On a vu les raisons qui justifient le refroidissement. Les avantages qu'il apporte sur le plan bactériologique (dans la mesure où le lait à l'origine est peu contaminé) l'emportent sur les inconvénients d'ordre physico-chimique. Ceux-ci peuvent être assez bien corrigés alors que les altérations d'origine microbienne sont irréversibles.
D'une façon générale, la méthode de choix consiste à abaisser rapidement la température du lait entre 0 et 4°C, encore qu'à l'intérieur de ces limites les effets du froid varient et nécessitent un compromis permettant de ralentir le plus possible le développement bactérien sans aggraver par trop les modifications d'ordre physico-chimiques. En pratique, il est conseillé d'atteindre rapidement 3°C et de maintenir cette température sachant qu'elle ne doit pas être de beaucoup inférieure à 2°C et en aucun cas dépasser 4°C. Il faut savoir aussi qu'à ces basses températures une faible variation (de l'ordre de 0, 5°C) peut avoir des répercussions sur l'évolution de la flore microbienne.
A la ferme, il n'est pas toujours possible d'appliquer ces basses températures. Lorsque le lait est de très bonne qualité et utilisé rapidement (dans les quelques heures qui suivent la traite), il n'est pas nécessaire d'y recourir. Elles sont néanmoins préférables car l'apport d'un lait contaminé, souvent possible, voire fréquent et même parfois constant dans un bon lait, entraîne inévitablement la contamination du mélange.
En régle générale, quelles que soient la température utilisée, la durée de conservation et la qualité du lait, le refroidissement doit intervenir le plus rapidement possible, de façon à mettre à profit la phase bactériostatique ou “bactéricide” pendant laquelle la croissance bactérienne est normalement très faible. Il est évident que le résultat ne peut être satisfaisant que dans la mesure où le lait à l'origine est peu contaminè et que sa température ne remonte pas jusqu'au moment de son utilisation.
Il existe plusieurs procédés de refroidissement du lait. En pratique le choix ne peut être déterminé par les seules considérations sur l'action du froid. Il doit nécessairement tenir compte d'autres facteurs, souvent liés, qui sont à évaluer en concertation entre le producteur et le ramasseur de lait. Tels sont les quantités de lait par ferme, et leurs variations saisonnières, l'approvisionnement en eau et en électricité, la dnsité laitière, la fréquence et la méthode de ramassage, le délai entre la collecte et la livraison à l'usine. Bien entendu, il faut aussi considérer le coût des investissements et du fonctionnement supporté par le producteur et la laiterie et l'incidence sur les prix du lait et sur sa valorisation technologique. D'autres éléments peuvent intervenir. Notamment dans les régions cherchant à couvrir, au moins partiellement, leur besoin en lait, il convient d'apprécier les conséquences du refroidissement sur le développement laitier.
Ce sont finalement les conditions locales qui déterminent les méthodes et les équipements à mettre en oeuvre. Des facteurs comme le niveau de développement et les structures de chaque région ont un rôle considérable sur les procédés mis en oeuvre. Ainsi, dans les pays développés ayant une grosse production laitière on assiste depuis le 20e siècle à l'évolution suivante que l'on schématise en quatre étapes. Pendant environ la première moité du siècle le lait était recueilli en bidons et l'on se contentait de le refroidir par les moyens naturels dont on disposait: cave, eau d'une fontaine ou d'un ruisseau, glace. La seconde étape s'est dessinée vers 1950. L'accroissement de la production laitière, l'extension des zones de collecte et la nécessité d'améliorer la productivité et les conditions de travail ont rendu indispensable une meilleure conservation du lait qui s'est faite en utilisant des systèmes de refroidissement plus efficaces : immersion ou aspersion des bidons à l'eau fraîche et même refroidie. L'accentuation de ces phénomènes a conduit à rechercher des procédés plus performants. C'est la troisième étape qui se traduit actuellement par la réfrigération du lait en tank accompagnée de la collecte en vrac. Déjà, sous les contraintes sociales et économiques dont la nécessité d'économiser l'ènergie, la quartième étape commence avec l'apparition de prérefroidisseurs et des récupérateurs de chaleur dégagée au cours de la réfrigération. Bien sûr, ces étapes se chevauchent plus ou moins ; selon les régions elles sont plus ou moins décalées dans le temps mais elles montrent que le développement du refroidissement est lié à celui du développement laitier.
Ainsi tel procédé considéré comme insuffisant ou archaqïque dans une situation donnée peut déjà être un progrès pour une autre. D'une façon générale, le choix des procédést fondé sur les considération ci - après
• Dans les pays tempérés, lorsque le lait est faiblement contaminé (moins de 50.000 germes “totaux” par n 1) le refroidissement à l'eau naturelle est acceptable dans la mesure où elle est en quantité suffisante et où elle permet d'abaisser la température en-dessous de 15°C. Pour y parvenir elle doit être inférieure à 12–13° C. En outre, la durée de conservation est très limitée, ce qui nécessite un ramassage très rapide. On estime que pour un lait refroidi à une température ne dépassant pas 10° C, le délai de livrason à la laiterie ne doit pas être supérieur à quatre heures. Ce délai est encore à reccourcir lorsque la temp érature extérieure est élevée. Si la température attaeint 18–20° C le refroidissement ne limite que très faiblement la prolifération microbienne. Lorsque la température s'élève ou que le lait est moyennement ou fortement contaminé, le nombre de germes croît considérablement et le refroidissement devient sans effet.
