Stage de fin de formation :

Intitulé :

Réalisée par : Membres de jury :

Najat OUAKRIM Mme S. SALMAOUI: Encadrante FST

Fatima-Zahra EZ-ZAHRAOUI Mr. M. GHALIM : Encadrant SUTA

Mr. H. HARNAFI : Examinateur

Mr. K. HABBARI : Président

Année universitaire 2010/2011

Nous dédions ce rapport à nos parents en espérant que

ce modeste travail leur témoigne notre amour et notre

affection.

A toutes nos frères

A tous nos soeurs.

A nos amis (es) pour leur soutien.

A tous nos enseignants avec nos profondes

considérations.

A tous ceux qui nous ont assistés à réaliser ce travail.

Nous voudrons exprimer nos vifs remerciements à Mr le

Directeur Général de la SUTA, aussi nos vifs remerciements à

Mr Abbderrahim HASSANI Sous Directeur d’usine pour tous

les moyens qui ont mis à notre disposition pour passer ce stage

dans de très bonnes conditions.

Nous tenons à exprimer notre profonde gratitude et nos

sincères remerciements à Mr. yassine notre parrain de stage

pour la qualité de son encadrement et pour nous avoir guidé

durant cette période de stage, ainsi que pour ses valeureux

conseils tant sur le plan personnel que professionnel.

Nous adressons également nos remerciements à tout le

personnel de Sucrerie Raffineries de Tadla (OULED AYAD) et

particulièrement le personnel du service de regulation pour leur

chaleureuse hospitalité et pour nous avoir consacré une partie

de leur temps pour répondre à toutes nos questions durant ce

mois.

Nous tenons particulièrement à remercier notre enseignante

et encadrant Mr yaakoub LAHCEN ET qui nous a fait

bénéficier de son expérience. Ses conseils et nos discussions

nous ont permis d’améliorer nos connaissances et le contenu de

ce document. Ses critiques et ses suggestions toujours assorties

de paroles d’encouragement et d’une sympathie exemplaire nous

ont été valeur inestimable.

Nos remerciements s’adressent également au président, et à

tous les membres de jury qui nous ont fait l’honneur de bien

vouloir juger ce travail.

Nos remerciements vont aussi à tous les enseignants de la

filière ESA « ELECTROMECNIQUE DES SYSTMES AUTOMATISES»

pour l’effort qu’ils ont déployé durant notre formation.

Enfin que tous ceux qui ont attribué de prés ou de loin

à ce travail, trouvent, ici, l’expression de notre profonde

reconnaissance.

Liste des figures…………………………………………………………………………….....1

Liste des photos……………………………………………………………………………….2

Liste des tableaux…………………………………………………………………………......3

Introduction générale……………………………………………………………………... ..4

Chapitre I : Présentation de la société

I- Aperçu général sur la SUTA…………………………………..……………………….....6

COSUMAR…………………………………………………………………...............6

SUTA………………………………………………………………………………….7

II- Les activités de la SUTA………………………………………………………………...8

Chapitre II : processus de la fabrication de sucre

I- Histoire du sucre………………………………………………………………………….10

II- Aperçu général…………………………………………………………………………...10

Matière première…………………………………………………………….............11

Betterave sucrière……………………………………………………………..11

III- La fabrication du sucre………………………………………………………………....12 Diagramme de fabrication…............................................................................12

III-1 Réception……………………………………………………………………………….14

III-2 Echantillonnage……………………………………………………………………......14

Détermination du taux d’impuretés… ……………………………………....15

Convention adoptée……………………………………………………...........16

Mesure de la richesse en saccharose………………………………………....16

III-3 Déchargement………………………………………………………………………….16

III-4 Transport et lavage des betteraves……………………………………………...........17

L’épierreur ……………………………………………………………………...17

Désherbeurs ……………………….…………………………………………….17

Le lavoir à bras……………………………………………………………….18

Le lavoir à Rouleaux………………………………………………………….18

III-5 Découpage en cossettes………………………………………………………………..18

III-6 Echaudage……………………………………………………………………………...18

III-7 Diffusion………………………………………………………………………………..19

But et principe…………………………………………………………...........19

Paramètres de diffusion…………………………………………………….…20

Qualité de découpage…………………………………………………20

La Forme des cossettes………………………………………………..20

La température …..……………………………………………………20

Le pH…………………………………………………………………..20

III-8 Sécherie…………………………………...……………………………………………20

Presses à pulpes………………………………………………………………20

Séchage des pulpes pressées………………….………………………………21

III-9 Epuration………………………………………………………………………………22

Le pré-chaulage……………………………………………………………….22

Chaulage………………………………………………………………………22

Première carbonatation……………………………………………………….23

Décantation……………………………………………………………...........23

Deuxième carbonatation……………………………………………………...24

Filtration……………………………………………………………................24II-10 Evaporation……………………………………………………………………………24

