etude expérimentale des courbes de séchage du poisson

Journal des Sciences
ETUDE EXPÉRIMENTALE DES COURBES DE SÉCHAGE DU POISSON
J. SARRa,b, M. SALLa, M. L. SOW b,c et M. M. KANEa,c
a
Centre d’Etudes et de Recherche sur les Energies Renouvelables B.P. 476, Dakar, Sénégal.
Groupe de Recherches sur les Transferts Thermiques, Faculté des Sciences et Techniques,
Université Cheikh Anta DIOP, Dakar-Fann, Sénégal.
c
Laboratoire des Semi-conducteurs et d’Energie Solaire, Faculté des Sciences et Techniques,
Université Cheikh Anta DIOP, Dakar-Fann, Sénégal.
b
Abstract:
In this paper, we study the various parameters which
participate in a significant way in the fish drying process.
Capelin is a lean fish. It has a physicochemical structure
similar to that of cod and can reach 30 cm length. Its flesh has
the following composition : 80% of water, 18% of proteins
and 1% of fat contents. The density and the water content of
fresh capelin are experimentally investigated. The sorption
isotherm of lean fish is plotted using some measurements and
data available in the literature. The experimental device which
allowed us to study drying curves is described. We analyze the
influence of external factors (principally the drying air flow rate
and the inlet air flow temperature) on the overall drying rate.
Such an approach is usually used. In fact, these parameters are
easy access and it is possible to directly use the results
obtained in the driers calculation. We examine successively
two cases: the case where the temperature of the draining air
is constant and the case where the temperature varies as on the
outlet side of a solar collector.
Résumé:
Dans ce papier, nous analysons les différents paramètres qui
jouent un rôle important dans le processus de séchage du
poisson. Nous avons choisi d'étudier le capelan qui est un
poisson maigre. Il présente une structure physico-chimique
analogue à celle de la morue et peut atteindre 30 cm de
longueur. Sa chair est composée de 80% d'eau, de 18% de
protéines et de 1% de matières grasses. La masse volumique et
la teneur en eau du capelan frais ont été déterminées
expérimentalement. L'isotherme de sorption du poisson maigre
est tracée grâce à quelques mesures et aux données disponibles
dans la bibliographie. Le montage expérimental ayant permis
l'étude des courbes de séchage est décrit. Nous analysons
l'influence de facteurs externes au produit tels que le débit et la
température de l'air asséchant, sur la vitesse de séchage. Une telle
approche est couramment utilisée. En effet, ces paramètres sont
facilement accessibles et il est possible d'utiliser directement les
résultats obtenus dans le calcul de dimensionnement des
séchoirs. Nous examinons successivement deux cas : le cas où la
température de l'air asséchant est constante et le cas où la
température varie comme à la sortie d'un capteur solaire
Keywords : drying, heat transfer, mass transfer, sorption Mots clés : séchage, transferts de chaleur, transferts de masse,
isotherms.
isothermes de sorption.
NOMENCLATURE
e = épaisseur d’une tranche de poisson [ cm ]
l = largeur d’une tranche de poisson [ cm ]
L = longueur d’une tranche de poisson [ cm ]
M = masse instantanée de produit [ g ]
P = porosité
volume vide entre les tranches
( = volume total au niveau de la claie ) [ % ]
S = surface d’échange [ cm2 ]
t = temps, durée [ H ]
T = température [ °C ]
V = vitesse de l’air [ m s-1 ]
W = teneur en eau du poisson [ % ]
J. Sarr et al / J. Sci. Vol. 3, N° 1 (2003)
LETTRES GRECQUES
INDICES
ρ = masse volumique du 0 = valeur à vide
poisson [ kg m-3 ]
1, 2, 3 = relatif au niveau de la claie de
ψ = humidité relative de l’air séchage
25 = correspondant à la teneur en eau du
[%]
poisson égale à 25% (b.h.)
a = relatif à l’air
e = relatif à l’eau contenue dans le poisson
ABRÉVIATIONS
b.h. = base humide
eff = valeur effective
b.s. = base sèche
eq = valeur à l’équilibre
en = relatif à l’entrée du tunnel
f = valeur à l’état frais
h = valeur sur base humide
EXPOSANT
+
= valeur adimensionnelle
i = valeur à l’état initial
m = valeur maximale
p = relatif au poisson
s = relatif à la matière sèche contenue dans
le poisson
so = relatif à la sortie du tunnel
-1-
INTRODUCTION
La technique traditionnelle de séchage consistant à
exposer le poisson au soleil, encore largement
pratiquée au Sénégal de nos jours, présente des
inconvénients considérables : sous l'action des
poussières, des intempéries, des bactéries, de
l'humidité ambiante trop élevée, la dessiccation
s'effectue mal et le produit se détériore.
