« Analyse de la ligne de production de chips de bananes ... · 1.4. Durée de vie du produit. Au vu de l’activité de l’eau, respectivement , et , pour la banane séchée et

Module 2-12 / IAAS2

« Analyse de la ligne de

production de chips

de bananes séchées »

Avril 2011

R. FAVET, L. FONTAN, M.-J. FRIKART

i Montpellier SupAgro - Institut des Régions Chaudes

Résumé

La culture de la banane demande un climat chaud et humide, c’est pourquoi elle est

essentiellement produite dans les pays en développement. Dotée d’une grande qualité

nutritionnelle, la banane fait partie des aliments de base dans les pays du Sud. Bien qu’elle

soit le premier fruit exporté en terme de volume, il est nécessaire de la stocker durablement

afin d’éviter des pertes. Ce projet a eu pour but de proposer un procédé de fabrication des

chips de banane dans la société Mayan King avec une démarche « Génie des procédés

durable ». Pour cela, il a fallu établir une ligne de production, de dimensionner les machines à

utiliser et de proposer des circuits de recyclage et de valorisation des sous produits. En suivant

cette démarche, ce projet a montré que la société devait posséder un brûleur et une chaudière

avec respectivement des puissances minimales de 26,4 et 10,4 kW. De plus, l’intégralité des

eaux utilisées dans la production ont été recyclées (irrigation des terres) ou traitées avant rejet

et tout les constituants de la banane ont été transformés. En effet, des chips et des flocons de

banane ont été produits à partir de la pulpe et la fabrication d’aliments pour le bétail et d’eau-

de-vie à partir des peaux ont été proposés. Enfin, au vu des résultats énergétiques obtenus, il a

été démontré que la société Mayan King pouvait s’inscrire dans une démarche de production

durable.

Abstract

As banana culture requires a tropical climate, its production is mainly located in

developing countries. With a high nutritional value, banana is a major component of Southern

countries staple diet. Although its exportations are the highest taking about volumes of fruits,

it is important to store banana in order to avoid losses. This project was aimed at proposing a

manufacturing process for dried banana chips in the Mayan King society, with a sustainable

approach of process engineering. That’s why it had been necessary to establish a production

line, determine the engine sizes and propose recycling and valorization ways for wastes.

Following this approach, this project showed that the society should own an oil burner and a

burner to produce heating steam, with a respective power of 26,4 and 10,4 kW. Moreover, the

whole water used during the production has been recycled or treated, and all the banana

components have been processed. Indeed, banana chips and flakes were produced thanks to

the pulp; skin manufactures were proposed to obtain brandy and livestock food. Finally,

regarding energetic results, it has been proved that the Mayan King society could follow a

sustainable production approach.

Sommaire

Résumé ........................................................................................................................................ i

Abstract ....................................................................................................................................... i

Introduction ................................................................................................................................ 1

1. Cahier des charges .............................................................................................................. 2

1.1. Unité de transformation ............................................................................................... 2

1.2. Le produit initial et le produit fini ............................................................................... 2

1.3. Conditionnement – Mode d’utilisation ........................................................................ 5

1.4. Durée de vie du produit. .............................................................................................. 5

2. Procédé de fabrication ......................................................................................................... 6

2.1. Diagramme de fabrication ........................................................................................... 6

2.2. Analyse des opérations unitaires ................................................................................. 6

2.3. Dynamique des processus .......................................................................................... 10

2.4. Bilans ......................................................................................................................... 10

3. Maîtrise des utilités .............................................................................................................. 15

3.1. Déchloration des eaux de lavage avant rejet dans le milieu ...................................... 15

3.2. Valorisation des peaux de bananes ............................................................................ 15

3.3. Stockage des eaux de refroidissement ....................................................................... 16

3.4. Recyclage de l’air de séchage .................................................................................... 17

4. Choix des équipements ......................................................................................................... 20

4.1. Séchoir à claies .......................................................................................................... 20

4.2. Blancheur ................................................................................................................... 22

4.3. Séchoir cylindre ......................................................................................................... 23

Conclusion ................................................................................................................................ 24

Bibliographie ............................................................................................................................ 25

Table des illustrations ............................................................................................................... 26

Analyse de la ligne de production de chips de bananes séchées

1 Montpellier SupAgro - Institut des Régions Chaudes

Introduction

La banane est produite à 98% par les pays en développement. Elle est le principal

produit à faire l’objet d’échanges internationaux et est le fruit le plus populaire. Bien que la

banane soit produite toute l’année, sa consommation diminue en période estivale. De ce fait,

dans les pays producteurs, les marchés locaux sont souvent saturés durant cette période. La

banane est également un élément de base essentiel de l’alimentation dans de nombreux pays

en développement au même titre que le blé, le riz, le maïs d’où l’importance en terme de

stockage et de sécurité alimentaire. Afin d’allonger la durée de vie du produit, le séchage est

une solution efficace de conservation. En effet, en amenant l’activité de l’eau du produit à des

valeurs inférieurs à 0,7celui-ci est protégé de toute contamination par des micro-organismes et

peut être consommé dans un délai de un à deux ans en toute sécurité.

