Séchage du maïs à l'air ambiant

Agdex :	111/736
Date de publication :	12/96
Commande no.	96-124
Dernière révision :	12/96
Situation :	En remplacement de la fiche n° 89-136, qui porte le même titre
Rédacteur :	R.P. Stone - ing./MAAARO; P.S. Plue - Service du génie agricole/MAAARO

Table de matières

1. Introduction
2. Les avantages
3. Les désavantages
4. Le fonctionnement
5. Les éléments du séchoir
6. Choix des dimensions du système
7. Fonctionnement du système
8. Séchage du maïs à l'énergie solaire
9. Coûts
10. Séchage de cultures autres que le maïs

Introduction

Cette technique de séchage utilise le potentiel de l'air ambiant, limité mais gratuit, afin d'abaisser la teneur en humidité du maïs à un niveau acceptable pour l'entreposage. Le séchage est relativement lent et peut s'étendre sur plusieurs semaines. Cette méthode de séchage repose sur un principe semblable à celui du séchage des épis de maïs dans un crib. Cependant, dans le cas de l'air ambiant, le maïs est égrené, et ce sont des ventilateurs et non le vent qui poussent l'air au travers des grains.

Le séchage à l'air ambiant s'est développé à partir des techniques de séchage à basse température auxquelles les producteurs du Midwest américain ont été les premiers à avoir recours à la fin des années 1960. Des générateurs de chaleur électriques pouvaient augmenter la température de l'air ambiant de 6 à 10 °F (3 à 5 °C). Après avoir utilisé cette technique pendant plusieurs années, les producteurs se sont rendus compte qu'en arrêtant les générateurs, ils pouvaient se permettre de faire fonctionner les ventilateurs sur une plus longue période et réduire les coûts en énergie. Les systèmes mis au point par la suite étaient dépourvus de générateurs. L'argent ainsi économisé a été employé à augmenter la capacité des ventilateurs afin de sécher le grain à l'air ambiant selon la technique utilisée de nos jours.

Le séchage à l'air ambiant est particulièrement bien adapté aux cultures commerciales de petite envergure et aux exploitations d'élevage.

Figure 1. Système de séchage à l'air ambiant sur une ferme laitière

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Les avantages

1. On obtient du maïs de très bonne qualité, exempt de craquelures reliées au stress.
2. La manutention du grain dans le séchoir est réduite au minimum et aucun goulet d'étranglement ne se produit.
3. Il est possible de diminuer les coûts d'exploitation par boisseau de maïs.
4. Le procédé de séchage exige peu de surveillance à cause de la simplicité de l'équipement.

Les désavantages

1. La teneur en humidité du maïs ne doit pas dépasser 25 % au moment de la récolte.
2. Le processus de séchage est très lent et peut durer jusqu'à 60 jours. Si le maïs n'est pas tout à fait sec à l'automne, il faut continuer le séchage au printemps.
3. Il faut nettoyer le maïs pour que l'air puisse bien circuler.
4. La teneur en humidité finale du maïs dépend largement des conditions climatiques et il se peut que le maïs n'atteigne pas la teneur en humidité de 15,5 % au cours du séchage à l'automne. Un taux d'humidité plus élevé peut être acceptable pour l'alimentation du bétail, mais il faut absolument réduire la teneur en humidité au printemps pour satisfaire aux exigences du marché de cultures commerciales.
5. Il faut bien entretenir et surveiller le silo pour conserver une bonne qualité du grain et respecter le plan de séchage.

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Le fonctionnement

A. Teneur en humidité au point d'équilibre

Le séchage à l'air ambiant repose sur le principe voulant que la pression de vapeur à l'intérieur du grain cherche à s'équilibrer avec la pression de vapeur de l'air. Dans le cas du séchage à haute température, le séchage est rapide, puisqu'il y a une différence marquée entre la pression de vapeur à l'intérieur du grain et la pression de vapeur de l'air chaud. Au contraire, le séchage à l'air ambiant est très lent à cause de la différence très faible des pressions de vapeur.

Des chercheurs ont établi un tableau sur la teneur en humidité au point d'équilibre qui nous permet de prédire la teneur en humidité finale du maïs dans différentes conditions de température et d'humidité. Par exemple, la figure 2 indique que l'air à 40 °F (4,5 °C) et 75 % d'humidité relative peut abaisser la teneur en humidité du maïs à environ 16,5 %.