Nous choisissons d'étudier le processus de séchage de
ce produit, dans des conditions atmosphériques
contrôlées, dans le but de participer à l'impulsion d'une
amélioration aussi bien qualitative que quantitative de
la production de poisson séché, la demande étant très
élevée dans la sous-région aussi bien pour
l’alimentation des populations que pour celle des
animaux [12].
Le séchage du poisson est pratiqué au Sénégal depuis
des temps immémoriaux par les populations côtières
et, compte tenu du manque d'infrastructures modernes
de congélation, il reste un moyen de conservation
privilégié.
La conception d'un séchoir repose sur la connaissance
d'une part des contraintes biologiques du produit
concerné, d'autre part des lois qui régissent le
processus de séchage. Nos travaux appliquent cette
méthodologie à l'étude du capelan que nous avons
choisi pour la simplicité de sa structure physiologique.
Les conclusions auxquelles nous aboutiront pourront
être utilisées pour tout autre poisson maigre.
De nombreux travaux ont déjà été menés sur le
séchage du poisson maigre et des conditions de travail
relativement satisfaisantes ont pu être dégagées :
- Legendre [1] propose de maintenir l'humidité
relative de l'air entre 50 et 55 % pendant toute
la durée de l'opération;
- Fougère [2] qui a travaillé sur le capelan
propose, avec des températures inférieures à
35° C et pour une humidité relative de l'air
voisine de 50%, de ne pas dépasser une
vitesse d'écoulement de l'air de 1,5 m/s.
Les caractéristiques physiques du poisson sont
déterminées suivant des procédures définies par les
auteurs suivants :
a) Pour les mesures de teneurs en eau du poisson
maigre, l'étude bibliographique permet de recueillir
les résultats suivants :
- Wh = 80% pour le capelan (Fougère [2]) ;
- 80,3% ≤ Wh ≤ 82,6% pour la morue (Jason
[3])
b) Pour la détermination expérimentale des
isothermes de sorption du poisson maigre, nous
pouvons citer les travaux suivants : Fougère [2] a
déterminé les isothermes de sorption du capelan aux
températures de 22,5°, 26,7° et 32,2° pour une
humidité relative de l'air variant entre 44 et 93%. Il a
trouvé que les deux premières courbes sont
J. Sarr et al / J. Sci. Vol. 3, N° 1 (2003)
pratiquement confondues, ce qui signifie que, pour
une humidité relative donnée du milieu ambiant, une
variation de température dans les limites de 22,5° et
26,7° ne change pas la teneur en eau d'équilibre du
capelan. L'isotherme correspondant à la température
de 32,2° C n'évolue pas dans le sens prévu par les
considérations théoriques. Selon l'auteur, un
changement dans la structure du tissu musculaire du
poisson dû à la cuisson en est la cause. Par ailleurs,
Jason [3] qui a travaillé sur la morue fournit une
isotherme de ce poisson à 30°C dans la plage
d'humidité relative du milieu ambiant comprise entre
3 et 75%.
Détermination de la teneur en eau d’équilibre du
capelan
En fin de séchage, dans des conditions constantes, la
masse de produit devient stationnaire lorsque sa
teneur en eau atteint un seuil qui correspond à
l'équilibre avec le milieu ambiant. Cet équilibre
dynamique est caractérisé par les isothermes de
sorption dont la détermination expérimentale exige
un grand nombre de mesures [14]. Des travaux
expérimentaux antérieurs [4] ont permis de
déterminer à 30°C, pour le capelan, l'isotherme de
sorption pour une humidité relative de l'air variant
de 80 à 95%.
En combinant ces résultats à ceux publiés par
Fougère et Jason, on obtient, à 30°C, une isotherme
qui peut être appliquée au séchage du poisson
maigre (figure 1).
