Pr�c�dente - Suivante
Table des mati�res
- Pr�c�dente - Suivante
Etude pr�alable � la conception d'un �quipement d'extraction d'amidon de Canna edulis en Colombie.
Introduction
M�thodologie
de l'�tude
La
production d'amidon
�tude �conomique et organisationnelle de la
transformation
Analyse fonctionnelle de besoin des unit�s de
transformation
Conclusion
Bibliographie
R�sum�
St�phane Degr�s, Martin Moreno Santander, Dominique Dufour, Hugo Garcia Bernal
Canna edulis ou Canna indica est connu dans les pays anglophones sous le nom de Queensland arrowroot, dans les pays francophones balisier ou canna et en Colombie achira Cette plante est cultiv�e principalement pour son rhizome riche en amidon, mais aussi dans de nombreux pays d'Am�rique latine pour ses feuilles qui sont utilis�es en zone rurale pour l'emballage des aliments et p�tes de fruits (Chaparro et Cortes, 1978).
L'amidon de Canna edulis est tr�s recherch�e en Colombie pour ses propri�t�s fonctionnelles sp�cifiques qui sont mises � profit pour le d�veloppement de biscuits appel�s �achiras�. La teneur �lev�e de son amidon en amylase (37%) lui conf�re une tendance � la r�trogradation apr�s cuisson. De ce fait, les �achiras� sont de texture extr�mement croquante apr�s cuisson, faisant ainsi la sp�cificit� du produit vis � vis des autres biscuits � partir de bl�, mais ou de manioc. Les �achiras� sont extr�mement stables, ne r�absorbent pas d'eau et conservent leurs propri�t�s fonctionnelles pendant leur stockage (de 1 � 2 mois) m�me dans des atmosph�res humides et chaudes rencontr�es en Colombie (Ruales et al, 1995).
Au Vietnam et dans le Sud de la Chine, les propri�t�s fonctionnelles de cet amidon sont mises � profit pour la fabrication de p�tes alimentaires de grande consommation. Ces p�tes pr�sentent une grande flexibilit� et sont tr�s r�sistantes � la rupture. De plus, du fait de la tr�s forte r�trogradation de l'amidon, elles sont extr�mement stables � la cuisson et peuvent �tre cuites pendant de nombreuses heures sans que leur texture soit affect�e (Dufour, 1996).
En Colombie, l'amidon de Canna edulis pr�sente un grand potentiel pour le d�veloppement de nouveaux produits mais sa production est limit�e du fait de la grande p�nibilit� de son proc�d� d'extraction.
Cet article pr�sente l'�tudes pr�alable � la conception d'un �quipement d'extraction d'amidon � partir de Canna edulis. Concevoir, c'est r�pondre � un besoin r�sultant d'une ou plusieurs insatisfactions qui peuvent �tre dues � des dysfonctionnements d'ordre �conomiques, technologiques ou ergonomiques. Une �tude structurelle des techniques doit aider � mettre en relief ces insatisfactions par une analyse des relations entre les acteurs, la mati�re et les techniques utilis�es (Degr�s, 1996).
L'objectif de l'�tude est de d�finir les moyens techniques permettant d'augmenter la capacit� de production des petites unit�s traditionnelles d'extraction d'amidon de Canna edulis en Colombie. La collecte et l'utilisation d'informations pour concevoir un �quipement doivent r�duire les risques d'�checs, minimiser les d�lais de conception et �viter le d�calage entre le besoin per�u par le concepteur et le besoin r�el.
Une repr�sentation virtuelle du futur �quipement (probl�me, besoin, fonction) a d'abord �t� r�alis�e ce qui a permis de d�finir le concept du produit ainsi que les moyens � mettre en oeuvre pour mat�rialiser ce concept (plan, prototype, �quipement, industrialisation).