L’objectif de ce projet était d’analyser la ligne de production des chips de banane de la

société Mayan King. Pour ce faire, il à été nécessaire de choisir des équipements adaptés,

d’établir les bilans de matières et énergétiques s’opérant à chaque opération unitaire afin de

proposer des solutions pour l’optimisation de la consommation en énergie et la valorisation

des sous produits. Pour cela une feuille de calcul automatisé représentant les flux de matière

et d’énergie à été mise au point.



1. Cahier des charges

1.1. Unité de transformation

Le modèle sur lequel à été construit l’unité de production de ce projet est la société Mayan

King (PMI) implantée dans le district de Stann Creek, dans la partie sud de Belize. Son

activité est la production et le séchage de fruits exotiques tels que la banane, la mangue, la

papaye et l’ananas. Créée en 1985, cette société au capital de 25 000 US $ est aujourd’hui le

plus gros producteur de bananes de Belize assurant le sixième de la production nationale.

L’activité sur laquelle à été basé ce projet est le séchage de la banane. La production annuelle,

la surface cultivée et la répartition des employés sont présentées dans le Tableau 1 suivant.

Tableau 1 : Répartitions chez Mayan King

Production (t/an) Surface cultivée (ha) Nombre d’employés

Production bananes 9 689 301 151

Autres fruits 8 467 721 90

Autres emplois - - 206

Total 18 156 1 022 447

Bien que la société Mayan King (MK) possède trois variétés de banane, ce projet à été

exclusivement construit autour de la transformation de la banane Cavendish dont 82% de la

production soit 7978 tonnes par an est destiné au séchage. Le marché visé par Mayan King est

à la fois local et international. En effet, MK est en relation avec différents importateurs

européens et américains travaillant avec de nombreux fruits séchés commercialisés pour le

secteur de la diététique et des produits énergétiques.

1.2. Le produit initial et le produit fini

a. La banane fraîche

La banane Cavendish est la banane plus consommée au monde. Elle est originaire du

Vietnam et de la Chine et se cultive dans les zones tropicales humides. Ce fruit stérile, est issu

d’une plante herbacée : le bananier, pouvant atteindre une hauteur de trois à sept mètres. La

banane est l'un des fruits les plus nutritifs, il est en effet très riches en vitamines et minéraux,

c´est pour cela qu’il est l´aliment idéal pour les sportifs et les enfants (voir Tableau 3). Ce

fruit à une couleur et une texture qui évoluent suivant le stade de maturité, d’abord vert et

ferme il devient jaune et tendre une fois mûr. A un stade de maturité avancé il est marron et

caoutchouteux donc difficilement manipulable. Pour la transformation, les bananes utilisées

sont à un stade de maturation 6-7 c'est-à-dire jaune ou jaune tacheté.



Les caractéristiques physico-chimiques retenues pour la réalisation de ce projet sont les

suivantes :

Tableau 2 : Caractéristiques de la banane de référence

Banane fraîche

Longueur 14 cm

Diamètre 2,6 cm

Poids (peau + pulpe) 130 g

pH 4,6

Aw 0,97

Une étape du procédé de transformation consiste à éliminer les extrémités de la banane

(ébouttage), 2cm de long chacun.

Figure 1 : Banane de référence

Les tranches obtenues lors de l’opération de tranchage ont une épaisseur de 1 cm chacune et

un diamètre de 2,6 cm soit une superficie de 5,3 cm² (10 tranches par banane).

Figure 2 : Dimensions d'une tranche de banane

D =

2,6

cm

L = 14 cm

l tranche= 1 cml extrémité = 1 cm

D = 2,6 cm

l tra

nch

e=

1 c

m



b. La banane séchée

La banane séchée est un concentré des qualités nutritionnelles de la banane fraîche.

Elle est en effet très riche en sels minéraux et glucides.

Tableau 3 : Composition des bananes fraîche et séchées

Pour 100g Banane fraîche (g) Banane séchée (g)

Protéine 1,4 4,6

Glucides 23,3 76,7

Lipides 0,4 1,3

Minéraux 0,7 2,3

Vitamines A, B, C… 0,20 0,17

Total Matières sèches 26 85

Eau 74 15

pH 4 ,6 6,8

Activité en eau (Aw) 0,97 < 0,65

Le séchage de la banane a entraîné une perte de 80 % de son eau mais aussi un

abaissement de son activité en eau. Les micro-organismes se développant à partir d’une Aw

de 0,7, le séchage permet d’éliminer tout risque de contamination.

Figure 3 : Vitesses de détérioration en fonction de l'activité en eau

c. Les flocons de banane

Les flocons de banane sont essentiellement utilisés comme produit alimentaire

intermédiaire (PAI). Ils sont en effet très utilisés en pâtisserie et en cosmétique (cheveux,

peaux). La composition est semblable à celle de la banane séchée :

Micro-organismes

Banane fraîche Banane séchée



Tableau 4 : Composition de la poudre de banane

Pour 100g Poudre de banane (g)

Protéines 6,5

Glucides 84

Lipides 6,5

Autres 2

Matières sèches 97

Eau 3

Aw 0,2

1.3. Conditionnement – Mode d’utilisation

L’emballage a pour principale fonction la protection du produit au cours du stockage, du

transport etc. Il est une barrière contre l’humidité et les contaminants.

