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RÉSUMÉ
Cet article, après une introduction du contexte de la production du sucre (saccharose) et quelques notions de chimie, décrit les étapes de traitement de la betterave à sucre, de sa réception à la sucrerie jusqu’à la production du jus épuré, dit jus avant évaporation. Les betteraves apportent du saccharose mais également des non-sucres et de l’eau. Le procédé sucrier vise donc à extraire le sucre dans les meilleures conditions mais également à valoriser tous les produits apportés par la betterave, en particulier les pulpes, l’eau et la terre.
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Martine ESTEBAN-DECLOUX : Professeur en Génie des procédés à AgroParisTech, Palaiseau, France
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Stéphane PETIT : Responsable procédés à la Direction Industrielle Cristal Union, Bezannes, France
INTRODUCTION
Les 175,5 millions de tonnes de sucre (saccharose) produits en 2024-2025 sont extraits à partir de la betterave sucrière pour 20 % et de la canne à sucre pour 80 %. Dans les deux cas, du début de la filière à la production du sucre final, l’objectif des sucreries est de partir d’une matière première la plus pure possible et de produire, avec un rendement optimum, un sucre de qualité. La sucrerie est donc principalement une industrie de séparation et de purification. Un grand nombre d’opérations unitaires de séparation sont ainsi mises en œuvre, par exemple, en sucrerie de betterave :
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l’atelier de lavage élimine les impuretés extérieures à la matière première ;
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l’extraction par diffusion limite le transfert des impuretés dans le jus ;
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l’épuration calco-carbonique précipite une partie des impuretés dissoutes ;
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la concentration par évaporation multiple-effet élimine une grande partie de l’eau du jus ;
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et enfin la cristallisation permet de séparer le saccharose sous forme d’un cristal pur à partir d’un sirop contenant encore des impuretés. Le sirop non cristallisable est valorisé dans les industries de fermentation pour produire de l’alcool ou des levures ou encore des principes actifs pour la pharmacie.
L’ensemble du procédé est particulièrement optimisé pour limiter l’impact environnemental, que ce soit en termes de consommation (énergie, eau, autres matières premières) ou de rejets (liquides et gazeux). Les sucreries ont généralement de très grosses capacités et des niveaux d’automatisation poussés.
Cet article sur les procédés de transformation dans l’industrie sucrière a pour principal objectif d’illustrer l’intégration d’un grand nombre d’opérations unitaires. Pour plus de concision, il est centré sur la production de sucre à partir des betteraves (la France en étant le second producteur mondial en 2024-2025) en indiquant les réglages pratiqués dans les usines françaises. La première partie de l’article [F 6 150] décrit l’ensemble des opérations, de la réception de la betterave à l’obtention du jus avant évaporation, en n’oubliant pas la valorisation des co-produits et le traitement des rejets. La seconde partie [F 6 151] décrit les étapes du jus avant évaporation au sucre cristallisé et conditionné, avec un développement particulier sur l’optimisation énergétique de l’ensemble du procédé et l’étape de cristallisation. Quelques points différenciant le procédé de production du sucre à partir de la betterave ou de la canne sont mentionnés en fin d’article, lequel se termine par une ouverture sur l’avenir et les évolutions technologiques.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de déc. 2002 par Martine DECLOUX
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4. Épuration du jus de diffusion
Plusieurs raisons expliquent la nécessité d’une épuration du jus de diffusion avant concentration puis cristallisation.
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Le jus de diffusion est d’un aspect noir, grisâtre et opalescent. Il contient des particules en suspension auxquelles adhèrent des flocons de matières protéiques coagulées, et il est difficile de filtrer ces particules car elles colmatent les filtres et le jus filtré ne serait pas clair.
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Le jus de diffusion a un pH mesuré à 20 °C d’environ 6. Mais chauffé, il atteindrait des pH beaucoup plus bas entraînant une hydrolyse du saccharose avec production de sucres réducteurs (figure 2) qui eux-mêmes se dégradent en formant des matières colorantes.