Figure 1 : Isothe rme de s orption du pois s on maigre à 30°C
W h (%)
50
25
ψ (%)
0
0
25
50
75
100
Autres propriétés physiques
Masse volumique
Quinze déterminations à la température de 20°C ont
permis de dégager les valeurs moyennes suivantes,
sur du poisson frais et sur du poisson sec :
ρf = 1060 ± 60 kg m-3
; ρs = 1260 ± 100 kg m-3
L’imprécision de cette dernière valeur ρs est
essentiellement due aux propriétés d’adsorption et
de désorption qui se manifestent sensiblement au
-2-
voisinage de l’état sec (pratiquement dès que la
teneur en eau Wh est inférieure à 20%).
Teneur en eau du poisson frais
Quinze mesures dans des conditions identiques ont
montré que le capelan frais a une teneur en eau
variant entre 78,5% et 82,7% (b.h.) à la température
de 20°C. Les conditions standard de travail sont
celles recommandées par Jason [3] : 24 heures dans
une étuve à 102°C. La reproductibilité des résultats
est excellente. La teneur en eau moyenne mesurée
est : Wh = 80,42 ± 2,01%, ce qui correspond à 4,11
kg d'eau par kg de matière sèche.
LE MONTAGE EXPÉRIMENTAL
Figure 2 : Schéma du séchoir
T en, T so : température de l'air à l'entrée et à la sortie
ψ en, ψ so : humidité de l'air à l'entrée et à la sortie
V 0 : vitesse de l'air à vide
ψ so
T so
T p1, T p2, T p3 : températures du poisson
m : masse du poisson
sur la claie
T p1
T p2
T p3
V0
ψ en
T en
Système de pesée automatique
c) un panier de séchage comportant 20 claies carrées
de 19,5 cm de côté, espacées de 2 cm les unes des
autres et constituées d'une grille métallique très fine.
d) un programmateur à cames qui permet de simuler
la température fournie par un capteur héliothermique.
e) un ensemble d'appareils de mesures comprenant :
- une balance électronique qui mesure la masse
instantanée de la cage de séchage,
- un micro manomètre à tube de Pitot qui
mesure la vitesse du courant d'air dans le
tunnel (± 0,2 m/s);
- des thermocouples Cu - Ct et deux sondes de
platine
mesurant
respectivement
la
température des tranches de poisson et celle
de l'air ;
- des sondes au chlorure de lithium à point de
rosée qui indiquent l'hygrométrie de l'air.
f) enfin, tous ces appareils de mesures sont reliés à un
enregistreur unique à 12 voies.
Au cours du séchage, les 10 paramètres suivants sont
enregistrés: la température ambiante Ta , la
température d'entrée de l'air Ten , l’humidité relative de
l'air à l'entrée du tunnel ψen , les températures du
produit sur 3 claies Tp1 , Tp2 , Tp3 , la température de
sortie de l'air Tso , l'humidité relative de l'air à la sortie
du tunnel ψso , la masse instantanée du produit m et la
vitesse de l'air à vide V0.
Ce montage, qui permet de suivre et de
contrôler avec une précision acceptable les différents
paramètres de séchage, a été utilisé avec succès pour
étudier de nombreux produits biologiques.
CONDUITE D'UNE MESURE
Préparation d'un échantillon
Afin de contrôler au mieux les divers processus qui
interviennent au cours du séchage des produits
biologiques, nous avons utilisé une étuve de type
tunnel (figure 2) dont la section est un carré de 20 cm
de côté. L'étuve (Quinette [5]) est constituée d'une
colonne verticale d'acier galvanisée que des plaques de
liège de 1 cm d'épaisseur isolent sur les quatre faces et
à laquelle sont adjoints les divers éléments suivants :
a) un ventilateur qui permet de faire varier la vitesse
de l'air dans le tunnel vide de 0,5 à 1,7 m/s.
b) une batterie de résistances chauffantes qui
permettent de chauffer l'air du tunnel de 20° à 85°C.
J. Sarr et al / J. Sci. Vol. 3, N° 1 (2003)
En considérant que les caractéristiques de séchage du
capelan frais et décongelé sont les mêmes (Fougère
[2]), nous avons choisi de faire des coupes sur du
poisson congelé. Cette technique permet d'obtenir des
tranches régulières. De plus, la peau du poisson
congelé se détache plus aisément que celle du poisson
frais. Pour toutes nos mesures, l'incertitude sur la
détermination de l'épaisseur des tranches de poisson
n'a pas dépassé 11%.