Equipements d’évaporation…………………………………………………...24

III-11 Cristallisation………………………………………………………………………...26

III-12 Séchage………………………………………………………………………………..26

III-13 Conditionnement de sucre…………………………………………………………...26

Chapitre III : Bibliographie sur la cristallisation

I-Introduction………………………………………………………………………………..28

I-1 Définition…………………………………………………………………………………28

I-2 Structure cristalline du saccharose……………………………………………………..28

I-3 Les principaux modes de cristallisation………………………………………………..28

II-Solubilité et sursaturation……………………………………………………………......29

II-1 Définition………………………………………………………………………………..29

La solution…………………………………………………………………….29

La concentration………………………………………………………………29

La saturation………………………………………………………………….29

La sursaturation……………………………………………………………....29

II-2 Représentation de la saturation-sursaturation………………………… …………...29

III-Paramètres influençant la cristallisation………………………………………………30

III-1 Influence de la température…………………………………………………………..30

III-2 Influence de la sursaturation…………………………………………………………30

III-3 Influence des impuretés……………………………………………………………….31

III-4 Influence de la viscosité……………………………………………………………….31

III-6 Influence du pH………………………………………………………………………..32

IV-Nucléation et croissance des cristaux…………………………………………………..32

IV-1 Mécanisme de la nucléation…………………………………………………………...32

IV-1-1 Mécanisme de la nucléation primaire………………………………………………...32

IV-1-2 Mécanisme de la nucléation secondaire………………………………………………32

IV-2 La Croissance…………………………………………………………………………..33

IV-2-1 Les sites de croissances……………………………………………………………….33

IV-2-2 Dislocation vis………………………………………………………………………...33

V-Cristallisation dans l’usine d’Ouled Ayad ……………………………………………...33

V-1 Présentation de chantier de cristallisation…………………………………………….34

V-1-1 Présentation de 1er jet………………………………………………………………….34

V-1-2 Présentation de 2éme jet……………………………………………………………….34

V-1-3 Présentation de 3éme jet……………………………………………………………….35

V-2 Conduite de la cuisson………………………………………………………………….35

V-2-1 Appareil à cuire………………………………………………………………………..35

Départ du cycle………………………………………………………… …….35

Pied de cuite…………………………………………………………………..35

La lavée……………………………………………………………………….36

Montée de la cuite…………………………………………………………….36

Serrage de la cuite…………………………………………………………….36

Maintien suivant………………………………………………………………36

Coulée………………………………………………………………………....36

Dégraissage……………………………………………………………...........37

V-2-3 Préparation de la semence……………………………………………………………..37

V-2-4 Malaxage……………………………………………………………………………37

V-2-5-Turbinage ou essorage de la masse cuite……………………………………………...37

Chapitre IV : Partie pratique

conclusion et recommandations…………………………………………………………….62

Bibliographie………………………………………………....................................................63

Annexe………………………………………………………………………………………..64

Liste des figures :

Figure 1 : les cinq périmètres sucriers au Maroc …………………………………………..12

Figure 2 : Composition de la betterave sucrière ……………………………………………18

Figure 3 : diagramme de fabrication de sucre……………………………………………....18

Figure 4: Structure cristalline du saccharose……………………………………………….34

Figure 5 : diagramme de saturation-sursaturation en fonction de la température………..36

Figure 6 : influence de certaines impuretés sur la vitesse de cristallisation……………….38

Figure 7 : Schéma de cristallisation en 3 jets……………………………………………….40

Liste des photos   :

Photo 1: Betterave sucrière ………….……………………………………………………17

Photo 2: Betterave fourragère………………..…………………………………................17

Photo 3: Betterave potagère ………….……..……………………………………………..17

Photo 4 : Appareil d’échantillonnage……………………………………………………..20

Photo 5 : Appareil de décolletage………………………………………………………….21

Photo 6 : Déchargement de betteraves…………...……………………………………….23

Photo7 : Désherbeur……………………………….………………………………………24

Introduction générale :

Les Marocains aiment le sucre! C’est dès le 9ème siècle que le Maroc se lance dans la production de sucre. A cette époque, la culture de canne à sucre était développée dans les régions du Sous et de Chichaoua. Cette industrie a continué jusqu’au 16ème siècle et puis elle a connu un déclin, à cause des conditions climatiques. Dans les années soixante, les pouvoirs publics ont mis en place un plan pour l’introduction de plantes sucrières et, en parallèle, un programme de création de sucreries publiques. Le Maroc se positionne comme le 5ème plus grand consommateur de sucre au niveau mondial. Le Marocain consomme en moyenne 35 kg de sucre par an, au total ce sont 1,16 million de tonnes de sucre consommées par an [1].

Les sucriers sont tenus alors d’améliorer les performances de leurs installations par la mise en relief de plusieurs démarches, notamment la réduction des pertes de production au niveau de toutes les étapes de raffinage de sucre dont la cristallisation est la plus importante étape qui donne le sucre blanc. A côté du rendement en sucre, l’industriel cherche à avoir un sucre de bonne qualité. C’est dans ce cadre que nous avons réalisées le présent travail qui a pour but l’amélioration du rendement de la granulométrie : qui est un critère important dans la détermination de l’appréciation du sucre par le consommateur. En effet, le sucre est mieux apprécié lorsque ses cristaux sont uniformes et de taille régulière.

En parallèle pour présenter notre travail, nous avons débuté en premier chapitre par une présentation de la société SUTA, le deuxième chapitre porte sur le processus de la fabrication de sucre, le troisième chapitre fera l’objet d’une étude bibliographique de la cristallisation portant sur sa définition, solubilité et sursaturation, paramètres influençant la cristallisation, la nucléation, la croissance des cristaux et la cristallisation à l’usine.

?????Le dernier chapitre sera axé à la partie pratique ou on a étudié le rendement en sucre de masse cuite des appareils de 1er jet, l’étude du rendement en cristaux des six appareils, l’étude de la granulométrie du sucre blanc et l’étude de l’impact de l’installation du système automatique au niveau du 1er jet. Et finalement une conclusion avec des recommandations pourront éventuellement corriger toute anomalie identifiée.

Chapitre I : Présentation de la

société

I- Aperçu général sur la SUTA :

La SUTA ou « Sucreries Raffineries du Tadla » est un site de COSUMAR, filiale de groupe

COSUMAR.

COSUMAR :

Depuis sa création en 1929, COSUMAR n’a cessé de croitre et de se développer afin de

devenir le grand Groupe que nous connaissons aujourd’hui. Acteur important dans l’économie

de notre pays et véritable moteur œuvrant pour une meilleure compétitivité de la filière

sucrière marocaine.

COSUMAR assure la production, le conditionnement et la commercialisation du sucre

sous quatre formes : le Pain de sucre, le Lingot et le Morceau, le sucre en granulés. La

production s’effectue selon deux procédés :

La transformation de la plante sucrière plantée localement, canne à sucre et

betterave à sucre, en sucre blanc.

Le raffinage de sucre brut acheté depuis le marché mondial en sucre blanc.

Elle est l’unique opérateur sucrier marocain qui est présent dans tout le territoire à travers

ses cinq filiales : Cosumar SA, Surac, Sunabel, Suta, Sucrafor.

Figure 1 : les cinq périmètres sucriers au Maroc [2]

Le Maroc produit en moyen 45% du besoin national en sucre dont les trois quarts

proviennent de la betterave sucrière et le reste de la canne à sucre. Pour les 55% restants, en

recourt à l’importation de sucre brut à partir du Brésil que l’on traite ensuite totalement dans la

raffinerie de Casablanca.

