Consommation énergétique liée à la ventilation de refroidissement lors du stockage des céréales

Contexte

Le stockage des céréales doit se faire dans des conditions optimales de température et d’humidité afin de préserver la qualité des grains. Une température inférieure à 5°C et une humidité des grains en dessous de 15% stoppent leur germination et le développement des nuisibles ainsi que des maladies.

Un des aspects important de la conservation des céréales est donc leur refroidissement. En Région wallonne, celui-ci est réalisé en ventilant les céréales à l’aide de l’air extérieur plus froid (nuit ou journée fraîche). La ventilation de refroidissement se déroule progressivement suivant 3 paliers (de 5 à 8°C) de diminution de température. Le premier palier a lieu après la récolte (juillet, août), il abouti à une température du grain de 20°C. Le second palier réalisé au début de l’automne permet d’atteindre une température de 10 à 12°C et permet une conservation à moyen terme. Enfin, le troisième palier de refroidissement réalisé durant l’hiver permet d’atteindre une température inférieure à 5°C idéale pour une conservation de longue durée.

Ce refroidissement a bien évidement un coût énergétique qu’il convient de limiter en gérant plus finement le processus de refroidissement, et en utilisant les équipements et les structures adaptés. La problématique énergétique est d’ailleurs au cœur des préoccupations actuelles tant économiques qu’environnementales.

C’est dans ce contexte que la société Walagri, en collaboration avec le Département Génie rural du Centre Wallon de recherches agronomiques, a décidé d’évaluer sa méthode de conservation des céréales d’un point de vue énergétique. Walagri a pour principale activité le stockage des céréales et a stocké, en 2008/2009, 40 % des céréales produites en Région wallonne : 482 000 tonnes de céréales répartis sur 68 sites. En 2008, les dépenses énergétiques liées à la ventilation représentent 65% des dépenses électriques des sites de stockage de la société.

Objectifs

Le principal objectif de la présente étude était de comparer différents types d’infrastructures de stockage des céréales présents chez Walagri en terme de consommation énergétique (électricité) pour la ventilation de refroidissement.

La comparaison a porté sur les deux principales structures rencontrées chez Walagri: structure de type ACMB (cellules de stockage verticales rectangulaires, capacité individuelle 400 à 1000 t) et silos couchés (cellules horizontales, capacité individuelle 400 à 1500 t).
Ensuite, la comparaison a porté sur le type de ventilateur utilisé : axial ou centrifuge. Enfin, les mesures réalisées ont également permis de mesurer l’influence du nombre de cellules ventilées simultanément dans un silo de type ACMB (2 ou 4 cellules).

Résultats obtenus

Un exemple de refroidissement bien géré est montré à la Figure 1. Celle-ci présente l’évolution des températures (haut et bas du tas, air extérieur et air ventilé) ainsi que les périodes de ventilation. Dans cet exemple, le gestionnaire a bien positionné les périodes de ventilation en tenant compte d’un gradient de température suffisant entre l’air de refroidissement et la température du tas. De ce fait, chaque période de ventilation est efficace et entraîne une diminution progressive de la température des grains jusqu’à la température de conservation standard d’environ 5°C.

Malheureusement, la gestion du refroidissement des lots de froment suivis durant l’étude n’a pas toujours été aussi efficace, allant même parfois jusqu’à entraîner un réchauffement des grains. L’analyse des courbes de refroidissement a permis de mettre en évidence que la proportion d’heures de ventilation efficaces, c’est à dire entraînant effectivement un refroidissement des grains par rapport au nombre total d’heures de ventilation, atteint en moyenne 47,5% pour tous les sites suivis.
Afin de comparer les infrastructures entres elles, un paramètre de consommation efficace a été défini. Il représente la quantité d’énergie consommée pour diminuer la température d’une tonne de froment d’un degré Celsius (kWh/t°C).
La comparaison des deux types d’infrastructures met en évidence que les silos couchés présentent une consommation efficace médiane de 0,113 kWh/t°C contre 0,152 kWh/t°C pour les conservations en ACMB. Les silos couchés présentent donc une meilleure efficacité en terme d’énergie comparativement aux ACMB qui sont issus d’une plus vieille technologie. En outre, cet avantage doit être associé à une plus grande flexibilité en terme de stockage.
La consommation efficace des ventilateurs axiaux est de 0,078 kWh/t°C tandis qu’elle atteint 0,180 kWh/t°C pour les ventilateurs centrifuges. Il est clair que l’utilisation de ventilateurs axiaux permet de réduire les consommations énergétiques.
La comparaison de la consommation efficace menée dans des structures ACMB pour 2 et 4 cellules ventilées simultanément montre que la consommation efficace médiane est de 0,145 kWh/t°C pour 4 cellules ventilés tandis qu’elle est de 0,154 kWh/t°C pour 2 cellules.

Cette étude a montrée que les silos couchés équipés de ventilateurs axiaux sont les plus efficaces en terme de consommation énergétique. En ce qui concerne les plus vieux sites de stockage (ACMB), il est possible d’améliorer la consommation efficace en augmentant le nombre de cellules ventilées simultanément.

L’impact d’une mauvaise gestion sur l’efficacité de la ventilation, et donc, sur la consommation en énergie est importante. Il a été montré que plus de 50% des heures de ventilation ne sont pas efficaces. Il existe un intérêt certain pour les techniciens de se doter d’équipements de gestion de la conservation permettant une automatisation de la ventilation quand les conditions le permettent à toute heure du jour et de la nuit. Les marges de progrès à ce niveau sont importantes.
Suite à cette étude, un autre suivi à été réalisé durant la saison 2009/2010 celui-ci avait pour but de comparer les consommations énergétiques pour des gestions manuelle,semi-automatique et automatique.