Lorsqu'on expose la claie de séchage à l'air libre, le
phénomène d'évaporation prend place aussitôt au
niveau des tranches parce qu'un gradient de
concentration de vapeur existe entre la surface du
produit et l'atmosphère, de sorte qu'il faut sans tarder
charger le séchoir et déclencher les systèmes de
mesures.
-3-
Domaine de variation des paramètres
Dans une série d'essais préliminaires, nous avons
dégagé un domaine adéquat d'expérimentations,
compte tenu des limites imposées par la structure du
capelan et les possibilités de notre appareillage. Le
poisson, à l’instar des produits agroalimentaires [13],
ne résiste pas aux températures de séchage très
élevées.
Température de l'air de séchage
Pour une température ambiante d’environ 20° C, la
plage de températures 25-35,5° C a été jugée
convenable pour étudier les courbes de séchage du
capelan.
Humidité relative de l'air de séchage
Nous avons pu réaliser des mesures pour des
humidités relatives comprises entre ψ = 8 et ψ = 30 %.
Vitesse de l'air
Selon le degré de remplissage des claies de séchage,
des vitesses effectives (Veff) de l'ordre de 2,5 m/s ont
pu être atteintes au niveau des tranches de poisson. La
vitesse effective est définie par la relation :
Veff = Erreur ! = Erreur !
l'ensemble du phénomène puisqu'on n'observe pas de
décalage supérieur à 4 % sur les temps de séchage.
La phase à vitesse de séchage constante n’a pas été
observée dans notre domaine d'investigation. Si elle
existe, elle est de très courte durée, de l'ordre de
quelques minutes et notre appareillage de mesures ne
nous permet pas alors de la mettre en évidence avec
certitude. Il faut 5 à 24 heures de séchage, suivant les
conditions expérimentales, pour atteindre une teneur
en eau du poisson de 20 % (b.h.). On peut donc
raisonnablement négliger cette éventuelle première
phase et considérer que tout le séchage s'effectue en
phase de vitesse décroissante. L'essai no. 12 fournit les
courbes de séchage représentées sur les figures 3 et 4
qui confirment l'absence de phase de séchage à vitesse
constante.
Figure 3 : Evolution de la vite s se de s é chage e n fonction du
te mps (Es sai 12)
12
dm/Sdt
-5
2
(x10 kg/m /s)
8
4
(1)
t (H)
RÉSULTATS ET COMMENTAIRES
0
0
Les résultats sont essentiellement représentés par des
courbes de séchage qui montrent l’évolution de la
masse adimensionnelle (m+), la teneur en eau sur base
humide (Wh) ou sur base sèche (Ws) du poisson au
cours du temps. L’étude est principalement axée sur le
cas où la température d’entrée de l’air dans le séchoir
est maintenue à une valeur constante, pendant toute la
durée de l’expérience.
5
10
15
20
Figure 4 : Evolution de la vite s se de sé chage e n fonction de la
te ne ur e n e au W s (Es sai 12)
12
dm/Sdt
-5
2
(x10 kg/m /s)
A
8
B
4
Les teneurs en eau du poisson Wh, Ws et la masse
adimensionnelle m+ sont définies par les relations :
Wh = Erreur ! , Ws = Erreur ! = Erreur ! , m+ =
Erreur !
La température d'entrée de l'air asséchant est
constante
Les essais regroupés dans les tableaux I, II et III ont
été réalisés sur une claie unique permettant d'obtenir
un séchage en couche mince.
Les essais 3, 6, 8, 11, 12, 19 et 26 ont été réalisés sur
des tranches de capelan conservant de la peau sur une
face (c'est-à-dire entre 36 et 45 % de la surface
d'échange totale) afin d'en étudier l'influence sur le
déroulement du séchage. Son effet se limite à un léger
ralentissement de la vitesse de séchage dans la
première partie de l'opération et reste négligeable sur
J. Sarr et al / J. Sci. Vol. 3, N° 1 (2003)
C
0
0
D
W s (%)
50
100
150
200
250
300
350
400
Le capelan réagit comme si la teneur en eau initiale
était toujours inférieure à la teneur en eau critique. Ce
comportement est souvent observé avec d’autres
produits biologiques : oignon, pomme, savon,
etc…[6].