SUTA :

La SUTA ou « Sucreries Raffineries du Tadla » joue un rôle primordial dans l’économie

nationale en couvrant presque 17% des besoins en sucre et en assurant des pulpes sèches et

humides pour l’élevage, ainsi que la mélasse pour les industries de bio fermentation. Elle

contribue aussi au développement régional de l’agriculture et à la création de l’emploi au milieu

agricole et industriel.

Elle est la deuxième sucrerie édifiée dans le cadre d'un programme sucrier, inaugurée le

16 mai 1966 après une période qui a duré seize mois.les travaux de construction ont été assurés

par la firme allemande BMA / BW & LUCKS, dans la plaine du Tadla baignée par l'oued Oum

Erabie et l'oued Elabid.

Par ailleurs, la société SUTA a mis en place une stratégie de développement qui touche

les volets agricole et industriel en vue de rehausser la rentabilité de la betterave et rendre cette

filière plus compétitive. Dans ce sens, la société a engagé au titre de l’exercice 2008 des

investissements de 8 millions de dhs pour la mise en service d’un centre de réception de la

betterave, l’un des meilleurs centres à l’échelle nationale et internationale. La technologie de

pointe adoptée au niveau du centre est identique à celle installée aux centres de réception des

sucreries européennes. Le centre est complètement automatisé, ainsi que l’ensemble des

opérations qui interviennent dans le processus de réception de la betterave, dont

l’échantillonnage, l’analyse de la richesse saccharine et de la qualité de la betterave.

Aujourd’hui, dans le cadre de la mise à niveau du secteur sucrier et sous la gouvernance

du Groupe COSUMAR, la SUTA ne fait référence qu’à l’unité d’OULED AYAD qui a connu une

multitude de travaux d’extension et de transformation (Production directe du sucre, installation

d’une unité de conditionnement, la préparation de la production mécanisée du sucre pain), les

deux autres unités de Béni Mellal et de Souk Sebt étant fermées. [3]

II- Les activités de la SUTA :

Au sein de la SUTA, lieu de notre stage, le sucre (saccharose) est produit à partir de la

betterave sucrière. Son objectif, du début de la filière à la production du sucre final, est de partir

d’une matière première la plus pure possible et de produire, avec un rendement optimum, un

sucre de qualité. La sucrerie est donc principalement une industrie de séparation et de

purification. Un grand nombre d’opérations sont ainsi mises en œuvre, par exemple, en sucrerie

de betterave :

L’atelier de lavage élimine les impuretés extérieures (terre, pierres, débris

végétaux…) de la matière première.

L’extraction du sucre par diffusion permet le transfert du sucre contenu dans la

cellule tout en limitant celui des impuretés dans le jus.

Les étapes d’«épuration» et de «filtration» éliminent les impuretés dissoutes.

La concentration par évaporation élimine une partie de l’eau du jus.

la cristallisation permet de séparer le saccharose sous forme d’un cristal pur à

partir d’un sirop contenant encore des impuretés.

Les étapes de «séchage» et de «conditionnement» parachèvent ce long chemin

parcouru depuis la betterave.

Chapitre II : processus de la

fabrication de sucre

I- Histoire du sucre :

Initialement dans l'histoire, les gens mâchaient la canne à sucre brute pour en extraire sa

douceur. La culture du sucre aurait commencé dans le Nord-Est de l’Inde ou dans le Pacifique

Sud respectivement vers 10000 ou 6000 avant J.-C. Néarque, l'amiral d'Alexandre le Grand, lors

d'une de ses explorations en Inde vers 325 avant J.-C, parle d’un « roseau donnant du miel sans le

concours des abeilles », reprenant une expression des Perses. En effet, on utilisait plutôt la saveur

sucrée du miel, le sucre de canne étant encore rare et cher. D’autres témoignages archéologiques

associent la culture du sucre avec la civilisation de la vallée de l'Indus. Les Indiens ont découvert

comment cristalliser le sucre pendant la dynastie des Gupta vers l’an 350.

Au cours de la révolution agricole musulmane, des entrepreneurs arabes ont adopté les

techniques de production de sucre indiennes et les ont affinées, les transformant en une grande

industrie. Les Arabes ont créé les premières sucreries, raffineries, usines et plantations.

De son côté la culture romaine semble avoir largement, voire complètement ignoré, cette

forme de sucre, ne connaissant que le miel. Notons tout de même que quelques sources nous en

parlent dans un cadre médicinal.

Vers 1390, une meilleure technique de pressage fut créée, ce qui permit de multiplier par

deux la quantité de jus obtenu à partir de la canne. Cela a permis l’expansion économique des

plantations de sucre à l’Andalousie et l’Algarve. Vers 1420, la production de sucre fut étendue

aux îles Canaries, Madère et aux Açores.

Au cours du XVII e   siècle , le sucre est devenu très populaire et le marché du sucre a connu

une forte croissance, la production de sucre devenant de plus en plus mécanisée. La machine à

vapeur alimenta un premier moulin à sucre en Jamaïque en 1768, et peu après, la vapeur servit

d'intermédiaire au feu comme source de chaleur [3].

II- Aperçu général:

Le sucre saccharose est extrait à l’échelle industrielle, de la canne à sucre et de la

betterave sucrière. Ces plantes possèdent la particularité d’avoir comme glucide de réserve le

saccharose, résultant de la synthèse chlorophyllienne, qui consiste à transformer l’énergie

lumineuse en énergie chimique et de le stocker sous forme de solution aqueuse dans les

cellules, (75 % à partir de la canne et 25 % à partir de la betterave), sans en modifier la

composition. Ces plantes accumulent le sucre, au niveau de la tige pour la canne à sucre et au

niveau de la racine pour la betterave sucrière.

Matière première :

La betterave appartient à la famille des chénopodiacées. C’est une plante cultivée pour

sa racine charnue utilisée :

Pour la production du sucre (betteraves sucrières).

Comme plante fourragère (betteraves fourragères).

Comme légume dans l'alimentation humaine (betteraves potagères).

Photo 1: Betterave sucrière photo 2: Betterave fourragère photo 3: Betterave potagère [4]

Betterave sucrière:

La betterave sucrière est une plante bisannuelle, c’est-à-dire que son cycle dure 2 ans :

La 1ère année à lieu la phase végétative durant laquelle la plante se développe et

constitue son stock de sucre dans sa racine.

La 2ème année à lieu la phase reproductive où la plante se reproduit : elle puise

dans ses réserves pour produire une hampe florale qui évolue en fruits et graines.

