PROJET AVEC L`INDUSTRIEL TECNAL : LE COLLAGE EN

Cécile BORDIER
Géraldine FRIDERICH
PROJET AVEC L’INDUSTRIEL TECNAL :
LE COLLAGE EN FROMAGERIE
Tuteur : Patrick GUIVY
Correspondant pédagogique : Joël SCHER
Promotion 2004 – 2005
Spécialité ProLaQ Produits Laitiers Qualité
1
SOMMAIRE
SOMMAIRE ............................................................................................................................. 2
INTRODUCTION.................................................................................................................... 3
Enquêtes auprès des industries fromagères ................................................................................ 4
Compte-rendu de la visite de l’usine 1................................................................................... 5
1. Matériel : .................................................................................................................... 5
2. Le nettoyage: .............................................................................................................. 6
3. Moulage:..................................................................................................................... 8
4. Technologie ................................................................................................................ 8
5. Retourne et technique de démoulage ......................................................................... 9
5.1.
Retourne ............................................................................................................. 9
5.2.
Démoulage ....................................................................................................... 10
6. Conclusion................................................................................................................ 11
Compte-rendu de la visite de l’usine 2................................................................................. 12
1. Technologie :............................................................................................................ 12
2. Matériel .................................................................................................................... 12
4. Retourne et technique de démoulage pour moules en aluminium ........................... 12
5. Nettoyage : ............................................................................................................... 13
6. Biofilm ..................................................................................................................... 14
Compte-rendu de la visite de l’usine 3................................................................................. 15
1. Matériel : .................................................................................................................. 15
2. Moulage :.................................................................................................................. 15
3. Technologie :............................................................................................................ 15
4. Retournes et Démoulage .......................................................................................... 16
5. Nettoyage : ............................................................................................................... 16
6. Conclusion :.............................................................................................................. 17
Bilan des 3 visites :............................................................................................................... 18
La piste du Lotus : .................................................................................................................... 20
1.Introduction : ..................................................................................................................... 20
2.Généralités :....................................................................................................................... 22
3.Le principe : ...................................................................................................................... 22
4.Exemples d’application de l’effet Lotus : ......................................................................... 25
5.Application à l’industrie fromagère et ouverture: ............................................................. 27
CONCLUSION....................................................................................................................... 28
BIBLIOGRAPHIE ................................................................................................................. 29
2
INTRODUCTION
Le collage en fromagerie est une problématique courante et récurrente qui se rencontre au
moulage (collage du caillé aux bassines), à la retourne et au démoulage des fromages.
Monsieur Guivy, technico-commercial du groupe TECNAL, qui fabrique des fournitures pour
fromageries, nous a proposé de travailler sur ce problème et en particulier sur les causes et les
éventuelles solutions du collage à la retourne et au démoulage.
Peu de travaux de recherche ont été réalisés sur le sujet ; nous nous sommes donc concentrées
sur les expériences des industriels au sein même de leur site de fabrication. Puis, nous avons
axé notre recherche sur le thème de l’interface moule – produit, qui semblerait jouer un rôle
déterminant dans les phases de collage : l’effet Lotus.
3
Enquêtes auprès des industries fromagères
Nous avons eu l’opportunité, dans le cadre de ce projet, de rencontrer les industriels
(Responsable Production et/ou Responsable Qualité) de trois sites de production de fromages.
Cf. annexe.
Dans un souci de confidentialité, le nom des usines ainsi que les marques des produits ne
seront pas mentionnés. Il s’agit de trois sites de localisation géographique différente (éloignés
de 200 et 500 km ; un « montagnard » et deux en plaine au climat quelque peu différent). Ils
produisent tous les trois des pâtes molles. Pour deux d’entre eux (Usine 2 et Usine 3), une
fabrication était commune. Pour le reste, les technologies sont différentes, avec des formes de
moules distinctes.
La première partie de notre rapport consiste en un compte rendu de chaque visite. L’échange
était basé sur la problématique « collage » ? Les idées évoquées sont celles des industriels ;
elles n’ont pas été vérifiées scientifiquement. C’est un état des lieux qui nous a permis de
nous imprégner du problème et de recueillir l’avis et les expériences de professionnels.
4
Compte-rendu de la visite de l’usine 1
Production de pâtes molles
Collage essentiellement dans le cas des moules ronds et ovales
Les pertes dues au collage peuvent représenter jusqu’à 2% à 3% de la production, quand il y a
un problème technologique. En passant d’une seule retourne à deux retournes, il est possible
d’éviter 0,8% de perte. Le collage peut générer beaucoup de pertes. Il semblerait que ce
phénomène ait un lien étroit avec le nettoyage et l’état des blocs moules et des stores.
Le collage est une notion d’équilibre.
1.
Matériel :
2 types de collage:
Lié aux blocs moule :
Entartrage;
Ancienneté : la pellicule de surface des moules
neufs en polypropylène permet un démoulage
facile tandis que les rayures dues à l’usure
augmentent le collage
Lié aux stores
Tracé;
Maillage (alternance baguette/trou);
Entartrage, lié à un mauvais nettoyage : les
stores étant en milieu acide et en contact avec le
sérum, les minéraux se déposent.
=> Phase de nettoyage indispensable: en général on utilise des nettoyants acides sur
les blocs moules pour les détartrer.