Dans le cas des ventilateurs axiaux, par contre, la température de l'air qui passe au-dessus du moteur peut augmenter d'environ 2 °F (1,1 °C). Cette hausse de température peut faire baisser l'humidité relative d'environ 5 %. Par exemple, à des conditions ambiantes de 38 °F (3 °C) et 80 % d'humidité relative, il faut consulter le tableau de la teneur en humidité au point d'équilibre en tenant compte des conditions du plénum d'air, soit une température de 40 °F (4 °C) et une humidité relative de 75 %.

Ce facteur d'ajustement peut aussi s'appliquer aux ventilateurs centrifuges si un déflecteur est installé de façon à faire circuler l'air autour du moteur.

B. Durée d'entreposage permise

Ce sont la température et la teneur en humidité du grain qui déterminent la durée d'entreposage permise du maïs. La figure 3 fournit des indications sur la durée maximale d'entreposage du maïs dans plusieurs conditions avant que le grain ne se détériore de manière significative.

C. Conditions climatiques

À la lumière des informations précédentes, les conditions climatiques en automne sont de toute évidence beaucoup plus importantes pour le séchage à l'air am­biant que pour les systèmes à haute température. La figure 4 fait la comparaison des moyennes de températures et d'humidités relatives sur une période de trente ans entre plusieurs endroits de l'Ontario et la communauté de Rockfield en Illinois. Ces moyennes semblent indiquer que le centre et l'est de l'Ontario se prêtent tout aussi bien que le sud-ouest de l'Ontario au séchage à l'air ambiant. Malgré le fait que la teneur en humidité du maïs au moment de la récolte dans le sud-ouest soit souvent plus basse, les températures automnales relativement plus élevées laissent supposer que les durées d'entreposage permises demeurent à peu près les mêmes que dans les régions plus nordiques.

De plus, puisque l'humidité relative est plus élevée dans le sud-ouest de l'Ontario, la teneur en humidité au point d'équilibre dans cette région est plus élevée que dans les autres régions.

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Les éléments du séchoir

Un système de séchage à l'air ambiant comprend les éléments suivants :

1. Silo d'entreposage

Le silo sert à la fois de structure de séchage et d'entreposage du maïs. La couche de maïs dans le silo doit être la moins épaisse possible pour garder une pression statique minimale. L'épaisseur idéale se situe entre 10 et 12 pi (3 à 3,6 m), l'épaisseur maximale étant de 14 pi (4,2 m). Un système de séchage à l'air ambiant nécessite la construction d'un silo peu profond et de grand diamètre (figure 5).

Figure 5. Les silos d'entreposage peu profonds diminuent la pression statique, la puissance de ventilation requise et la consommation d'énergie.

Il est utile d'installer des tuyaux de 2 po (5 cm) de diamètre sur le côté du silo à des intervalles verticaux d'environ 2 pi (60 cm) pour prendre des échantillons de maïs et suivre le front de séchage.

Figure 6. Des tuyaux horizontaux aménagés dans la paroi du silo servent à mesurer la teneur en humidité du maïs

2. Fond perforé du silo d'entreposage

Un fond perforé est idéal dans un silo utilisé pour le séchage à l'air ambiant. Un fond perforé sur toute sa surface assure une distribution uniforme de l'air, essentielle au séchage du maïs humide.

3. Ventilateur

Il faut choisir un ventilateur en fonction de la quantité d'air nécessaire et de la pression statique anticipée. Il peut s'agir d'un ventilateur axial ou d'un ventilateur centrifuge. Au moment de la planification du système, il faut prendre en considération les besoins en électricité. Les ventilateurs doivent toujours pousser l'air à travers le silo.

4. Distributeur de grain

Il est recommandé d'installer un dispositif de distribution du grain. Ces épandeurs aident à distribuer uniformément les grains de maïs, y compris les poussières. Afin que le débit d'air soit uniforme dans la masse de grain, la surface de la masse de grain doit rester horizontale.

5. Évents de toit

Il faut installer des évents à clapet d'une capacité suffisante pour évacuer l'air; ces évents empêchent la formation d'une pression inversée et éliminent la condensation sur le toit et les murs. La dimension des ouvertures dans le toit du silo est déterminée par la capacité du ventilateur : il faut un pied carré (930 cm²) d'ouverture pour chaque tranche de 1000 pieds cubes d'air par minute (470 L/s).