La culture de la betterave pour le sucre comporte uniquement la phase végétative,

laquelle dure environ 200 jours.

A l’échelle nationale la betterave à sucre est cultivée dans les régions de Doukkala, du

Gharb, du Loukkos, de Tadla et de la Moulouya.

100 kg de betterave est composée de:

76,5 kg d`eau.

23,5 kg de matière sèche.

16,5 kg de saccharose.

7 kg de non sucre.

4,5 kg de matières insolubles (polysaccharides, pectines, celluloses).

2,5 kg de matières solubles (composes azotes, composes non azotes, sels

minéraux). (figure 2)

Eau (76, 5 kg)

Matiѐre sèche (23,5kg)

100 kg de betterave

Non sucre (7kg)

Saccharose (16, 5 kg)

Matiѐres soluble (2, 5 kg)

Matiѐres insolubles (4,5 kg)

Figure 2 : Composition de la betterave sucrière [2]

III- La fabrication du sucre :

Au Maroc la campagne betterave commence à partir du début du mois de Mai et se

termine vers fin Juillet de chaque année.

La qualité du sucre produit, dépend également de la qualité du stockage des betteraves

après leur récolte. La betterave est une matière périssable qui doit être traitée rapidement pour

plusieurs raisons :

Après l’arrachage, la perte de la richesse en sucre a lieu à raison de 200 à 400

g/tonne et par jour. Cette quantité de sucre dépensée permet de couvrir les besoins

caloriques du métabolisme de base de la betterave (respiration, pousse des

feuilles).

Les risques de fermentation et l’échauffement du silo induisent une plus grande

difficulté d’extraction du sucre en usine [5].

Diagramme de fabrication   : (Voir figure 3)

Cour à betterave

Réception des betteraves

Lavage des betteraves

Découpage

Diffusion

Cossettes

Pulpes humides

Pressage pulpes

Pulpes

Jus brut

Four à chaux

Pulpes séchées

Séchage pulpes

Lait de chaux et CO2

Epuration du jus

Jus épuré

Evaporation

Chaudière

Centrale force motrice

Vapeur

Sirop

Electricité usine

Cristallisation en 3 jets (Sucre blanc)

Séchage et conditionnement

Figure 3 : diagramme de fabrication de sucre

III-1 Réception :

La sucrerie n’achète aux planteurs, par une pesée directe, que le sucre polarisable

contenu dans les betteraves nettes (lavées, décolletées).

La réception est la jonction entre la production et la transformation au cours de laquelle

on détermine le poids net des betteraves ainsi que la teneur moyenne en saccharose, ces

données permettront à la société de payer les agriculteurs.

Le transport des plantes des champs vers l’usine est effectué par la sucrerie moyennant

des camions et des chariots.

Les camions chargés de betterave arrivent sur un pont bascule, où on réalise une

première pesée (Poids brute P1) avant de passer à l’étape de l’échantillonnage.

Les camions sont accompagnés du badge comportant le code transporteur et le code de

l’agriculteur d’une façon anonyme. Sachant que la SUTA est équipé d’un centre de réception

unique au Maroc complètement automatique depuis la pesé jusqu’à détermination du poids

brut, poids net et polarisation.

III-2 Echantillonnage :

Photo 4 : Appareil d’échantillonnage

Les véhicules sont placés sous un appareil appelé «RUPRO» comportant une sonde

mobile à clapets ouverts qui s’enfoncent aléatoirement dans le chargement ce qui lui permet de

prélever un échantillon de 25 à 60 kg (photo 4). Celui ci est déversé dans une trémie pour avoir

une première pesée de l’échantillon: m1 (poids brut de l’échantillon).

Cet échantillon de betterave est soumis à un jet d’eau puissant dans une laveuse. Cette

laveuse sert à éliminer tout élément étranger pendant une minute. Ensuite, l’échantillon subit un

décolletage afin d’éliminer la partie verte de la plante.

Photo 5 : Appareil de décolletage

Une fois ces opérations sont accomplies, l’échantillon est soumis à une deuxième pesée:

m2 (poids net échantillon).

Détermination du taux d’impureté :

I = m1 – m2.

Soit I la quantité des impuretés dans l’échantillon m1 :

Le taux des impuretés est équivalent à Ti :

Ti = %I = ((m1- m2)/m1)*100

Après le déchargement, les camions subissent une deuxième pesée : P2.

Donc on peut calculer la quantité des impuretés dans le chargement par :

Ic = (P1 – P2)*I/m1

Donc le poids net du chargement est :

Pnet = (P1 – P2)*(1 – I/m1)

Convention adoptée :

La sucrerie adopte une convention basée sur le taux des impuretés, son contenu se

présente comme suit :

Si Ti ≤ 2 % bonification (Pnet = Pbrut).

Si 2 < Ti < 10 % Pnet = Pnet réel.

Si Ti > 10 % pénalité (on remplace I par I’ = 1,5 I).

Mesure de la richesse en saccharose :

Après la deuxième pesée, l’échantillon passe dans une râpeuse afin de produire une

râpure. Ce râpeux est sous forme de scie qui découpe une partie de la betterave.

La râpure obtenue sera analysée au laboratoire de réception. Elle est prélevée

automatiquement à partir de laquelle on prélève une masse dans laquelle on ajoute le sous

acétate de plomb (permettant la précipitation de tous les non sucres) à raison de 177ml pour 26

grammes de râpure.

Le filtrat obtenu passe dans un saccharimètre (polarimètre) qui donne directement la

polarisation de l’échantillon (teneur en saccharose en %). Puis il passe dans la chaine Venema

pour donner la composition en Na, K, Azote, Amine, Glucose, Fructose.

III-3 Déchargement :

Le déchargement s’effectue mécaniquement; Les camions dont on a prélevé l’échantillon

avancent vers le culbuteur pour se décharger.

Les camions stationnent sur une plateforme à commande hydraulique qui se soulève

d’un angle de 45° à l’horizontale tandis que des colles sont placées derrière les dernières roues

pour garder l’équilibre des camions. Les betteraves sont déchargées dans une fosse avec un

transporteur extracteur dans le fond qui amène les betteraves via les transporteurs à courroie

vers deux silos de stockage de capacité de 4000 tonnes. Les silos de betterave sont ventilés par

quatre ventilateurs afin de favoriser les conditions de stockage pour éviter l’hydrolyse

enzymatique du saccharose par l’invertase car la betterave est un produit facilement périssable

(photo 6).