Pour le conditionnement des bananes séchées ainsi que pour la poudre de banane les

matériaux couramment rencontrés sont :

- Le polyéthylène téréphtalate (PET) : polymère obtenu par

polycondensation de l’acide téréphtalique et de l’éthylène glycol. Il

est principalement utilisé pour la fabrication de bouteilles, flacons,

pots…, il appartient à la famille des thermoplastiques et est

recyclable.

- Le polypropylène basse densité (LPDE) : polyéthylène fortement

ramifié ce qui lui confère une très bonne flexibilité. Il est utilisé pour

la confection des doypacks, emballage pour de nombreux aliments

notamment les poudres.

La banane séchée se consomme aussi bien telle quelle que cuisinée.

Les flocons de banane sont utilisés en tant que PAI, ils entrent dans la compositon d’autres

aliments tels les patisseries, les poudres de chocolat (Banania) mais aussi dans la fabrication

de produit cosmétique.

1.4. Durée de vie du produit.

Au vu de l’activité de l’eau, respectivement 0,65 et 0,2 pour la banane séchée et les

flocons de banane, ces produits on une lonque durée de consevation entre 12 et 24 mois. En

effet pour une Aw inférieur à 0,7 le développement micro-organismes est stoppé.



2. Procédé de fabrication

2.1. Diagramme de fabrication

L’étude à été réalisée sur une base de 100 kg/h ce qui correspondait à 769 bananes à

un stade de maturité 6-7 (optimum) .A ce stade les fruits sont entièrement jaune ou à petites

taches brunes ce qui témoigne d’une faible teneur en amidon et d’un taux suffisant de sucres

réducteurs. Le contrôle des bananes en entrée de la chaîne de production est donc

indispensable pour garantir un produit après séchage de bonne qualité, ni trop élastique (trop

d’amidon), ni trop caoutchouteux (trop de sucres). Après l’étape de tranchage, 7690 tranches

de bananes ont donc été séchées puisque chaque banane a donné en moyenne 10 tranches.

Le procédé de fabrication des chips de bananes séchées (Figure 4) est un procédé assez

simple faisant intervenir une étape importante de transfert de matière et de chaleur : le

séchage par entrainement. Ce procédé permet de récupérer d’une part les peaux afin de les

valoriser (eau de vie, aliment pour bétail) et d’autre part les extrémités afin de produire un

produit intermédiaire : la poudre de banane par séchage cylindre. Les chips de bananes

séchées doivent posséder les caractéristiques physiques suivantes :

- Couleur de surface : caramel clair la plus uniforme possible

- Couleur de pulpe : jaune caramel

- Texture : moelleuse, la moins collante

2.2. Analyse des opérations unitaires

Dépattage

Cette opération uniquement manuelle consiste à détacher les différentes mains du

régime de la hampe centrale, puis de les séparer pour obtenir des bananes individualisées. A

cette étape, un calibrage pondéral a également lieu, afin d’éliminer les bananes non

conformes.

Lavage / désinfection

La désinfection permet d’éviter la propagation des maladies d'un fruit à un autre, et

limite l'accumulation de bactéries dans l'eau de lavage. L'eau de lavage, prélevée dans la

rivière South Stann Creeks, est traitée au chlore à raison de 40 ml d’eau de Javel pour 20

litres d’eau soit le lavage de 100 kg de bananes.



Figure 4 : Diagramme de fabrication

Chips de bananes séchées

Poudre de banane

Bananes fraîches en régimes ou en main

Eau Chlorée

Eau

Eau

Peaux

Eau Chlorée

Réception

Dépattage total

Lavage / Désinfection

Pelage

Ebouttage

Tranchage

Blanchiment

Séchage

Conditionnement

Broyage

Séchage cylindres

Rebuts - Extrémités

Eau-de-vie

Aliments bétail



Pelage

Le retrait de la peau de banane se fait uniquement de façon manuelle afin de pouvoir

récupérer ses deux extrémités et les valoriser en produit alimentaire intermédiaire (flocons). A

cette étape s’opère également une sélection des bananes, basée sur la taille, le degré de

maturation et la qualité de celle-ci.

Ebouttage

Il consiste à couper les deux extrémités de la banane à longueur prédéterminée : 2cm

de chaque coté. Cette opération est semi-automatisée car l’opérateur présente les bananes sur

les couteaux circulaires qui découpent le fruit. A la fin de cette étape, la banane ne fait plus

que 10 cm de longueur en moyenne.

Tranchage

Opération qui consiste à débiter en tranche la banane tous les 1 cm. En moyenne, une banane

d’environ 10 cm donne donc 10 rondelles.

Blanchiment

Bien que le lavage puisse ôter la majorité des micro-organismes de surface, certaines

opérations comme peler et débiter en tranches peuvent contaminer à nouveau les bananes, en

fournissant de nouveaux accès aux micro-organismes et aux autres contaminants.