Pour poser les bases de la trajectoire technologique du futur �quipement (Degr�s, 1996), nous avons conduit une �tude structurelle de techniques en situation r�elle sous forme d'observations, d'entretiens et d'exp�riences afin de d�finir et de caract�riser les acteurs li�s au processus, les �quipements et savoir-faire utilis�s, la mati�re premi�re et la mati�re proc�d�, ainsi que les aspects ergonomique, �conomique et socioculturel.
L'�tude a eu lieu � Caqueza (D�partement de Cundinamarca) et � Bogota, aupr�s d'agriculteurs-transformateurs, d'artisans m�caniciens du centre de recherche CORPOICA, de transporteurs et d'utilisateurs d'amidon (industriels et particuliers).
Le rhizome de canna est compos� d'une partie principale en forme de T ou de Y d'o� est extrait l'amidon et d'une partie secondaire munie d'une tige utilis�e comme semence. En Colombie les superficies cultiv�es sont comprises entre 0,5 ha et 8 ha avec une moyenne d'environ 1 ha par ferme. La culture est possible jusqu'� 2 650 m d'altitude les meilleures zones se situant entre 1 700 et 2 185 m. Le rendement maximum est de 30 tonnes/ha de rhizomes alors que la moyenne r�elle est de 9 t/ha. La dur�e de culture s'�tale sur 8 � 12 mois, principalement en saison pluvieuse, avec un rendement en amidon � 8 mois de 20 �25% tandis qu'apr�s 10 mois de culture, le rendement du rhizome n'est plus que de 12 � 15% (Serrano, 1993; Alarcon, 1996; Morales, 1965).
Trois r�gions sont productrices d'amidon de canna: Cundinamarca (800 ha), Narino (200 ha) et Huila (200 ha). Le proc�d� reste le m�me dans l'ensemble des r�gions colombiennes. Seule la r�gion de Cundinamarca exporte hors du d�partement alors que Narino et Huila consomment la totalit� de leur amidon. Du fait de l'�loignement entre les zones de production et les industriels demandeurs, des interm�diaires transportent l'amidon vers les zones d'utilisation en contrepartie d'une commission correspondant � la valeur commerciale du transporteur, puisqu'il s'agit de la diff�rence entre le prix d'achat � l'agriculteur et le prix de vente � l'industriel.
La mati�re transform�e doit �tre le plus blanche possible (contr�le visuel), sans impuret� (contr�le visuel: une s�dimentation rapide de l'amidon en solution permet de d�tecter d'�ventuels m�langes avec d'autres amidons de moins bonne qualit�), et avoir une teneur en eau inf�rieur � 20% pour le consommateur industriel et � 11% pour le transformateur (Alarcon, 1996).
R�colte: l'op�ration r�colte est compos�e de deux phases. La premi�re consiste � couper les tiges de canna � environ 20 cm du sol; une fois cette op�ration r�alis�e, chaque groupe de rhizomes (10 en moyenne par plante) est d�terr� � l'aide d'une pioche.
Taille des racines: il s'agit de s�parer les racines du rhizome principal puis d'un �ventuel rhizome secondaire. ce dernier est utilis� pour une replantation.
Lavage: les rhizomes sont plong�s dans un bac rempli d'eau de rivi�re. L'ensemble est ensuite brass� manuellement jusqu'� ce qu'ils soient bien propres.
R�page: Cette op�ration permet de r�per la mati�re premi�re en une pulpe fine pour en faciliter l'extraction de l'amidon. La r�pe est un cylindre en bois de 20 cm de diam�tre et de 40 cm de longueur soit recouvert d'une plaque en fer galvanis�e perc�e de trous de 0,5 cm de diam�tre espac�s de 1 cm (le frottement du tubercule contre les ar�tes de ces orifices permettra l'action de r�page), soit muni de lames de scies dispos�es longitudinalement dont les dents triangulaires mesurent 1 cm. L'�cartement entre chaque rang est de l'ordre de 3 cm. Ce cylindre, install� horizontalement, est mis en rotation manuellement ou m�caniquement par un moteur d'une puissance comprise entre 10 et 25 CV. La r�pe, seul �quipement m�canis�, est lou�e aux agriculteurs par un prestataire de services et transport�e � dos de mule de ferme en ferme.
