une cadence de travail de 9 600 poches de 1250 1 (soit 12 000 m³) par mois à raison de 20 h de travail par jour (3 postes). Ceci a conduit à concevoir un matériel complexe et puissant (285 kVA installés, 130 kWh consommés en moyenne, 6 m³/h d'eau, etc.) dont l'amortissement exige un parfait contrôle des circuits commerciaux amont et aval.

Des essais de conservation de cacao ont été réalisés avec l'IRCC au Cameroun (Yaoundé) sur des poches de 250 l fermées avec un vide initial de 600 mm et placées sous hangar. L'essai a duré 20 mois et les constatations suivantes ont été faites:

- Les insectes ont été totalement supprimés par le vide, le développement de la microflore a été stoppé et les qualités organoleptiques des fèves n'ont pas été altérées (une diminution de l'astringence a même été observée).

- Les poches sont fragiles et tout choc avec des objets durs anguleux est à craindre. D'autre part, le polyéthylène des poches testées n'ayant pas été traité anti UV, des fissurations du matériau se sont amorcées. Enfin des gouttelettes de condensation étaient visibles sur les parois intérieures prouvant l'existence de migrations d'humidité dans le produit.

Une installation de ce type a été récemment implantée en Indonésie pour la constitution de stocks de sécurité de riz blanc.

6.5.2.2. Stockage en petits contenants

Les «petits contenants» sont des enceintes proches de la capacité des sacs classiques, donc pouvant contenir plusieurs dizaines de litres.

Plusieurs constructeurs proposent des lignes d'ensachage de petite capacité avec des dispositifs de mise sous vide variés (Désaération «gueule ouverte», pipette d'aspiration, valve) mais tous utilisent comme matériau des films complexes composés en général de 3 couches: à l'intérieur une couche de polyéthylène assurant une bonne soudabilité, au centre un film aluminisé étanche aux gaz et à l'extérieur une couche de polyester en raison de ses qualités mécaniques.

La mise sous vide provoquant un plaquage de l'enveloppe contre le produit, les aspérités de celui-ci peuvent provoquer des micropercements préjudiciables à la tenue du vide. Pour y remédier une sache intérieure en polyéthylène est souvent ajoutée à l'intérieur de l'enveloppe.

Des essais de stockage ont été conduits au Sénégal par l'ISRA pour tester l'aptitude à conserver différentes espèces de semences: arachide, niébé, mais, mil, sorgho et ont donné des résultats satisfaisants après 18 mois de conservation. En particulier cette technique peut constituer une alternative au stockage réfrigéré (coûteux en énergie et en maintenance) actuellement utilisé pour la conservation de stocks de sécurité de semences d'arachides.

En CONCLUSION le stockage hermétique, en confiné, sous gaz inerte, sous vide connaît actuellement un regain d'intérêt en raison de son inocuité (non utilisation de produits chimiques) et de sa qualité d'isolement des paramètres extérieurs, en particulier de l'humidité.

Sa mise en œuvre est encore coûteuse et délicate mais des travaux sont en cours en vue d'aboutir à des applications vulgarisables à différents niveaux de stockage (producteur, stockage des semences, stockage de transit, de sécurité, etc.).

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