Dans les dernières décennies, plusieurs technologies ont été développées afin de sécuriser l’entreposage des grains. Sonde, câble, radar, détecteur de gaz et plus encore. Comme dans toute chose, les solutions technologiques ont leurs avantages et aussi leurs limites.
Souvent je dis aux gens: “Ce n’est pas parce qu’on vous donne un bistouri que vous êtes chirurgien pour autant. La connaissance d’abord, les outils ensuite!” Pourquoi? Parce que certaines technologies ont leurs limites, comme les systèmes de monitoring par câble, et que si vous n’êtes pas vigilants, vous pourriez très bien avoir des problèmes d’entreposage.
De plus en plus présents sur le marché, les câbles de monitorage pour silo à grains prennent place. Cette technologie permet notamment de mesurer la température du grain, estimer son humidité et approximer la quantité de grain en inventaire.
Dans cet article, nous présenterons les propriétés physiques du maïs, ses avantages et des enjeux qui vous attendent si vous n’y prêtez pas attention.
Vous prévoyez adopter une technologie de monitoring pour suivre vos silos d’entreposage? Nous vous en présenterons deux. Dans un premier temps, les câbles de température et dans un deuxième temps les sondes CO2.
Finalement, nous présenterons une méthode de travail à mettre en place afin d’éviter des problèmes d’entreposage.
Nous souhaitons qu’après avoir lu cet article, vous serez mieux outillés pour réussir votre entreposage, année après année.
Mais tout d’abord, un peu de science!
Qu’est-ce que la conductivité thermique?
La conductibilité thermique (ou conductivité thermique) est une propriété physique d'un matériau qui décrit sa capacité à transférer la chaleur. Elle est représentée par la lettre λ (lambda) et s'exprime en W/(m·K) (watts par mètre-kelvin).
Quelle est la conductibilité thermique du maïs?
La conductivité thermique du maïs grain est relativement faible, ce qui en fait un bon isolant thermique. Cette propriété est importante à considérer pendant l’entreposage, car cela limite la dispersion de la chaleur dans la masse de grains.
Valeurs approximatives de conductivité thermique (λ) du maïs en watts par mètre-kelvin (W/(m·K)) :
• Maïs sec (12-15 % d'humidité) : environ 0,12 à 0,15 W/(m·K)
• Maïs humide (30-35 % d'humidité) : environ 0,18 à 0,25 W/(m·K)
En comparaison avec d’autres produits :
Produit | Conductivité thermique (λ) en W/(m·K) |
Air | 0,024 W/(m·K) (Très bon isolant thermique) |
Laine minérale | 0,03 – 0,04 W/(m·K) |
Bois | 0,12 – 0,20 W/(m·K) (Varie selon le type de bois et son humidité) |
Plastique | 0,1 – 0,5 W/(m·K) (Varie selon le type de plastique) |
Eau | 0,6 W/(m·K) |
Béton | 1,2 - 2,5 W/(m·K) |
Acier galvanisé | 50 W/(m·K) |
Aluminium | 205 – 237 W/(m·K) (Très bon conducteur thermique) |
Points négatifs à considérer :
• Pendant l’entreposage, la faible dissipation de chaleur limite la capacité du suivi de la température de la masse de grain.
• La faible dissipation de chaleur limite également la diffusion des points chauds et favorise un emballement thermique localisé.
Point positif à considérer :
• Lorsque le grain est sec et tempéré correctement, la capacité isolante du maïs permet de protéger la masse de grain pendant les périodes chaudes de l’été.
Qu'est-ce qu'un facteur isolant de R1
Le facteur isolant R1 fait référence à la résistance thermique (R) d'un matériau exprimée en m²·K/W (mètre carré-kelvin par watt).
Définition de la résistance thermique (R)
La résistance thermique est une mesure de la capacité d'un matériau à ralentir le transfert de chaleur. Elle est calculée par la formule :
Où :
• R = résistance thermique (m²·K/W)
• e = épaisseur du matériau (en mètre)
• λ = conductivité thermique du matériau (W/(m·K))
Que signifie "R1" ?
