Tecaliman porte un nouveau regard sur les contaminations croisées

Directeur de Tecaliment, Monsieur Putier

Fabrice Putier, directeur de Tecaliman, présente le nouveau pilote : « grâce à ce pilote, nous faisons nos premiers pas dans l’étude des comportements particulaires. Après avoir constaté et expliqué les sources de nos contaminations croisées, nous allons enfin pouvoir proposer des leviers d’action. »

Au fond de la halle technologique de l’Inra qui abrite les installations de Tecaliman, trône un nouveau pilote industriel. Il s’agit d’un élévateur, qui reconstitue les conditions de production de l’aliment en sortie de mélangeuse. Un nouvel outil pour porter un regard neuf sur les contaminations croisées. Présentation de ce pilote par Fabrice Putier, directeur de Tecaliman et Marine Leloup ingénieur en thèse.

« Au cours des 10 dernières années, la filière de l’alimentation animale a beaucoup travaillé sur les contaminations croisées et beaucoup réduit ces risques en usine, estime Fabrice Putier, le directeur de Tecaliman. Il lui fallait franchir une nouvelle étape en termes d’acquisition de connaissances pour pouvoir aller au-delà dans ses pratiques et, pour cela, il devenait nécessaire de se pencher sur le comportement moléculaire des poudres et farines. » C’est pour cela que Tecaliman accueille, depuis un an, Marine Leloup, jeune ingénieure, diplômée d’un master en physique des matériaux appliquée à la mécanique des fluides et actuellement en thèse à l’École des Mines de Nantes. Spécialisée dans le transport des particules littorales, cette jeune chercheuse avoue le maigre état de la science dans le domaine du comportement des poudres : « on connaît la mécanique des gaz ou des liquides, mais on sait peu de chose sur la physique des particules. Il n’y a pas de loi de comportement pour les poudres. Elles sont assimilables parfois aux gaz, parfois aux liquides… » « C’est important de nous adjoindre le savoir-faire d’une physicienne, explique Fabrice Putier.

Marine Leloup, ingénieur en thèse chez Tecaliman, explique : « pour faire un pilote, il faut gérer le transfert d’échelle ; nous avons choisi de mixer les contraintes géométriques et hydrodynamiques afin de développer un outil qui correspond parfaitement à nos besoins. »

Nous savons que les contaminations croisées sont régies par des comportements particulaires et non moléculaires. Cette différentiation est essentielle. Les contaminations sont générées par des poussières, en quantité tellement faible qu’elles sont invisibles à la pesée ; les bilans massiques ne suffisent pas à évaluer ces sources de contaminations. À ces phénomènes d’extraction de poussières se rajoutent souvent des phénomènes de concentration : ces poussières sont plus concentrées en molécules actives contaminantes. »

Comportements particulaires et contaminations moléculaires

Tecaliman a donc commencé à s’intéresser aux comportements des particules. Pour ce faire, une première campagne de mesures a été menée en usine ; elle a surtout révélé les limites des études de terrain : « nous voulions mesurer la vitesse de l’air au niveau des élévateurs, en sortie de mélangeur. C’est une phase de production en mouvement qui est un lieu susceptible de générer des contaminations croisées, alors que les particules les plus fines se séparent de la matrice. » La mesure de l’air y est délicate : les mouvements sont faibles et imperceptibles à l’anémomètre. Les capteurs à fil chaud sont inutilisables du fait du risque d’explosion. Restent les sondes Pitot qui mesurent des différences de pression, lesquelles permettent de déterminer les vitesses d’air. Ces prises de mesures délicates affectent le rythme de production de l’usine ; les appareils de mesure sont perturbés par les champs électriques des équipements de l’usine. Et, au final, cette campagne révèle qu’il y a peu de déplacement d’air à cet endroit ! Pour s’affranchir de ces contraintes de mesure, Tecaliman a pris livraison, en avril dernier, d’un pilote qui lui permet de travailler sur cette thématique dans des conditions vraiment optimales. Développé par l’équipementier Sabe, sa conception a nécessité une année de développement entre le constructeur et l’institut technique. « Nous lui demandons d’être à la fois un équipement de recherche, c’est-à-dire assez précis pour répondre à nos exigences de mesures, et à la fois proche de la production pour reproduire les pratiques de terrain. » Cet investissement représente un budget de 35 000 €, subventionné en partie par la région Pays de la Loire, et pour lequel Fabrice Putier souligne « le soutien technique et financier apporté par la Sabe. »

Des mois d’essais sur le pilote

Le pilote reconstituant les conditions de production d’un élévateur en sortie de mélangeuse a été conçu par la Sabe.