S�paration de l'amidon: une fois les racines r�p�es, on obtient une pulpe compos�e d'amidon, d'eau et d'afrecho (fibres + autres mati�res) qui sont s�par�s par lavage et tamisage: 1 � 2 kg de cette pulpe est introduit sur un tamis constitu� de deux � toiles de filtration �superpos�es (ce tamis est pos� sur un bac), puis. par ajout d'eau sur la pulpe on obtient apr�s tamisage, les fibres appel�es l'afrecho et le lait d'amidon en m�lange avec les impuret�s (appel�es localement �mogoya�) Les impuret�s, moins denses que l'amidon s�dimentent plus lentement et l'�limination de la couche surnageante permet alors de purifier l'amidon. L'op�ration de lavage est r�p�t�e de 3 � 5 fois et le temps de s�dimentation varie entre 20 minutes et 1 heure.
S�chage: une fois le lavage r�alis�, l'amidon humide est r�cup�r� et s�ch� en couche fine �tal�e sur une b�che en plastique � l'air libre, le temps n�cessaire �tant variable selon les saisons.
Conditionnement et stockage: l'amidon est ensuite conditionn� dans des sacs d'environ 70 kg avant d'�tre entrepos� dans une remise.
Figure 1 - Diagramme d'extraction de l'amidon.
Le proc�d� a pour but de s�parer deux produits de l'amidon: l'afrecho (r�sidu fibreux) qui peut �tre utilis� comme fertilisant (mais il ne l'est presque jamais en Colombie) et la mogoya qui, lorsqu'elle n'est pas directement rejet�e. peut �tre directement utilis�e comme nourriture pour animaux ou comme ingr�dient dans la fabrication de biscottes.
Le faible niveau de complexit� technique des diff�rents �quipements permet une fabrication et une maintenance locale. Seules l'eau (lavage des racines tamisage et lavage de l'amidon) et l'essence (pour le moteur de la r�pe m�canique) sont n�cessaires.
Les agriculteurs-transformateurs pourraient cultiver une plus grande surface de canna mais ils ne le font pas Car la p�nibilit� du proc�d� d'extraction ne leur permet pas de traiter une plus grande quantit� Leurs exploitations se caract�risent par une polyculture (arbres fruitiers, oignons, haricots et ma�s). La surface des fermes est Comprise entre 2 lui et 12 lia avec une moyenne de 4 lui dont 30% � 50% sont consacr�s � la canna. Le travail est r�alis� dans la plupart des cas par l'agriculteur et sa famille (la Salari�e �tant de plus en plus rare).
�tude �conomique et organisationnelle de la transformation
A l'ouest du d�partement du Cundinamarca et de Huila, les pains de canna sont consomm�,,; tous les jours. Alors que la culture y est rest�e traditionnelle, la demande croissante des consommateurs de biscuits fait que depuis quelques ann�es Cette Culture est devenue �conomiquement int�ressante (Serra no, 1993).
Figure 2 - Circuit de commercialisation de l'amidon
Le transformateur �tant l'agriculteur lui-m�me, celui-ci s'autoapprovisionne en fonction de ses besoins. L'amidon est utilis� (fig. 2) par de particuliers qui s'approvisionnent dans les �piceries ou dans Lin supermarch�, soit par des d'industriels qui s'approvisionnent aupr�s d'interm�diaires qui se chargent d'aller se fournir en amidon directement chez les transformateurs (45 � 100 tonnes/an selon leur strat�gie commerciale).
Le prix de vente fluctue en fonction de la demande. L'agriculteur vend � Lin interm�diaire ou � une �picerie l'amidon entre 1 200 et 1 800 pesos le kg (1 000 pesos = 5 FF au 1/09/96) qui sera revendu 2 000 pesos le kg. L'interm�diaire fournit les industriels entre 2 500 et 2 600 pesos le kg, (� titre de comparaison l'amidon de bl� est vendu � 340 pesos/kg).
