L'Industrie du Sucre : De la Canne au Cristal

Le Sucre : Définition et Propriétés

Appelé saccharose, dont la formule chimique est C₁₂H₂₂O₁₁, il est également connu sous le nom de sucre de table. Le saccharose est un disaccharide composé d'une molécule de glucose et d'une de fructose, obtenu principalement à partir de canne à sucre ou de betteraves. Dans le milieu industriel, le mot « sucre » ou « sucres » désigne les différents monosaccharides et disaccharides, qui ont généralement un goût sucré, mais par extension, il désigne tous les hydrates de carbone.

Le sucre peut brunir lorsque la température dépasse son point de décomposition (réaction de brunissement). S'il est chauffé à 145 °C en présence de composés aminés (dérivés de protéines), la complexe réaction de Maillard se produit, qui génère des couleurs, des odeurs et des goûts généralement souhaitables, ainsi que de petites quantités de composés indésirables.

Le sucre est une source importante de calories dans l'alimentation moderne, mais il est souvent associé à des « calories vides », en raison de l'absence quasi complète de vitamines et de minéraux.

Histoire de l'Industrie Sucrière en Colombie

La canne à sucre a été introduite en Colombie par Sebastián de Belalcázar à Cali, qui l'a cultivée lors de son séjour à Yumbo. De là, la culture s'est ensuite étendue dans le bassin du fleuve Cauca. Pendant l'époque coloniale, la production de canne à sucre, de sucre et de mélasse fut une activité traditionnelle et le resta jusqu'au début du XXe siècle, lorsqu'une usine moderne, le moulin Manuelita, fut ouverte. En 1930, seules trois usines existaient dans la vallée du Cauca : Manuelita, Providencia et Ríopaila. À partir de ces années, l'industrie sucrière a commencé à se développer dans la région, pour atteindre 22 usines.

Culture de la Canne à Sucre

L'une des cultures les plus planifiées en Colombie est sans aucun doute la canne à sucre (*Saccharum officinarum*). Ainsi, l'industrie sucrière de cette région du pays procède étape par étape, avec des tâches spécifiques, afin d'atteindre les meilleures performances possibles des cannes, ce qui permettra d'extraire le saccharose qu'elles contiennent.

Le travail de « modèle » commence par l'évaluation de la terre où la canne à sucre prendra racine. À cet effet, des machines spécifiques et du personnel sont chargés de la préparation du sol.

Le personnel spécialisé sera chargé de déterminer le sens de croissance des cannes, l'emplacement des réservoirs d'eau et des systèmes d'irrigation. Il devra également localiser et dessiner les voies où les véhicules de transport de la canne à sucre et les coupeurs circuleront. Ainsi, l'équipe est composée d'agronomes, d'ingénieurs civils, de géomètres, de dessinateurs et d'assistants de terrain. Il arrive également que certaines tâches soient sous-traitées à des entreprises privées, car le personnel affecté à cette fin est insuffisant.

Préparation du Sol : Le Labour Profond

Le labour profond, réalisé avec une charrue à disques, permet de pénétrer le sol de 50 à 60 cm. Cette action vise à permettre aux racines de la tige de pénétrer plus facilement dans le sol. Si le sol est trop compacté, il est très difficile pour le système racinaire de se développer et d'absorber les nutriments essentiels à la croissance et à la taille des tiges. Cela peut prendre environ 9 à 12 heures par hectare.

Le Croisement du Labour

À la fin de la phase de labour profond, le champ est « fragmenté » ou divisé en sections. En raison de la nature du labour initial, le terrain présente des irrégularités qui nécessitent un travail supplémentaire pour obtenir une plus grande uniformité.

Un nouveau processus de labour est ensuite effectué, mais en utilisant des disques plus petits et moins profonds. C'est ce qu'on appelle la phase de « croisement » du champ, et cette opération prend une à deux heures.