Pour un parc de moules en aluminium, des produits de nettoyage moins corrosifs doivent être
utilisés.
Il est certain que les produits, à plus forte concentration, attaquent le matériel mais les
contraintes de productivité imposent une rotation des moules la plus rapide possible.
5
L’état du matériel (état de surface) a une grande influence sur le collage.
2.
Le nettoyage:
Plus l’eau est dure, plus on constate du collage. On a donc recours à un passage sous résine
adoucissante.
La qualité de l’eau joue un rôle important dans la mesure où plus l’eau est dure, plus il y aura
de collage. On fait donc passer l’eau dans un adoucisseur (résines).
L’idéal est une dureté de 10. En Lorraine, elle est de 30.
Le premier but du nettoyage est d’obtenir des blocs moules propres, avec une colimétrie la
meilleure possible pour assurer la salubrité des fromages.
Le problème de collage, s’il est très important, intervient donc en second plan par rapport à
cette première exigence.
Remarquons que pour parer une augmentation de production et permettre de faire « tourner »
les blocs moule plus rapidement, la tendance est d’augmenter la température et la
concentration lors du lavage.
Les 3 phases du nettoyage:
•
Le prélavage : à 30°C, il permet d’éliminer la matière organique
(fines etc.), l’impact est plutôt physique. Ce prélavage est très important car la
phase suivante (lavage à 80°C), cuit les fines ; la solution est donc
d’augmenter la pression à ce niveau (on préconise 6 bars), pour obtenir un
matériel propre. Une amélioration du prélavage permet aussi de diminuer les
concentrations au niveau du lavage, limitant de cette manière les rejets de
phosphore, nuisible à l’environnement.
•
Le lavage : aspersion avec des produits détergents = 1%; à
température élevée (T = 80°C; P = 4 bars). Ceci engendre un choc thermique,
mauvais pour le collage. Cependant, plus on augmente la concentration en
produit de lavage, plus le risque de coller est important.
•
Le rinçage : le produit désinfectant utilisé ici est l’acide
peracétique (H2O2 + acide). Le rinçage se fait à une température comprise
entre 35 et 40°C , de manière à ce que la température du bloc moule en sortie
de lavage se rapproche de la température du caillé.
6
Un bloc moule qui ne sort pas propre de ce cycle de lavage va engendrer des problèmes
redondants de collage.
Le laps de temps entre le nettoyage et l'utilisation des blocs moule est très important. C’est
pourquoi en général, un bloc moule venant d’être nettoyé est directement réintroduit dans le
circuit de fabrication. Plus le temps entre le rinçage et l’utilisation est long, plus le risque de
collage est important : assèchement de surface, en particulier les stores. Le store ne doit pas
être vraiment mouillé mais légèrement humide.
Par exemple, quand il y a une coupure de 3 jours, le collage est plus important à la reprise.
Même en relavant les moules juste avant la reprise de fabrication, une modification de l’état
de surface des moules et surtout des stores engendre du collage. La solution est de laisser
tremper le matériel dans de l’acide phosphorique (pas de rinçage) ; ceci empêche l’entartrage.
Eventuellement, on peut laisser tremper les moules dans l’acide citrique pendant le week-end,
mais ceci est impossible en industrie , en raison du volume des parcs de moules.
Lors d’une phase de collage, ils retirent les stores des blocs moules pour les mettre à tremper
dans un désinfectant acide à basse température pour éviter que les stores ne s’assèchent.
Remarquons aussi que dans les tunnels de lavage, il persiste des zones d’ombre ou l’impact
des buses est fortement diminué. Pour parer ce problème, l’écart des chaînes de convoyage est
alterné. Les zones d’ombre varient car les moules sont présentés aux buses, face vers le bas.
L’autre solution serait de séparer les moules des plateaux.
Produits acides :
Produits citriques : ils permettent d’éliminer le phénomène de collage mais ce
produit nettoie mal : il laisse de la matière organique.
Il est efficace lorsqu’il est utilisé en trempage, pendant un certain temps. Or, les
systèmes de nettoyage en industrie s’y prêtent mal dans la mesure où le nettoyage se
fait par aspersion, dans des tunnels, pendant un temps court (passage rapide), pour des
raisons économiques (rotation du matériel).
C’est aussi parce qu’on travaille avec ce genre de tunnels qu’on est obligé de
fonctionner avec des concentrations et des températures élevées. Ces deux paramètres
influent aussi sur le collage.
Les premières actions possibles pour optimiser le lavage sont l’augmentation :
- du nombre de buses et de rampes de lavage
- de la pression
7
Produits phosphoriques: ils engendrent des problèmes environnementaux,
cependant, ils permettent un bon nettoyage.
Produits nitriques: ils peuvent altèrer les matières plastiques mais leur pouvoir de
nettoyabilité est fort. On peut en effet adapter les doses mais l’altération du matériel
est trop importante.
Produits phosphonitriques : c’est un compromis entre les deux. Ils combinent bonne
nettoyabilité et moins de dégradations environnementales mais ne fonctionne pas ici.
Les machines à laver fonctionnent d’une seule manière : par buses (fixes ou rotatoires). C’est
la seule action mécanique.
3.
Moulage:
Selon l’état du caillé, on peut avoir un encrassement des baguettes ou trous des stores. Le
caractère lactique et mou du caillé colmate davantage. Un caillé présure colmate moins.