Photo 6 : Déchargement de betteraves

III-4 Transport et lavage des betteraves :

L’abattage des betteraves est réalisé grâce à deux pompes d’abattage. Ces pompes

consistent à abattre au niveau des silos avec des jets d’eau sous forte pression pour faire

tomber la betterave dans les caniveaux qui présentent une pente douce, et c’est aussi un moyen

de prélavage de la betterave.

Les betteraves arrivent ainsi au caniveau principal qui conduit aux équipements

suivants :

L’épierreur éliminant les pierres :

Les betteraves sont toujours accompagnées d’une quantité plus ou moins grande de

pierres à des tailles différentes.

Tous les systèmes d’épierrage sont basés sur le principe de la différence de densité entre

betteraves et pierres.

Désherbeurs éliminant les herbes :

Les désherbeurs sont équipés d’un transporteur tournant en sens opposé du courant

d’eau. Sur la courroie sont montés des peignes qui ramassent les feuilles et l’herbe qui, en

général, flottent à la surface. Sur le brin de retour, il se trouve un rouleau qui permet le

débattisage des peignes. (Photo 7)

L’ensemble eau /betterave sera aspiré par une pompe centrifugeuse (ou deux pompes

selon les besoins) tout en assurant le passage de l’eau et de la betterave du caniveau principale

au lavoir.

Photo7 : Désherbeur

Le lavoir à bras :

Dans ce type de lavoir, les betteraves rentrent via un séparateur dans le malaxeur et le

parcourent en contre-courant avec l’eau. L’arbre central porte des bras et des pales qui lavent

les betteraves par frottement entre elles et qui les font avancer.

Le lavoir à Rouleaux:

Ce lavoir est basé sur l’effet cinétique de l’eau. Les betteraves sont transportées par des

rouleaux montés sur des axes par des tamis vibrants.

III-5 Découpage en cossettes :

Les betteraves propres sortant du lavoir tombent dans le coupe-racines dont les

couteaux entrainés par un disque de grand diamètre découpent les racines en fines lanières

assez rigide appelées cossettes. Les cossettes de forme faitière ont une longueur de 5a 6 cm et

une épaisseur de 0,9 à 1,3 mm.

Le découpage doit donc viser les objectifs suivants :

Une augmentation de la surface d’échange.

Une extraction du minimum de non sucres.

Une meilleure porosité de la masse solide destinée à l’extraction.

III-6 Echaudage :

Au niveau des cellules, la membrane plasmique est semi-perméable et s’oppose au

passage du saccharose de la vacuole vers la solution d’extraction, pour rendre ce transfert

possible, il faut dénaturer cette membrane cytoplasmique; cette dénaturation est obtenue par

action de la chaleur dans deux malaxeurs caractérisés par : l’un avec une capacité de 4000 T et

l’autre 6000 T.

Les cossettes sont portées à 72°C par jus de diffusion réchauffé à 85-90°C. Ce traitement

thermique entraîne la coagulation des protéines, ainsi le cytoplasme se rétracte et la vacuole est

mise en contact avec la paroi cellulosique, ce qui permet au saccharose de passer vers le liquide

d’extraction.

III-7 Diffusion :

Après passage dans l’échaudoir, les cossettes sont véhiculées vers les tours de diffusion.

Ces tours sont au nombre de deux : l’une a une capacité de 4000 tonnes alors que l’autre a une

capacité de 6000 tonnes.

But et principe :

Son objectif principal est l’extraction du maximum de saccharose de l’intérieur des cellules et le

moins possible d’impuretés (non sucres) tout en utilisant un minimum d’eau.

La diffusion est un processus chimique dont le principe est la mise en solution d’une matière

soluble qui par l’existence d’un gradient de concentration de part et d’autre de la membrane plasmique

de la cellule de betterave passe au milieu le moins concentré.

L’eau se charge en sucre et une partie des non sucres solubles et devient le jus brut. La matière

solide et les non sucres qui ne sont pas extraits sortent comme cossettes épuisées (pulpes). Celles-ci sont

pressées et l’eau des presses est renvoyée au diffuseur (gain de sucre, gain en calorie et consommation

moindre en eau fraîche).

Le transfert de sucre entre les deux milieux : d’une part de l’eau et d’autre part le liquide se

trouvant à l’intérieur des betteraves est régi par la loi de FICK (loi de transfert de matière).

Dm dC

-------- = D --------

A.dt dx

dm/Adt: débit de transfert par unité de surface.

D: coefficient de diffusion du saccharose.

dC/dx: gradient de concentration.

Le temps de séjour dans le diffuseur dépend de la qualité de betteraves traitées, il varie

entre 90 à 120 min.

Paramètres de diffusion :

Qualité de découpage :

Un découpage fin se traduit par une augmentation de la surface d’échange mais

également par une diminution de la porosité et une augmentation du nombre de cellules

endommagées qui se répercute par une extraction excessive des impuretés qui devraient

normalement rester dans les cellules.

Si la longueur des cossettes est grande, on aura une meilleure extraction : produire des

cossettes régulières avec le moins possibles de râpure, cette râpure peut créer des chemins

d’écoulement préférentiel à l’origine du colmatage.

La Forme des cossettes :

Les cossettes faîtières sont recherchées car les pertes dans les pulpes sont inversement

proportionnelles au pourcentage des cossettes faîtières.

La température :

Une augmentation de la température est favorable à l’extraction, mais une

augmentation excessive à des effets négatifs :

Une solubilisation du marc, notamment les matières pectiques.

Un ramollissement des cossettes (tassement et une difficulté de circulation à

contre courant dans le diffuseur).

La température doit être comprise entre 70°C et 75°C et la température de consigne est

de l’ordre 72°C.

Le pH :

Un pH légèrement acide favorise l’extraction. Mais, pour des pH plus acides il y a une

série de problèmes :

Inversion du saccharose.

Solubilisation massive du marc.

Corrosion du matériel.

III-8 Sécherie :

Presses à pulpes :

A la sortie des diffuseurs, les cossettes épuisées, ont une teneur très élevée en eau (92,5

à 93 %), d’où la nécessité de les soumettre à un pressage avant toute utilisation ultérieure.