6. Nettoyeur à grains

Les poussières et les grains brisés réduisent le débit de l'air en offrant une plus grande résistance. Pour que le séchage à l'air ambiant soit efficace, il faut conditionner le grain à l'aide d'un nettoyeur. Puisque les poussières ont tendance à s'accumuler au centre du silo, il est possible d'améliorer la circulation de l'air en enlevant une partie du maïs au centre du silo.

Figure 7. Le séchage à l'air ambiant nécessite l'utilisation d'un nettoyeur à grains

7. Autres équipements de contrôle

En vérifiant souvent le processus de séchage, il est possible de détecter plus vite toute défaillance de l'équipement ou du processus de séchage. L'exploitation de ce système de séchage nécessite les équipements suivants :

1. Psychromètre fronde - mesure la température à l'aide de deux thermomètres, l'un à réservoir sec et l'autre à réservoir humide, afin de déterminer l'humidité relative de l'air.
2. Manomètre - mesure la pression statique contre laquelle le ventilateur fonctionne et donne certaines indications relatives aux problèmes du maïs.
3. Humidimètre - mesure l'humidité du maïs pendant le remplissage du silo et au cours de la migration du front de séchage.
4. Thermosonde - mesure la température des masses de grains à différents endroits.

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Choix des dimensions du système

A. Débit d'air

L'efficacité d'un système de séchage à l'air ambiant dépend surtout de la quantité d'air fournie. En Ontario, il est généralement recommandé de prévoir 2 pieds cubes d'air par minute (p.c.m.) par boisseau de maïs. Si la teneur en humidité à la récolte est plutôt de 30 %, il faut rectifier ces chiffres pour augmenter le débit d'air. Au contraire, les hybrides récoltés, par exemple à 22 % d'humidité, nécessitent un débit d'air moins prononcé.

Si le maïs doit être récolté à un taux d'humidité supérieur à celui pour lequel le système a été conçu, il faut réduire l'épaisseur du grain dans le silo afin d'augmenter de manière efficace les p.c.m./boisseau.

B. Choix du ventilateur

Les producteurs ont le choix entre deux principaux types de ventilateurs : axial (hélicoïdal) ou centrifuge. Ce dernier est plus coûteux, mais convient mieux que l'autre si la pression statique atteint 4 po (1 kPa) ou plus. De plus, un ventilateur centrifuge fonctionne beaucoup plus silencieu­sement qu'un ventilateur axial.

La pression statique est déterminée selon la figure 8. Pour conserver la pression statique au-dessous de 4 po en colonne d'eau (1 kPa) avec un débit d'air de 2 p.c.m./bois. (26 L/s/m³), l'épaisseur du grain ne doit pas dépasser 14 pi (4,2 m).

C. Exemple d'un système

Exemple : Trouver les dimensions d'un silo pouvant sécher à l'air ambiant 5000 boisseaux (125 tonnes) de maïs à 25 % d'humidité.

Solution

1. D'après la figure 9, un silo de 27 pi (8,1 m) peut contenir 5000 boisseaux de grain d'une épaisseur d'environ 11 pi (3,3 m).
2. D'après la figure 8, pour sécher une épaisseur de maïs de 11 pi (3,3 m) à un débit d'air de 2 p.c.m. (26 L/s/m³), il faut une pression statique d'environ 2,2 po (0,55 kPa).
3. Choisissez un ventilateur qui peut sécher 5000 boisseaux × 2 p.c.m./bois. = 10 000 p.c.m. à une pression statique de 2,2 po.
4. Consultez votre marchand d'équipements pour choisir le bon ventilateur. Un ven­tilateur axial de 24 po (60 cm) d'une puissance de 5 à 7 CV (6,7 à 9,4 kW) peut être recommandé.

* À noter : Les murs du silo perdent de 12 à 16 po de leur hauteur lorsqu'un plancher perforé est utilisé.

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Fonctionnement du système

Afin d'assurer le bon fonctionnement du système de séchage à l'air ambiant, suivez bien les directives suivantes :

1. Si possible, récoltez le maïs entre 20 et 25 % d'humidité.
2. Afin de garder un débit d'air constant, nettoyez le maïs avant de remplir le silo.
3. Mettez en marche le ventilateur sitôt le silo rempli pour que le grain couvre entièrement le plancher perforé.
4. Utilisez un épandeur pour distribuer les poussières et rendre la surface plane afin de permettre un débit d'air uniforme. Il peut être nécessaire d'aplanir la surface à la main.
5. Faites fonctionner le ventilateur en continu. Ne l'éteignez pas lorsqu'il fait humide.
6. Laissez fonctionner le ventilateur deux jours après que le front de séchage ait atteint la surface du grain. Vérifiez toute la surface pour détecter les endroits où le séchage est insuffisant.
7. Arrêtez le ventilateur s'il fait trop froid, car le séchage n'est pas efficace. Si le beau temps revient, remettez le ventilateur en marche pour tenter de faire avancer le front de séchage jusqu'à la surface avant l'hiver.
8. Si le front de séchage n'atteint pas la surface avant l'hiver, arrêtez le ventilateur et continuez le séchage en mars ou au début d'avril. À ce moment-là, l'humidité relative moyenne se situe autour de 65-70 %.