La saison de production et de r�colte s'�tend sur toute la p�riode chaude (d'octobre � mars). La transformation s'�tale sur une semaine: pour environ 1200 kg de rhizomes trait�s par semaine, trois � quatre personnes sont mobilis�es et travaillent indiff�remment aux diff�rentes t�ches 8 h/jour.
Tableau 1 Co�t de la transformation de canna par semaine
| Productivit� du travail jour/homme | Co�t de la transformation valeur totale | |
| Arrachage (1200 kg) | 5 | 40 000 |
| Pr�paration de rhizomes | 4 | 32000 |
| Lavage et r�page de rhizomes | 1,5 | 12000 |
| Tamisage | 4 | 32000 |
| Lavage d'amidon | 2 | 1 000 |
| S�chage (200 kg) | 0,5 | 4000 |
Ainsi pour Lin rendement en amidon de 16,66% et un co�t de 8 000 pesos par jour/homme, (donn�es recueillies et v�rifi�es sur le terrain) le co�t de production de 200 kg d'amidon est de 136000 pesos colombiens soit 680 pesos par kg d'amidon, ce qui selon CORPOICA permet Lin taux de rentabilit� de 77
Les aspects ergonomiques des unit�s de production
L'�tude des techniques a mis en �vidence un probl�me de p�nibilit� limitant le rendement des installations. L'op�ration de tamisage de la pulpe a souvent �t� cit�e comme �tant la plus p�nible et la plus limitative en terme de production. il faut travailler debout, bras tendus, les mains SOUS un courant d'eau froide pendant 10 � 12 heures en se relayant toutes les deux heures.
Afin d'identifier et de quantifier les causes d'insatisfaction, une �tude ergonomique de ce poste a �t� r�alis�e en utilisant les fiches d'�valuation des conditions et de l'organisation du travail de l'association pour la pr�vention et l'am�lioration des conditions de travail (APACT). La figure 3 permet de visualiser la nature et la valeur des d�fauts du poste. Toute innovation qui viendrait am�liorer l'op�ration de tamisage devrait tirer la courbe vers la droite, avec des notes minimales de 5.
Figure 3 - Evaluation du tamisage selon certains crit�res de l'APACT
Par ailleurs, tous les �quipements b�n�ficient d'une maintenance locale par leur propri�taire, sauf pour le moteur de la r�pe pour lequel on fait appel au m�canicien le plus proche. De plus, bien qu'il n'existe aucune protection particuli�re des op�rateurs, l'ins�curit� est � relativiser puisque les dangers potentiels sont uniquement li�s � l'utilisation de la r�pe.
Les installations des diff�rentes unit�s d'extraction sont ma�tris�es par les utilisateurs. Les �quipements ne n�cessitent pas de savoir-faire particuliers - le temps d'apprentissage du travail � effectuer est relativement court puisqu'une personne est consid�r�e optimale � son poste d�s le premier jour.
Analyse fonctionnelle de besoin des unit�s de transformation
Les agriculteurs, les op�rateurs, les membres de l'�quipe de projet ont mis en �vidence quinze contraintes � diff�rents niveaux de la cha�ne. Il est apparu important au groupe de travail de s'orienter en priorit� sur un besoin exprim� par les transformateurs et en particulier sur l'op�ration de tamisage qui est la plus p�nible et de ce fait limite la production d'amidon; cette op�ration a un co�t qui correspond � 24% du co�t total de transformation. De plus cela permet d'associer plus facilement le futur utilisateur au travail de conception d�s le d�but du processus.
Equipement
Un �quipement est n�cessaire pour s�parer l'amidon de l'afrecho, � partir de canna r�p�.
