Brevet FR2030019A1 — publié le 19701030

La présente invention concerne un procédé et un dispisitif pour décortiquer des graines, des fruits, des pépins, etc... et pour morceler des corps solides poreux, notamment des produits végétaux. Le problème du decorticage se pose pour la fabrication des @uiles végétales extraites de graines ou de pépins tels que tournesol, raisin, noix, arachide etc... Gn le rencontre égale- ment pour le traitement du riz, du soja, du café, de la noix de cajou, etc. Le problème du décorticage consiste à extraire l'amande de son enveloppe protectrice appelée selon les cas gousse, cosse, écorce, peau, ou coquille. Jusqu'à ce jour, ce problème n'est pas résolu de façon satisfaisante. Le décorticage s'effectue généralement de façon mécanique et il occasionne alors des pertes très importantes en amande pouvant atteindre jusqu'à 50 %. Pour certaines amandes à coquilles dures telles que les noix et les pistaches, on sait obtenir un décorticage partiel en les soumettant à une pression extérieure. Cette opération est faite dans tous les cas en une seule fois et, généralement, en utilisant une pression de vapeur d1eau fuyant pour effet essentiellement de fragiliser la coquille. Elle pro sente l'inconvé- nient de chauffer notablement les produits.-De plus, cela ne permet pas dtobtenir une sparation complète de l'amande et de la coquille sans détériorer l'amande. La présente invention a aussi pour objet un procédé pour morceler des corps solides, poreux, notamment végétaux, en particulier pour le décorticage, le défibrage ou le délitage, dans lequel une variation de pression de fluide est exercée pour répondre mieux que par le passé aux divers desiderata de la pra- tique. Le procédé objet de l'invention pour le décorticage de corps solides poroux, et notamment de fruits, de graines ou de végétaux, est caractérisé en ce qu'on enferme les corps à décortiquer dans une enceinte capable de résistcr à la pression et à la dépression, cette enceinte étant alimentée en un fluide liquide et/ou gazeux dont on fuit varier la pression de façon cyclique suivant au minimum trois cycles, entre une valeur minima supérieure ou égale à ( 1) bar et une valeur maxima inférieure ou égale à 500 bars, alors qu'en fin d'opération on provoque brutalement à l'aide d'une varice a ouverture rapide, @ la chute de la pression dans l1enceinte. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, on effectue au moins une partie de la décompression avec un gradent de décompression supérieur ou gal à 20 bars par seconde. On constate quten agissant de la sorte, non seulement les coques ou enveloppes se désagrègent sous effet des contraintes de fatigue alternée, mais encore que cela permet la détection des graines ou des fruits endommagés, notamment véreux. En effet, la pénétration du fluide à travers la paroi de l'enveloppe s'effectue éventuellement par diffusion. Cette dif- fusion est fonction de la nature du fluide utilisé (par exemple un gaz), de la coquille (écorce, coquille ou peau cellulosique) de la température, etc... Pendant cette phase de compression, le fluide diffuse à travers la coquille avec une certaine perte de charge. Par contre, la diffusion s'effectue en sens inverse au moment de la décompression. On comprend qu'une graine, une amande, ou un pépin comportant un trou, par exemple correspond dant au passage d'un ver ou dJun charançon, ne sera pas décors tiquée car l'équilibre des pressions interne et externe agissant sur sa coque est constamment réalisé entre l'intérieur et l'extérieur. Le procédé permet donc de sélectionner les amandes ou graines véreuses.Ceci est très important par exemple dans le cas des arachides En effet, lorsqu'une coque d'arachide est percée ou fendue, l'humidité y pénètre et développe des moisissures qui contiennent des toxines cancérigènes. L'expérience montre qutil suffit d'un arachide avarié dans 10 kilos dtarachi- des, pour que l'huile fabriquée à partir de ces produits contienne une teneur en toxines qui dépasse le seuil medicalement ad- missible. Le procédé selon l'invention permettant d'éliminer à coup sûr ces arachides avariés en ne les décortiquant pas, fournit donc un avantage important. Suivant une autre caractéristique de l'invention, on utIlise comme fluide un gaz dont la vitesse de