• "R1" signifie que le matériau a une résistance thermique de 1 m²·K/W.
• Plus la valeur de R est élevée, plus le matériau est un bon isolant thermique.
• Une valeur de R1 est modérément isolante ; par exemple, une plaque de laine minérale de 4 cm d'épaisseur avec une conductivité thermique de 0,04 W/(m·K) aurait environ R = 1 m²·K/W.
Exemples de résistances thermiques :
Matériau | Épaisseur (e) | Conductivité thermique (λ) | Résistance thermique (R) |
Laine minérale | 4 cm | 0,04 W/(m·K) | R = 1 m²·K/W |
Polystyrène expansé | 3 cm | 0,03 W/(m·K) | R = 1 m²·K/W |
Maïs | 15 cm | 0,15 W/(m·K) | R = 1 m²·K/W |
Maïs | 91,44 cm | 0,15 W/(m·K) | R = 6 m²·K/W |
Béton | 175 cm | 1,75 W/(m·K) | R ≈ 1 m²·K/W |
En comparaison avec les différents matériaux couramment utilisés en construction pour l’isolation des bâtiments, le grain est un bon isolant thermique.
Combien de temps faut-il pour propager de la chaleur dans 3 pieds de grain?
Le temps nécessaire pour propager la chaleur à travers un lit de maïs grain peut être estimé en utilisant la diffusivité thermique (α) et l'équation de la diffusion thermique.
1. Calcul de la diffusivité thermique (α)
La diffusivité thermique est définie comme :
où :
• α = diffusivité thermique (m²/s)
• λ = conductivité thermique = 0,15 W/(m·K)
• ρ = densité apparente = 680 kg/m³
• Cp = capacité thermique massique = 1,35 kJ/(kg·K) = 1350 J/(kg·K)
2. Temps caractéristique de propagation de la chaleur
Le temps pour que la chaleur se propage et soit perceptible sur une distance L de 3 pieds (0,9144 m) est donné par :
où :
• t = temps de diffusion thermique (s)
• L = profondeur du grain de maïs = 0,9144 m
• α = diffusivité thermique calculée précédemment
En résumé :
Il faudrait environ 59 jours (soit 5 117 099 secondes) pour que la chaleur se propage sur 3 pieds (0,9144 mètre) de maïs à 14,5% d’humidité par conduction pure. Toutefois, en stockage réel, la convection de l’air et l’humidité accélèrent considérablement ce processus, surtout si un ventilateur est utilisé pour le séchage ou l’aération.
Expérience du CÉROM et observation du transfert de chaleur
En 1997, le Centre de recherche sur les grains (CÉROM) à publié dans le bulletin technique “La conservation des silos de grains sans ventilation de réchauffement printanier” dans lequel on peut remarquer le facteur isolant du grain.
On peut voir qu’il faut près de 3 semaines pour que la chaleur extérieure traverse 30 cm (1 pied) de grains et augmente la température de 10 degrés Celsius. On voit également qu’à 2,5 mètres (soit 8 pieds) la température est demeurée la même du mois d’avril au mois de juillet (soit 3 mois).
Les limites de la technologie par câble
Tel que présenté en introduction, tout outil technologique à ses avantages et ses inconvénients. Avant d’adopter une telle solution, il faut bien comprendre comment se comporte le grain entreposé pour savoir comment l’utiliser tout comme de connaître les limites de celle-ci, car vous pourriez avoir de biens mauvaises surprises.
Les technologies de suivi de silo par câble sont utiles pour faire :
• Le suivi du front de refroidissement
• L’estimation de l’humidité du grain entreposé
• L’estimation votre inventaire
Mais, elles ont leurs limites car :
• la couverture de surveillance est limitée et localisée
• Temps de réaction lente
• elles sont sujettes aux bris
Le suivi du front de refroidissement
Lorsque vous refroidissez votre grain, un front de refroidissement se propage graduellement vers le haut. Les câbles vous permettront de voir la progression du refroidissement. Une fois que l’ensemble de la masse sera refroidit, l'air à la sortie des prises d'air de votre silo sera froid.
