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MINISTERE DE L’EDUCATION NATIONALE ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE ************

MINISTERE DE L’EDUCATION NATIONALE ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE ************************************************************* UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE DEPARTEMENTS : GENIE MECANIQUE ET PRODUCTIQUE GENIE ELECTRIQUE FILIERE GENIE INDUSTRIEL Mémoire de fin d’étude en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur en Génie Industriel ETUDE ET CONCEPTION D’USINE DE TRANSFORMATION DES FRUITS TROPICAUX Présenté et soutenu par : Monsieur ANDRIAMIHAINGO Fanomezana Directeur de mémoire : Monsieur RANAIVOSON ANDRIAMBALA Hariniaina Maître de Conférence à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo Date de soutenance : 10 Mars 2007 PROMOTION 2006 MINISTERE DE L’EDUCATION NATIONALE ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE ************************************************************* UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE DEPARTEMENTS : GENIE MECANIQUE ET PRODUCTIQUE GENIE ELECTRIQUE FILIERE : GENIE INDUSTRIEL Mémoire de fin d’étude en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur en Génie Industriel ETUDE ET CONCEPTION D’USINE DE TRANSFORMATION DES FRUITS TROPICAUX Présenté par : Monsieur. ANDRIAMIHAINGO Fanomezana Directeur de mémoire : Mr.RANAIVOSON ANDRIAMBALA H., Maître de conférence à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo Président du jury : Monsieur RANDRIAMORASATA Josoa, Professeur à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo Membres du jury : • Madame RATSIMBAZAFY Lantoarisoa, Maître de conférence à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo • Monsieur JOELIHARITAHAKA Rabeatoandro, Enseignant Chercheur à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo • Monsieur ANDRIAMANALINA William, Enseignant Chercheur à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo Date de soutenance : 10 Mars 2007 PROMOTION 2006 REMERCIEMENTS Avant d’entrer dans le vif de ce sujet de mémoire qui est le fruit de nos acquis théoriques, des stages et d’entretien instructifs avec diverses personnes et organismes, Nous tenons à remercier plus particulièrement: • Monsieur RAMANATSIZEHENA Pascal, Directeur de l’Ecole Supérieure Polytechnique qui nous a permis de bénéficier des formations d’Ingénieurs. • Monsieur JOELIHARITAHAKA Rabeatoandro Chef de Département Génie Mécanique et Productique et ANDRIANARISON Yvon, Chef de Département Génie Electrique, de leur grande responsabilité envers la filière Génie Industriel, • Monsieur RANDRIAMORASATA Josoa, d’avoir bien voulu accepter de présider cette soutenance, • Madame RATSIMBAZAFY Lantoarisoa, Monsieur JOELIHARITAHAKA Rabeatoandro, Monsieur ANDRIAMANALINA William d’avoir accepté de juger ce travail avec efficacité. • Monsieur RANAIVOSON Andriambala Hariniaina, directeur de ce mémoire, sans qui ce mémoire n’aurait pas eu lieu d’être. • La société CODAL Ankorondrano Enfin, je tiens à adresser mes remerciements à toute ma famille ainsi qu’à mes amis qui m’ont soutenu tout au long de mes études et dans chacun des épreuves que j’ai eu à traverser. TABLE DE MATIERES INTRODUCTION GENERALE............................................................................................... 1 PARTIE I : GENERALITES.................................................................................................... Chapitre I : LA ZONE D’IMPLANTATION ............................................................................ 2 I .I PRESENTATION DE LA REGION................................................................................ 2 I.II. MILIEU PHYSIQUE...................................................................................................... 2 I.II.1.CLIMAT.................................................................................................................... 3 I.II.2.TEMPERATURE...................................................................................................... 3 I.II.3.PLUVIOMETRIE ..................................................................................................... 3 I.II.4.HUMIDITE RELATIVE (en %)............................................................................... 4 I.III.MILIEU HUMAIN ......................................................................................................... 4 I.III.1.DEMOGRAPHIQUE ET URBANISATION.......................................................... 4 I.III.2.CARACTERISTIQUE DU MENAGE.................................................................... 5 I.III.3.MIGRATION........................................................................................................... 6 I.IV.AGRICULTURE............................................................................................................ 6 Chapitre II : LES ANANAS ET LES MANGUES.................................................................... 9 II .I. ORIGINE ET CARACTERISTIQUES PHYSIOLOGIQUES...................................... 9 II.I.1.L’ANANAS .............................................................................................................. 9 II.I. 2.LA MANGUE...................................................................................................... 10 II.I.3. CARACTERISTIQUES PHYSIOLOGIQUES COMMUNES DES FRUITS...... 10 II.II. LA PRODUCTION ET LA ZONE D’ARBORICULTURE....................................... 11 II.III.PRETRAITEMENT DES FRUITS............................................................................. 12 II.III.1.CUEILLETTE ...................................................................................................... 12 II.III.2. TRANSPORT...................................................................................................... 13 II.IV.VENTE ET CONSOMMATION................................................................................ 14 II.IV.1. MARCHE LOCAL.............................................................................................. 14 II.IV.1.1.Fruits frais...................................................................................................... 14 II.IV.1.2 .Produits transformés..................................................................................... 15 II.IV.2. EXPORTATION................................................................................................. 16 II.IV.2.1. Produits frais................................................................................................. 16 III.IV.2 .2.Produits transformés ................................................................................... 