Le Polissage du Sol

On utilise à nouveau des disques de plus petite taille et de moindre profondeur pour une troisième phase appelée « polissage ». Comme les deux précédentes, cette étape vise à séparer davantage les particules du sol et est effectuée de différentes manières, en complément du « croisement ». Elle prend également environ deux heures.

Une fois le labour compacté, le travail vise à niveler le sol. Il semble qu'en Colombie, cette pratique ne soit mise en œuvre que pour la canne à sucre, non pas parce que la culture l'exige exclusivement, mais en raison des coûts élevés de sa mise en œuvre.

Le processus de nivellement commence par la cartographie pour identifier les contours du terrain, puis pour déterminer les zones où il y a un excédent ou un déficit de terre. Ensuite, la surface est nivelée, soit en retirant, soit en ajoutant de la matière, jusqu'à obtenir une plaine prête à être plantée.

Le nivellement facilite le désherbage, la lutte antiparasitaire, la coupe et le transport de la canne, car la mobilité régulière sur le terrain est plus efficace qu'une mobilité irrégulière, tant pour les hommes que pour les machines.

Actuellement, l'usine « Cauca » dispose d'un seul appareil capable d'effectuer l'ensemble du processus, connu sous le nom de « niveleuse laser ». Il fonctionne avec l'aide de lasers et se compose d'un tracteur avec une cabine de commande qui tire deux remorques, creusant le sol et collectant ou déchargeant la terre selon les irrégularités du terrain.

Le Sous-Solage

Avant de commencer la plantation de canne à sucre, des trous sont creusés en rangées, de 50 cm à 1 m de profondeur. La distance entre les trous peut varier de 5 m à 15 m. La fonction de ces trous est de recueillir l'excès d'eau s'écoulant dans les sillons, agissant comme un drainage.

Le Semis de la Canne à Sucre

Les semences sont placées dans le champ préparé. Celles-ci ont été sélectionnées et préparées dans des conditions spécifiques de température et d'humidité, afin d'obtenir les cultures les plus saines possibles. La semence ressemble à un morceau de tige de canne à sucre, d'environ 30 cm à 45 cm de long, qui possède des radicelles qui seront consommées à mesure que la plante pousse. La plantation se fait manuellement.

Toutes les semences sont transportées sur le terrain dans un véhicule fermé, dans un réservoir, qui est ensuite scellé pour protéger les futures plantes. Un wagon-citerne contenant les semences est appelé « gondole » et est déplacé à l'aide d'un tracteur.

Le processus de déplacement est le suivant : le tracteur tire le wagon transportant les semences. Quatre hommes, tous les 10 mètres, jettent un paquet contenant 30 semences. Derrière eux viennent les « placeurs », qui déposent les semences dans le sillon sans les enterrer. Sept travailleurs maintiennent l'écart entre les groupes de semences. Sept autres hommes de l'équipe sont chargés de les recouvrir à l'aide d'une pelle.

Selon la teneur en humidité du sol, une irrigation des semences nouvellement plantées est effectuée (ou non) pour favoriser la germination.

Activités Culturales de la Canne à Sucre

En termes agronomiques, les pratiques culturales désignent toutes les tâches visant à entretenir et à améliorer la croissance d'une culture afin d'obtenir les meilleures performances possibles.

L'ensemble des pratiques culturales de la canne comprend l'irrigation, le désherbage, la lutte contre les ravageurs et les maladies, le binage (désherbage à la houe), le travail du sol et la fertilisation.

Les semences doivent également être désinfectées avant la plantation, une tâche effectuée par un personnel qualifié.

Les principales causes de maladies sont certains types de champignons et de bactéries, comme le charbon, un champignon qui transforme la plante en un bâton fragile. Pendant le processus de croissance des plantes, certaines tâches sont effectuées, comme le désherbage ou le binage, qui consiste à ameublir le sol compacté avec une houe.