La forme de la courbe représentant, sur la figure 4, la
vitesse de séchage en fonction de la teneur en eau sur
base sèche Ws a déjà été mise en évidence par Fischer
[7] avec la laine.
-4-
(2)
Exp.
Ten
e
L
l
Veff
ψ
mi
ms
meq
mf
Wh,i
Wh,f
t25
no.
°C
cm
cm
cm
m/s
%
g
g
g
g
%
%
1
25
0,38
8,79
2,00
1,61
30
70,80
13,81
15,0
15,0
80,50
8,00
7h
2
3
4
5
6
7
8
25
25
30
30
30
30
30
0,56
0,84
0,85
0,427
0,463
0,550
0,566
8,60
10,40
10,40
12,26
8,99
7,55
5,46
2,65
4,60
4,60
5,30
5,08
2,31
2,08
1,30
1,14
1,14
2,63
1,30
1,54
1,29
25
30
30
11
11
11
11
53,90
42,50
43,30
88,20
44,00
81,30
53,50
10,51
8,32
8,5
16,0
7,60
16,16
10,73
11,45
9,18
9,43
16,76
7,96
16,92
11,24
13,10
14,45
14,8
18,0
8,90
17,8
12,70
80,50
80,42
80,25
81,86
82,73
80,12
79,95
19,77
42,42
42,21
11,11
14,61
9,21
15,56
12h15
5h55
6h50
7h30
8h20
Tableau I : Résultats des essais à Ten constante (Essais 1 à 10)
9
30
0,570
9,00
3,00
1,07
17
16,30
3,11
3,31
3,86
80,93
19,20
11h25
10
30
0,576
7,76
2,30
1,57
16
10,90
2,21
2,35
2,48
79,72
10,71
9h
Exp.
Ten
e
L
l
Veff
ψ
mi
ms
meq
mf
Wh,i
Wh,f
t25
no.
°C
cm
cm
cm
m/s
%
g
g
g
g
%
%
11
30
0,58
6,50
2,20
1,27
16
60,70
11,79
12,53
14,20
80,57
16,97
11h
12
13
14
15
16
17
18
30
30
30
30
30
30
30
0,58
0,60
0,606
0,62
0,63
0,64
0,832
10,52
6,92
8,35
7,64
9,50
7,45
7,97
5,04
2,12
5,02
2,18
2,80
2,32
2,90
2,24
1,22
2,04
1,26
0,96
1,35
1,06
11
16
11
16
17
15
17
96,1
47,20
79,30
55,1
17,80
70,40
20,00
18,5
9,1
15,56
11,0
3,57
13,65
4,06
19,37
9,67
16,30
11,69
3,80
14,46
4,33
21,0
11,1
18,40
13,80
4,20
16,88
5,41
80,75
80,72
80,38
80,04
79,92
80,61
79,48
11,90
18,02
15,44
20,31
15,0
19,15
24,91
9h
10h35
11h
10h
12h05
10h15
24h10
Tableau II : Résultats des essais à Ten constante (Essais 11 à 20)
19
30
0,857
8,05
2,90
1,06
17
20,80
4,22
4,50
5,45
79,50
22,60
20h40
20
30
0,65
6,90
2,50
1,88
10
11,90
2,42
2,53
2,90
79,64
16,47
6h
Exp.
Ten
e
L
l
Veff
ψ
mi
ms
meq
mf
Wh,i
Wh,f
t25
no.