17 Chapitre III NOTIONS THERMIQUES ET LA PRODUCTION DU FROID....................... 20 III.I. LES MODES DE TRANSFERT THERMIQUE......................................................... 20 III. I.1.LA CONDUCTION.............................................................................................. 20 III.I.2.LA CONVECTION ............................................................................................... 21 III. I.2.1.La convection naturelle.................................................................................. 22 III. I.2.2.La convection forcée...................................................................................... 22 III. I.3.LE RAYONNEMENT.......................................................................................... 22 III.II. MOYEN DE PRODUCTION DU FROID................................................................ 24 III. III.LE CYCLE FRIGORIFIQUE................................................................................... 24 III. IV.FLUIDES FRIGORIGENES EMPLOYES DANS LES INSTALLATIONS FRIGORIFIQUES................................................................................................................ 25 III.IV.1. DEFINITION..................................................................................................... 25 III.IV.2.VARIETES DES FLUIDES REFRIGERANTS................................................. 25 III. IV.3.CARACTERISTIQUES..................................................................................... 26 PARTIE II : LA CONSERVATION ET LA QUALITES DES PRODUITS DANS LES INDUSTRIES AGROALIMENTAIRES................................................................................. Chapitre I- CONSERVATION ................................................................................................ 27 I. I.CONSERVATION PAR LE FROID ............................................................................. 27 I. I.1. REGULATION DE L’ATMOSPHERE DES CHAMBRES A ATMOSPHERE CONTROLEE .................................................................................................................. 28 I. I.1.1.Modification de la composition gazeuse .......................................................... 28 I.I.1.2. Moyen de mise en œuvre :................................................................................ 29 I.II.CONSERVATION PAR TRANSFORMATION.......................................................... 32 I.II.1. JUS DE FRUITS .................................................................................................... 32 I.II.1.1.Definition ......................................................................................................... 32 I.II.1.2.Les variétés des jus de fruits ............................................................................ 32 I.II.1.3.Concentré et la purée de fruits.......................................................................... 33 I.II.1.4.Les techniques de fabrication de jus [19]......................................................... 34 I.II.2.CONFITURE .......................................................................................................... 41 I.II.2.1.Définition ......................................................................................................... 41 I.II.2.2.Historique......................................................................................................... 41 I.II.2. 3.Fabrication de confiture [19]........................................................................... 42 I.II.2.4.Caracteristique de confiture ............................................................................. 44 I.II.2.5. Rôles des ingrédients....................................................................................... 45 Chapitre II. LA QUALITE DES PRODUITS DANS LES NDUSTRIES.............................. 46 AGROALIMENTAIRES......................................................................................................... 46 II.I.DEFINITIONS............................................................................................................... 47 II.I.1. LA QUALITE ........................................................................................................ 47 II.I.2. LES NORMES [2] ................................................................................................. 47 II.I.2.1.Références normatives ..................................................................................... 47 II.I.2.2.Les différents organismes de normalisation..................................................... 47 II.I.3. LE SYSTEME HACCP ......................................................................................... 48 II.I.3.1.Les origines du système HACCP..................................................................... 48 II.I.3.2.Principes........................................................................................................... 49 II.I.3.3.Le principe de la marche en avant.................................................................... 49 II.II.LES ENJEUX DE LA QUALITE DANS UNE INDUSTRIE AGROALIMENTAIRE .............................................................................................................................................. 49 II.II .1.LA DIMINUTION DES COUTS ......................................................................... 50 II.II.2.LA FIDELISATION DE LA CLIENTELLE ........................................................ 50 II.II.3.L’ACCES AU MARCHE EXTERIEUR............................................................... 50 PARTIE III : CALCULS ET DIMENSIONNEMENT .......................................................... Chapitre I. CALCULS ET DIMENSIONNEMENT D’UNE STATION FRUITIERE [11]... 52 I.I.PRESENTATION DE LA CHAMBRE.......................................................................... 52 I.II.CALCULS DES DIFFERENTS PARAMETRES UTILES A L’INSTALLATION DU STATION FRUITIERE ....................................................................................................... 53 I.II.1.DETERMINATION DE L’EPAISSEUR ............................................................... 53 I.II.1.1.Des panneaux (murs)........................................................................................ 53 I.II.1.2.La porte ............................................................................................................ 54 I.II.2.CHARGES THERMIQUES ................................................................................... 55 I.II.2.1.Charges thermiques extérieures ....................................................................... 55 I.II.2.2.Charges thermiques intérieures ........................................................................ 