La température du tunnel de lavage est constante mais la température du caillé varie selon les
technologies, ce qui peut poser problème.
Plus le moulage est doux, moins le caillé colle au store, moins il n’y a de collage.
4.
Technologie
Le type de fromage a son importance en ce qui concerne le collage.
Les fromages à faible G/S collent moins, les technologies allégées posent donc moins de
problème. En effet, plus il y a de protéines et moins il y a de matières grasses, plus le caillé se
rétracte et sort du store.
Dans l’usine 1, ils ne rencontrent pas de problème du à la saisonnalité parce qu’ils
standardisent le lait.
Un blocage d’acidification (problème de ferments ou phage), engendre une augmentation du
pH, et moins le produit est acidifié, moins il s’égoutte, donc plus le pH est élevé, plus le
produit est humide, ce qui engendre des problèmes de collage. (On parle ici de la technologie
pâtes molles).
L’acidification entartre le store, dans la mesure où le calcium colloïdal du sérum se minéralise
en contact avec le store.
8
5.
Retourne et technique de démoulage
Il faut souligner qu’il peut y avoir collage au démoulage alors que la retourne n’a pas posé de
problème… Ceci peut s’expliquer par le fait que les moules sont plus humides à la retourne,
c’est pourquoi le produit glisse mieux. Cependant, si il y a collage à la retourne, il y aura
collage au démoulage
5.1.
Retourne
La fréquence des retournes est importante. Plus il y a de retournes de faites, moins il y a de
collage. Sans retourne, le caillé s’incruste dans le maillage du store. Le but premier de la
retourne est de drainer le sérum des deux faces. Cependant plus on retourne, moins ça colle.
MAIS: si la retourne est manuelle, il est impossible de faire 5 retournes : c’est aussi une
question d’argent. En revanche, c’est possible si la retourne est automatique.
Si la retourne est faite trop tard, le caillé s’incruste dans le store, si elle est faite trop tôt: on
engendre du collage car le caillé est trop fragile.
Ex: ici, deux retournes manuelles sur 18h.
L’heure de la retourne est importante; plus gérable en dehors de la chaîne de production. Il
faut veiller à une bonne répartition des retournes au cours de l'égouttage: l’idéal est de 3
retournes sur J+1 et la 3ème près du démoulage.
Le but est d’augmenter le nombre de retournes et de bien les répartir tout au long de
l’égouttage. L’idéal est de 3 fois, avec une dernière retourne la plus proche possible du
démoulage.
Même si les blocs moules sont neufs, si on ne respecte pas les heures, on aura un problème de
collage.
Le fait de taper les blocs moules à la retourne peut aussi colmater le store. De plus, les stores
peuvent se déformer (ils se dilatent) ; de ce fait, il faut renouveler les stores environ tous les 3
ans. Pour les blocs moule, un renouvellement est nécessaire tous les 10 ans.
Remarque : la retourne n’est pas sur la chaîne, ce qui permet d’adapter le rythme des
retournes s’il y a un problème de collage.
Souvent les problèmes technologiques se font ressentir par du collage dans la mesure où le
caillé va être plus mou.
Ici, la retourne est faite à moulage +3heures, puis à moulage +7 heures. Le démoulage se fait
à 20 heures, ce qui fait que le produit est resté 10h dans les moules. Pendant ce temps, le
caillé s’est acidifié et le côté lactique le rend plus fragile.
9
5.2.
Démoulage
Le collage au démoulage est plus lié à des problèmes de nettoyage des blocs moules et des
stores.
Collage au démoulage: il se fait par ventouses aspirantes, puis dépôt des produits sur des
claies d’affinage. Un produit qui colle trop va adhérer aux parois au point de casser.
Le système : la ventouse entre en contact avec le produit, un vide est créé, ce qui engendre
une aspiration puis une décollage du produit (levée). Les ventouses peuvent se présenter sous
différentes formes : une grosse, plusieurs petites etc.…
Vitesse de démoulage: moins on démoule vite, moins on casse le produit; la vitesse de
remontée est prépondérante, elle doit être lente.
Plus on fait le vide, plus on arrache le produit.
Quand la technologie est de type « solubilisé » (caillé présure) type Saint Paulin, la
texture est plus molle ; le produit se déforme donc facilement. La ventouse est donc bien
acceptée.
Quand le produit est à dominante lactique (cas des fromages de chèvre), le produit se
déforme moins, il est donc plus fragile, ce qui peut poser problème.
Une simple vibration sur le bloc moule avant démoulage peut résoudre le problème. Même le
fait de soulever le bloc moule très légèrement décolle les angles autour du produit et facilite le
démoulage.
Plus la dernière retourne est proche du démoulage, mieux c’est.
Plus le produit est humide au démoulage, plus il est lourd, plus il adhère, plus il est difficile à
démouler parce qu’il s’est moins rétracté.
Ici, une grande ventouse ronde est utilisée pour les deux types de fabrication.
Il existe aussi des ventouses qui poussent le fromage, cette technique faciliterait le démoulage.
10
6.
Conclusion
Les 3 points importants sont donc :
- La technologie avant moulage, surtout pour les caillés mous ou s’il y a
eu un problème de technologie (panne etc.)
- Il est important de ne pas prendre de retard au niveau de la retourne,
l’idéal est vers moulage +3 ou 4 heures puis moulage + 7 ou 8 heures et
juste avant le démoulage. Ceci est la formule la plus rentable.