Le blanchiment est donc une opération de stabilisation car il permet de limiter ce

phénomène. En effet, ce traitement par la chaleur permet simultanément de détruire les

enzymes susceptibles d’abîmer les fruits (brunissement enzymatique...) et de réduire la charge

microbienne initiale en inactivant les micro-organismes sensibles à la chaleur. Les

températures utilisées sont létales pour les levures ainsi que pour la plupart des moisissures et

des bactéries aérobies. Le blanchiment s’effectue dans de la vapeur d’eau saturée à 2 bars et à

120°C pendant 3 minutes. Cette méthode permet de conserver les propriétés sensorielles

(principalement la texture) et nutritionnelles (surtout les vitamines solubles dans l’eau). Les

tranches de bananes sont ensuite refroidies à l’eau courante à la température de 20°C.

Séchage par entrainement

Il a pour but d’éliminer partiellement l’eau des bananes tranchées par évaporation. Il

s’agit d’un séchage par entraînement car les tranches de bananes à 25°C sont mises en contact

avec un courant d'air chaud à 80°C. Cet air chaud transmet une part de sa chaleur au produit

qui développe une pression partielle en eau à sa surface supérieure à la pression partielle de



l'eau dans l'air utilisé pour le séchage. Cette différence de pression entraîne un transfert d’eau

de la surface des tranches vers l’air de séchage et permet donc de rallonger la durée de vie des

bananes en diminuant la teneur en eau de 20 %.

Broyage

Le broyage consiste à réduire des morceaux de bananes à une taille plus petite. Le

principe est la fragmentation des morceaux par l'action mécanique de pièces métalliques plus

résistantes.

Séchage cylindre

Il s’agit d’un séchage par conduction à partir d'une surface métallique chaude (120°C)

au contact de la purée de banane (35°C). Le couteau racleur permet de récupérer les flocons

ainsi formés avec une teneur en eau très réduite (3%).

Figure 5 : Schéma d'un séchoir cylindre

Conditionnement

L’emballage permet de protéger le produit contre la réhydratation et de le conserver,

tout en étant attractif pour le consommateur. Il doit présenter certaines caractéristiques

obligatoires comme l’origine et la composition du produit ainsi que le poids net et la date

limite d’utilisation optimale. L’emballage des chips de bananes séchées est constitué de

polyéthylène tandis que celui des flocons est constitué de polypropylène (plus flexible). Les

deux emballages sont fermés hermétiquement par une opération semi-automatisée de thermo -

scellage.



2.3. Dynamique des processus

a. Fabrication de chips de bananes séchées

Etape unitaire Temps

Dépattage manuel ~ 45 minutes

Lavage / Désinfection ~ 10 minutes

Pelage (manuel) 6 secondes / banane

Ebouttage (semi-automatisé) Quelques secondes / banane

Blanchiment 3 minutes à 120 °C

Séchage par entraînement ~ 9 h

Conditionnement (semi-automatisé) 2 minutes / paquet de 250 g

Le dépattage total et le pelage des bananes sont des opérations manuelles qui nécessitent

respectivement 3 et 2 opérateurs ce qui explique des temps plus élevés que pour les autres

opérations. Pour toutes les opérations semi-automatisées, un opérateur est nécessaire sur

chaque machine. Les opérateurs effectuent des rotations au cours d’une journée.

Le séchage par entraînement dure environ 9 h car il s’agit du temps de séjour d’une

claie à travers le séchoir. En effet, ce dernier est alimenté en entrée par le haut avec des claies

de tranches de bananes fraiches, qui ne sont récupérées qu’après être passées par tous les

étages du séchoir (voir la partie 4.1).

b. Fabrication de flocons de bananes

Etape unitaire Temps

Dépattage total ~ 45 minutes

Lavage / Désinfection ~ 10 minutes

Pelage (manuel) 6 secondes / banane

Ebouttage (semi-automatisé) Quelques secondes / banane

Broyage ~ 10 minutes

Séchage cylindre 20 s pour T = 120 °C

Conditionnement (semi-automatisé) 2 minutes / paquet de 1 kg

La totalité des temps a été estimé grâce à des données de la littérature.

2.4. Bilans

Pour les différentes opérations unitaires suivantes : lavage/dépattage total/tranchage/

blanchiment/ broyage, il a été considéré que le rendement était de 100% ce qui implique qu’il

n’y a pas eu de perte de matière lors de ces étapes. Les bilans massiques sont donc restés



inchangés lors du procédé. Pour les autres opérations unitaires les bilans sont présentés ce

dessous :

Bilan massique du pelage

ṁp = ṁpertes + ṁ’p et rendement de 61%

A partir de 100 kg de bananes fraîches, 61 kg de bananes pelées sont obtenues, étant

donné que la peau représente 39 % du poids total d’une banane. Cette proportion a donc un

impact non négligeable sur le débit à traiter, du fait de cette perte importante de produit.

Bilan massique de l’ébouttage

ṁp = ṁ pertes + ṁ’p et taux de rebus de 30%

Chaque banane pelée est amputée à ses deux extrémités de 2 cm ce qui représente

environ 18 kg de bananes pour 61 kg. Bien que les deux extrémités sectionnées représentent

une part importante de la banane, il est préférable calibrer correctement le tronc qui sera

tranché, sachant que les bouts seront également transformés.