Le but de cette opération est :

Limiter les pertes dans les pulpes.

Récupérer le sucre dans les eaux de presse.

Eliminer l’eau résiduelle dans les pulpes.

Limiter la consommation du fuel au niveau de la sécherie.

Les pulpes sont récupérées à la sortie du diffuseur, elles sont transportées par une vis

sans fin vers les vis d’alimentation des presses.

Les presses utilisées contiennent des vis à pas progressivement diminuant qui se

combinent avec des fûts qui ont un diamètre qui augmentent progressivement. La combinaison

des deux provoque le pressage.

La température optimale de pressage est 50 < T < 60°C (température sortie diffuseur). Le

pH optimal de pressage est de 5,5 (pH sortie diffuseur).

Une partie des pulpes pressées est envoyé vers le sécheur, l’autre partie qui constitue

l’excédent sera évacuée vers l’extérieur pour être vendu aux agriculteurs éleveurs.

Séchage des pulpes pressées :

Les pulpes pressées vont être mélangées avec la mélasse provenant de la cristallisation.

L’ensemble sera acheminé vers un tonneau moyennant un transporteur à retour disposant de

trappes permettant la répartition entre les deux tuyaux d’écoulements existants qui sont en

contact avec les foyers des fours, où a lieu la combustion du fuel.

En effet, le fuel arrivant à une température de 70°C, subira un réchauffage jusqu’à 120°C

par l’intermédiaire d’un échangeur de chaleur par le caloporteur qui est la vapeur vierge, le fuel

est mis dans les tubes par contre la vapeur est à l’extérieur au niveau de la calandre, après

chauffage, il est pulvérisé par le brûleur dans le four d’une façon continue, l’apport de l’air de

combustion se fait avec un ventilateur.

La température atteinte à l’intérieur du four est de l’ordre de 1500°C, au point de

contact entre le tuyau d’écoulement et le four, la température est de l’ordre de 1200°C.

Les pulpes fines et les gaz de combustion vont être aspirés à l’extérieur par des

ventilateurs de tirage, d’autre part, les pulpes sont collectées par une vis de décharge vers un

élévateur à godet, puis elles sont transportées par une bande transporteuse vers une vis

distributrice qui repartit la pulpe sèche selon les 4 presses pellets, qui donnent à la pulpe sèche

une forme de pellets (bouchon de =18mm), par la pression exercée sur elle. Une aération à ce

niveau est réalisée par le biais d’un ventilateur pour refroidir les pellets.

L’étape de séchage s’achève donc par un ensachage du produit qui sera destiné à

l’alimentation du bétail dans des sacs de 50kg.

III-9 Epuration :

Cette opération a pour but d’enlever les particules en suspension et les non sucres

associés au jus de diffusion, et permet de neutraliser ce jus.

Elle passe en plusieurs étapes :

Le pré-chaulage.

Le chaulage.

La première carbonatation.

La décantation.

La deuxième carbonatation.

La filtration.

Le pré-chaulage :

La réaction très importante entre la chaux et certains non sucres pour former des

composés insolubles demande dans le cas de betteraves saines des quantités faibles de chaux :

2 à 3 g Cao/L de jus. Cette étape s’appelle « le pré-chaulage » et elle a comme but de précipiter

au plus vite les produits insolubles formés avec la chaux.

Le pré-chaulage se fait dans une préchauleur à six compartiments et chaque

compartiment à un pH qui correspond au pH isoélectrique des acides aminés (pH de

floculation).

Le jus en prévenance de la diffusion circule à contre courant avec le lait de chaux pour

former un précipité.

Chaulage :

Après le pré-chaulage le jus passe dans un chauleur à un seul compartiment (avec un

diamètre de 2,6cm, et une hauteur de 11,1cm) où on ajoute la chaux à des quantités

importantes.

Cette opération a pour but :

Destruction du maximum des composantes qui peuvent influencer la

cristallisation à savoir les sucres réducteurs (glucose et fructose).

Surface d’adsorption pour les impuretés et formation de précipités avec les

matières minérales :

La température de chaulage est d’environ 85°C avec un temps de séjour suffisant et une

alcalinité qui est fonction du taux de non sucre apporté par le jus brut.

Première carbonatation :

Dans cette opération, le jus chaulé passe dans un bac à carbonatation où il y a un

distributeur de CO2.

Cette étape a comme but:

L’élimination de l’excès de chaux provenant du chaulage et du pré-chaulage.

La formation de CaCO3 qui permet d’absorber les non sucres et matières

colorantes.

La libération du saccharose avec abaissement de pH.

Décantation :

Après la première carbonatation, on obtient un jus trouble qui est acheminé vers un

réchauffeur afin d’augmenter sa température à 95°C, il passe dans un décanteur à quatre

compartiments.

Cette décantation consiste à laisser le jus au repos pour le séparer de matières solides en

suspension, ainsi la boue descend sous l’action de la gravité. Le jus clair sort par débordement

et passe dans une série de bacs d’attente, la partie du jus boueux est acheminée vers les filtres

rotatifs qui fonctionnent sous vide pour donner :

Le grand jus qui rejoint les bacs à jus clairs.

Le petit jus qui est acheminé vers le four à chaux car son utilisation facilite la

préparation du lait de chaux à partir de la chaux; en effet, la chaux se solubilise

mieux dans une solution sucrée que dans l’eau. Le jus clair et le grand jus sont

envoyés vers la deuxième carbonatation.

Deuxième carbonatation :

Le but principal de cette étape est :

Eliminer l’excès de la chaux laissée par la première carbonatation.

Transformer les hydroxydes de K et Na en carbonate et puis transformer un

maximum de sels de chaux solubles en carbonates insolubles.

Les réactions mises en jeu sont:

Ca (OH) 2 + CO2 CaCO3 + H2O

2KOH + CO2 K2CO3 + H2O

2NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O

Filtration :

Cette opération est réalisée dans 8 filtres, ces filtres permettent d’éliminer les précipités

formés pendant la deuxième carbonatation.

La filtration est réalisée sous pression et lorsque celle-ci devient trop élevée, on procède

au nettoyage du filtre et au renouvellement de la précouche.

A la sortie des filtres on obtient un jus dit jus léger qui sera envoyé à l’évaporation.

III-10 Evaporation :

L’évaporation a pour but de concentrer le jus épuré par évaporation de la plus grande

partie de l’eau qu’il contient.