À ce stade, la tige a concentré le plus haut niveau de saccharose, et la deuxième étape de la phase de terrain, la récolte, est effectuée.

Coupe et Transport de la Canne à Sucre

La Coupe de la Canne

Deux types de canne à sucre sont plantés, le choix dépendant du type de coupe à effectuer :

• Canal Point (CP) : D'origine australienne, leurs tiges poussent droites, ce qui facilite la coupe. Cependant, leur inconvénient est qu'elles sont très sensibles aux maladies. La coupe est effectuée après 15 mois.
• POJ 2878 : Cette variété présente une grande résistance aux maladies de la canne à sucre, avec des tiges très liées et un point de coupe à 18 mois. Elle offre une grande pureté du jus et résiste en grande partie à la sécheresse. Sa caractéristique la plus importante est qu'elle peut être cultivée sur des terres de fertilité moyenne.

Pour effectuer la coupe, il est d'abord nécessaire de procéder à un « brûlage » contrôlé de certaines zones de la culture afin de faciliter le travail du cotero (coupeur de canne). Cette combustion réduit la quantité de feuilles par tige et empêche la formation de peluches de canne, ce qui rend la respiration difficile pour le cotero.

Ce brûlage est contrôlé dans le temps, car les plantes commencent à perdre leur concentration en saccharose à mesure que la durée de combustion augmente. On raconte qu'initialement, ce brûlage était utilisé pour contraindre les coteros à effectuer le travail de coupe. Au début des années 70, une forte immigration vers le Venezuela a entraîné des exigences de paiement plus élevées. Cela a incité les propriétaires à maintenir le brûlage, en opposition à ces demandes de paiement, car la canne devait être récoltée.

Après le brûlage, le cotero utilise des machettes pour couper la canne à sucre à la base de la tige et enlever les feuilles qui n'ont pas été détruites par le feu. Le cotero empile ce matériau dans un « nid », c'est-à-dire un endroit désigné pour les lots de canne coupée. Chaque cotero a des sillons sur lesquels le paiement de son travail est calculé par le nombre de tonnes de canne coupée.

Il y a aussi un levier qui soulève la canne empaquetée et la place dans un wagon. Bien sûr, il existe également des chariots élévateurs mécaniques ou des machines, qui sont des machines de levage de la tige au moyen de crochets de préhension.

Le Transport de la Canne

La canne récoltée est transportée directement à l'usine par train, qui est responsable du déplacement de la matière via des wagons. Les cultures ne dépassent généralement pas une distance de 30 km autour de l'usine. Pour des distances plus importantes, la canne est transportée par remorque, capable de transporter entre 3,5 et 5 tonnes jusqu'à l'usine.

Une fois arrivée à l'usine, la canne est déchargée sur un tapis roulant qui la mène directement à un moulin qui la broie complètement.

Transformation en Usine

À ce stade, l'édulcorant doit subir des tâches adaptées à l'extraction du jus de canne, qui, par certaines pratiques industrielles, se transforme fondamentalement en sucre et en mélasse.

Dans un premier temps, la canne est déchiquetée, puis la fibre est macérée par un ensemble de moulins, ce qui produit de la bagasse (fibre macérée) et du jus (qui donnera l'édulcorant). La bagasse est utilisée comme combustible dans les chaudières reliées aux turbines qui actionnent les moulins, ainsi que pour chauffer le jus dans les différentes parties de la chaîne de production.

À son tour, le jus est d'abord chauffé, filtré et clarifié avant que les cristaux de sucre dissous ne se forment. Une fois un certain point atteint, les cristaux seront centrifugés, complètement séparés de toutes sortes de sirop de canne (liquide), qui est également commercialisé. Selon le type de cristallisation effectué, un niveau donné de raffinement est atteint. Enfin, le cycle se termine par les sections d'emballage et de stockage.