- Le nettoyage est un facteur clé
La politique du site est importante : certains sites acceptent la casse, d’autres l’acceptent
moins. Il faut savoir qu’une retourne manuelle supplémentaire demande 6 personnes en plus.
11
Compte-rendu de la visite de l’usine 2
Les pertes dues au collage représentent 4 à 5 % de la production.
1. Technologie :
Pâtes molles à croûte fleurie ou lavée.
2. Matériel
C’est une unité qui utilise des moules en aluminium.
Ils prévoient de changer pour des moules plastiques.
Les moules en aluminium créent en effet des risques de corps étrangers métalliques, ils ne
sont plus très utilisés, transfèrent la chaleur. Cependant, le problème de collage n’était pas en
cause dans la décision de changement du parc de moules.
3. Moulage
Pour cette usine, le moulage n’est pas vraiment un facteur favorisant – ou non – le collage ; il
faut plutôt prendre en compte la physico-chimie du caillé. Le caillé est à 34-35 °C quand il
arrive au contact du moule.
Ici, le moulage est effectué à la main.
La période de l’année ne semble pas avoir d’influence sur le collage.
4. Retourne et technique de démoulage pour moules en aluminium
Si le produit est sec, 4 retournes sont effectuées, et quand il y a collage, un système de
soufflage d’air comprimé au-dessus du fromage est instauré pour aider la descente du produit.
La dernière retourne est effectuée une heure avant démoulage quand des phénomènes de
collage ont eu lieu avant, sinon, 4 heures avant démoulage.
Pour un caillé mou, deux retournes manuelles (à M+2h30 et M+11h) et une automatique juste
après moulage qui sert plus à donner la forme au produit qu’à éviter le collage). Le démoulage
est fait à M+23h. Aucun problème de collage n’est rencontré sur ce type de produit.
Pour le produit solubilisé mixte, les retournes sont à M+5 minutes M+30min M+7h et M+
14h. Le démoulage est également fait à M+23h.
12
Si il y a collage à la retourne, il y en aura au démoulage. La réciproque est fausse : sans
collage à la retourne, il peut en avoir au démoulage.
En outre, plus on se rapproche du démoulage, plus il y a un risque de collage ; le sérum agit
comme un lubrifiant.
Une solution : ajouter une retourne manuelle juste avant le démoulage permet de réduire le
collage. L’inconvénient est le coût de la main d’œuvre.
5. Nettoyage :
La dureté de l’eau est de 5,7.
Les blocs moules en aluminium empêchaient l’utilisation de produits citriques puisque ces
derniers entraînaient une corrosion du matériel. L’implantation des moules plastiques
permettra l’utilisation de nouveaux produits de nettoyage.
Les moules entrent dans le tunnel de lavage, d’une longueur de 8 mètres, à l’horizontal.
Un prélavage des moules est effectué à 50 °C – 3 bars pendant environ 20 secondes avec de
l’eau traitée à 0,3 ppm et de l’anti-moussant.
Ensuite vient la période de lavage à 3 bars – 70 °C/40 °C pendant quelques secondes avec des
produits phosphoriques (la température des moules et plateaux est de 65°C).
Un rinçage à l’eau de réseau est ensuite effectué à 50°C.
Enfin, les moules passent au travers d’un rideau (pare-vapeur) à 20 °C contenant du
désinfectant : acide peracétique. Cela facilite le refroidissement des moules.
Les moules sont ensuite stockés de 30 minutes à une heure avant leur réutilisation.
De temps en temps, un lavage à la soude est effectué pour éliminer les biofilms.
Les seuls paramètres de la machine à laver les moules qu’il est possible de faire varier sont la
température de l’eau et la pression des buses. Le reste a été fixé par le constructeur.
Le prochain tunnel pour les moules en plastique sera de 14 mètres, il sera adapté au format du
matériel. Les moules seront à la verticale pour permettre un meilleur égouttage. Les pressions
seront augmentées : 4,5 à 5 bars avec un débit à 18 L/minute.
13
6. Biofilm
Celui-ci peut favoriser ou défavoriser l’accroche du caillé sur le moule. Il dépend directement
de la physico-chimie du caillé de départ. L’âge du moule va aussi influencer sur sa
composition.
14
Compte-rendu de la visite de l’usine 3
Cette usine a connu d’importants épisodes de collage.
1. Matériel :
Ici, les blocs moules sont à fond, il n’y a pas de store = mono-bloc. Les moules sont en
polypropylène, de forme ronde, ovale et de forme carrée. Le collage est le plus présent pour
cette dernière forme où, soit le produit reste collé, soit il se détache mais n’est pas uniforme.
Les blocs moules sont vieux (10 ans) sauf les moules carrés ; cependant ils ont collé dès leur
arrivée. Maintenant, dès l’arrivée de nouveaux blocs-moules, quelque soit leur forme, ils
séjournent de 4 Jours à une semaine en nettoyage avant leur première utilisation. Cela réduit
considérablement les risques de collage.
2. Moulage :
Le collage est plus important aux changements de saisons : En effet, en Mai-Juin et
Septembre-Octobre, on constate davantage de collage, malgré la standardisation. La
proportion et la qualité des matières grasses/protéiques sont à prendre en compte dans les
facteurs liés au collage. Notons que la standardisation est quantitative et non qualitative. En
période estivales, les matières grasses polyinsaturées sont en quantités très importantes. Qu’en
est-il des protéines ?