Equipements d’évaporation :

La SUTA est équipée d’un évaporateur à cinq effets alimentés en parallèle; le 1er, 2ème,

3ème, 4ème et 5 ème effet sont constitués chacun de deux corps (A et B), alors que et le 5 ème effet

est constitué d’un seul corps. Les effets sont constitués essentiellement d’un faisceau tubulaire

qui sert à échanger de la chaleur.

Chaque effet est constitué par une chambre de vapeur traversée par un faisceau

tubulaire vertical. En service, la vapeur de chauffage se condense à l’extérieur des tubes, tandis

qu’à l’intérieur des tubes, le jus en ébullition se concentre. L’échange de chaleur se fait entre la

vapeur et le jus parce que la température de la vapeur est supérieure à la température du jus

Le jus entre de façon continue dans la partie inférieure de l’appareil, il est uniformément

réparti sous la plaque tubulaire grâce à un répartiteur, et il grimpe en bouillonnant dans les

tubes sous forme d’une émulsion de jus et de vapeur. Cette émulsion débouche à la partie

supérieure du tube dans une vaste chambre appelée calandre dans laquelle s’effectue la

séparation du jus concentré et de la vapeur formée à ses dépens.

Le jus retombe finalement sur la plaque tubulaire supérieure et se rassemble dans un

tube central de grand diamètre, au bas du quel se trouve un orifice de sortie.

L’ébullition est intense dans une caisse d’évaporation et la quantité de jus qu’elle

contient est relativement minime.

Malgré les grandes dimensions de l’appareil, le niveau du jus atteindrait à peine le tiers

inférieur des tubes, Ce niveau s’appelle le niveau statique.

La vapeur formée par l’ébullition du jus est évacuée au sommet de la calandre après

avoir traversée une série de chicanes qui récupèrent les gouttelettes de jus entraînées.

Au-dessous de la plaque tubulaire inférieure, il y a 2 orifices pour évacuer les eaux

condensées provenant de la vapeur de chauffage.

La vapeur en provenance du central étant à haute pression on le fait passer par un

détendeur pour ramener sa pression à 1,8 1,75 bars avant d’entrer dans le 1er corps.

NB : Le jus épuré est porté à une température de 119°C dans une série de réchauffeurs

(3 réchauffeurs) afin d’augmenter la rentabilité de l’évaporation du 1er effet et avoir un brix

convenable.

Finalement, le jus à 14,5 de brix est transformé en sirop à un brix entre 65 à 70 par

évaporation.

III-11 Cristallisation :

C’est l’opération décisive pour la transformation du sirop en cristaux. Elle consiste à

concentrer la solution jusqu’à saturation puis amorcer la cristallisation en introduisant des

minuscules cristaux.

Cette étape est la phase ultime de purification. Elle permet de séparer les impuretés

contenues dans le sirop. Cette opération est réalisée à l’inverse de l’épuration de calco-

carbonique puisqu’on élimine le saccharose sous forme de cristaux alors que les impuretés

restent concentrées dans le liquide pour donner en final une solution résiduelle épuisée : la

mélasse..

III-12 Séchage :

Le sucre cristallisé blanc est évacué du fond de la turbine sur un transporteur à

secoueuses. Encore chaud (45-60°C) et humide (1%), le sucre est séché par l’air chaud dans des

cylindres séchoirs rotatifs, puis refroidi afin d’atteindre une teneur en eau comprise entre 0.03

et 0.06%, afin d’améliorer sa conservation.

III-13 Conditionnement de sucre :

Le sucre est ensuite tamisé, classé et pesé, puis dirigé vers l’atelier d’ensachage

automatique.

Les produits de SUTA sont : le sucre granulé 1 Kg, le sucre granulé 2 Kg, le sucre granulé

50 Kg, le lingot, le morceau et le pain du sucre.

V-Cristallisation dans l’usine d’Ouled Ayad :

La cristallisation en sucrerie est généralement réalisée en trois étapes appelées les jets,

(1er jet, 2ème jet et 3ème jet ou jet des bas produits). Chaque jet se constitue d’une phase de

cristallisation, de malaxage tampon ou d’épuisement et de centrifugation. Si on procédait en

une seule étape, cela donnerait des produits quasi solides et impossibles à véhiculer et à

séparer. Le sirop d’alimentation du 1er jet est appelé liqueur standard ou LS, il est le résultat de

mélanges des refontes et du sirop provenant de l’évaporation. Le sirop et les cristaux formés au

cours de la cristallisation forment la masse cuite. Le sirop entourant les cristaux prend le nom

d’eau mère puisqu’il nourrit les cristaux. Lors de l’essorage, l’eau mère entourant les cristaux

devient égout pauvre (EP) et l’eau chaude utilisée pour le clairçage lavage du sucre en

centrifugeuse constitue l’égout riche (ER). Les égouts pauvres et riches portent l’ordre du jet de

cristallisation (EP1 et ER1 pour le premier jet, EP2 et ER2 pour le 2ème jet, EA pour l’égout

d’affinage et l’égout du dernier jet appelé mélasse qui contient du sucre incristallisable) (figure

7) [14].

Figure 7 : Schéma de cristallisation en 3 jets [14].

V-1 Présentation de chantier de cristallisation   :

V-1-1 Présentation de 1 er jet   :

Le 1er jet est constitué de :

Six appareils à cuire discontinus de capacité 60 tonne.

Un malaxeur agitateur : longueur 28m.

Deux malaxeurs distributeurs.

Huit turbines discontinues (centrifugeuses).

Un transporteur à sucre sous turbine.

Une bande transporteuse de sucre vers vis alimentant le sécheur à sucre.

V-1-2 Présentation de 2éme jet   :

Le 2ème jet est constitué de :

Cinq appareils à cuire discontinus de capacité de capacité 50 tonne.

Deux malaxeurs agitateur : longueur 28 m.

Neuf turbines continues.

Une vis transporteuse de sucre vers refondoir.

V-1-3 Présentation de 3éme jet   :

Le 3ème jet est constitué de :

Cinq appareils à cuire discontinus.

Un malaxeur distributeur.

Sept malaxeurs horizontaux.

Quatre malaxeurs verticaux.