Réception et Préparation de la Canne

Le matériel végétal entre dans l'usine par la « cour de la canne ». Le premier arrêt est la balance où le véhicule de transport est pesé, enregistrant la quantité de canne et le poids de ce qui a été coupé et soulevé. Une fois ces données prises, le véhicule se déplace vers la grue de déchargement. Cette dernière a la capacité de vider tout le contenu de la remorque ou du wagon en un maximum de trois minutes. Le fonctionnement est le suivant : le véhicule se positionne parallèlement à la grue, qui le charge avec des câbles pour déposer les tiges sur le patio. Dans le cas d'une remorque, elles sont conçues pour décharger leur contenu en basculant sur un côté.

La canne coupée est ensuite acheminée de la cour vers les « hachoirs ». Pour cela, une autre série de grues (le « fil » ou « portail ») est utilisée. Elle se compose d'une grande structure sur laquelle se déplacent des grues équipées de poulies, qui, à l'aide de câbles, soulèvent et basculent les « paquets » de tiges de canne à sucre sur les tables.

La « table de la canne à sucre » est une tôle inclinée sur l'un de ses côtés, qui délimite la bande transporteuse. Ainsi, les tiges, une fois déposées, glissent sur la pente et se retrouvent sur la « bande » qui les introduit dans l'usine.

L'usine « Manuelita » sera prise comme exemple : elle utilise deux grues de déchargement (sur le « patio ») – une de 7 tonnes et une de 8 tonnes – et deux grues « fil » pour déposer sur la « table », chacune d'une capacité de 30 tonnes. Actuellement, la manipulation des grues sur le site nécessite 5 travailleurs et un superviseur.

Les Hachoirs

La première station par laquelle passe la tige est celle des hachoirs. La bande transporteuse passe dans un tunnel dont l'intérieur est traversé longitudinalement par une vis qui maintient les couteaux, semblables à des machettes. Suite au passage de la matière végétale, les tiges se transforment en quelque chose ressemblant à des copeaux de bois, mais de couleur blanche et de longues particules. L'usine prise comme exemple comporte une première section de hachoirs avec 32 couteaux qui tournent à 600 tours/min, suivie d'une seconde avec 64 couteaux à la même vitesse, mais situés plus près les uns des autres que dans la première section. Les moteurs qui actionnent les hachoirs sont électriques et sont contrôlés depuis le panneau de commande des moulins.

La fibre voyage à bord de la bande transporteuse qui l'achemine vers un train de laminoirs pour la macération.

Les Moulins

Chaque ensemble de moulins se compose de trois cylindres. Chaque cylindre est une sorte de canon en fonte dont la surface doit être régulièrement entretenue. Pour construire un moulin horizontal (utilisé par les raffineries), il y a deux cylindres sur le même plan horizontal et le troisième est placé au-dessus. Le train (ou batterie) de moulins d'une grande industrie est constitué de six moulins, précédés de deux cylindres placés l'un au-dessus de l'autre, à la verticale, ce qui est connu sous le nom de « déchiqueteuse ».

L'ensemble du secteur est alimenté par de grandes turbines à vapeur (six moulins, trois turbines) qui traitent une capacité de 4 800 tonnes/jour. Cependant, la fibre passe d'abord par le moulin de broyage avant de continuer à travers les cylindres du train de laminoirs.

Le personnel affecté à l'exploitation de la machine est composé d'un ingénieur et d'un moniteur du panneau de commande, d'un « graisseur » responsable de la lubrification des engrenages qui transmettent le mouvement des turbines aux moulins, d'un autre « graisseur » veillant à la bonne rotation des cylindres, et d'un « débourreur » qui empêche les « bourrages » dans le canal où se trouve la fibre de l'usine.

À ce point, on obtient d'une part la bagasse, et d'autre part le jus de canne à sucre. La description qui suit détaille le processus de transformation de chacune de ces substances.