Le caillé arrive à une température variant entre 30 et 42°C. Le moulage s’effectue au
répartiteur.
Les produits sont à pH qui diffèrent de 0 à 0,3 points : Caillés présure 5,20, Caillé acides 4,90.
Les caillés acides collent avant les autres.
3. Technologie :
Le type de caillé influence également le collage : Les produits acides collent plus que les
produits alcalins.
15
4. Retournes et Démoulage
Tout est ultra mécanisé : les retournes se font aux mêmes heures quel que soit le produit. La
chaîne de fabrication amène les piles aux robots.
Le nombre de retournes varie entre 2 et 4 fois selon le produit ; elles sont toutes mécanisées :
elles sont faites à M+10 minutes, M+1h30, M+5h, M+18h, avec un démoulage à 24 ou 48 h.
Le collage apparaît dès M+1h30.
Le nombre de retournes ne joue pas sur le collage : passer de 2 à 4 retournes n’a pas amélioré
le collage.
2 retournes seulement sont effectuées pour les produits plus secs.
Le démoulage est le même pour tous les produits : une vibreuse est présente juste avant la
retourne finale.
5. Nettoyage :
L’eau du site est très dure : 28 d° TH. Il n’y a pas de traitement de l’eau, elle est uniquement
javellisée. Le puits appartient à l’entreprise. 1000 m3 d’eau sont utilisés par jour.
Historique : dans leur tunnel de lavage, les moules subissaient un lavage à la soude, un
rinçage puis un lavage acide. Cela provoquait la formation de biofilms qui impliquaient des
problèmes microbiologiques.
Ils sont passés ensuite à un nettoyage mono produit, soit lavage alcalin, soit lavage acide. Ce
dernier a aidé à se débarrasser des biofilms mais le collage a augmenté en dehors des périodes
classiques de collage.
Enfin, ils ont instauré un roulement : 2 jours à l’acide, 1 jour alcalin, 2 jours acide etc.… Cela
avait bien amélioré les problèmes de collage et de biofilms, jusqu’à l’arrivée des moules
carrés.
Après plusieurs essais, ils ont fini par adopter la rotation : 2 jours à la soude couplée à de la
javel à 2000 ppm (cela permettait une surface plus glissante), puis 3 à 4 jours à l’acide (acide
phosphorique au début, puis il a été remplacé par de l’acide citrique et sulfamique pour des
raisons environnementales). Depuis, il n’y a plus du tout de collage, même aux changements
de saison.
Si on n’utilise que de la soude, il y a collage très rapidement ; cela est en partie dû à la
technologie qui est plus acide que présure. Il est donc nécessaire d’alterner soude/javel et
produit acide pour récréer l’équilibre ionique.
16
Les blocs moules sont retournés. Un prélavage est effectué pour éliminer les produits
organiques (3 bars, à l’eau, par des buses).
Un lavage en phase soit acide à 65 °C, soit alcaline à 50 °C pendant 2 à 3 minutes suit (Buses
à 3 bars).
Enfin, intervient un rinçage avec un produit désinfectant.
La totalité du cycle représente 5 à 6 minutes.
Une période de latence de 1h30 environ existe avant la réutilisation des moules.
Remarques :
- si on augmente la température T>55 °C il y a oxydation de l’inox, mais on diminue la
colimétrie.
- L’effet mécanique des buses appliqué pendant 15 minutes sur des moules qui avaient
collé pendant la fabrication d’avant n’améliorera pas le collage : les moules
recolleront à la fabrication suivante. La seule alternative est de reproduire l’alternance
des produits détersifs. Par conséquent, il y a un facteur électrostatique qui entre en jeu.
- Les biofilms aideraient à détacher les fromages. Mais se pose le problème de la
contamination des productions ultérieures.
- La javel, ajoutée pendant le lavage, permet d’améliorer la détergence : elle élimine les
résidus (C’est conseillé par les fournisseurs). De plus, le responsable production a
constaté que la surface du moule était plus lisse.
Inconvénient : la javel attaque les machines à laver.
6. Conclusion :
Le responsable production de ce troisième site est convaincu de l’importance des échanges
ioniques et électronégatifs qui existent entre le caillé et le moule.
Il est aussi persuadé que les variations de la ration des vaches, pendant les périodes Mai-Juin
et Septembre-Octobre, jouent un rôle sur le collage. Un travail de recherche sur des variations
de qualité ou type de protéines serait intéressant.
Il n’était pas vraiment favorable à l’idée de l’influence du biofilm et notre suggestion sur les
interfaces moule-caillé.
17
Bilan des 3 visites :
Ces trois visites ont été très intéressantes et enrichissantes de par les expériences variées des
responsables qui nous ont reçus. La première remarque à faire, qui n’est pas la moindre, est
qu’il n’y a pas de solution/règle universelle pour le collage et qu’en fonction de la technologie
mise en œuvre, du matériel à disposition et des conditions environnementales du site, des
actions mises en place pour palier au problème de collage sont diverses et quelquefois
contradictoires d’un site à l’autre.