IMAGE (silo avec sonde et front de refroidissement)
Pour estimer le temps de refroidissement de votre silo, vous pouvez également le faire à l’aide de la formule suivante :
Temps de refroidissement d’un silo = 15 / débit unitaire [CFM/BU]
Utilisez le calculateur en ligne de l’Université du Minnesota pour déterminer votre débit unitaire [CFM/BU]
Estimation de l’humidité du grain entreposé
Contrairement à ce que vous pourriez penser, les câbles ne mesurent pas l’humidité du grain, mais font une estimation de celle-ci. En utilisant le principe d’équilibre entre l’humidité de l’air et du grain (grâce aux fameuses chartes d’équilibre), les câbles sont en mesure de vous donner un aperçu sur l’humidité de votre grain. En mesurant l’humidité de l’air, qui est en équilibre avec l’humidité du grain, les systèmes de suivi par câble vous permettent d’estimer l’humidité de votre grain.
En règle générale, les estimations sont relativement fidèles et permettent un bon contrôle de l’humidité de votre grain. Rappelez-vous que vous aurez besoin d’un bon testeur d’humidité pour avoir une mesure plus précise et plus officielle avant de vendre votre grain.
ATTENTION! Pendant que vous ventilez, l’air n’est plus en équilibre. Vous devrez attendre quelques heures, voire quelques jours pour avoir à nouveau une nouvelle lecture fiable de l’humidité de votre grain.
Estimation de votre inventaire
Parce que le grain est isolant, il y aura une différence de température entre la masse de grain et l’air au-dessus de votre plénum. En utilisant ce principe, vous pourrez avoir une idée approximative de votre inventaire. Bien que cette estimation ne soit pas très précise (5% à 10% de la capacité du silo), vous pourrez avoir une idée d'où vous êtes rendu dans vos inventaires.
Couverture de surveillance limitée et localisée
En raison de la faible conductivité du grain, on peut s’attendre à une couverture de détection moyennement rapide sur environ 2% à 5% du volume de grain, seulement. Pour augmenter la couverture, il n’y a pas d’autre option que d’ajouter des câbles, ce qui, bien entendu, fait grimper le coût d’investissement de façon considérable.
Malheureusement, le câble ne mesure pas sur toute sa longueur, car on retrouve seulement une sonde à tous les 3 pieds.
Temps de réaction lente
Parce que la distance entre les câbles est relativement grande (10 à 16 pieds), un problème situé à mi-chemin entre deux câbles peut prendre plusieurs semaines avant d’être détecté, voire plusieurs mois.
MISE EN GARDE Beaucoup de gens pensent que le fait d’installer un système de ventilation automatisé, avec un système de monitoring par câble “sécurise à 100% leur entreposage”. C’est pourtant tout à fait faux! Ne pas ventiler suffisamment, ne pas inspecter vos silos et ne pas suivre votre système vous expose à un risque de perte. En d’autres mots, c’est comme si vous n’aviez rien fait.
Sujet aux bris
La traction exercée par le grain sur les câbles lors de la vidange de votre silo est particulièrement intense. Avec le temps, une fatigue s’installe sur ceux-ci et un jour ou l’autre, une maintenance sera requise.
Tous les silos ne sont pas faits pour supporter une telle traction. Dans les faits, le toit de votre silo subi une force intense et si votre silo n’est pas suffisamment solide, il pourrait s'effondrer. C’est un pensez-y bien.
Sécurisez votre entreposage avec le suivi du CO2
Toute activité biologique dégage du gaz carbonique(CO2). Quand votre grain essaie de germer, il consume son amidon, dégage de l'énergie, de l'humidité et du CO2. Il s'agit du même processus quand votre grain fermente ou chauffe.