Bilan enthalpique au blanchiment

Opérateurṁp = 100 kg/h ṁp’ = 61 kg/h

ṁpertes = 39 kg/h

Couteaux+

Opérateurṁp = 61 kg/h ṁp’ = 42,7 kg/h

ṁpertes = 18,3 kg/h

Blancheur

ṁp = 42,7 kg/h

hp

Te = 25 C

ṁp’ = 42,7 kg/h

hp’

Ts = 85 C

ṁvap , he ,Te = 120 C

ṁvap, hs ,Ts = 85 C



Calcul du débit de vapeur nécessaire

Calcul de la puissance nécessaire

Dans le cas de cette étude, le blanchiment représente donc une étape peu energivore

(puissance nécessaire faible).

Bilan du séchage par entrainement

Bilan au niveau de la matière sèche

kg/h 3,84 m

)h-(h

.dT.cm

)h-(h

)h -.(h’m m

.hm ’.hm .hm .hm

vap

se

pp

se

ppp

vap

svapppevappp

kW 2,51 P

3600

H . m P

eaul’ deon condensativap

kg/h 13,1 ’m

’t

).tm(’m

’’.tm .tm

p

s

MSp

p

MSpMSp



Bilan massique

Au cours d’un séchage le flux d’eau perdu par le produit est égal au flux d’eau gagné par l’air.

Calcul du débit d’air sec

Calcul de la puissance nécessaire à fournir au brûleur

Le séchage par entraînement est l’opération la plus énergivore du procédé.

Bilan du séchage cylindre

kg/h 29,6 m

’m - m m

m ’m m

eau

ppeau

eaupp

kg/h 680 1m

n-n

m m

)n– .(n m m

as

1a2a

eauas

1a2aaseau

kW 4,26P

3600

)h-.(hm P 01as

Séchoir cylindre

ṁp = 18,3 kg/h

Te (b.h) = 74%

hp

ṁ’p = 4,91 kg/h

Te’ (b.h) = 3%

h’p

ṁeau= 13,4 kg/h

ṁvapeur , he

ṁvapeur , hs



Bilan matière sèche

Bilan massique

Bilan enthalpique

Calcul de la puissance nécessaire

Le séchage cylindre nécessite une puissance d’environ 8 kW afin de fournir la vapeur

nécessaire au séchage de la purée de banane. D’un point de vue énergétique, ce processus se

situe entre le séchage par entrainement et le blanchiment.

kg/h 4,91 ’m

’t

).tm(’m

’’.tm .tm

p

s

MSp

p

MSpMSp

kg/h 13,4 m

’m - m m

m ’m m

eau

ppeau

eaupp

kg/h 12,1 m

)h-(h

.hm.m’.h’m m

.m.hm ’.h’m .hm .hm

vapeur

se

ppeaupp

vapeur

eausvapeurppevapeurpp

H

H

kW 9,7P

3600

)h-.(hm P

sevapeur



3. Maîtrise des utilités

3.1. Déchloration des eaux de lavage avant rejet dans le milieu

L’étape de désinfection des bananes nécessitant l’emploi d’eau chlorée, dont le volume est

estimé à 20 L pour 100 kg de fruits, il est important de considérer un traitement de cet effluent

avant son rejet dans un cours d’eau. En effet, le chlore peut poser des problèmes

environnementaux, du fait de sa toxicité pour les organismes aquatiques, mais aussi parce

qu’il réagit avec la matière organique présente dans l’eau pour former des composés

organochlorés, également toxiques pour l’environnement.

Une déchloration passive des eaux de lavage est envisageable du fait de la volatilisation

naturelle du chlore. C’est pourquoi, la rétention des eaux chlorées dans un bassin ouvert

pendant plusieurs jours est souhaitable, de manière à ce qu’une partie du chlore résiduel

puisse s’évaporer. La déchloration passive est parfois suffisante pour réduire les

concentrations de chlore à un niveau acceptable. Une déchloration chimique est également

possible mais implique l’emploi de composés chimiques (sulfites ou dioxyde de soufre) et ne

sera donc pas envisagée comme alternative.

De plus, il est recommandé d’utiliser des quantités minimales de chlore, de façon à limiter les

quantités de chlore résiduel rejetées dans les eaux.

3.2. Valorisation des peaux de bananes

A la suite de l’étape de pelage du procédé de fabrication des chips de bananes séchées,

une quantité non négligeable de peaux est générée. En effet, pour un débit de bananes de 100

kg/h, un débit de 39 kg de peaux/h est produit. C’est la raison pour laquelle, une valorisation

de ces sous-produits est à mettre en place. Deux possibilités sont envisageables (Figure 6) : la

production d’eau-de-vie d’une part, et l’alimentation pour bétail d’autre part.

a. Fabrication d’eau de vie

La peau de banane étant riche en glucides avec une forte teneur en amidon, sa

transformation en eau-de-vie est ainsi possible. L’étape d’hydrolyse de l’amidon permet de

libérer les molécules de glucose afin qu’elles soient transformées en éthanol lors de la

fermentation. Avec 2 700 tonnes de peaux, il est possible d’obtenir 7 200 hectolitres d’eau-

de-vie à 45 °DG. Ainsi, avec un débit de peaux de 39 kg/h, il est possible d’obtenir 10,4 L

d’eau-de-vie.