• Quand le refroidissement à l'eau naturelle n'est plus possible en raison de sa température élevée, ce qui est le caas dans les pays chauds où il faut utiliser le froid artificiel. Si les quantités de lait sont faibles, on ne peut, pour des raisons économiques, utiliser ce procédé au niveau de la ferme. Il est alors recommandé de grouper le lait des producteurs dans un centre de collecte pourvu d'un équipement de réfrigération artificiel permettant de refroidir le lait à 2 ou 3°C. L'apport du lait au centre doit être effectué le plus rapidement possible aprés la traite, dans les deux ou trois heures. Après réfrigération le lait est expédié à la laiterie, de préférence en citerne dans la mesure où la quantité est insuffisante. Sinon, on doit avoir recours aux bidons. Au cours du transport le lait doit être maintenu au froid, ce qui peut nécessiter pour de longs transports, notamment en région chaude, l'emploi de véhicules isothermes de sorte que la température reste inférieure ou au plus égale à 10°C.
Dans les fermes où la production de lait est importante, c'est généralement la réfrigération artificielle qui doit être utilisée avec la collecte du lait en citerne.
L'abaissement de la température est obtenu par échange de calories entre le lait chaud et un fluide froid séparé par une paroi conductrice.
Les termes de refroidissement et de réfrigération sont fréquemment confondus. Il est préférable d'utiliser le second lorsque les moyens mis en oeuvre permettent de porter le lait à une température égale ou inférieure à 4°C.
Pour accélérer les échanges thermiques il faut que le fluide ou le lait, ou mieux, l'un et l'autre, soient en mouvement.
En pratique on peut utiliser trois sources de froid : l'eau naturelle fraiche, la glace ou un fluide frigorigène (réfrigération mécanique ou articielle.
21. L'eau naturelle fraîche a pendant longtemps été le fluide le plus couramment employé. Actuellement encore elle est utilisée soit dans les très petites exploitations (moins de 25 l de lait par jour) et qui, pour des raisons économiques ou autres, ne peuvent recourir à d'autres moyens ou encore dans les régions ayant en abondance de l'eau courante et fraiche (10°C au maximum), ce qui existe seulement dans quelques contrées.
Bien souvent l'eau ne permet pas d'abaisser la température du lait en-dessous de 15 ou 16°C, ce qui est déjà appréciable mais ne ralentit que très faiblement le développement microbien. Sauf le cas où l'eau est naturellement très froide, son emploi, qui est déjà un facteur de progrès, doit être considéré comme un palliatif transitoire entre l'absence de tout refroidissement et la réfrigération.
22. La glace permet d'abisser la température au voisinage des températures de réfrigération. Mais son emploi nécessite un approvisionment régulier et coûteux, ce qui est rarement possible sauf dans les régions oú elle existe à l'étatnaturel. Dans quelques régions, la glace est stockée en hiver pour être utilisée en été.
23. Fluide frigorigène. C'est un composé chimique (ammoniac, chlorure de méthyle, fréon…) dont le passage de l'état liquide à l'état de vapeur (vaporisation) a pour conséquence un abaissement de température. Une matière (le lait) mise en contact avec cette vapeur, par l'intermédiare d'une paroi, lui cède une certaine quantité de chaleur et se trouve ainsi refroidie.
Ce composé est mis en oeuvre dans une machine (ou groupe) frigorifique dont il existe deux systès : à compression mécanique et à absorption.
ELle fonctionne en circuit fermé. La vapeur du fluide évaporé est récupérée, puis par compression et refroidissement revient àl'état liquide afin de pouvoir s'avaporer à nouveau. ELle comprend toujours les éléments ci - aprés (figure 8) :
• Un évaporateur
Il consiste généralement en une tuyauterie, souvent en forme de serpentin, à l'intérieur de laquelle s'avapore le fluide frigorique avec production de froid.
Dans le procédé dit à détente directe, l'évaporateur est directement au contact du milieu à refroidir. La disposition de l'évaporateur par rapport au milieu varie selon les installations. Le fluide réfrigérant peut circuler dans tuyauterie placée à l'intérieur ou autour du milieu. Au contraire, il peut être contenu dans un réservoir fermé traversé par une tuyauterie où circule la matière à refroidir.
Dans d'autres cas l'évaporateur n'est pas au contact direct avec le milieu à refroidir mais avec un fluide intermédiaire (fluide frigoporteur ; eau, saumure …) qui véhicule le froid vers le milieu. L'avantage de ce procé dé réside dans sa souplesde de fonionnement et dans la sécurité qu'apporte le fluide intermédiare. Celui- ci constitute une réserve de froid non négligeable palliant à un arrêt momentané du groupe frigorifique. Son inconvénient est son encombrement.