Cependant, nous avons dégagé des idées sur lesquelles les industriels étaient unanimes
La dureté de l’eau : un facteur qui influence le collage
Lors de la visite de l’usine 1, les responsables qualité et production nous ont assuré de
l’influence négative de la dureté de l’eau sur le collage. Après les témoignages des
responsables de l’usine 2 et 3, nous avons remarqué qu’en effet, l’usine 3, qui avait subi de
grosses crises de collage, a une dureté de l’eau très forte et qu’elle ne traite pas son eau.
L’usine 1 a une dureté de 30, diminuée par un traitement par résines adoucissantes.
Nous pouvons donc proposer un traitement de l’eau pour les sites qui subissent des problèmes
de collage afin de diminuer la dureté de l’eau du réseau.
Le nettoyage est un facteur clé pour éviter le collage
Quelles que soient les méthodes utilisées dans les trois usines, ils ont été unanimes sur le fait
que le nettoyage joue un rôle essentiel dans le collage. C’est aussi l’un des facteurs sur lequel
chaque responsable a le plus travaillé et trouvé des solutions à ses problèmes.
Ce qui reste identique aux trois sites est un cycle de 3 phases : prélavage à l’eau, lavage aux
produits détergents, rinçage aux produits désinfectants. Les pressions, températures et actions
mécaniques des buses sont fortes. Cependant, aucun ne remplit les préconisations des
fabricants de lessives (6 bars de pression dans les tunnels de lavage).
Retournes et démoulage : des politiques qui diffèrent mais qui se ressemblent
dans le principe
Les deux premiers sites ont bien insisté sur l’importance des retournes dont le nombre
influence énormément sur le collage. L’usine 3, au contraire, a testé une diminution de
retournes sans grand changement au niveau du collage.
18
Cependant, les trois usines se rejoignent est sur la probabilité de collage qui est d’autant plus
grande que l’on se rapproche du démoulage.
Il peut y avoir collage au démoulage alors que les retournes se sont passées sans aucun
problème. Par contre, s’il y a collage à la retourne, il y aura collage au démoulage. Une
explication pourrait être que le sérum a un rôle de lubrifiant au niveau de l’interface produitmoule et que plus on se rapproche du démoulage, plus le sérum s’est écoulé. De plus, le
fromage a passé davantage de temps au contact du moule, ce qui peut créer des liaisons
covalentes avec la surface du moule.
Cela nous amène à un deuxième point que les trois industriels avaient en commun : plus on
rapproche la dernière retourne du démoulage (ou on installe un système de vibreuse avant
démoulage) moins il y a de risque de collage.
Enfin, d’après l’usine 1, il est important d’avoir les retournes en dehors de la chaîne de
fabrication, de façon à pouvoir modifier les horaires de retournes selon que ça colle ou pas.
Or, le troisième site, qui a eu beaucoup de problèmes de collage a ses retournes totalement
mécanisées et figées. Cette remarque en est donc que plus plausible.
La technologie et la physico-chimie du fromage joue un rôle dans le collage
Ils sont d’accord sur le fait que la technologie influence le collage. Le caillé lactique colle
plus que le caillé présure du fait de sa friabilité accentuée.
19
La piste du Lotus :
1. Introduction :
C’est un technologue de l’ENSAIA qui nous a mises sur la piste de la feuille de lotus qui,
selon lui, pourrait inspirer l’industrie fromagère. En effet, la feuille de lotus aurait même été
évoquée lors de réunions regroupant des acteurs clés du secteur industriel fromager.
Nous avons décidé de nous orienter sur cette piste pour différentes raisons :
- Le technologue qui nous a fourni cette piste présente une expérience reconnue
dans le domaine laitier et fait partie d’instances européennes ;
- C’est Tecnal, qui produit les moules, qui nous a confié cette mission. Il peut
donc être intéressant de s’intéresser au moule en lui-même au lieu de rester dans
les lieux communs des paramètres et produits de nettoyage.
- La biomimétrique est un secteur porteur actuellement. Cependant, aucune
recherche n’a été encore menée à bien pour le secteur de la fromagerie car c’est
une discipline récente. C’est une science dont la vocation est de traduire des
modèles issus de la nature en concepts techniques. Elle est fondée sur l’idée
implicite que les systèmes biologiques longues de plusieurs millions d’années
ont atteint, grâce à une série de mutations et de sélections, un rare degré de
perfectionnement et une adaptation optimale de son environnement.
L’observation de la nature pourrait donc être une source d’inspiration de premier
plan pour des applications technologiques.
-
De nombreux secteurs se sont déjà penchés sur l’ effet Lotus", comme, par
exemple, l’automobile, pour éviter l’adhérence de la pluie au pare-brise. Les
fabricants de détergents l’ont introduit dans leurs produits pour nettoyer les
vitres, les murs et des surfaces en céramique.
20
-
-
-
On nous a souvent parlé d’interface entre le moule et le caillé, qui serait
responsable – ou non – du collage. En éliminant cette interface, ne serait-il pas
possible d’éviter le phénomène ?
Dans deux usines sur les trois visitées, on nous a dit que le collage était nul
lorsque les moules étaient neufs. Les propriétés anti-adhérentes du Lotus
pourraient-elles éviter l’encrassement des moules, et ainsi conserver leur surface
intacte ?
Les propriétés autonettoyantes de la feuille de Lotus permettraient de réduire de
façon considérable l’utilisation de détergents, ce qui aurait un impact
environnemental important.