Si les peaux de bananes sont issues d’une unité de transformation fabricant des chips

de bananes séchées comme c’est le cas de ce travail, il faudra inclure une étape de rinçage des

bananes avant le pelage pour nettoyer les peaux du chlore de l’eau de lavage.



b. Aliments pour bétail

Les peaux de bananes sont aussi utilisées comme aliments pour le bétail. La

production étant saisonnière, la disponibilité de ces peaux être assurée tout au long de l'année

par du séchage. La mauvaise qualité des pâturages limite fortement la productivité et la

croissance des taurillons dans les zones tropicales. La plante contient tous les nutriments

nécessaires à la croissance des ruminants. Son utilisation comme compléments alimentaires

dans les élevages bovins peut être une alternative commerciale intéressante, aussi bien pour

les éleveurs que pour les agriculteurs.

Figure 6 : Diagramme de valorisation des peaux de bananes

3.3. Stockage des eaux de refroidissement

Après l’étape de blanchiment, les tranches de bananes sont refroidies instantanément

grâce à de l’eau froide, qui ressort à une température de 40 °C. Compte tenu de l’importance

du débit d’eau utilisé (90 L/h), il serait dommage de rejeter cette eau, certes réchauffée mais

saine. Il faudrait donc prévoir un système de récupération de l’eau après refroidissement, de

manière à l’acheminer jusqu’à des containers pour son stockage. Ainsi, l’eau pourrait se

refroidir lentement, et servir à alimenter le système d’irrigation des parcelles de la société.

Peaux de bananes

Broyage

Pulpage

Hydrolyse de l’amidon

Fermentation

Distillation

Stockage

Conditionnement

Aliments secs ou frais pour bétail

Eau-de-vie



3.4. Recyclage de l’air de séchage

Dans une démarche d’économie d’énergie, il devient judicieux de s’intéresser au

fonctionnement de l’ensemble brûleur-séchoir à claies, schématisé en Figure 7.

Figure 7 : Schéma de l'ensemble brûleur-séchoir en boucle ouverte

La consommation énergétique ayant lieu au niveau du brûleur, l’objectif de cette

analyse est de réduire la puissance que celui-ci doit fournir au séchoir. Pour cela, la mise en

place d’une boucle de recyclage de l’air sortant a été envisagée. Cet air humide est

partiellement réintroduit en sortie du brûleur et se mélange ainsi à l’air sec qui s’en échappe,

comme le montre la représentation en Figure 8. Le débit d’air chaud et sec ṁ1 issu du brûleur

et le débit d’air humide recyclé ṁ2 sortant du séchoir vont alors générer le nouveau débit d’air

de séchage ṁ3.

Figure 8 : Schéma de l'ensemble brûleur-séchoir avec boucle de recyclage

SéchoirBrûleur

1 2

t/h5,9m

% 50HR

secair d' eau/kgd' kg 0,015 n

C 80 T

: 1En

secair

1

1a

1

% 25HR


C 60 T

: 2En

2

2a

2

% 70HR


C 25 T

: 0En

1

1a

1

0

SéchoirBrûleur

% 21HR


C 70 T

: 3En

3

3a

3

1

32

1m

2m

3m



Afin de déterminer le nombre de cycles qu’il est possible de réaliser en bouclant l’air

de séchage, il faut évaluer la valeur des paramètres du nouvel air de séchage (en 3),

notamment :

- Son humidité absolue na3, calculée en écrivant le bilan suivant :

1 a1 2 a2 3 a3

avec : ṁ3 ṁ1 ṁ2

- Sa température T3, déterminée en faisant l’hypothèse qu’il s’agit d’une température

moyenne :

T3=T1 T2

2

La faisabilité d’une première boucle de recyclage de l’air, schématisée en Figure 9, a

été analysé, en émettant l’hypothèse que la température de l’air de sortie (en 4) était de 40 °C

et que son Humidité Relative valait 45 %.

Figure 9 : Schématisation du premier cycle

L’ensemble des calculs nécessaires à la compréhension des interprétations qui vont

suivre a été réalisé sous la feuille de calculs Excel « Bilans matières et énergie », mais dont

les résultats pertinents sont présentés dans le Tableau 5 suivant.

Tableau 5 : Valeurs des paramètres des différents airs associés au premier cycle

Nature de l’air Indice T (°C) Humidité absolue na

(kgd’eau/kg d’air sec)

Humidité

Relative (%)

Puissance

(kW)

Ambiant 0 25 0,015 70 29

Chauffé 1 80 0,015 5 56

Sortant recyclé 2 60 0,0326 25 34

Chauffé/recyclé 3 70 0,0208 10 87

Sortant 4 40 0,0219 45 45

Pour montrer l’économie d’énergie qu’il serait possible de réaliser, il faut déterminer

la puissance que le brûleur doit fournir.

SéchoirBrûleur

1 3

2

40



Pour un recyclage de 50 % de l’air : Pbrûleur = 24,1 kW, soit une économie de 2,5 kW.