La température du liquide en évaporation correspond à la pression qui régne dans l'évaporateur.
• Un compresseur
Il agit comme une pompe aspirante et refoulante. Son rôle est d'une part d'évacuer la vapeur du fluide frigorigène venant de l'évaporateur et de maintenir la pression requise à l'inté rieur de celui- ci, d'autre part d'élever la pression de cette vapeur à un niveau suffisamment élevé et de l'envoyer au condenseur.
L'entraînment du compresseur est généralement assuré par un moteur électrique. On utilise fréquemment des groupes hermétiques, c'est-à-dire ceux dans lesquels le moteur et le compresseur forment un ensemble monbloc, ce qui permet de supprimer le presse-étoupe qui est souvent la principale cause de panne. Les groupes semi-hermétiques sont moins fréquemment utilisés; comme dans les précédents le moteur et le compresseur forment un seul appareil mais il est possible de démonter le moteur et de procéder sur place àdes réparations, ce qui n'est pas possible avec les appareils hermétiques.
• Un condenseur
Il assure la liquéfaction de la vapeur. La vapeur comprimée chaude est transmise àun agent de refroidissement extérieur (air ou eau), ce qui permet sa liquéfaction. Le fluide, de nouveau à l'état liquide, revient à l'évaporateir pour être de nouveau utilisé. Le cycle évaporation-compression-consideration pet aussi se répé ter indéfiniement.
•Un détendeur (ou régulateur de liquide)
Il est constitué d'une vanne qui règle le débit du fluide frigorigè ne retournant à l'évaporateur. la quantitésoumise à l'évaporateur en un temps donné doit être êgle à celle pouvant être vaporisée, ce qui correspond à la chaleur absorbée. Ainsi le détendeur permet de maintenir dans l'évaporateur et le condenseur les pressions et les températures les plus adaptées à l'installation considérée et aux conditions extérieurs données.
Elle permet, comme celle à détente directe, d'enlever la chaleur du milieu à refroidir par évaporation d'un fluide frigopresseur méchanique. Celui - ci est remplacé par un dispositif fondé sur le principe selon lequel la solubilité d'un gaz dans un liquide dimiune lorsque la température croît et devient nulle à la température d'ébullition du liquide. Ainsi, l'eau absorbe près de 1.000 fois son volume de gaz ammoniac et laisse dégager presque totalement ce gaz si on le chauffe à 100°C.
Figure 8 - Schéma du circuit frigorique d'une installation à compression (D'après ANDERSON, 1978)
Figure 9 - Bac refroidisseur à circulation d'eau froide (D'après VEISSEYRE, 1975)
Fonctionnement. La vapeur sortant de l'évaporateur est admise dans u absorbeur contenant une solution dite “pauvre” dans laquelle elle se dissout. Cette absorption s'accompagne d' une production de chaleur qui doit être éliminée à l' aide, par exemple, d'une eau de refroidissement. La solution devenue “riche” passe ensuite dans un bouilleur où elle est chauffée sous pression par un moyen quelconque (brûleur à fuel, à résistance électrique…) , ce qui permet à la vapeur du fluide frigorigène de s'échapper.
Cette dernière passe dans un rectificateur où elle se débarrasse de la vapeur d' eau entraînée. Devenue anhydre, elle va au condenseur refroidi par eau où elle se liquéfie. Le fluide liquéfié passe ensuite à travers l' évaporateur où il se vaporise en produisant du froid puis retourne à l' absorbeur. Le système à absorption se résume ainsi à deux circuits : l' un, d'ammoniac plus ou moins chargé de vapeur d' eau ou d' eau, alternativement gazeux et liquide, l'autre de solution alternativement pauvre et riche.
Les machines à compression mécanique sont le plus souvent utilisées. Les machines à absorption ont un rapport de la puissance frigorifique produite à la puissance calorique nécessaire au fonctionnement assez bas. Elles sont moins économiques et plus encombrantes que celles à compression. Toutefois leur emploi peut se révéler intéressant dans les fermes ou les centres de collecte dépourvus d'électricité. De plus, elles ont l 'avantage de ne pas avoir d' organe mobile à l' exception d' une pompe de refoulement de la solution riche dans le bouilleur.
Le procédé le plus ancien et leplus rudimentaire consiste à immerger les bidons dans de l'eau fraiche courante. Stagnante elle ne permet pas d'éliminer rapidement la chaleur et se réchauffe rapidement.
De toutte façon le refroidissement étant appliqué à du lait en masse et sans mouvement est toujours lent. La température du lait, même après plusieurs heures de refroidissement, n' atteint pratiquement jamais celle de l'eau ; elle reste de 2 à 3°C supérieure.
Il faut tenir compte de la conductibilitée thermique dont est fait le bidon. Le coefficient de transfert de chaleur des bidons en matière plastique est beaucoup moins élevé que celui des bidons métalliques d'où un refroidissement plus lent.