Le prototype devrait �tre en d�but de phase de diffusion dans deux ans et devrait �tre compatible d'une part avec le r�page des rhizomes et d'autre part avec le lavage de l'amidon; il pourrait �tre utilis� un � deux jours par semaine sur quatre mois par les agriculteurs-transformateurs, et m�me jusqu'� cinq jours par semaine selon l'approvisionnement en rhizomes.
L'objectif fix� aux concepteurs-r�alisateurs est de diminuer le temps et la p�nibilit� de l'op�ration afin de r�duire le co�t d'extraction de l'amidon.
Le circuit de distribution pr�vu est une fabrication � la demande ou en s�rie par un �quipementier local puis une vente directe � l'agriculteur ou au transformateur � un prix maximum d'environ 500 USD.
Ce besoin exprim� par les transformateurs a une importance �conomique; en effet malgr� la demande des consommateurs en amidon, la p�nibilit� du proc�d� et donc la difficult� � trouver la main-d'oeuvre utile ne pousse pas les agriculteurs � cultiver la surface n�cessaire.
Pr�sentation de l'analyse fonctionnelle.
La fonction est l'expression d'une relation entre le futur produit et un ou deux environnants. Avant de pr�senter les diff�rentes fonctions attendues, il est utile de d�crire les �l�ments du milieu environnant.
Le groupe de travail a identifi� des fonctions qui ont �t� hi�rarchis�es par tri crois� (Chevallier, 1992).
Outre la fonction principale de s�parer l'amidon (objet de l'�quipement), on peut noter que les autres points importants, aux yeux des demandeurs, sont les aspects �conomiques (fonction 2) et ergonomiques (fonction 3):
Les diff�rentes fonctions ont �t� caract�ris�es � partir de l'�tude structurelle des techniques. Le choix et l'�valuation des diff�rents crit�res proviennent d'observations, d'entretiens et d'exp�riences r�alis�es in situ. Pour la fonction 3: faciliter le travail de l'utilisateur, un des crit�res porte la mention �crit�res ergonomiques�, il s'agit l� de l'int�gration des r�sultats de l'�tude ergonomique prenant en compte les besoins utilisateurs (Degr�s, 1996).
Pour s�parer l'amidon, la bibliographie montre que quatre techniques sont utilis�es pour r�aliser l'extraction par voie humide (Hermann, 1992, 1994, 1995). Celles-ci se distinguent par leurs niveaux de complexit�: on place la pulpe dans un tissu ou sur un tamis compos� d'un cadre en bois puis on presse manuellement, on utilise un tamis plat vibrant ou un tamis cylindrique rotatif, ou � l'�chelle industrielle on extrait par centrifugation.
Tableau 2 - Caract�risation des fonctions
| Fonction | Crit�re | Niveau | Flexibilit� |
| S�parer l'amidon de canna r�p�e 34,5% | D�bit | Traitement 200 kg de produit r�p� � l'heure | 50 kg/h |
| Taux de r�cup�ration | 80% de l'amidon pr�sent initialement (� v�rifier avec taux actuel). | 10% | |
| Taux d'impuret�s | inf�rieur ou �gal aux taux actuel | ||
| Etre � la disposition de l'acqu�reur 20% | Prix | 500 USD | |
| Maintenance | Petites r�parations par l'acqu�reur | ||
| Faciliter le travail de l'utilisateur. (Crit�res ergonomiques) 14% | Temps | 1h pour l'op�ration sur la dur�e du proc�s | + 1 maximum |
| Nombre | 1 personne | +1 maximum |
|
| Etre fabricable et r�parable par le m�canicien 11,5% | Utilisation des moyens de fabrication locaux | ||
| Disponibilit� locale des �l�ments pour la maintenance | tous les �l�ments. | ||
| Etre adapt� � la r�pe 7% | D�bit | 3000 kg de rhizome/h maximum | - 1000 kg |
| Etre adapt� aux �nergies disponibles 6% | Energie musculaire humaine | 0.1 CV | ponctuellement 0.5 CV |
| Energie musculaire animal | 0.5 CV (cheval) et 0.8 (boeuf) | ponctuellement + 0.3 CV | |
| Moteur thermique | 12 CV | + - 3 CV | |
| Utilisation d'eau | 300 1/h | + - 300 l/h | |
| Evacuer l'afr�co 3,5% | Afrecho dans le syst�me apr�s �vacuation | 0 afrecho | |
| Effort n�cessaire | op�ration r�alisable par une femme | ||
| V�hiculer l'amidon vers le bac de s�dimentation 3% | Temps | 2 minutes | |
| Perte en amidon | 0% | +1% | |
| Etre transportable sur le lieu d'utilisation 1,5% | Masse de l'�quipement | 100 kg maximum (transportable par un cheval) | + 20 kg |
| Volume l'�quipement | en fonction du porteur de |
L'utilisation d'eau n'�tant pas un facteur limitant (techniquement ou �conomiquement) dans les lieux de production d'amidon de canna le futur �quipement devra combiner les diff�rentes techniques d'extraction par voie humide. Les tamisages vibrants et rotatif ont fait leurs preuves pour l'extraction d'amidon � partir de racines et tubercules tropicaux notamment pour l'extraction d'amidon de manioc en Colombie.