diffusion a' tr-avers les parois des coques ou coquilles est au moins égale à celle de l'air. Ce gaz peut être par exemple de l'air, du 00a ou de l'hélium. Enfin, on dispose l'installation pour que les graines circulent par simple gravité, notatsment lorsqu'on les évacue après ouverture d'une vanne à gros débit et à ouverture rapide provoquant la décompression. Dans tous les cas, on voit que le phénomene soumet les coques à des efforts cycliques et les désagrège par fatigue altier née. Une installation de décorticage selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle utilise une enceinte munie de deux orifices d'entrée et de sortie pour permettre aux graines de circuler par gravité, l'arrivée des graines se trouvant dans la partie supérieure et la sortie à la partie inférieure, tandis que des dispositifs étanches à la pression et à ouverture rapide permettent d'obturer à volonté les orifices d'entrée et de sortie.Un dispositif de retenue des graines, constitué préféra- blement par une grille est prévu pour éviter l'expulsion des produits hors de l'enceinte et pour faciliter le drainage du fluide au moment de la détente Enfin, on peut prévoir plusieurs enceintes de@ce type, disposées à la suite les unes des autres, c'est-à-dire que les grai- nes sortant de la première sont admises dans la seconde et ainsi de suite. Cette disposition se prete à un fonctionnement continu, où les produits sont soumis à des cycles de pression et de décompression qui varient dans le temps, c'est-à-dire d'une enceinte à l'autre. Les dessins annexés, donné à titre d'exemple non limitatif, permettront de mieux comprendre les caractéristiques de l'inven- tion. Fig. 1 est un diagramme illustrant la variation de la pression extérieure et de la pression intérieure d'un fruit ou d'une graine au cours d'un cycle de décorticage selon l'inven- tion. Fig. 2 illustre la variation correspondante des contrait tes de compression et d'éclatement en un point quelconque de l'enveloppe d fruit ou Le la graine. Fig. 3 est un diagramme illustrant le cas particulier où les cycles de variation de ression sont rapides, auquel cas la pression interne des graines varie peu. Fig. 4 montre la variation correspondante des contraintes dans la coque, ces contraintes conservant pratiquement un signe constant. Fig. 5 montre une autre variante où la pression extérieure est maintenue un temps relativement long dans ch chaque cercle. Fig. 6 illustre la variation correspondante des contraintes dans la coque d'une graine. Fig. 7 illustre un mode de réalisation possible d'une machine pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Fig. 8 est un diagramme illustrant la variation correspondante des pressions intérieure et extérieure. Fig. 9 montre la variation correspondante des contraintes dans une coque0 Fig. 10 illustre une autre variante de réalisation possible, fonctionnant par explosion. Fig. ll représente une variante de réalisation supplémentai- re Fig. 12 montre. une variante à distribution par distributeur tournant. Fig, 13 représente une variante où deux enceintes sont montées en série. Fige 14 représente une variante supplémentaire fonctionnant par explosion. Les coques des graines telles que le café, le riz, le soja, le tournesol, le noix de cajou, les noisettes -etc... sont plus ou moins perméables et/ou plus ou moins poreuses. De ce fait, des échanges gazeux sont possibles entre le milieu ambiant et le milieu interne (espace entre coque et amande) Si lton place des graines dans un récipient rempli dtun gaz où, à l'instant t , la pression est portée brusquement de la pression atmosphérique à une pression supérieure à la pression atmosphérique, dès cet instant le gaz du récipient va diffuser à travers la coque et la pression interne Pi sous la coque va croître et tendre asymptotiquement vers la pression P comme le -montre le diagramme de la fig. l. Lorsque l'équilibre des pressions Pi et P est pratiquement atteint, à l'instant t par exemple, si lton détend brusquement le gaz du récipient à la pression atmosphérique, le gaz occlus entre la coque et l'amande va s'échapper par diffusion à travers La coque et La pression Pi va décroître et tendre asymptotiquement vers la pression atmosphérique (voir fig. 1). A chaque instant les sollicitations do la coque par