Pour que l'immersion ait la meilleure efficacité possible, elle doit être maximale, c'est-à-dire le niveau de l' eau doit être supérieur à celui du lait, sans toutefois que l' eau puisse pénétrer dans le bidon. Cette précaution est d' autant plus nécessaire que la couche supérieure du lait est généralement plus contaminée. En effet, si le lait n'est pas agité, les globules gras en montant vers la surface entraînent avec eux une partie des bactéries qui se rassemble dans la crème.
La méthode la plus simple consiste à plonger les bidons dans un cours d'eau, une fontaine, voire un puit.
On peut aussi utiliser un bao (en tôle, ciment ou bois) (Figure 9), pourvu d'un caillebotis sur lequel reposent les bidons. Il est rempli d'eau dont le volume est d'environ quatre à cinq fois supérieur à celui des bidons. Les résultats sont très limités du fait de l'absence de circulation de l'eau. On peut l'améliorer par addition de glace.
Lorsque l'on dispose en abondance d'eau canalisée, il est évidemment préférable d'aménager le bac de façon à ce qu'elle puisse y circuler de facon continue. On peut aussi remplacer l'immersion par l'arrosage des bidons.
D'une manière générale le procédé par immersion n'est efficace que dans la mesure où l'eau est trés froide et d'un gros débit. Dans ce cas, malgré la lenteur du refroidissement et l'absence d'agitation du lait, il permet d'abaisser la température du lait pendant que les bactéries sont encore en phase de latence et de ralentir ainsi leur développement ultérieur. En outre le lait n'étant pas au contact du milieu extérieur reste à l'abri des poussières et autres contaminations. Enfin, dans la mesure où l'eau est gratuite ou d'un très faible prix, le procédé est économique.
Figure 10 - Dispositifs d'aspersion des pots à lait.
a) Rampes d'aspersion R. - b) Couvercle spécial C. - c) Collier douche D (D'apres JACQUET et THEVENOT, 1961)
Figure 11 - Refroidisseur à aspersion et agitation (D'après VERISSEYRE, 1975)
Figure 12 - Appareils à ruissellement et à agitateur refroidi (D'après VEISSEYRE, 1975)
Bien qu'elles ne soient pas à négliger ces méthodes demeurent primitives et n'apportent un résultat notable que si l'eau est froide, abondante et courante.
Différents dispositifs permettent de remplacer avantageusement la simple méthode par immersion mais ils nécessitent un petit investissement de l'eau fraiche canalisée. Les plus élémentaires, sous agitation, sont représentés à la Figure 10.
Un appareil métallique simple, mobile et bon marché dit “à tourniquet” est représenté à la Figure 11. Placé sur le bidon dont le col lui sert de support, il permet le ruissellement sur la paroi extérieure. Dans le mêmîîné par une petite turbine hydraulique, ce qui accélère le refroidissement et évite la formatio de crème en surface.
Dans un autre type (Figure 12), la vitesse de refroidissement est accrue en remplacant l'agitateur à palettes par un agitateur tubulaire (tube en U, serpentin) dans lequel circule l'eau fraîche.
La consommation d'eau de ces appareils peut être estimêe sur la base d'environ quinze litres d'eau par litre de lait. Elle varie avec le modèle utilisé, la température…).
Les Figure s 13 et 14 donnent une indication sur le rendement de ces deux types d'appareils.
Ces dispositifs ne sont utilisables que pour de petites quantités de lait, ne dépassant pas la capacité du bidon. Sinon, il convient d'en utiliser plusieurs.
Dans ce procédé, encore appelé par ruissellement, le lait s'écoule en couche mince et agitée à d'un bac de distribution, sur une surface refroidissante. Il présente ainsi l'avantage de permettre un abaissement rapide de la température.
Il met en oeuvre des échangeurs de température statique à surface fonctionnant à contre-courant. Le lait ruisselle par gravité de façon continue, sur des parois métalliques à l'intérieur desquelles circule l'eau de refroidissement. Ces parois ont des reliefs divers constitués d'une succession de saillies et de dépressions.
Figure 13 - Courbe d'abaissement de température d'un refrodisseur à tourniquet pour bidons de 45 litres de lait (D'après F.I.L. , 1964)
Figure 14 - Courbe d'abaissement de température de bidons (45 litres à l'aide d'un refroidisseur par ruissellement et agitation d'eau
(D'après F.I.L., 1964)
Il existe trios types principaux de refroidisseur à ruissellement.
Le principe est le même mais les tubes sont remplacés par deux plateaux verticaux, de forme ondulée, soudés entre eux. La succession des saillies et des dépressions, disposées horizontalement, permet au lait de descendre en cascade. Elles sont faiblement écartées
l'une de l'autre permettant ainsi à l'eau de circuler comme dans le précédent modèle.
Il constitue une variante des modèles précédents. Ces appareils sont construits en cuivre étamé ou, mieux, en acier inoxydable.
Outre le gros avantage d'un refroidissement rapide du lait, ils assurent à celui-ci un dégazage partiel qui élimine ou réduit les flaveurs indésirables pouvant lui avoir été communiquées, notamment par des aliments tels que le chou, l'ensilage de mauvaise qualité … ). Il est évident qu'ils doivent être placés dans un local inodore.