Lorsque l'air circule dans votre silo, il transporte le CO2 vers l'extérieur. Ainsi, l'air permet au capteur des sondes CO2 de détecter toute concentration anormale de dioxyde de carbone et de prendre action rapidement. Agir tôt permet de protéger vos revenus.
Méthodologie de travail pour éviter les problèmes d’entreposage
La ventilation. Et oui, la ventilation. Cette tâche, sous-estimée, négligée, mal aimée, dénigrée, bref nous continuerons à vous en parler pendant des semaines, et ce, jusqu’à ce que vous soyez tanné, irrité, écoeuré. Soyez conscients que cette action régulière est en fait la baguette magique, la clé de votre succès.
Ce n’est pas sexy, oui c’est chiant, et oui vous avez 1 million d’autres choses à faire, mais prendre le temps de poser cette action au quotidien :
• Uniformise l’humidité de votre grain
• Maintient la température de votre grain à un niveau sécuritaire
• Et améliore la qualité générale de votre grain.
Vous n'avez pas le temps? Vous avez 500 000$ en inventaire dans 1 silo, et ça ne vous inquiète pas? N’oubliez jamais que votre grain est vivant et qu’au printemps, ça ne prend que quelques jours et un peu de chaleur pour faire germer votre grain.
Étape #1 - Remplissage et retrait du coeur de silo
Normalement, le monde sort le centre de leur silo (Coeur de silo) 4 semaines ou plus après le remplissage de leur silo. MAUVAISE IDÉE! C’est peut-être déjà trop tard! Faites le dès que possible.
Étape #2 - Refroidir la masse de grains
Vous venez de mettre votre grain dans votre silo? Ventilez sans arrêt, beau temps mauvais temps pour sortir la chaleur de votre grain.
Étape #3 - Ventilez en suivant les courbes d’équilibre des grains
Ces fameuses chartes sont vos meilleures amies. Elles vous aideront à uniformiser l’humidité de votre grain tout en évitant de l’assécher et de le humidifier.
Vous ne les avez pas? Contactez-nous et nous vous les donnerons gratuitement!
Étape #4 - Ventilez, ventilez, ventilez
En gros, vous allez :
• Refroidir votre grain dès la mise en silo (80-100 heures)
Ou refroidir pendant le séchage (environ 240 heures)
• Refroidir votre silo par palier à l’automne (3x 80-100 heures)
• Réchauffer votre silo par palier au printemps (3x 80-100 heures)
• Faire une ventilation d’entretien (30 jours à 10 heures)
Économisez de l’énergie? Bin non! Un ventilateur de 15 hp coûte environ 1,30$/heure. Donc refroidir un silo de 2000 tonnes métrique coûte entre 100 et 130$.
Si votre maïs vaut 250$/Tm, est-ce que ça vaut la peine d’économiser 130$ et de mettre 500 000$ de grains à risque? Pas vraiment! Si vous faites l’exercice 10 fois dans l’année, 1300$ sur 500 000$ c’est encore très bas. Et pourtant, c’est beaucoup d’heures de ventilation!
En résumé, dépenser entre 0,7$ et 1,0$/Tm en électricité, c’est un investissement sur la santé financière de votre entreprise. Rien d’autre.
Conclusion
Penser qu’un système par câble “va vous dire quand vous allez avoir un problème d’entreposage” c’est s’exposer à un risque, car comme nous l’avons vu, le grain est isolant et empêche la propagation naturelle de la température.
Toutefois, une ventilation régulière fera toute la différence, car elle contribuera à la fois à uniformiser l’humidité de vos grains, et à retirer les poches d’humidité qui pourraient créer un problème d’entreposage. Elle vous permettra également de contrôler la température de vos grains et de sécuriser votre entreposage.
Au final, si vous deviez retenir 1 chose, c’est :
Ventilation = Sécurité
Blogue complémentaire: agrilog - Votre silo est-il bien monté? Quoi surveiller