Silos de grande capacité

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Les silos de grande capacité sont des structures complexes prévues pour le stockage commercial ou industriel de grandes quantités de produit (plusieurs milliers de tonnes).

Il existe différents types de silos proposés par des constructeurs spécialisés. On peut distinguer en particulier:

- les silos verticaux,
- les silos horizontaux.

Les premiers sont constitués par plusieurs cellules de stockage à développement vertical, en tôle ou en béton armé. Cette catégorie comprend les silos composés de:

- cellules rondes en tôle galvanisée, plane ou ondulée;
- cellules polygonales en panneaux métalliques peints ou galvanisés;
- cellules rondes en béton armé.

Les deuxièmes, eux aussi en tôle ou en béton, sont formés de cellules juxtaposées, carrées ou rectangulaires, à développement horizontal.

Les cellules métalliques rondes, relativement courantes, demandent des investissements plus modestes et sont faciles à monter.

Les cellules polygonales, semblables aux rondes, sont faciles à moduler en diamètre.

Les cellules rondes en béton garantissent une bonne isolation thermique des produits, et permettent un développement vertical très supérieur à celui que l'on obtient avec des cellules métalliques.

Les cellules carrées ou rectangulaires, généralement à fond plat, nécessitent des investissements plus élevés par quintal logé, mais permettent d'utiliser au mieux les emplacements disponibles.

Pour éviter les inconvénients provoqués par une hausse de température éventuelle et garantir une bonne conservation des produits, on équipe souvent les cellules de stockage de systèmes de ventilation doublés d'un contrôle de la température.

Sur le plan de la conservation des produits, ces systèmes de ventilation peuvent avoir les effets suivants:

- abaisser la température des grains pour ralentir les processus biochimiques de dégradation (ventilation de refroidissement);

- maintenir les grains à une température constante, en évacuant systématiquement la chaleur produite par la masse même des grains (ventilation de maintien);

- sécher lentement les grains (ventilation séchante).

Toujours pour garantir une bonne conservation des grains, on construit en outre des silos particuliers, étanches, dans lesquels le stockage des produits est fait en l'absence d'oxygène, soit sous atmosphère confinée, soit sous atmosphère contrôlée.

Dans le premier cas, l'oxygène à l'intérieur du silo est consommé par la "respiration" naturelle des grains, des insectes et des microorganismes, et remplacé simultanément par du gaz carbonique produit par cette respiration.

Dans le deuxième cas, une fois effectuée la fermeture du silo étanche, on procède au remplacement de l'atmosphère interne par injection de gaz inertes (azote, gaz carbonique).

Malgré leurs avantages évidents, les silos étanches sont encore de diffusion limitée, vu la complexité technologique de ces systèmes de stockage, surtout dans le cas de cellules de grande capacité.

Equipement des centres de stockage en vrac

Compte tenu des importantes quantités de produit à gérer, les centres de stockage en vrac doivent être équipés non seulement de silos de capacité adéquate, mais aussi d'installations capables d'assurer une exécution rapide et aisée des opérations de réception, traitement, stockage, contrôle et vidange des grains.

L'illustration qui suit donne le schéma de fonctionnement d'un centre de stockage en vrac.

Schéma d'un centre de stockage en vrac

Les installations sont choisies en fonction de différents facteurs, entre autres:

- la capacité de stockage en volume;
- le nombre et la taille des cellules;
- les débits de manutention (réception, nettoyage, ensilage, vidange);
- les performances des équipements de séchage et des dispositifs de ventilation;
- l'organisation du travail;
- la rentabilité.

Pour assurer le bon fonctionnement des centres de stockage, surtout en périodes d'approvisionnement, il est nécessaire d'examiner avec une attention toute particulière le dimensionnement des installations et le choix des équipements utilisés pour la réception et la manutention des grains.

Trémie de réception

La trémie de réception est une fosse réaliste en béton et recouverte d'une grille, dans laquelle sont déversés les grains à leur arrivée au centre de stockage.