Leur inconvénient principal est de placer le lait au contact direct de l'atmosphère, ce qui risque de le contaminer. Les gouttes d'eau formées sur les plafonds par condensation peuvent, en retombant dans le lait, entraîner avec elles des microorganismes variés et augmenter ainsi sa pollution. C'est pourquoi certains appareils sont pourvus de volets de protection.
Figure 15 - Schéma d'un refroidisseur à ruissellement tubulaire (D'après JACQUET et THEVENOT, 1961)
Figure 16 - Refroidisseur cylindro-conique
Figure 17 - Rapport eau/lait et efficacité du refroidissement dans un appareil à ruissellement tubulaire (D'après F.I.L., 1964)
Figure 18 - Rapport eau/lait et efficacité du refroidissement dans un appareil à ruissellement à plaques
(D'après F.I.L. , 1964)
Un autre inconvénient réside dans la nécessité de soulever les pots de lait pour en déverser le contenu à la partie supérieure du réfrigérateur. Un local à deux niveaux ou une installation de traite mécanique assurant le transfert du lait évite cette servitude.
Il faut souligner la nécessité absolue d'un parfait nettoyage de l'ensemble de l'appareil (surfaces d'échanges, gouttières supérieures et inférieures, bâti). Celui-ci est rendu délicat par les angles et des surfaces en creux.
• Choix du refroidisseur
Il existe de nombreux modèles de réfrigérateurs dont les capacités permettent de répondre à la production des diverses exploitations. Il faut préférer les appareils en acier inoxydable à ceux en cuivre étamé qui sont beaucoup plus faciles à nettoyer, plus robustes, inaltérables et dont la conductibilité thermique est bonne.
Le coefficient de transfert de chaleur des appareils à plaque est meilleur que celui des appareils tubulaires, toutes conditions par ailleurs égales (Figure s 17 et 18).
Le débit d'eau disponible dont l'influence est importante doit être pris en compte (Figure 19). L'acquisition de ces matériels ne doit se faire qu'après étude des conditions dans lesquelles ils doivent effectivement fonctionner en concertation avec les fournisseurs et sous leur garantie. De toute façon leur efficacité reste limitée par la température de l'eau.
Il ne suffit pas de refroidir le lait dès la traite. Il faut ensuite assurer sa conservation au froid jusqu'à sa collecte d'abord et pendant son transport ensuite dans les meilleures conditions possibles, ce qui est souvent difficile. Le problème se pose particulièrement lorsque le lait ne part de l'exploitation qu'une seule fois par jour, et que la température extérieure est élevée. De toute façon, il ne faut jamais mélanger la traite du matin à celle de la veille au soir, même si celle-ci a été maintenue au froid. On sait en effect que du lait maintenu à une température supérieure à 4 °C pendant quelques heures peut être le sieège d'un important développement microbien. Le maincien du lait à la température où il a été refroidi peut se faire selon plusieurs méthodes. Il faut cependant observer qu'en raison du mauvais échange thermique entre l'air et l'eau, le réchauffement du lait maintenu en masse dans l'air ambiant est relativement lent (environ vingt fois plus lentement que dans l'eau). Ainsi vingt litres de lait en bidon refroidi à 9 ° C verra sa température augmenter Progressivement jusqu'à 15 ° C pour une durée de conservation de 15 heures dans un air ambiant de 20 ° C. soit une élévation de température de 6 ° C.
Figure 19 - Température du lait en fin de refroidissement dans un appareil à ruissellement à plaque en fonction du débit de lait et d'eau (D'aprés F.I.L., 1964)
Pour limiter la remontée de température, on peut faire appel à diverses méthodes.
| Conditions de conservation des bidons | Température du lait après conservation pendant 16 h à 22 ° C | Taux de multiplication des bactéries |
|---|---|---|
| (°C) | ||
| • à nu | 17 – 18 | 23 à 164 |
| • sous jaquettes ou isorel de 1 cm d'épaisseur | 15 – 16 | 5 à 39 |
| • sous jaquettes en contreplaqué revêtu de 5 cm 9d'épaisseur de laine de verre | 12,5–14 | 2,5à 7,5 |
Après avoir recueilli dans des bidons le lait venant du refroidisseur, on utilise l'une des méthodes de conservation décrites précédemment. La multiplication microbienne est généralement moins forte en raison du plus rapide abaissement de la température que permet le ruissellement.
En règle générale la conservation du lait préalablement refroidi à l'eau, sauf dans le cas où celle-ci est très froide (4–6° C) doit être aussi brève que possible.
Les conditions de refroidissement et de conservation du lait ne permettent souvent pas au lait de supporter une longue durée de transport sans que celle-ci s'accompagne d'un développement bactérien pouvant être considérable. D'une manière générale, le réchauffement du lait est d'autant plus faible que celui-ci est froid au départ, qu'il est transporté en masse importante, que la température ambiante est basse et que la durée de transport est courte. Bien entendu le taux initial de contamination du lait et la propriété des bidons ont également une grande influence. Aussi faut-il s'efforcer d'avoir des tournées de ramassage courtes (ce qui n'est pas toujours compatible avec les aspects économiques) et de réaliser le transport soit dans des vahicules isolés, soit lonsque les quantités de lait sont faibles dans des bidons placés sous “jaquettes”. On a également intérêt à profiter du moment de la journée le moins chaud (par exemple le nuit ou à l'aube).