°C
cm
cm
cm
m/s
%
g
g
g
g
%
%
21
22
23
24
25
26
27
35
35
35
35
35
35
35
0,558
0,600
0,630
0,644
0,660
0,770
0,812
8,08
7,00
6,10
7,92
7,50
6,60
6,10
2,30
2,50
2,10
2,40
2,70
2,10
1,43
1,05
1,78
1,76
1,00
1,05
1,04
1,05
9
8,5
9
9
8
12
8,5
11,1
11,2
8,6
13,1
14,2
11,3
15,0
2,09
2,34
1,81
2,57
2,78
2,32
3,13
2,17
2,43
1,88
2,67
2,88
2,88
3,25
2,40
2,64
2,02
3,00
3,13
2,70
3,64
81,34
79,10
78,95
80,40
80,42
79,47
79,64
13,09
11,36
10,51
14,53
11,18
12,80
14,01
7h20
8h10
8h40
9h40
10h05
12h55
11h40
Tableau III : Résultats des essais à Ten constante (Essais 21 à 29)
On peut distinguer sur cette courbe trois parties
distinctes:
- une zone sensiblement linéaire AB ;
- une zone BC composée d'une ou de plusieurs
portions et caractérisée essentiellement par une
concavité plus ou moins prononcée vers le haut de
ses divers éléments;
- enfin, une zone CD de plus courte durée, dans
laquelle la vitesse de séchage varie suivant une loi
J. Sarr et al / J. Sci. Vol. 3, N° 1 (2003)
28
35,5
0,680
7,50
2,30
1,57
9
12,5
2,45
2,55
2,75
80,13
10,91
6h50
29
35,5
0,690
7,30
2,50
1,05
8
13,4
2,86
2,97
3,19
78,65
10,34
7h25
quasi-linéaire et finit par s'annuler pour une teneur
en eau correspondant à l'équilibre de désorption,
pour des conditions ambiantes données. Cette
zone est considérée comme la troisième phase de
séchage.
En accord avec Tusseau [8] qui a étudié les milieux
capillo-poreux, on peut considérer que la fin de la
zone BC correspond à la disparition de toute l'eau
-5-
hyper-hygroscopique contenue dans les capillaires
bien que l'eau absorbée sous forme hygroscopique,
c'est-à-dire adhérant aux parois à l'état moléculaire,
puisse subsister. La désorption de cette eau donne lieu
au processus linéaire de la zone CD. Cette
configuration signifie que les facteurs externes
influent sensiblement sur la vitesse de séchage, dans
cette zone. On peut dire par ailleurs que, toute
l'humidité hyper-hygroscopique ayant disparu,
l'humidité hygroscopique dans le produit n'est plus
uniforme mais décroît depuis la surface jusqu'au point
le plus humide. Toutefois, en ce qui concerne le
capelan, on n'observe pas toujours cette phase. Ce sont
essentiellement les deux premières zones AB et BC
qui déterminent l'allure et la durée du séchage; une
analyse plus spécifique va permettre de comprendre
leur signification et les facteurs les affectant.
+
m (%)
Figure 5: Influe nce de la te mpé rature de l'air de s é chage s ur de s
tranche s de pois son s ans pe au
100
Ten = 25°C (Essai 04)
75
Ten = 30°C (Essai 18)
Ten = 35°C (Essai 27)
50
25
t (H)
0
0
5
10
15
20
Figure 6: Influe nce de la te mpé rature de l'air de sé chage sur de s
tranche s de pois son re couve rte s de pe au à 40%
m (%)
+
100
Ten = 25°C (Essai 03)
Ten = 30°C (Essai 19)
75
Ten = 35°C (Essai 26)
a - Influence de l'humidité relative de l'air
Le montage utilisé ne permet pas d’étudier
quantitativement l'influence de ce facteur sur la vitesse
de séchage, mais on sait que son action est sensible
dans la phase de séchage à vitesse constante, quand la
surface d'évaporation est complètement ou
partiellement humide. Dans cette zone, plus l'humidité
relative est basse, plus le séchage est rapide.
Cependant, quand cette humidité prend des valeurs
trop faibles, l'évaporation, intense au début, ralentit
fortement par la suite et le temps de séchage total
devient très long. Ce phénomène d'inversion qui a déjà
été observé par de nombreux chercheurs [2], [9],
[10],...intervient souvent dans le séchage de la morue
salée; il s'explique par le fait que la vitesse
d'évaporation est plus élevée que le taux de diffusion
de l'eau de l'intérieur vers la surface du poisson, ce qui
favorise la formation d'une croûte superficielle
relativement
imperméable.
Il
s'ensuit
un
ralentissement puissant du processus du séchage.
b - Influence de la température de l'air
Deux représentations graphiques sont présentées afin
de montrer l'importance de ce facteur sur l'allure du
séchage à partir d'essais effectués à 25, 30 et 35° C:
sur des tranches de poisson sans peau d'une épaisseur
moyenne de 8,3 mm (Fig. 5) et sur des tranches de
poisson d'épaisseur moyenne de 8,2 mm conservant de
la peau sur une face (Fig. 6). Dans ce dernier cas, la
surface d'échange est moins homogène et le séchage
est ralenti (ZAKHIA[11]). On observe que la
température
du
courant
d'air
influence
considérablement le séchage dont elle augmente la
vitesse en intervenant dans toutes les zones.