V- 2 Conduite de la cuisson :

V-2-1 Appareil à cuire :

La cristallisation à l’usine se fait selon un cycle composé de plusieurs phases :

Départ du cycle

Pied de cuite.

La lavée.

Montée de la cuite.

Serrage de la cuite.

Maintient suivant.

Coulée.

Dégraissage.

Départ du cycle :

Toutes les vannes sont fermées.

Vérification du niveau du sirop ou LS dans le bac pour assurer le pied de cuite, et

la réserve pour ne pas casser le vide.

Pied de cuite :

Ouverture de la vanne du petit vide : 1er rôle, dégazage de la calandre et ne pas

perturber le vide général et 2ème rôle pour équilibrer les dépressions sur le clapet

automatique du grand vide.

Ouverture de la vanne d’alimentation rapide en sirop ou LS (vanne TOR) jusqu’à

couverture du faisceau = 20 cm, en parallèle fermeture de la vanne du petit vide.

Fermeture de la vanne TOR d’alimentation et passage en mode régulation de

niveau appareil à cuire, par l’action de la vanne régulatrice d’alimentation

En parallèle ouverture de la vanne du grand vide en régulation.

En parallèle ouverture de la vanne d’admission de vapeur

L’appareil est en concentration du pied de cuite, consigne pression 150 à 200

mbar.

Une fois le brix s’approche de la sursaturation, brix = 80 cas pureté élevée > 94,

un signal est donné, alerte préparation semence dans l’entonnoir d’introduction

de la semence. A brix 81, action d’ouverture et de fermeture de la vanne

d’introduction de la semence.

Temps de nucléation à régler suivant le contrôle visuel de la formation des

cristaux.

La lavée :

Ouverture de la vanne d’alimentation en sirop ou LS pour régler le brix.

Montée de la cuite :

Vide et pression de vapeur de chauffage en parallèle pour maintenir une température

constante suivant la montée du brix et suivant la courbe du niveau de la cuite. Fin de la montée

jusqu’à brix 90.

Serrage de la cuite :

Fermeture de l’alimentation en sirop ou LS.

Fin de serrage à brix 92.

Préparation pour la coulée de la masse cuite si place disponible, si non passage

en maintien de la cuite en eau chaude ou arrêt du vide et de la vapeur de

chauffage avec maintien de l’agitation.

Maintien suivant :

Niveau suffisant dans le malaxeur de coulée.

Aucun appareil en coulée.

Coulée :

Toutes les vannes sont fermées.

Ouverture de la vanne TOR casse vide.

Ouverture de la vanne de dégazage si dégazage faisceau est relié au condenseur.

Ouverture des vannes de vidange de la cuite.

Dégraissage :

A 10 % du niveau restant dans l’appareil à cuire, autorisation de dégraissage à la vapeur

[14].

V-2-3 Préparation de la semence :

La semence est un mélange de sucre cristallisé broyé et de l’alcool isopropylique. (Le

sucre est insoluble dans l’alcool).

La préparation se fait dans un broyeur Ditmar : 4 litre d’alcool 2 kg de sucre, broyage

pendent 4 heures au minimum. La semence obtenue a une dimension moyenne de 12 microns.

Ainsi il apparait que la qualité de la semence est responsable en grande partie de la qualité des

cristaux de sucre obtenus en fin de cristallisation. Les conditions de préparation de la semencee

doivent être contrôlées rigoureusement notamment en ce qui concerne le broyage (vitesse,

durée, état d’entretien du broyeur et le choix du dispersant. Une fois mise en suspension la

semence doit etre agitée en permanence et maintenu à une température pas très éloigné de

celle de la cuite. L’introduction de la semence se fera sans rentrée d’air dans un pied de cuit

modérément concentré [15].

V-2-4 Le malaxage :

Au moment de la coulée, l’égout mère est encore sursaturé et la masse cuite se trouve à

une température de 80 à 85 °C. Si on laisse la température s’abaisser, tout en assurant une lente

agitation pour maintenir les cristaux en mouvement, la sursaturation de l’eau mère tendra à

augmenter.

Mais en même temps la cristallisation se poursuit ; sur les cristaux présents se fixent de

nouvelles couches de sucre aux dépens de l’eau mère qui s’appauvrit de plus en plus jusqu’à ce

que l’on atteigne ainsi une température de l’ordre de 45°C pour pureté MC de 74 à 76. La durée

de refroidissement pour ce niveau de pureté est de 40 à 50 heures, pour un gradient de chute

de température de 0.9 à 1.1 °C par heure. Au-delà de cette température, les basses puretés

diminuent considérablement la vitesse de cristallisation.

Le refroidissement des malaxeurs se fait avec de l’eau froide à contre courant et avec un

écart optimum de température entre la MC et l’eau de 10 °C pour éviter la formation de faux

grains [14].

V-2-5-Turbinage ou essorage de la masse cuite :

Après cuisson et malaxage, que ce soit en 1er jet, 2ème jet, 3ème jet ou en affinage, on se

trouve en présence d’une masse cuite comprenant des cristaux de 40 à 60 % et une eau mère

constituée de sucre en solution, des non sucres et de l’eau et en présence d’un magma, appelé

masse cuite artificielle.

En sucrerie, deux modèles de turbines sont utilisés pour la séparation des cristaux et de

l’eau mère des MC :

Les turbines à cycle discontinu pour le premier jet et les jets pour sucre

commercialisable. Les cycles varient de 18 à 25 cycles par heure suivant la qualité

de la masse cuite.

Les turbines à cycle continu pour les jets produisant du sucre destiné à la refonte

et des turbines cycle continu avec refonte intégrée.

La masse cuite est enfin alimentée dans des centrifugeuses des turbines ayant différentes

phases de fonctionnement :

Remplissage de turbine à faible vitesse de rotation (220tr/min) afin d’obtenir une

répartition homogène sur le tamis.

Le turbinage s’accélère à 1500tr/min afin d’évacuer l’eau mère entourant les

cristaux (égout pauvre).

Le clairçage par ajout d’eau chaude puis de vapeur permet de laver afin de sécher

les cristaux, le sirop recueilli étant de grande pureté constitue l’égout riche.

L’essoreuse termine son cycle par un freinage électrique puis mécanique à

200tr/min et le sucre tombe sue un tapis vibrant grâce à un racleur, sa teneur en

eau est inférieur à1%.

Déchargement [14].

Chapitre III :

Partie pratique