Figure 20 - Schéma d'un “puits glacé” canadien (D'après JACQUET et THEVENOT, 1961)
Figure 21 - Réfrigérant à ruissellement à deux eaux (D'après VEISSEYRE, 1975)
Pendant longtemps on a estimé que le refroidissement à une température inférieure ou égale à 10°C était satisfaisant. Il est vrai que les tournées de ramassage étaient généralement courtes, que le lait était rapidement utilisé dès sa réception à la laiterie et qu'en période estivale le ramassage était effectué deux fois par jour. Mais, les sources naturelles de froid étaient souvent inexistantes, saisonnières et insuffisantes en quantité ou en température, ce qui entraînait l'altération du lait. On a alors commencé à utiliser le froid artificiel mais son coût en limitait l'emploi. Plus tard, sous la pression de facteurs techniques, économiques et sociaux tels que l'éloignement des zones de production de celles de consommation dû à une urbanisation croissante, la nécessité d'améliorer les conditions de travail à la ferme et à l'usine, les exigences des hygiénistes et des consommateurs, il est apparu nécessaire d'augmenter la durée de conservation du lait. C'est pourquoi divers pays se sont orientés résolument vers la réfrigération qui est souvent appliquée à plus de 80 % du lait collecté. Celle-ci permet d'abaisser le lait à la température de 2 à 3°C, c'est-à-dire à celle considérée comme le plus favorable à sa conservation.
Dans les régions faiblement laitières, notamment celles où la conservation et les transports sont particulièrement difficiles en raison de la température ambiante et des conditions de la collecte et dans lesquelles le lait constitue une matière particulièrement précieuse sur le plan nutritionnel et économique, la réfrigération doit être considérée comme l'un des facteurs essentiels du développement laitier.
Il faut rappeler une fois encore que la réfrigération ne peut que ralentir le développement bactérien et que la durée de conservation est étroitement conditionnée par le niveau de contamination du lait à l'origine. C'est pourquoi dans certains pays, lorsque la charge microbienne dépasse un certain niveau, le lait est soit refusé, soit payé à moindre prix.
Comme pour le refroidissement il existe plusieurs systèmes de réfrigération qui, eux aussi, peuvent être classés en fonction du mode de traitement du lait en masse ou en couche mince.
Tous exigent une source d'énergie dont la plus utilisée et la plus commode est l'électricité par raccordement à un réseau de distribution. Lorsque celui-ci n'existe pas on peut recourir aux appareils de réfrigération à absorption ou à l'énergie solaire.
Le choix de la source de froid comme du dispositif de réfrigération et de sa capacité sont étroitement liés aux conditions locales ainsi qu'il a été déjà dit. Il ne faut pas sous-estimer la puissance frigorifique, les variations quantitatives saisonnières de la production, la possibilité de faire appel à un frigoriste, la disponibilité en quantité et en qualité de l'eau. Celle utilisée pour le nettoyage doit être naturellement potable ou assainie par un traitement approprié tel que la chloration de façon à assurer une hygiène rigoureuse des surfaces en contact avec le lait.
Ces surfaces doivent être lisses, faciles à nettoyer, inaltérables. Seul l'acier inoxydable répond à ces conditions. Le choix doit aussi porter sur des appareils robustes afin de limiter le plus possible les risques de panne.
Elle s'opère à l'aide d'appareils à ruissellement similaires à ceux utilisés pour le refroidissement à l'eau mais dans lesquels celle-ci est remplacée par un autre fluide qui est soit de l'eau glacée, soit un fluide frigorigène (détente directe).
Dans l'eau contenue dans un bac calorifugé est immergé un évaporateur qui assure son refroidissement. Ainsi réfrigérée, cette eau, reprise par une pompe, est envoyée dans le réfrigérant d'où elle retourne, en circuit fermé, au bac pour être à nouveau refroidie. Le maintien de l'eau à basse température tout au long de la réfrigération du lait nécessite l'emploi d'un groupe frigorifique de forte puissance.
Pour limiter celle-ci on peut constituer une grande réserve d'eau glacée avec le risque d'un rélèvement de la température en fin de réfrigération et l'inconvénient d'un grand encombrement. Il est bien préférable d'utiliser un évaporateur à accumulation de glace, celle-ci se faisant en dehors de la période d'utilisation du réfrigérant.
Figure 22 - Refroidisseur de lait à ruissellement “àdeux eaux”
(D'après JACQUET et THEVENOT, 1961)
B : bac à eau glacée
G : groupe frigorifique
E : évaporateur
P : pompe à eau glacée
L'eau glacée peut être remplacée par un liquide incongelable (saumure). Cette formule ne se justifie généralement pas dans le cas de la réfrigération à la ferme.