21
2. Généralités :
L’effet Lotus est directement inspiré de la nature, plus exactement de la feuille de lotus. Deux
biologistes, Wilhem Barthlott et Christoph Neinhuis, ont découvert que la capacité de la
feuille de lotus à s’autonettoyer était due à son caractère hydrophobe et à sa nanorugosité.
Des scientifiques allemands affirment avoir trouvé la réponse à la question sur l’origine des
propriétés autonettoyantes de la feuille de Lotus qui a intrigué des générations de biologistes :
« On sait depuis peu, expliquent W. Barthlott et C. Neinhuis, que la surface de la plante est
hydrofuge. Mais on est passé à côté des propriétés "autonettoyantes".
Détails dans le Sunday Times on India : « Les gouttelettes d’eau qui roulent sur une feuille de
Lotus entraînent les particules de saleté, nettoyant parfaitement la surface ». Ce n’est pas dû
au fait que la surface des feuilles est lisse ; en effet, vue au microscope, elle est rugueuse,
pleine de bosses, de plis et d’aspérités et a une forme convexe ou conique sur laquelle l’eau
s’évacue. En plus, la plante est couverte de cristalloïdes cireux aux vertus hydrophobes,
autrement dit résistants à l’eau. Les chercheurs disent que cet "effet Lotus" réduit énormément
l’adhérence de l’eau et des particules de saleté. De plus, il semblerait que la plante soit
capable de renouveler ses cires malgré des conditions ambiantes défavorables.
L’effet Lotus est un modèle biologique très pertinent, dont on peut s’inspirer pour développer
des surfaces artificielles qui rejettent la saleté ; ce système est basé sur des principes purement
physico-chimiques : c’est-à-dire que la feuille de Lotus morte garde ses propriétés super
hydrophobe. Il y a de nombreux domaines (enduits, toits…) dans lesquels de telles surfaces
apporteraient de nombreux avantages, en respectant l’environnement et en réduisant les coûts
de nettoyage de façon notable. En coopération avec l’industrie, des travaux seraient en cours
pour transférer l’effet Lotus à des applications techniques.
3.
Le principe :
Une goutte d’eau, dans l’air, possède une forme sphérique. Comme tous les liquides à
l’équilibre, l’eau adopte la forme dont la surface de contact avec l’air est minimale.
Si cette goutte d’eau se dépose sur une surface hydrophile (affinité pour l’eau), elle va avoir
tendance à s’étaler ; Sur une surface hydrophobe (répulsion pour l’eau), elle va se
recroqueviller pour former une bille.
22
Sur la feuille de Lotus, la présence en surface d’une substance cireuse (lipides) la rend
hydrophobe. Ainsi, l’eau ne mouille pas.
La feuille de Lotus est hydrophobe : les gouttes d’eau ne la mouillent pas
De plus, la feuille de Lotus est nanorugueuse : à l’œil nu, sa surface nous paraît lisse et
pourtant elle possède des aspérités de quelques nanomètres. Lorsqu’une goutte d’eau se
dépose sur la feuille, des poches d’air vont donc se former entre la goutte et les irrégularités
de surface. La goutte se comportera alors comme dans l’air et tendra vers une forme
sphérique. La nanorugosité accentue donc le caractère hydrophobe de la feuille de Lotus : on
appelle ce phénomène la superhydrophobie. En effet, accroître la rugosité d’une surface
hydrophobe augmente son hydrophobicité.
23
Micro et nano structures à la surface de la feuille
10
Minimisent la surface de contact avec les gouttes
Matériau hydrophobe
Grâce à l’alliance de ces deux propriétés, quand il pleut, des billes d’eau vont se former sur la
surface de la feuille de Lotus, et rouler en entraînant avec elles les poussières. C’est pour cette
raison que l’on dit que la feuille de Lotus est autonettoyante.
Une façade
superhydrophobe
auto-nettoyante
24
Ce procédé naturel a été "copié" par l’homme : en déposant des particules nanométriques
hydrophobes sur des surfaces lisses telles que des vitres ou des carrosseries, on obtient des
surfaces nanostructurées autonettoyantes. Il est possible d’adapter cette technologie à d’autres
matériaux tels que le textile, la peinture… Là aussi, cette technique permet d’obtenir des
matériaux moins salissant et résistant mieux à l’humidité.
4. Exemples d’application de l’effet Lotus :
Exemple de l’effet Lotus sous forme d’aérosol :
Source : S&T Presse, le 09/03/2003
Des chercheurs de l’entreprise chimique BASF, en collaboration avec le professeur de
botanique à l’Université de Bonn, Wilhem Barthlott (à qui l’on doit l’expression d’effet
"Lotus" pour avoir découvert le mécanisme d’auto-nettoyage de la plante aquatique), ont mis
au point un aérosol à effet Lotus qui donne à chaque surface cet effet.
L’objectif : grâce à cet aérosol, le nettoyage des vitres, des murs et des surfaces en céramique
deviendrait superflu. L’effet Lotus est purement d’origine physique, car il se produit
également sur des feuilles mortes ou séchées. Grâce à l’aérosol, une couche à effet Lotus
peut être directement pulvérisée sur des surface quelconques, ce qui est très avantageux pour
des surfaces rugueuses telles que les textiles, le papier, le cuir ou les murs. La composition de
l’aérosol est proche de celle d’un produit pour les cheveux en ce qui concerne le solvant et
l’agent propulseur. Le cœur de l’innovation est constitué d’une combinaison de
nanoparticules avec des polymères hydrophobes et différentes sortes de cire. Après
pulvérisation, les nanostructures se forment d’elles-mêmes par auto organisation lors du
séchage. L’aérosol mis au point n’est encore qu’un prototype de laboratoire. Les premières
applications commerciales apparaîtront dans le domaine des produits imperméabilisants pour
chaussures de cuir.