En termes de consommation en gasoil, cette nouvelle puissance permet donc une économie

de

Economie = P . 3600 . d

PCI= 0,189 L/h

avec P la puissance économisée (2,5 kW), d la densité du gasoil (0,8) et PCI le Pouvoir

Calorifique Inférieur du gasoil (38 000 kJ/kg) c’est-à-dire la quantité d’énergie fournie par 1

kg de gasoil.

Ainsi, l’économie de gasoil vaut approximativement 190 mL/h. Pour un séchage d’une durée

moyenne de 9 h, l’économie s’élève donc à 1,7 L au total. Sachant que le brûleur consomme 2

L/h (cf. partie 4.1.), soit 18 L pour 9 h de séchage, il est possible d’économiser 9,4 % de la

consommation normale du brûleur.



4. Choix des équipements

4.1. Séchoir à claies

Le séchage des tranches de bananes sera réalisé par de la convection forcée d’air

chaud et sec. Ce type de séchage peut être considéré comme continu puisque le séchoir est

sans cesse alimenté par une claie de tranches fraîches. Celle-ci va progresser graduellement

dans le séchoir, en contact avec un air de moins en moins humide, jusqu’à ce que les tranches

soient sèches (Figure 10).

Figure 10 : Fonctionnement du séchoir à claies

Ce type de séchoir est facile à mettre en œuvre et peu coûteux à installer, notamment

dans les pays du Sud. De plus, ce système est couramment utilisé pour le séchage des fruits

exotiques et permet d’obtenir des produits à faibles teneur et activité en eau pour une longue

conservation.

Ce séchoir fonctionne grâce à un air chaud et sec issu d’un brûleur dont la

consommation en gasoil vaut :

Consommation = P . 3600 . d

PCI= 2 L/h

Le séchoir consomme donc peu d’énergie : en effet, un débit de gasoil de 2 L/h suffit pour

sécher 42,7 kg de tranches de bananes par heure.

Claie de tranches

de bananes fraiches

Claie de

tranches séchées



La consommation énergétique massique (CEM) du séchoir a été calculée de la façon

suivante :

CEM = Puissance.3 600

Débit d'eau évaporée

= 3 206 kJ/kg d'eau

Il faut donc fournir une chaleur de 3 206 kJ au séchoir pour sécher 1 kg d’eau. La CEM

permettant de comparer des séchoirs, la valeur obtenue est plutôt cohérente puisqu’elle est

proche de l’intervalle correspondant aux séchoirs par entrainements, à savoir 3 300 - 6 500

kJ/kg d’eau, ce qui fait du séchoir à claies l’un des moins énergivores.

o Calcul de la surface totale à traiter par le séchoir

Sachant que le diamètre d’une tranche de banane est de 2,6 cm, la surface d’une face

circulaire vaut donc 5,3 cm². A raison de 10 tranches par banane, et pour une quantité de 769

bananes au total, la surface totale à sécher est donc de 422 405 cm² soit 44 m².

o Calcul de la surface réellement occupée

Etant donné que les tranches ont une surface circulaire, l’espace sur la claie ne sera pas

occupé en entier par celles-ci, comme le montre la Figure 11.

Figure 11 : Répartition des tranches de bananes sur la claie

C’est pourquoi, un taux d’occupation de l’espace a été calculé, en considérant que la

surface occupée par une tranche de diamètre D = 2,6 cm était assimilable à la surface d’un

carré de 2,6 cm de longueur (Figure 12) soit 6,76 cm².

Figure 12 : Occupation de l'espace de la claie

D = 2,6 cm

D =

2,6 cm

l = 2,6 cm

l= 2

,6 c

m



Le taux d’occupation est donc obtenu ainsi :

Taux d'occupation = Surface de la tranche

Surface carrée

La surface total réellement occupée est donc de 54 m² environ.

o Dimensions d’une claie et calcul des dimensions du séchoir

La claie choisie pour ce travail mesure 1,5 m de long sur 1 m de large, soit une surface

valant 1,5 m². Sachant que la surface totale est de 54 m², 36 claies sont donc nécessaires au

séchage de 100 kg de bananes fraîches/h. Deux colonnes contenant 18 claies chacune,

espacées de 10 cm, seront alimentées en tranches de bananes.

Figure 13 : Dimensions des 2 colonnes de claies

Les dimensions de l’espace interne du séchoir sont donc :

- Hauteur : 1,8 m,

- Longueur : 2 m,

- Profondeur : 1,5 m.

4.2. Blancheur

Les rondelles de bananes séchées sont blanchies dans un cylindre métallique

horizontal (Figure 14) qui contient de la vapeur à 120°C. L’alimentation des fruits se fait en

entrée et ils ressortent à l’autre extrémité de la machine à l’aide d’un tapis roulant. La

l = 1 m

H=

1,8

0 m

e = 10 cm

18 claies

Colonne 1 Colonne 2



combinaison du temps de rétention (3 minutes) et de la température de vapeur (120°C) assure

que chaque rondelle reçoit correctement le traitement thermique. Il s’agit d’un équipement en

continu alimenté en entrée par 42,7 kg de bananes en rondelles par heure. Ce blancheur est

également alimenté par une chaudière qui lui fournit 3,84 kg de vapeur par heure avec une

puissance de 2,51 kW.