Afin d'économiser les frigories on utilise souvent le réfrigérant dit à deux eaux (Figure s 21 et 22). Il comprend deux circuits séparés. L'un, d'eau fraîche, à la partie supérieure de l'appareil ; l'autre, d'eau gkacée, à la partie inférieure.
L'utilisation de la glace naturelle est mise à profit dans certaines régions ainsi que le montre la Figure 23.
Elle constitue en l'évaporation du fluide frigorigène directement à l'intérieur du réfrigérant qui joue ainsi le rôle d'évaporateur.
En comparaison de l'eau glacée le procédé à détente directe offre plusieurs avantages. Il est simple. Il ne nécessite pas un bac à la fois incombrant et responsable de pertes de froid. En outre il demande moins d'énergie car, pour une même température de lait, il fonctionne avec une température plus élevée d'évaporation. C'est ainsi que si, dans des conditions données, la consommation électrique est de 12 à 18 watts/heure pour refroidir un litre de lait par détente directe, elle peut être multipliée par 1, 5 ou 2, avec l'eau glacée.
Dans le cas de la détente directe, il faut soigneusement régler la température d'évaporation du fluide frigorigène afin d'éviter le risque de congélation du lait.
Ce procédé est fondé sur le même principe que celui utilisé pour le refroidissement à l'eau naturelle. Mais celle-ci est remplacée par de l'eau glacée fournie par un petit groupe frigorifique. Le système le plus simple consiste à faire ruisseler l'eau glacée sur la paroi extérieure du bidon après quoi elle est récupérée et renvoyée sur l'évaporateur pour être à nouveau refroidie. Pour améliorer la vitesse de réfrigération le ruissellement est accompagné de l'immersion dans le lait d'un tube agitateur dans lequel circule l'eau glacée. Dans ce cas celle-ci circule d'abord dans le tube puis ruisselle à la surface du bidon ; elle est ensuite reprise par une pompe qui l'envoie de nouveau sur l'évaporateur d'où, refroidie, elle retourne dans le tube rotatif.
Figure 23 - Refroidissement du lait par ruissellement avec utilisation de glace naturelle (U.R.S.S.) (D'après JACQUET et THEVENOT, 1961)
1) Réfrigérant cylindrique.
2) Bac à eau glacée.
3) Pompe (à main).
4) Préparation de l'eau glacée
Lorsque la ferme est équipée d'une telle chambre, il est tentant de l'utiliser pour refroidir les bidons (Figure 24). Mais la mauvaise conductibilité thermique de l'air ne permet qu'un très lent abaissement de la température du lait. Par contre, une telle chambre convient au maintien de la température du lait préalablement refroidi. On a alors imaginé de combiner la réfrigération par immersion et la conservation.
A la partie supérieure de la chambre on place on réfrigérant à ruissellement à détente directe sous lequel les bidons contenant le lait réfrigéré séjournent jusqu'à la collecte (Figure 25), maintenus à basse température par le réfrigérant. Du point de vue frigorifique ce dispositif est peu rationnel. II est préférable d'installer deux circuits frigorifiques distincts : l'un servant à réfrigérer le lait, l'autre la chambre. Ce dispositif est rarement satisfaisant car il est souvent très difficile d'assurer un bon nettoyage du réfrigérant et d'éviter les condensations sur les parois de la chambre.
Le procédé consiste à introduire des cubes ou des billes de lait congelé dans le lait à refroidir. Une partie du lait d'une traite est mis dans de grands tiroirs à glace d'un congélateur d'une armoire frigorifique. Après congélation la glace de lait est introduite dans le lait de la traite suivante. Il faut disposer d'environ quatre à cinq litres de lait congelé pour refroidir en 30 à 45 minutes environ vingt litres de lait chaud.
Le lait additionné de glace peut être soit immédiatement livré soit placé dans un compartiment de l'armoire qui sert de conservateur. Ce procédé n'est plus guère utilisé. Il est limité à de petites productions n'excédent pas dix ou vingt litres par traite. Son inconvénient est de modifier la structure physico-chimique du lait et de provoquer une séparation de la matière grasse. Il nécessite un excellent nettoyage des tiroirs de congélation dont la forme risque de rendre celui-ci difficile.
Figure 24 - Armoire réfrigérante mixte (D'après VASSOGNE, 1950)
Figure 25
- Meuble réfrigérant mixte avec ruissellement et entreposage des bidons
(Cliché MELOTTE)
Figure 26 - Réfrigération du lait en bidon par congélation partielle
(D'après JACQUET et THEVENOT, 1961)
Figure 27 - Plongeur refroidisseur (Cliché ETSCHELD)
Un système voisin consiste à former une gaine de lait congelé autour d'un évaporateur à détente directe constitué par un double tube (Figure 26). Quand une épaisseur suffisante de lait congelé s'est accumulée sur l'évaporateur immergé dans le bidon, le manchon de glace est décollé en envoyant dans le double tube, par un jeu de robinets, les gaz chauds de circuit frigorifique. La rapidité de formation de la glace de lait permet d'utiliser le même appareil pour plusieurs bidons. Comme le système précédent, ce procédé modifie la structure physicochimique du lait.