Fraîchement livré, rutilant de vert et de blanc sur trois niveaux, le pilote doit désormais permettre à Tecaliman de comprendre le mouvement des particules : identifier les facteurs qui génèrent ces mouvements responsables de dépôts et sources de contaminations croisées et de conditions potentiellement explosives. Tecaliman a voulu un outil très modulable pour pouvoir jouer sur beaucoup de paramètres susceptibles d’influencer ces mouvements de particules. L’installation est alimentée par une trémie qui déverse son contenu dans une vis d’alimentation qui l’achemine jusqu’à l’élévateur. « La vitesse de cette vis est variable, de même que celle de l’élévateur, ce qui va nous permettre d’observer les incidences des rapports de vitesse. Par ailleurs, cette vis pivote afin de pouvoir alimenter l’élévateur en brin ascendant ou en brin descendant », présente Marine Leloup. « En usine, les élévateurs situés après le mélangeur fonctionnent généralement en brin descendant pour des questions d’optimisation des débits », explique Fabrice Putier. Car c’est une constante dans cet équipement : il a surtout été étudié sous l’angle de son efficacité en termes de débit : « avec notre pilote, nous portons un nouveau regard sur cet équipement. Nous rajoutons une nouvelle contrainte. À terme, nous proposerons des réglages qui devront trouver un équilibre entre les besoins de gestion des contaminations croisées et ces besoins de productivité, c’est-à-dire d’optimisation des flux. » Dans les dernières années, les principales évolutions technologiques proposées sur les élévateurs ont concerné les fonds qui sont devenus plus ronds, limitant les zones de constitution de dépôt, ainsi que les poulies dites « en cage d’écureuil », permettant là aussi un meilleur écoulement des poudres pour une meilleure reprise et, au final, un moindre risque de dépôt : « ces dépôts très visibles étaient considérés comme des sources potentielles de contaminations croisées. Rien n’est moins sûr… pour autant ils ont été supprimés », constate le directeur de Tecaliman. Les deux brins de l’élévateur du pilote sont reliés par un élément permettant d’établir un équilibre des pressions. Des manches de dépression permettent de visualiser les flux d’air. À l’étonnement général, ces manches fonctionnent en dépression, révélant des aspirations, sans que le système ne montre d’évacuation d’air : « nous sommes en phase de prise en main de l’outil… nous observons », constatent Fabrice Putier et Marine Leloup. Ils ont d’ailleurs prévu de rapidement travailler avec un générateur de fumée pour observer les déplacements d’air.

Un « intérêt immédiat » des industriels

Les fenêtres en polycarbonate permettent de visualiser le comportement du mélange depuis son chargement dans la trémie jusqu’à son éjection. Les multiples possibilités d’ouverture permettent un nettoyage parfait de l’installation.

La gaine de l’élévateur est en polycarbonate antistatique, un matériau issu de l’industrie aéronautique qui présente l’intérêt d’être transparent : le spectacle des flux ascendants de rafles de maïs dans les godets a séduit les industriels invités à une démonstration à l’occasion de l’assemblée générale de Tecaliman : « on a rarement l’habitude d’observer ce qui se passe sous la gaine protectrice de l’élévateur. Tout le monde était intéressé et stupéfait de constater les émissions de poussières et le croisement des flux. Leur intérêt a été immédiat », témoigne Fabrice Putier qui souligne que « l’observation est un élément d’interprétation ». Des gaines en acier, plus proches des conditions réelles de production, sont également disponibles et facilement adaptables sur le pilote. « Les gaines transparentes vont nous permettre de réaliser des mesures optiques, explique l’ingénieure, notamment par le système de particule image vélocimétrie. » Le pilote dispose par ailleurs de gaines de tailles différentes : « elles permettent surtout de faire varier l’espace autour des godets et nous pourrons voir si cet espace affecte le comportement des particules. » Enfin, la sangle permet de faire varier le nombre de godets au mètre, ce qui donnera également l’occasion de mesures comparatives. Au troisième niveau du pilote, la tête de l’élévateur, développée spécialement par la Sabe, est elle aussi transparente et permet d’observer la plaque de décharge. L’inclinaison de celle-ci est modulable, de même que sa texture. L’outil a été dimensionné pour pouvoir recevoir, dans le futur, un transporteur à chaînes, et il est conçu pour recevoir un système d’aspiration qui aura pour intérêt de modifier les flux d’air et donc des poudres dans le circuit. Par ailleurs, les systèmes électriques sont doubles de manière à isoler l’alimentation du pilote de l’alimentation des instruments de mesure qui ne doivent pas être perturbés par les champs électriques voisins. Ces instruments de mesure seront pour certains mis à disposition par l’École des Mines de Nantes. « Après une première phase d’observation, nous allons commencer les tests. Nous avons établi un programme qui nous occupera pendant de nombreux mois… mais nous communiquerons nos résultats régulièrement à nos adhérents », assurent Fabrice Putier et Marine Leloup.

Reportage de Françoise Foucher paru dans le Journal du Vrac n°76, Novembre/décembre 2010

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