J. Sarr et al / J. Sci. Vol. 3, N° 1 (2003)
50
25
t (H)
0
0
5
10
15
20
c - Influence de la vitesse de l'air au niveau des
tranches
Trois représentations graphiques sont présentées afin
de montrer l'effet de la vitesse effective de l'air sur
l'allure du séchage: à 30° C pour Veff = 1,07 m/s et
Veff = 1,37 m/s (Fig. 7) ; à 35° C pour Veff = 1,00 m/s
et Veff = 1,76 m/s (Fig. 8) ; à 35,5° C pour Veff = 1,05
et Veff = 1,57 m/s (Fig. 9).
On observe que la vitesse de séchage augmente
légèrement avec Veff. Sur la figure 7, les courbes ont
tendance à se confondre en fin de séchage où, aux
vitesses effectives élevées de l'air, la formation d'une
croûte superficielle ralentit le taux d'évaporation. Sur
les figures 8 et 9, les courbes divergent très légèrement
en fin de séchage. On a également observé un
changement dans la nature de la chair du capelan,
quand on travaille à une température de séchage
supérieure à 35° C. Au-delà de cette valeur de la
température, on peut considérer que le poisson est cuit.
Enfin, l'examen de ces trois graphiques montre que,
dans l'ensemble, les courbes sont beaucoup plus
regroupées que sur les figures 5 et 6. L'effet de
l'élévation de la température est donc plus significative
que l'influence exercée par l'augmentation de la vitesse
d'écoulement.
-6-
Figure 7 : Influe nce de la vite s s e e ffe ctive de l'air de s é chage
chauffé à T e n = 30°C
+
m (%)
100
Veff=1,07m/s (Essai 09)
75
Veff=1,37m/s (Essai 17)
50
25
t (H)
0
0
3
6
9
12
15
Figure 8 : Influe nce de la vite s se e ffe ctive de l'air de sé chage
maximale du courant d'air à l'entrée du tunnel de
séchage et la température initiale du produit.
Sur la figure 10 sont représentées, en fonction du
temps de séchage, les variations de la teneur en eau
Ws, de la température d'entrée de l'air Ten et de la
température des tranches de poisson Tp, pour l'essai
30. On distingue trois parties caractéristiques sur la
courbe Ws = Ws (t) : une zone OA sensiblement
linéaire correspondant à une absence de chauffage de
l'air , une zone AB présentant deux points d'inflexion
traduisant une reprise d'eau par le poisson et, enfin,
une zone sensiblement linéaire correspondant, comme
la zone OA à une absence de chauffage.
chauffé à T e n = 35 °C
+
m (%)
W s (%)
100
Figure 10 : Evolution de s caracté ris tique s de l'e s s ai 30
Ten (°C )
40
400
W s : teneur en eau du poisson
O
75
Ten : température de l'air
Veff=1,76 m/s (Essai 23)
Ten
300
Veff=1,00 m/s (Essai 24)
50
A
30
Tp : température du poisson
Tp
20
200
25
t (H)
0
0
2
4
6
8
100
10
B
10
Ws
0
0
0
5
t (heures)
10
15
Figure 9 : Influe nce de la vite s se e ffe ctive de l'air de sé chage
chauffé à T e n = 35,5 °C
+
m (%)
100
Figure 11 : Evolution de la te ne ur e n e au W s du pois son
Veff=1,57 m/s (Essai 28)
W s (%)
pour une te mpé rature d'e ntré e de l'air Te n variable
Ten (°C )
40
400
Veff=1,05 m/s (Essai 29)
75
Essai 31
50
Ten
300
Essai 32
30
Essai 33
25
t (H)
20
200
0
0
2
4
6
8
10
12
14
La température d'entrée de l'air varie au cours du
temps
La loi de variation fixée s'inspire des expériences
menées sur un capteur solaire à air. Elle est simulée
avec un programmateur à cames et tient compte des
limites imposées par la nature fragile du poisson. La
variation de température, bornée par l'intervalle [20 35 ° C], est obtenue quand la vitesse du courant d'air à
vide n'excède pas 0,5 m/s. L'expérience montre que,
lorsque la vitesse de l'air dépasse cette valeur limite, la
loi idéale subit deux sortes de modifications :
l'amplitude maximale de la courbe de température
diminue de 1 à 1,5 °C et le sommet de la courbe est
légèrement décalé vers les temps élevés, ce qui
entraîne une rupture de la symétrie.