Ce procédé consiste à plonger dans le lait l'évaporateur à détente directe d'un petit groupe frigorifique (Figure 27). Cet évaporateur est relié au groupe par une tuyauterie souple qui lui assure sa mobilité. Il est généralement en forme de manchon cylindrique et comporte une hélice d'agitation de maniére à accélérer les échanges et à éviter la formation de glace de lait. Ce dispositif simple et d'un encombrement réduit est intéressant pour de petites quantités de lait. La Figure 28 donne une approximation sur ses performances. Certains appareils plus puissants permettent de réfrigérer le lait en une vingtaine de minutes à -4°C.
Là encore, un très bon nettoyage du manchon et de l'agitateur est indispensable pour qu'il ne devienne pas un foyer de contamination.
Les bidons de lait chaud sont plongés, comme dans le cas de l'immersion en eau naturelle, dans une eau réfrigérée produite au moyen d'un groupe frigorifique (Figure s 29 et 30). L'évaporateur à détente directe est généralement immergé dans l'eau contenue dans le bac calorifugé et à niveau constant. Afin de ne pas gêner la manipulation des bidons, il est généralement en forme de plaques disposées sur une ou plusieurs parois du bac ou encore sous forme d'un serpentin placé dans un angle. Il peut être à l'extérieur du bac avec circulation de l'eau, au moyen d'une pompe, en circuit fermé.
Il est indispensable que l'eau soit constamment en mouvement, ce qui est obtenu au moyen d'un agitateur et éventuellement d'une pompe dans le cas du circuit fermé. Faute de cette précaution, la réfrigération est très lente et atteint difficilement la température voulue. La Figure 31 montre l'allure de la réfrigération du lait en bidons de 20 l avec agitation de l'eau; il est également souhaitable d'accélérer les échanges thermiques par agitation du lait.
Figure 28 - Refroidissement du lait par évaporateurplongeur (pot de 20 litres)
(D'après JACQUET et THEVENOT, 1961)
Figure 29 - Bac-refroidisseur à eau glacée
(D'après JACQUET et THEVENOT, 1961)
Les bidons de 40 litres maintenus en eau agitée à 3°C pendant une heure atteignent la température de 17°C lorsque le lait reste immobile et de 7°C quand il est brassé constamment. Cette pratique exige une grande propreté de l'agitateur ; sinon il risque de contaminer le lait. On utilise rarement un dispositif d'agitation mécanique continue afin de ne pas trop compliquer les installations. Lorsqu'on pratique un brassage intermittent à l'aide d'un agitateur manuel qui doit être en métal (aluminium, acier inoxydable), il faut éviter de le mettre en contact avec une surface capable de le mouiller et le placer de préférence dans une eau javellisée.
La quantité d'eau glacée doit être d'environ deux fois le volume de lait. Cette eau doit être propre et donc remouillée assez fréquemment, les bidons apportant toujours diverses souillures. En attente de la collecte, les bidons sont conservés dans l'eau maintenue à basse température. Ces installations doivent être pourvues d'un thermostat permettant l'arrêt et la mise en marche automatiques du dispositif de réfrigération en fonction de la température de l'eau du bac.
Afin d'augmenter la rapidité du refroidissement on peut combiner les deux systèmes. Après avoir fait passer le lait sur un réfrigérant à ruissellement alimenté par prélèvement d'eau glacée dans le bac d'immersion ou par un autre dispositif, le lait est recueilli dans des bidons qui sont ensuite placés dans le bac à eau glacée. Si l'on dispose d'eau naturelle très fraîche, on peut se contenter d'un pré-refroidissement sur l'appareil à ruissellement avant l'immersion des bidons en eau glacée, ce qui est plus économique. Ce procédé est peu utilisé en raison de son coût et des manipulations qu'il nécessite.
Un autre dispositif, moins efficace, consiste à faire ruisseler sur les bidons reposant sur une grille placée au-dessus du bac de l'eau prélevée dans celui-ci. Les bidons ainsi prérefroidis sont ensuite immergés dans l'eau du bac.
Figure 30 - Bac réfrigérant à eau glacée pour bidons
(cliché JAPY)
Figure 31 - Refroidissement comparé du lait et de l'eau dans un appareil à immersion (pots de 20 litres)
(D'après AUCLAIR)
a) Température de la surface du liquide. b) Température au centre du pot. c) Température au fond du pot.
La description schématique des principaux procédés utilisables pour refroidir ou réfrigérer le lait donne une idée de la variété des systèmes et des résultats qu'on peut en attendre. Leur efficacité est variable, leur commodité plus ou moins grande, leur coût plus ou moins élevé. Leur choix doit être guidé, comme il a déjà été dit, en fonction des conditions techniques et économiques locales. Tous permettent à des niveaux divers d'améliorer la conservation du lait. Toutefois le système actuellement le plus rationnel et le plus perfectionné réside dans l'emploi, quand il est possible, des cuves (ou tanks) assurant à la fois la réfrigération et la conservation du lait.