Elle est située au ras du sol, dans un lieu à l'abri des pluies, et de telle façon que les véhicules de transport puissent facilement manoeuvrer pour y accéder.

La capacité de la trémie de réception (c'est-à-dire son volume interne), doit être déterminée en prenant en compte la capacité de stockage des installations.

A titre indicatif, nous reportons dans le tableau suivant les volumes de trémie recommandés, en fonction de la capacité de stockage des installations.

Le choix de la forme de trémie est lié au système adopté pour effectuer la reprise des grains. En effet, dans le cas d'une reprise par vis, la trémie peut être en forme de pyramide régulière renversée (de base carrée ou rectangulaire).

Par contre, si la reprise se fait par élévateurs à godets, il s'agit toujours d'une forme pyramidale renversée, mais la base en est plutôt rectangulaire, et le côté proche de l'élévateur est en position verticale.

Pour garantir un bon écoulement des grains, il est important d'établir les dimensions exactes de la trémie: longueur et largeur de la base, et longueur et largeur de la base, et profondeur.

Dans les tableaux précédents sont reportés quelques exemples de dimensions des trémies de réception de forme pyramidale.

Outre les trémies de formes pyramidale ou conique, il existe aussi des trémies peu profondes en forme de "V".

Dans ce cas, la reprise des grains doit s'effectuer en disposant des transporteurs horizontaux, à chaînes ou à bandes, sous l'arête inférieure de la trémie.

Matériel pour la manuention des grains

Par manutention des grains, on entend le déplacement des grains, à partir du moment de leur réception dans la structure de stockage jusqu'à leur livraison.

Dans le paragraphe précédent, nous avons déjà cité quelques-uns des systèmes de vidange des trémies, qui nécessitent l'utilisation d'équipements spéciaux pour la manutention des grains. Voyons maintenant de façon plus détaillée quels sont ces équipements et quelles en sont les principales caractéristiques.

Le matériel pour la manutention des grains peut être divisé en quatre catégories d'équipements motorisés: les vis, les élévateurs, les transporteurs et les matériels pneumatiques.

Les vis

Il s'agit de vis hélicoïdales (vis d'Archimède) dont la rotation est entraînée par un moteur.

Selon les dimensions de la vis et son mode d'utilisation (manutentions horizontale, verticale ou oblique), elles sont montées dans un carter en auge ou cylindrique.

En manutention horizontale on emploie communément des "vis en auge" travaillant au maximum sur 45% de sa section, alors qu'en manutention oblique ou verticale l'auge est remplacée par un tube en tôle, de façon à ce que le filet de vis travaille en section pleine: on a alors affaire à des "vis sous tube".

A diamètre égal, les vis sous tube utilisées à l'horizontale peuvent atteindre des débits deux fois plus importants que ceux des vis en auge.

A titre indicatif on reporte les débits moyens de ces deux types de vis:

- vis en auge: 5 à 30 t/h pour 5 à 30 mètres de longueur;

- vis sous tube: 5 à 20 t/h pour 10 à 20 mètres de longueur.

Ajoutons qu'à débit égal, la vitesse de rotation des vis sous tube est le double de celle des vis en auge.

Les vis sous tube sont mobiles et travaillent sous tous les angles, alors que les vis en auge sont généralement fixes, plus encombrantes et ne peuvent pas dépasser des pentes de plus de 25%

Cependant, il faut souligner qu'en manutention oblique à 45°, la vis sous tube voit son débit réduit de 1/3; à 90°, la réduction est des 213.

La puissance consommée par les vis sous tube est de 15 à 20% supérieure à celle consommée par les vis en auge.

A débit égal, la vis sous tube demande des investissements plus faibles de 20 à 25% que ceux requis pour l'installation d'une vis en auge. De plus, son prix d'achat est relativement peu élevé en-dessous de 30 t/h et de 30 mètres de longueur.

La vis sous tube soumet les grains à un brassage intense, et les risques de brisure et casse des grains sont plus importants que lors de l'emploi de vis en auge.