Les diverses caractéristiques des 4 essais effectués
sont regroupées dans le tableau IV dans lequel Tm et
Tpi représentent respectivement la température
J. Sarr et al / J. Sci. Vol. 3, N° 1 (2003)
Ws
100
10
t (H )
0
0
0
6
12
18
24
L'augmentation brutale de la température d'entrée de
l'air accélère beaucoup la vitesse de séchage jusqu'à
des teneurs en eau faible. Le début de la reprise d'eau
correspond au moment où la température de surface
du produit atteint son maximum et commence à
baisser. Cette reprise d'eau, observée sur les quatre
essais réalisés, est contrôlée par les propriétés de
sorption du capelan.
Les variations de la teneur en eau du poisson et de la
température d'entrée de l'air, pour les essais 31, 32 et
33, sont regroupées sur la figure 11 qui montre
nettement l'influence de l'épaisseur des tranches de
poisson sur l'évolution du séchage. En effet, dans la
période correspondant à la température d’entrée de
l’air maximale, plus les tranches sont d’épaisseur
faible, plus le séchage est rapide. Cette tendance est
cependant légèrement tempérée par une plus grande
-7-
propension des tranches fines à reprendre de l’eau
quand la température d’entrée de l’air de séchage
Exp.
n°
30
31
32
33
e
cm
0,703
0,610
0,572
0,689
l
cm
2,6
2,48
1,98
2,50
diminue assez rapidement.
L
V0
mi
Tm
Ta
Tp, i
Wh,i
ψ
cm
m/s
%
g
°C
°C
°C
%
9,4
0,85
11
72,9
34
18,5
16
77,91
9,2
0,80
09,5 58,8
34,5
19,5
17
79,50
6,16
1,60
08
44,4
34
18,5
17
79,93
9,48
1,60
11
69,2
33,5
19
16
80,70
Tableau IV : Résultats des essais à Ten variable (Essais 30 à 33)
ms
g
16,1
12,05
08,91
13,36
Ws,eq
%
4,85
4,35
3,84
4,84
CONCLUSION
BIBILOGRAPHIE
Bien que n'ayant pas étudié l'influence de l'humidité
relative de l'air asséchant, nous pouvons dire, d'une
façon générale, que la température de cet air détermine
le taux d'évaporation. Le débit d'air, par ailleurs, a une
influence complexe mais de faible importance.
Les principaux risques auxquels sont exposées les
tranches de poisson au cours du séchage sont de deux
natures : la décomposition, conséquence d'un séchage
trop lent et la formation d'une croûte superficielle
semi-perméable due à un séchage initial trop rapide (la
vitesse et l'humidité de l'air étant respectivement trop
élevée et trop faible). Il convient dès lors, pour
éliminer ces deux inconvénients, de travailler dans les
conditions expérimentales suivantes :
- utilisation de la température la plus élevée
possible compatible avec la fragilité du produit :
35°C pour le capelan ;
- utilisation d'air à humidité relative faible en début
de séchage puis augmentation de cette humidité
jusqu'à 60% au maximum en fin de séchage ;
- pour assurer l'uniformité du séchage et par souci
d'économie, il ne nous paraît pas nécessaire de
manipuler au-delà de 1 m/s.
Lorsque la température d'entrée de l'air Ten varie
comme la température de sortie d'un insolateur, le taux
d'évaporation augmente très rapidement avec Ten mais,
dès que celle-ci atteint sa valeur limite et commence à
baisser, le poisson réabsorbe une certaine quantité
d'eau, ralentissant ainsi le séchage. Il est naturellement
possible d'éviter la reprise d'eau en maintenant la
température de l'air à sa valeur maximale dès qu'elle
est atteinte, grâce à un chauffage d'appoint. Le séchage
est alors globalement meilleur que lorsque les
caractéristiques d'entrée de l'air sont constantes.
Enfin, l'étude précédente montre que la vitesse de
séchage, quel que soit l'instant considéré, n'est pas
simplement déterminée soit par l'évaporation externe
soit par les transferts internes. Sa valeur doit toujours
dépendre des vitesses de chacun de ces processus.
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