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Séchage du maïs à l'énergie solaire

Certains producteurs ont installé des panneaux solaires sur les silos de maïs dans le but d'augmenter la température ambiante et de diminuer l'humidité relative de l'air fourni. Les panneaux solaires, généralement en fibre de verre, peuvent être soit fixés au silo, soit installés séparément. L'air d'admission est entraîné dans le collecteur pour capter l'énergie solaire. Le capteur solaire peut faire augmenter la température de l'air de 10 °F (5,5 °C), mais l'augmentation moyenne de température sur une période de 24 heures est plutôt de l'ordre de 1 ou 2 °F (0,5-1,1 °C). Il n'est pas rentable d'installer un capteur à moins qu'il puisse être construit à bon compte, c'est-à-dire à moins de 0,20 $ le boisseau de maïs séché (0,007 $/m³). L'installation d'un panneau solaire permet de réduire sensiblement la période de séchage du maïs et de rendre le séchage plus efficace les années où l'humidité relative est élevée.

Coûts

A. Coûts d'installation

Les coûts du séchage à l'air ambiant et de l'entreposage de 5000 boisseaux (125 tonnes) dont il a été question plus haut sont plus importants que les coûts d'entre­posage d'un silo ordinaire de cette capacité. Ces coûts additionnels résultent de :

1. l'achat d'un ventilateur plus puissant qu'un ventilateur conventionnel, et
2. l'achat d'un silo plus large et plus bas, dont le coût est légèrement plus élevé qu'un silo plus haut et plus étroit de même capacité.

Le coût approximatif du système recommandé dans notre EXEMPLE a été estimé à 14 000 $ selon les prix en vigueur en mars 1986, y compris 3 000 $ pour la pose des fondations et la construction d'un silo. La préparation du site de construction et l'installation électrique entraînent des coûts additionnels.

B. Coûts de séchage

La consommation d'électricité peut varier de 50 à 100 kilowatt-heures la tonne selon la teneur en humidité initiale et les conditions climatiques. À 0,04 $ le kilowatt-heure, il en coûte de 2 à 4 $ la tonne de maïs (0,05 à 0,10 $ le boisseau de maïs).

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Séchage de cultures autres que le maïs

Il est possible de sécher d'autres cultures à l'air ambiant.

a) Soya

Il est possible de diminuer les pertes de soya au champ de façon significative en récoltant le soya à une teneur en humidité de 16 à 18 % et en effectuant le séchage à l'air ambiant. Le séchage à l'air ambiant est idéal pour cette culture, puisque le soya doit être récolté à une teneur en humidité supérieure de seulement 3 à 5 % à la teneur en humidité recommandée pour l'entreposage.

Le système de séchage à l'air ambiant conçu pour le maïs convient aussi au séchage du soya. Le débit d'air recommandé pour sécher du soya à des teneurs en hu­midité entre 16 et 18 % est de 2 pieds cubes d'air par minute. Le soya offre une résistance au débit d'air de 25 % inférieure à celle du maïs, ce qui signifie que l'on peut sécher 25 % de plus de soya que de maïs sur une même durée avec le même système.

b) Blé

Entre 18 et 20 % d'humidité, il est recommandé de fournir un débit d'air de 2 pieds cubes d'air par minute par boisseau de blé (26 L/s/m³). Cependant, le blé offre beaucoup plus de résistance au débit d'air que le maïs ou le soya. À la même épaisseur que le maïs, le blé crée 60 % davantage de pression statique. En règle générale, il faut sécher deux fois moins de blé que de maïs (c'est-à-dire la moitié de l'épaisseur du maïs) durant la période de temps recommandée pour le maïs. Étant donné que la durée d'entreposage permise du blé humide est très courte, il est recommandé de faire circuler de l'air dans le grain sitôt la récolte terminée.

Nous remercions le Secrétariat d'État pour sa contribution financière à la réalisation de la présente fiche technique.

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