Ajoutons que ces deux types d'équipements présentent l'inconvénient d'être difficilement nettoyables.

Parmi les autres modèles de vis, citons aussi les vis balayeuses, utilisées pour la vidange complète des cellules rondes à fond plat (débit jusqu'à 20 t/h); les vis de reprise intégrale pour la vidange des cellules de 8 à 15 m de diamètre (débit jusqu'à 50 t/h); enfin la vis "Taupin" à tube souple, pour l'évacuation des grains d'endroits difficilement accessibles.

Les élévateurs

Les élévateurs à godets sont utilisés pour le déplacement vertical (10 degrés d'inclinaison au maximum), et sont composés d'une courroie sans fin munie de godets et tendue verticalement entre deux poulies.

Les élévateurs à godets offrent l'avantage d'un montage facile, permettent d'atteindre une grande hauteur (70 m), consomment et encombrent peu, et sont d'un prix modéré. Cependant, il s'agit d'un matériel fixe, et ses coûts d'installation sont relativement élevés (creusement de la fosse).

Il existe des élévateurs plus ou moins rapides, à utiliser en fonction du poids spécifique et de la nature des grains; à titre indicatif, précisons que leur vitesse moyenne est de 2,5-3 m/s, permettant un travail continu, alors que leur vitesse maximale est de 6 à 8 m/s.

Mentionnons enfin l'existence d'élévateurs particuliers tels que l'élévateur à balancelles, utilisé pour des produits fragiles (par exemple l'arachide), et l'élévateur à palettes, matériel léger, bon marché, et de petits débits.

Elévateur à godets

Les transporteurs à bande et chaîne

Le transporteur à bande se compose d'un tapis, bande de caoutchouc résistante, circulant sur des rouleaux et entraîné par un jeu de tambours, d'une trémie d'alimentation et éventuellement d'un chariot déverseur pour la vidange.

Le transporteur à bande est utilisé dans la manutention de nombreux produits, la grande variété de ses accessoires permettant en effet de réaliser pratiquement tous types de transport, qu'il s'agisse de manutentions horizontale ou oblique, de produits fragiles ou abrasifs, chauds ou humides, ou de produits en sacs.

Ce type de matériel offre également l'avantage de pouvoir atteindre des débits très élevés (600 t/h), tout en consommant relativement peu d'énergie, surtout dans la manutention horizontale.

D'autre part, pour les mêmes débit et longueur, le transporteur à bande a un coût d'achat inférieur de 10% environ par rapport à la vis.

Il est très employé dans les stations pour le traitement de semences car il permet une vidange totale et rapide.

Cependant, ce matériel a l'inconvénient d'être très encombrant (surtout lorsqu'il est doté d'un chariot déverseur); il doit par ailleurs être pourvu d'un capotage pour le travail à l'air libre; son utilisation dégage une grande quantité de poussière.

Outre ce modèle classique, il existe des transporteurs à bande particuliers, "à bords", ou avec bandes sous tube.

Le transporteur à chaîne se compose d'une chaîne sans fin à maillons plats dotés de barreaux, qui circule dans un coffre de section rectangulaire, entraînant les produits à une vitesse variant, à l'horizontale, entre 0,20 et I m/s.

Ce type de transporteur peut être incliné sous tout angle et a un encombrement limité, bien inférieur par exemple, à débit égal, à celui d'une vis ou d'un transporteur à bande.

De même, sa consommation d'énergie est très inférieure à celle d'une vis de même débit, mais est 2 à 3 fois plus importante que celle d'un transporteur à bande ou d'un élévateur à godets.

Ses débits varient entre 20 et 200 t/h avec une casse de grains peu importante. D'un entretien très facile, son avantage principal reste le fait d'être totalement fermé et donc étanche, ne dégageant pas de poussières et utilisable à l'extérieur.