la pression externe Pe sont proportionnelles a la différence entre la valeur do cette dernière et la valeur de la pression interne Pi. Donc, au cours du-eycle de variation de pression décrit @ar 12 fig. 1, la contrainte en chaque point de la coque, nulle avant l'nstant t0 (en faisant abstraction des contraintes in- ternes), atteint une valeur extrême # puis décroît asymptotiquement vers zéro, comme la différence (Pe-Pi) ; à l'instant t elle prend la valeur extrême (- t) et tend ensuite asymptotique- ment vers zéro comme lu différence (Pi-Pe). Ces variatione de contrainte sont illustrées par la fig. 2. Au cas où les cycles de variation de pression entre, par exemple, la pression atmosphérique et la pression P sont rapides, la pression interne varie très peu et, dans ce cas, les contrainte s dans la coque conservent pratiquement un signe constant comme le montrent les fig. 3 et 4. Le procédé permet donc la séparation des graines véreuses du fait qu'elles ne sont pas décortiquées. Il s'agit là d'un avantage très important dans certains cas (les arachides véreux ou endommagés renfermant une toxine cancérigène : l'aflatoxine). Des perfectionnements selon l'invention consistent en l'application de cycles de pression entre une pression minima p et une pression maxima P, ces cycles étant caractérises - par des teps de maintien au voisinage de la pression P et de la pression p dont la durée pour chaque graine dépend du volume d'air occlus entre la coque et l'amande et de la perméabilité et/ou de la porosité de la coque - par des gradients de variation de pression d'autant plus élevés que les coques des graines à traiter sont plus perméables etZou plus poreuses ;; - par un temps de maintien relativement long à une pression supérieure à la pression , dans un gaz approprié, choisi pour sa grande diffusibilité à travers la coque de façon à porter la pression interne à une valeur convenable avant ltap- plication des cycles de pression ; le maintien peut être effectue en dehors de l'appareil appliquant les variations cycliques de pression ; parmi les gaz n grande diffusibilité, on peut citer le gaz carbonique, ou l'hélium. La présente invention a également pour objet des disDosi- tifs destinés à la mise en oeuvre de ce procédé, Dans une première forme d'exécution, selon la fig. 7, un compresseur 20 débite directement dans une enceinte 21 adaptée a recevoir les graines (om peut aussi avoir plusieurs enceintes alimentées successivement par le même compressaur). Cette enceinte comporte un dispositif de mise rapide 22 à la pression atmosphérique tin manostat 23 stoppe le compresseur lorsque la pression convenable est atteinte. Le diagramme des pressions s'établit selon la fig. 8 et celui des contraintes dans la coque selon la fig. 9. Dans un tel montage, la inontée en pression dans l'enceinte est plus ou oins rapide selon le débit du compresseur, ce qui a pour effet d'atténuer la contrainte due à la compression sur la coque. Dans ce cas, la rupture intervient essentiellement par les contraintes cycliques engendrées au moment des détentes successives Une autre forme d'exécution est représentée par la fig. 10. Dans ce montage, l'enceinte 29, adaptée à recevoir les graines et munie d'une vanne de vidange rapide 30, est mise sous une pression P d'air. Par un canal 31, on injecte alors un gaz destiné à former un mélange détonnant dans ladite enceinte. L'explosion est déclenchée, par exemple, par une étincelle électrique jaillissant entre deux électrodes 32 ce qui provoque une brusque élévation du niveau de pression dans l'enceinte engendrant par le fait une contrainte importante dans la coque. La détente est produite par l'ouverture de la vanne 30. On reproduit ici encore, les cycles des fig 5 et 6. En outre, l'efficacité est accrue par le phénomène de fragi- lisation des coques provenant du front de chaleur qui se dégage au moment de l'explosion. Un aménagement aux montages ei-dessus est illustré par la fig. île L'enceinte 33 contenant les graines est munie d'un dispositif destiné à retenir ces dernières lors de la détente rapide A cet effet, une grille 34 à mailles plus ou moins fines selon la nature des graines, est intercale entre la masse des graines å décortiquer et ltorifice d'échappement 35. Cette grille pourra entre amovible ou