Figure 14 : Photographie du blancheur à vapeur

4.3. Séchoir cylindre

Il est constitué de cylindres creux animés d'un lent mouvement de rotation qui sont chauffés

par l'intérieur grâce à un fluide caloporteur, ici de la vapeur à 120°C. La purée de banane

s'écoule entre les cylindres et est séchée au fur et à mesure de la rotation (Figure 15).

Figure 15 : Sécheur monocylindre pour flocons de bananes

Il s’agit d’un procédé en continu dont la durée est très rapide : 20s. La purée de banane est

donc séchée en moins d’un tour et le film sec formé est décroché grâce à un couteau racleur.

La chaudière de la société alimente le séchoir cylindre à raison de 12,1 kg de vapeur par heure

avec une puissance de 7,9 kW.



Conclusion

Pour conclure, le séchage de la banane dans les pays en voie de développement semble

être un procédé de fabrication semi-industriel très intéressant. En effet, au cours du process,

tous les différents constituants de la banane ont été utilisés. Le tronc, une fois ébouté, tranché

et séché a permis d’obtenir le produit principal les chips de banane tandis que les bouts après

broyage et séchage ont donné un produit intermédiaire, les flocons, utilisés en pâtisserie et

cosmétique biologique. Enfin, les peaux ont également été valorisées en eau de vie ou en

aliment pour bétail. Ainsi, la société ne possède pas de déchets issus directement de la matière

première.

De plus, la maitrise des utilités fondée sur les bilans matière et énergie est un élément

clef pour s’inscrire dans une démarche de génie des procédés durables. De ce fait, l’air de

séchage a été recyclé pour réduire la consommation en gasoil, l’eau de refroidissement au

blanchiment, stockée pour l’irrigation des plantations et l’eau de lavage retenue pour être

déchlorée passivement. Afin de produire 13,1 kg de chips et 5 kg de flocons par heure, à partir

de 100 kg de bananes fraîches, la société doit néanmoins posséder une chaudière d’une

puissance minimale de 10,4 kW et capable de fournir 16 kg de vapeur par heure. Elle doit

également être équipée d’un brûleur à gasoil capable d’alimenter le séchoir à claies à raison

de 1 680,3 kg d’air sec par heure.

Au vu de ces différents résultats, la production semi-industrielle de banane séchée en

zone tropicale peut donc être un procédé durable, qui permettrait aussi de minimiser les

impacts d’une faible demande estivale et de réaliser de la plus-value tout au long de l’année.



Bibliographie

Espiard E (2002). Introduction à la transformation industrielle des fruits. TEC&DOC, Paris,

360 p.

Jadé E (2000). Mise en place d’une unité de séchage de fruits tropicaux à Belize. Thèse de

Master of Science, Ensia Siarc, Montpellier, 74 p.

Cherramy I (1991). Séchage par entrainement – Application à la banane de Santa Marta

(Colombie). Thèse, Ensia Siarc, Montpellier, 61 p.

Cattin J-L (1993). Mise en place de critères de qualité pour le procédé de séchage de la

banane à la Samaria (Colombie). Mémoire de fin d’études, Ensia Siarc, Montpellier, 80 p.

Lassoudière A (2007). Le bananier et sa culture. Quae, Versailles, 384 p.

Hui Y (2007). Food Drying Science and Technology: Microbiology, Chemistry, Application.

DEStech publications, Lancaster, Etats-Unis, 792 p.



Table des illustrations

o Figures

Figure 1 : Banane de référence ................................................................................................... 3

Figure 2 : Dimensions d'une tranche de banane ......................................................................... 3

Figure 3 : Vitesses de détérioration en fonction de l'activité en eau .......................................... 4

Figure 4 : Diagramme de fabrication ......................................................................................... 7

Figure 5 : Schéma d'un séchoir cylindre .................................................................................... 9

Figure 6 : Diagramme de valorisation des peaux de bananes .................................................. 16

Figure 7 : Schéma de l'ensemble brûleur-séchoir en boucle ouverte ....................................... 17

Figure 8 : Schéma de l'ensemble brûleur-séchoir avec boucle de recyclage ........................... 17

Figure 9 : Schématisation du premier cycle ............................................................................. 18

Figure 10 : Fonctionnement du séchoir à claies ....................................................................... 20

Figure 11 : Répartition des tranches de bananes sur la claie .................................................... 21

Figure 12 : Occupation de l'espace de la claie ......................................................................... 21

Figure 13 : Dimensions des 2 colonnes de claies ..................................................................... 22

Figure 14 : Photographie du blancheur à vapeur ...................................................................... 23

Figure 15 : Sécheur monocylindre pour flocons de bananes.................................................... 23

o Tableaux

Tableau 1 : Répartitions chez Mayan King ................................................................................ 2

Tableau 2 : Caractéristiques de la banane de référence.............................................................. 3

Tableau 3 : Composition des bananes fraîche et séchées ........................................................... 4

Tableau 4 : Composition de la poudre de banane ...................................................................... 5

Tableau 5 : Valeurs des paramètres des différents airs associés au premier cycle .................. 18

Documents

« Analyse de la ligne de production de chips de bananes ... · 1.4. Durée de vie du produit. Au vu de l’activité de l’eau, respectivement , et , pour la banane séchée et