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Par ailleurs, le jus mousse fortement du fait de la présence de saponines et il serait donc impossible de le concentrer par évaporation tel quel.
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Enfin, le jus contient des impuretés minérales et organiques responsables d’un entraînement de sucre dans la mélasse.
Le but de l’épuration est donc d’enlever les matières en suspension, de neutraliser le jus et d’enlever le plus possible de non-sucres dissous et aussi les colloïdes.
Dans l’épuration calco-carbonique, on profite des propriétés de la chaux pour extraire par décantation et filtration les impuretés dissoutes ou en suspension dans le jus. Dans son principe général, la chaux est utilisée comme élément principal de l’épuration du jus. Cette chaux est ensuite saturée au moyen de dioxyde de carbone (CO2). Il est donc nécessaire de disposer simultanément de chaux (CaO) et de CO2. Or, ces deux produits sont justement les constituants de la pierre calcaire. Ils sont normalement dissociés dans un four à chaux.
Les principales réactions de transformation de la chaux sont :
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dans un four à chaux :
CaCO3 + énergie thermique + O2 → CaO + CO2 ;
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dans une hydratation de la chaux :
CaO + H2O → Ca(OH)2 + énergie thermique ;
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dans une carbonatation :
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O + énergie...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - CULTURES SUCRE - Mémo statistique Sucre et autres débouchés. Campagne 2023-24. - https://www.cultures-sucre.com/Medias/content-editor/pdf/memo-stat-2024-FR-hd-ok.pdf (2024).
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(2) - INTERNATIONAL COMMISSION FOR UNIFORM METHODS OF SUGAR ANALYSIS (ICUMSA) - Methods Book. - Colney Norwich, ICUMSA Publications department https://www.icumsa.org/ (2024).
-
(3) - HUBERLANT (J.) - Manuel de sucrerie. - Raffinerie Tirlemontoise (1984).
-
(4) - Mac GINNIS (R.A.) - Beet Sugar Technology. - Beet Sugar Development Foundation, USA (1992).
-
(5) - VAN DER POEL (P.W.), SCHIWECK (H.), SCHWARTZ (T.) - Sugar Technology – Beet and Cane Manufacture. - Verlag Barters, Berlin (1998).
-
(6) - HUGOT (E.) - Handbook of Cane Sugar Engineering. - Elsevier...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
https://www.iso.org/fr/standard/62085.html - ISO 9 001 -
-
https://www.iso.org/fr/iso-22000-food-safety-management.html - ISO 22 000 -
-
https://www.iso.org/fr/iso-14001-environmental-management.html - ISO 14 001 -
-
https://www.afnor.org/energie/faq/cest-quoi-la-norme-iso-50001/ - ISO 50 001 -
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https://norminfo.afnor.org/norme/nf-u44-551/supports-de-culture-denominations-specifications-marquage/89121 - NF U44-551 -
ANNEXES
Les sucres sont définis réglementairement (Directive 2001/111/CE du Conseil du 20 décembre 2001 relative à certains sucres destinés à l’alimentation humaine). Cette définition est également reprise dans le Décret n° 2003-586 du 30 juin 2003 pris pour l’application de l’article L. 214-1 du Code de la consommation en ce qui concerne certains sucres destinés à l’alimentation humaine.
Le règlement (CE) n° 178/2002 est le texte clé du Paquet Hygiène : la Food Law, la législation alimentaire. Il édicte les principes généraux du corpus réglementaire et est applicable à tous les acteurs des filières alimentaires et de l’alimentation animale. Il assigne la responsabilité de la sécurité des denrées aux professionnels qui les placent sur le marché. Il définit des obligations spécifiques : obligation de traçabilité, obligation de retrait de produits susceptibles de présenter un risque pour la santé publique, obligation d’information des services de contrôle… En outre, il crée l’AESA (Autorité européenne de sécurité des aliments) qui est l’équivalent européen de l’Anses (Agence nationale de sécurité sanitaire) et le réseau d’alerte rapide européen RASFF.
Le règlement (CE) n° 852/2004 relatif à l’hygiène...
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