Une �tude r�alis�e par la FAO (1993) a montr� qu'il est int�ressant d'opter pour la m�canisation pouss�e de l'op�ration d'extraction d'amidon de rhizome tropical, dans le cas les crit�res seraient remplis (tableau 3).
Tableau 3 - Crit�res pour une m�canisation pouss�e de l'extraction de l'amidon.
| 1 - possibilit� d'extraire, au minimum 500 kg d'amidon � l'heure, |
| 2 - disponibilit� d'une main-d'oeuvre qualifi�e, |
| 3 - co�t �lev� de la main-d'oeuvre, |
| 4 - valeur ajout�e �lev�e de l'amidon de bonne qualit� par rapport au prix de la mati�re premi�re (un rendement �lev� est essentiel) |
| 5 - faible co�t de l'�nergie, |
| 6 - taux de changes favorables, |
| 7 - faibles taux d'int�r�t. |
En Colombie en dehors des crit�res 2 et 3, avec une moyenne d'un ha de culture par ferme, d'un rendement moyen th�orique de 30 tonnes de rhizomes � l'hectare, avec un rendement th�orique en amidon d'environ 20%, un �quipement de haute technologie devrait �tre rentabilis� sur 12 h pour la totalit� des rhizomes disponibles dans une ferme. Par ailleurs, les �quipements de haute technologie devront �tre import�s du fait des moyens rudimentaires disponibles chez les �quipementiers locaux.
Cette �tude a Permis d'identifier les insatisfactions li�es � l'extraction de l'amidon de Canna edulis en Colombie et de d�finir un �quipement de premi�re priorit� pour les agriculteurs-producteurs d'amidon.
Les recherches men�es auront permis de d�montrer � la fois l'importance d'une �tude structurelle des techniques pour obtenir les informations n�cessaires � la r�alisation d'un cahier des charges bas� sur un besoin repr�sentatif du besoin r�el. De plus l'�tude ergonomique a permis la prise en compte des besoins des futurs utilisateurs d�s le d�but du processus de conception.
Outre l'aspect recherche, cette �tude ouvre plusieurs perspectives: le futur �quipement permettra une augmentation de la production d'amidon de canna en diminuant la p�nibilit� du travail. Enfin, cela pourrait renforcer indirectement le secteur alimentaire colombien par le d�veloppement de nouveaux produits � base de canna.
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Les propri�t�s fonctionnelles de l'amidon de Canna edulis permettent des utilisations particuli�res appr�ci�es des consommateurs (biscuits, p�tes fra�ches...), mais la p�n�bilit� de son extraction limite la production.
L'�tude structurelle des techniques permet d'identifier les insatisfactions li�es � l'extraction de l'amidon en Colombie et de d�finir un �quipement de premi�re priorit� pour les agriculteurs -producteurs.