La Bagasse et les Chaudières

Les moulins acheminent la bagasse directement vers les chaudières via une bande transporteuse. Elle y est séchée et stockée pour être utilisée ultérieurement comme combustible. Une partie de ce matériau est également vendue à l'industrie du papier, où elle représente une matière première potentielle.

Dans les grandes industries, les chaudières centrales, au nombre de six unités, sont contrôlées automatiquement par un tableau d'affichage électronique pour l'entrée d'eau et la pression générée. Dix « chauffeurs » et un nombre égal d'« opérateurs de foyer » sont utilisés pour alimenter et contrôler l'entrée de combustible et d'eau.

L'énergie produite est convertie en utilisant des turbines de 1 200 kW, 2 000 kW, 3 500 kW. De plus, la vapeur à haute température est utilisée pour chauffer le jus dans les étapes ultérieures.

Le Jus de Canne

En dessous du train de laminoirs, le jus de canne s'écoule entre les rainures des cylindres et est recueilli. Le liquide est pompé dans deux réservoirs de pesée, où le poids du jus est enregistré en tonnes par heure pour chaque cycle. Les grandes usines ont une capacité de 7 tonnes par réservoir, et le remplissage est effectué 50 fois par heure, contrôlé automatiquement.

Le jus est alors plein d'impuretés recueillies sur le terrain pendant le transport et dans la cour de la canne. Il est gris foncé et sa densité est similaire à celle de l'eau. Commence alors le processus de chauffage et de clarification, dans le but d'obtenir le meilleur édulcorant.

La Cristallisation

La cristallisation a lieu dans des cuves sous vide, où le sirop est évaporé jusqu'à saturation en sucre. À ce moment, des germes sont ajoutés pour servir de base aux cristaux de sucre, et davantage de sirop est ajouté à mesure que l'eau s'évapore. La croissance des cristaux se poursuit jusqu'à ce qu'ils remplissent la cuve.

La masse cuite (le contenu de la cuve) est ensuite évacuée par une vanne de fond vers un mélangeur ou un cristalliseur.

Centrifugation et Réébullition du Sirop

La masse cuite provenant du mélangeur ou du cristalliseur est acheminée vers les machines tournantes appelées centrifugeuses.

Le tambour cylindrique, suspendu à un arbre, a des parois latérales perforées, doublées de tissu à l'intérieur. Entre le tissu et les parois se trouvent des plaques métalliques contenant 400 à 600 trous par pouce carré. Le tambour tourne à grande vitesse, entre 1 000 et 1 800 tr/min. La doublure perforée retient les cristaux de sucre, qui peuvent être lavés à l'eau si désiré. La liqueur mère, le sirop, passe à travers le revêtement sous l'effet de la force centrifuge (500 à 1 800 fois la force de gravité). Le sucre est ensuite purgé et coupé, laissant la centrifugeuse prête à recevoir une autre charge de masse cuite. Les machines sont exclusivement des modèles modernes à haute vitesse (ou haute densité), équipées d'une commande automatique pour tout le cycle. Les sucres d'un certain degré peuvent être purgés par des centrifugeuses continues.

Machines et Équipements de l'Industrie Sucrière

Les premiers types de moulins à canne utilisaient des cylindres verticaux en bois, actionnés par des animaux, la force de l'eau ou le vent. On attribue à Sematon la conception des premiers moulins à trois rouleaux horizontaux de forme triangulaire actuelle. Certains auteurs de renom affirment que c'est lui qui a conçu la première usine de ce type, mue par la vapeur, en Jamaïque.

Capacité des Équipements

En raison des nombreux facteurs qui influencent le choix des équipements appropriés dans l'industrie sucrière, les chiffres moyens peuvent être trompeurs. Les conditions locales, les caractéristiques et la richesse du contenu de la canne, le type de processus, la qualité souhaitée de la production et de nombreuses autres considérations influencent la taille et la capacité des machines et du matériel au cours des différentes saisons de l'usine.