Par ailleurs, on peut alimenter ou vidanger en différents endroits du transporteur. Cependant, il reste d'un prix d'achat relativement élevé et très bruyant dans les sections fonctionnant "à vide".

Il existe aussi quelques variantes de transporteurs à chaîne (à flancs ouverts, à câbles).

Les matériels pneumatiques

La manutention pneumatique s'effectue en entraînant les grains dans un courant d'air qui circule dans une tuyauterie, à une vitesse suffisante pour qu'ils ne puissent se déposer.

Ce type de manutention oblige à réaliser une étude technique pour chaque installation, en prenant en compte: la grosseur des grains, leur pouvoir abrasif, leur compacité et compressibilité, leur degré d'humidité et de température, et enfin leur fragilité.

Les avantages de ce type de matériel sont les suivants: souplesse, qui leur permet de transporter les grains sur toutes sortes de trajets; débits importants (300 t/h au maximum); encombrement réduit.

En revanche, ils nécessitent une grande puissance énergétique (5 à 6 fois plus que pour les transporteurs mécaniques); ils s'usent rapi dement tout en restant un matériel au prix d'achat très élevé.

Gestion du stockage en vrac

Certaines des règles indiquées pour le stockage en sacs sont applicables, éventuellement avec quelques modifications, au cas du stockage en vrac.

Pour celui-ci, l'aspect le plus spécifique, sur le plan de la gestion, concerne la ventilation.

Celules ou silons sans système de ventilation

Le stockage de grains en vrac dans des silos sans système de ventilation est relativement simple et peu coûteux, mais en revanche il met sérieusement en péril la bonne conservation des produits.

En effet, dans de tels silos, il est impossible de combattre de manière efficace les phénomènes de transfert d'humidité et donc de condensation, qui peuvent se manifester en cours de stockage, et provoquer une réhumidification des grains, et un développement accru d'insectes et de micro-organismes.

Leur utilisation est donc limitée aux zones de faible humidité relative de l'air, et aux cas où les cellules sont protegees des variations de température externe (c'est le cas par exemple pour les cellules réalistes en béton).

En l'absence de système de ventilation, il est indispensable qu'au moment du remplissage des silos, les grains soient bien secs, propres, et traités avec des insecticides de grande persistance d'action.

Il est par ailleurs necessaire d'équiper les cellules de sondes thermométriques appropriées, qui permettent un contrite permanent de la température des grains.

Pendant le stockage, la moindre variation anormale de température doit être interprétée comme le signe d'éventuels processus de dégradation en cours. S'il y a confirmation de l'existence de tels phénomènes, l'unique moyen d'intervention possible, pour éviter de perdre la totalité de la masse des grains, consiste à opérer un transilage et un nettoyage approfondi, suivis d'un traitement insecticide.

Par transilage, on entend le transvasement du contenu d'un silo dans un autre silo vide et propre, permettant ainsi de ventiler et d'homogénéiser les grains.

Le transilage est une opération qui entraîne des coûts supplémentaires et accroît les risques de brisures dans la manutention ultérieure des grains.

C'est une opération coûteuse, et qui n'est pas recommandée comme mesure de routine; néanmoins, le transilage reste nécessaire lorsque l'état de conservation des produits semble douteux.

Cellules ou silos équipés de systèmes de ventilation

Par ventilation, ou aération, on entend la circulation forcée d'air ambiant (plus rarement refroidi artificiellement), à travers une masse de grains.

A l'intérieur des silos, cette circulation d'air est obtenue à l'aide de ventilateurs, soufflant ou aspirant, de conduites et de gaines de répartition d'air.

Le stockage de grains en vrac dans des silos équipés de systèmes de ventilation permet d'assurer de meilleures conditions de conservation aux produits.

En effet, l'adoption et l'emploi de systèmes de ventilation, au-delà du fait de refroidir et maintenir les grains à une température suffisamment basse, permettent aussi, dans certains cas, d'obtenir un séchage lent et progressif des produits stockés.