fixée à demaure a l'enceinte. Le dispositif peut comprendre, selon la fig. 12 une source de pression 60, une enceinte 61 apte à recevoir les graines et un dispositif de z;-ise rapide à l'atmosphère 6z. L'enceinte est munie en outre - de deux orifices d'entrée et de sortie des graines permettant a ces dernières de circuler par gravité, l'arrivée des graines se trouvant à la partie sWricure et la sortie à la partie inférieure. Les orifices sont obturés à volonté par des dispositifs 63 de types connus (à tiroir ; ou à barillet etc...) étanches à la pression maximum d'utilisation de l'appareil. Cette enceinte comporte en outre un indicateur de niveau 64. Le signal émis par ce dernier permet l'obturation de l'ori- fice d'entrée des graines lorsque le twux de remplissage convenable est atteinte Un manostat 65 permet de stopper le débit de gaz sous pression lorsque la pression d'utilisation est établie. Un dispositif 66 de retenue des graines est prévu pour éviter leur expulsion hors de l'enceinte et pour faciliter le drainage de l'air au moment de la détente. Il peut stagir là d'une grille à mailles plus ou moins serrées selon la nature des graines. Le cycle de travail suivant peut Aetre réalisé manuellement ou automatiquement par un programmateur - remplissage - fermeture de l'arrivée des graines - mise en route de la source de pression 60 jusqu'à atteindre la pression voulue - maintien en pression - détente - évacuation des graines. Le dispositif peut être réalisé sous une autre forme représentée par la fig. 13. L'enceinte 67 est maintenue en permanence à la pression convenable par une source 68 qui peut être équipée d'une régulation de pression. Les graines arrivent à la partie supérieure par l'intermédiaire d'un barillet tournant 69, étanche au gaz sous pression contenu dans la cuve. A la partie inférieure un second barillet tournant 70 analogue au premier entraîne vers l'ouverture une certaine quantité de graines emprisonnées entre les palettes de volume de graines se trouve soudain mis à la pression atmosphérique (détente) et est en même temps évacué. Le maintien en pression se fait durant un temps égal au telsgs mis par les graines pour traverser le système. Il est donc réglable à volonté par la vitesse de rotation des barillets. Les graines peuvent repasser un certain nombre de fois ou passer dans un appareil analogue placé à la suite du pre- mier pour subir des cycles répétés La fig; 14 montre une autre façon de créer la pression à l'intérieur de l'enceinte. Cette enceinte peut être analogue à celle de la fig. 12, mais comporter en outre un canal 71 dSar- rivée de gaz combustible et deux électrodes 72. Après avoir établi une pression d'air donnée au moyen d'un dispositif ap proprié, on injecte une certaine quantité de gaz combustible en vue de réaliser un mélange détonant. $'explosion est déclenchée par exemple par une étincelle électrique jaillissant entre les deux électrodes 72. L'ouverture du dispositif de détente permet l'évacuation des produits de combustion. Le cycle comporte en outre l'entrée et l'évacuation des graines. il se reproduit autant de fois que prévu. REVENDICATIONS 1- Procédé pour le décorticage de corps solides poreux, notamment végétaux, tels que des frUits, des graines ou des gous- ses, caractérisé en ce qu'on enferme les corps à décortiquer dans une enceinte capable de résister à la pression etfou à la dépression, cette enceinte étant alimentée en un fluide liquide ct/ou gazeux dent on fait varier la pression de façon cyclique suivant cu minimum trois cycles, entre une valeur minirna supérieure ou égale à @ 1) bar et une valeur maxima inférieure ou égale à 500 bars, alors qu'en fin d'opération on provoque bruta le-ient à l'aide d'une vanne a ouverture rapide et à gros débit, la chute de la pression dans l'enceinte à la pression atmosphérique. 2- Procédé de décorticage suivant la revendication l, caractérisé en ce qu'on effectue au moins une partie de la dé- compression avec un gradient de décompression supérieur ou égal à 20 bars par seconde. 