Pour les autres applications domestiques, il reste encore aux chercheurs à résoudre un
problème d’autre optique : en effet, le film qui se dépose sur les surfaces n’est pas totalement
transparent. Les chercheurs veulent donc affiner les nano structures afin de les rendre
transparentes. La résistance à l’abrasion et aux rayures doit également être améliorée.
25
Quand les voitures auront des cils…
Guy Clavel
Agence France Presse
On cherche la pellicule capable d’empêcher la pluie d’adhérer au pare-brise. Les essuieglaces pourraient un jour devenir des accessoires pratiquement inutiles lorsque les pare-brises
seront dotés de cils ou recouverts d’une pellicule permettant aux gouttes de pluie de rester
rondes et de s’évacuer par elles-mêmes, deux techniques examinées par des chercheurs
français.
La première piste suivie par le Commissariat à l’énergie atomique (CEA) est celle du lotus,
une plante dont le mystère a été baptisé par les scientifiques "effet Lotus" : « L’eau et les
poussières glissent dessus dans s’y accrocher », s’émerveille Franck Rouppert, chercheur au
CEA à Grenoble.
Le secret de la feuille de Lotus réside dans sa surface, qui « possède des petites aspérités, des
sortes de petits poils qui la rendent hydrophobe », c'est-à-dire repoussant l’eau, a expliqué
dans un entretien avec l’Agence France Presse M. Rouppert, responsable du projet au
Département des technologies pour les énergies nouvelles (DTEN).
Les gouttes d’eau s’écrasent sur une surface lisse, mais sur la feuille de Lotus bardée
d’aspérités, elles gardent leur forme ronde et glissent, comme un coussin d’air.
[…]
Au stade actuel, le laboratoire sol-gen en est au stade de prototype.
26
5. Application à l’industrie fromagère et ouverture:
L’effet Lotus est un phénomène purement physico-chimique. Il suffirait donc de
reproduire les caractéristiques responsables de cet effet pour pouvoir l’appliquer
ensuite à d’autres domaines, tels que la fromagerie.
Etablir un comparatif entre la structure de la feuille de Lotus et la surface des
moules en polypropylène.
Etudier la faisabilité de l’introduction de matériaux/ingrédients responsable de
l’effet Lotus à la surface du moule.
Formuler une solution à effet Lotus sous la forme d’un spray que l’on pourrait
vaporiser régulièrement sur les blocs moules.
L’effet Lotus a été démontré avec l’eau seulement. Or, c’est l’eau et le sérum qui
contiennent les minéraux responsables de l’interface entre le fromage et le moule.
Peut-on assimiler le sérum à l’eau et conclure que les minéraux présents dans le
sérum ne pourront s’incruster sur la surface ?
"Lotus Effect" est une marque déposée.
27
CONCLUSION
La problématique du collage est difficile à cerner dans la mesure où il n’y a pas de
règle valable pour tous les sites. En effet, nous avons visité des sites qui fabriquent
exactement le même produit et qui, pourtant, ne résolvent pas leurs problèmes de collage de la
même manière. Les seules différences majeures entre ces sites seraient donc la dureté de l’eau
et l’origine du lait.
En ce qui concerne la dureté de l’eau, plus l’eau est dure, moins les détergents
moussent ; par conséquent, dans les tunnels de lavage, le temps de contact entre le bloc moule
et le produit lessiviel est moindre. Le site où l’eau est la moins dure ne rencontre aucun
problème de collage.
De plus, selon l’origine du lait, même si une standardisation est effectuée, elle est
uniquement quantitative et non qualitative. Il serait par conséquent intéressant de se
concentrer sur la nature même des protéines et lipides du lait.
En outre, la politique de l’entreprise entre en jeu dans la problématique. En effet, les
entreprises axées productivité accepteront des pertes dues au collage si les cadences de
fabrication leur permettent une rentabilité élevée, négligeant le temps imparti au nettoyage.
C’est une question d’équilibre entre les pertes de produits et le gain de fabrication.
De même, n’est-il pas envisageable d’imaginer un autre mode d’action mécanique plus
performante lors du nettoyage autre que les buses (ex : brosses rotatives) ?
Enfin, la piste du lotus est intéressante dans la mesure où elle est totalement
inexploitée en fromagerie. Elle a cependant trouvé quelques applications dans d’autres
domaines, tels que l’automobile et certains revêtements de surface.
Pour les prochains élèves de Pro-La-Q, il serait intéressant de mener un projet à
caractère expérimental où la variable serait uniquement la nature de la surface du moule.
L’effet Lotus pourrait être mis en pratique tout comme l’influence des biofilms dans leurs
essais.
28
BIBLIOGRAPHIE
DUPUIS JF, Hansen J, Heidborn J, Speck T, Kesel A et Mattheck C. Formation et recherche
dans le domaine de la biomimétique en Allemagne, Sciences Allemagne. 2004.
http://www.futura-sciences.com
http://www.ujf-grenoble.fr
29