Ainsi, dans une cellule ventilée, les grains dans un premier temps et dans un délai relativement court, sont refroidis jusqu'à atteindre la température de l'air, voire une température légèrement inférieure. Dans un deuxième temps, et sous l'effet d'une ventilation prolongée, les grains peuvent être également séchés, à condition que l'air soit suffisamment sec.

Les échanges de température et d'humidité liés aux phénomènes décrits cidessus sont évidemment réglés selon les lois d'équilibre entre l'air et les grains.

Lors d'une ventilation, le premier équilibre, c'est-a-dire celui entre la température des grains et celle de l'air, s'établit rapidement avec des besoins en air relativement modestes (de 800 à 1500 m³ d'air par m³ de grains).

En revanche le second, celui qui concerne l'équilibre entre la teneur en eau des grains et l'humidité relative de l'air, nécessite des temps plus longs et des quantités d'air supérieures (50.000 à 80.000 m³ d'air par m³ de grains).

Une masse de grains soumise à ventilation se retrouve divisée en trois zones:

- zone refroidie (grains déjà refroidis);
- zone de transition (grains en cours de refroidissement);
- zone à refroidir (grains encore chauds).

Dans la zone refroidie, les grains des couches inférieures, plus proches de l'arrivée d'air, sont refroidis le plus vite et de façon complète.

Immédiatement au-dessus, une zone dite "de transition", se déplace lentement dans le sens du courant d'air. Dans cette zone les grains sont en cours de refroidissement.

Enfin, dans la partie supérieure de la cellule, se trouve la zone à refroidir, ou les grains sont encore chauds, voire légèrement réchauffés.

Une ventilation ne peut être considérée comme conclue tant que la zone refroidie n'a pas atteint le haut de la cellule.

Schéma d'un silo ventilé

Elle ne doit donc pas être arrêtée avant que les couches supérieures n'aient atteint la même température que celle des couches inférieures, température proche de celle de l'air de ventilation.

La durée de la ventilation doit être telle qu'elle ne puisse provoquer un échauffement excessif et prolongé des couches supérieures de grains.

Pour obtenir le refroidissement d'une masse de grains, il est nécessaire que la température de l'air de ventilation soit inférieure de 5°C a 7°C à celle des grains.

Des écarts supérieurs à 8ºC peuvent provoquer des phénomènes de condensation qui risquent de porter à la réhumidification des grains. Des écarts inférieurs à 3ºC peuvent ne pas garantir le refroidissement désiré.

Il est évident que, pour un bon déroulement de la ventilation, il est nécessaire de contrôler, à l'aide d'un appareillage thermométrique approprié, la température de l'air et en particulier des grains.

Pour obtenir un effet séchant, il faut que l'humidité relative de l'air de ventilation soit inférieure à celle d'équilibre du grain.

Il est recommandé, surtout dans le cas de grains humides, de commencer à ventiler dès le début du remplissage des cellules; par ailleurs, celles-ci ne doivent pas être remplies en une seule fois, mais par étapes successives, dans la mesure du possible.

De plus, pour éviter des phénomènes de condensation il est nécessaire de laisser ouvertes les sorties d'air humide, et de faire fonctionner les extracteurs prévus pour évacuer cet air.

Avec des produits stockés humides, la ventilation doit se poursuivre jusqu'à obtenir la stabilité des grains.

Une fois les grains stabilisés, la ventilation peut être effectuée, à intervalles plus ou moins réguliers, pour garantir la bonne conservation des produits.

Ainsi, il faut procéder à des contrôles fréquents et réguliers de l'humidité et de la température des grains. Toute élévation brusque de la température doit être interprétée comme le signe de phénomènes de dégradation en cours.

En conséquence, une ventilation avec un air aussi sec et aussi froid que possible doit être considérée comme nécessaire.

En conclusion, les multiples applications de la ventilation et la complexité des processus qui lui sont associés, nécessitent l'intervention d'un personnel spécialisé, tant dans la phase de l'étude que dans celle de la gestion des installations.

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