3- Procedé de décorticage suivant les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la phase de compression de chaque cycle dans l'enceinte est réalisée en mettant cette enceinte en com- munication avec toute source capable de débiter un gaz sous la pression désirée, et en ce que la phase de décompression de chaque cycle de pression est réalisée en mettant plus ou moins l'enceinte en communication avec l'atmosphère au moyen d'une vanne et en ce que le passage de la phase de compression à la phase de décompression et vice versa, se fasse avec une temporisation fonction de la nature dt: produit a traiter. 4@ Procédé de décorticage suivant la revendication 3, caractérisé en ce C?ue la phase de compression est réalisée en deux temps ; dans un premier temps, l'enceinte est mise simultané Ment ou succes@ivement, en communication avec, d'une part une source de gaz comburant, d'autre part une@source de gaz combustible de façon à réaliser dans l'enceinte un mélange gazaux détonent ; dans un deuxième temps après avoir isolé les deux sources de gaz, ce mélange détenant est enflammé pour obtenir une montée de pression avec un gredient supérieur à 100 bars par seconde. 5- Procédé de décorticage suivant l'une quelconque des revendications 1 a 4, caractérisé en ce qu'on l'utilise en outre pour sélectionner les produits véreux, avariés, ou dont la coque est endommagée. 6- Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'on l'utilise pour séparer d'un lot d'arachides, les arachides contenant des toxines cancérigènes; 7- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on assure la pénétration du fluide par diffusion à travers l'épaisseur de l'enveloppe, coque ou analogue, préalablement à l'application des cycles de pression, et éventuelle;nent hors de l'appareil prévu pour l'application-de ces cycles de pression. 8- Procédé de décorticage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caract-érisé en ce qu'on utilise comme fluide un gaz dont la vitesse de diffusion à travers les parois des coques ou coquilles est au moins égale à celle de l'air, ce gaz étant constitué par exemple par de l'air, du C02 ou de l'hélium. 9- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on fait circuler les graines par simple gravité, notamment lorsqu'on les évacue après ouverture drune vanne à gros débit et à ouverture rapide provoquant la décompression. lO- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on provoque la désintégration des coques, enveloppes ou analogue par fatigue alternée engenw drée par l'application des forces cycliques de pression alternée ll- Installation de décorticage pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle comprend une enceinte nlunie de deux orifices d'entrée et de sortie superposés pour permettre aux graines de circuler par gravité, l'arrivée des graines se trouvant dans la partie supérieure et la sortie à la partie inférieure, tandis que des dispositifs étanches à la pression et à ouverture rapide permettant d'obturer a volonté les orifices d'entrée et de sortie. 12- Installation de décorticage suivant la revendication 11, caractérisée en ce quelle comprend en outre un dispositif de retenue des graines, constitué par une grille qui évite l'expul- sion des produits hors ue l'enceinte tout en facilitant le drai nage du fluide au moment de la détente. 13- Installation de décorticage suivant la revendication 11, caractérisée en ce qutelle comprend plusieurs enceintes du type précité, disposées à la suite les unes des autres, c'est à-dire que les produits sortant de la première sont admis dans la seconde et ainsi de suite. 14- Installation de décorticage suivant la revendication 11, caractérisee en ce que les dispositifs étanches et à ouverture rapide d'entrée et de sortie sont constitués par des vannes à barillet rotatif dont la vitesse de rotation est réglable. 15- Installation de décorticage suivant la revendication 11, caractérisée en ce que les dispositifs étanches et à ouverture rapide d'entrée et de sortie sont constitués par des tiroirs à mouvement alternatif. 16- Installation de décorticage suivant l1une quelconque des revendications ll à 15, caractérisée en ce que la mise sous pression est obtenue par explosion d'un mélange gazeux à ltin- térieur de enceinte renfermant les produits à décortiquer. 17- Installation de décorticage suivant la revendication 16, caractérisée en ce que l'enceinte comporte des moyens de refroidissement en eux-memes connus tels que des ailettes ou une double paroi avec circulation d'un fluide réfrigérant.