60 I.II.2.3.Charge thermique totale ................................................................................... 62 I.III.MODE DE CHARGEMENT / DECHARGEMENT ................................................... 62 I.IV.DIMENSIONNEMENT DES APPAREILS FRIGORIFIQUES ................................. 63 I.IV.1.EVAPORATEUR.................................................................................................. 63 I.IV.1.1.Calcul de la puissance..................................................................................... 63 I.IV.1.2.Contrôle de la puissance prévisionnelle de l’évaporateur .............................. 65 I.IV.2.COMPRESSEUR .................................................................................................. 66 Vérification de température de fin de compression ou de refoulement........................ 66 I.IV.2.1. Cycle frigorifique de l’installation................................................................. 67 I.IV.2.2.Choix de compresseur..................................................................................... 69 I.IV.3.CONDENSEUR .................................................................................................... 70 I.IV.3.1.Calcul de la puissance du condenseur ............................................................ 70 I.IV.4.TUYAUTERIES.................................................................................................... 71 I.IV.4.1.Dimensionnement des tuyauteries d’installation............................................ 71 I.IV.5.DETENDEUR ....................................................................................................... 75 I.IV.5.1.Calcul de la chute de pression au niveau du détendeur .................................. 75 I.IV.5.2.Détermination de la capacité nominale du détendeur ( n Q )............................ 77 Chapitre II.CONCEPTION D’UN REFROIDISSEUR DE JUS ............................................. 79 II.I.PRESENTATION DU REFROIDISSEUR ................................................................... 79 II.II.DIMENSIONNEMENT DU REFROIDISSEUR......................................................... 80 II.II.1.LA CONDUITE DU JUS ...................................................................................... 80 II.II.1.1.Caractéristique de l’écoulement...................................................................... 80 II.II.1.2. Calcul de la vitesse d’écoulement à l’entrée de la conduite : 1 w ................... 80 II.II.1.3.Calcul de perte de charge dans la conduite..................................................... 81 II.II.1.4.Calcul de la pente d’écoulement pour avoir la vitesse de 0,185m/s ............... 81 II.II.2.1.Dimensionnement de l’isolant du tunnel ........................................................ 82 II.II.2.2.Calcul de charge par transmission à travers les parois ................................... 83 II.II.2.3.Calcul de la puissance frigorifique nécessaire au refroidisseur...................... 83 II.II.3.L’EVAPORATEUR .............................................................................................. 84 II.II.3.1.Calcul du serpentin évaporateur...................................................................... 84 II.II.4.COMPRESSEUR................................................................................................... 85 II.II.4.1.Détermination de la puissance absorbée......................................................... 87 II.II.5.CONDENSEUR..................................................................................................... 89 II.II.5.1.La puissance requise au condenseur ............................................................... 89 II.II.6.TUYAUTERIE ...................................................................................................... 90 II.II.6.1.La tuyauterie d’aspiration ............................................................................... 90 11. II.6.2. La tuyauterie de refoulement....................................................................... 91 II.II.6.3.Tuyauterie de liquide ...................................................................................... 92 II.II.7. DETENDEUR....................................................................................................... 93 II.II.7.1.La capacité nominale du détendeur................................................................. 94 II.III.SCHEMAS FLUIDIQUE DE L’INSTALLATION [24] ............................................ 96 PARTIE IV : EVALUATIONS DU PROJET........................................................................ Chapitre I : ETUDE ECONOMIQUE DU PROJET.............................................................. 100 I.I.LES CHARGES D’INVESTISSEMENT ..................................................................... 100 I. II. LES ELEMENTS DU COUT DE PRODUCTION................................................... 103 I.II.1.LES CHARGES FIXES........................................................................................ 103 I.II.2.LES COUTS VARIABLES .................................................................................. 104 I.III.CALCUL DE RENTABILITE ................................................................................... 104 I.III.1.CALCUL DU POT (Pay Out Time). ................................................................... 105 I.III.2.CALCUL DE VAN (Valeur Actuelle Nette)...................................................... 105 I.III.3. LE TAUX DE RENTABILITE INTERNE (TRI).............................................. 106 I.III.4.L’INDICE DE PROFITABILITE (IP) ................................................................ 106 Chapitre II. ETUDE D’IMPACT ENVIRONNEMENTAL.................................................. 107 II.I.CONTEXTE ACTUEL [15] ........................................................................................ 107 II.II.IMPACTS NEGATIFS............................................................................................... 107 II.II.1. L’AIR.................................................................................................................. 107 II.II.2.LES DECHETS ................................................................................................... 108 II.II.3.LA SANTE/SECURITE ...................................................................................... 108 II.II.4.LE CADRE DE VIE ............................................................................................ 108 II.II.5.LES BIENS MATERIELS ET LE PATRIMOINE............................................. 108 II.III.IMPACTS POSITIFS................................................................................................ 109 II.IV.MESURE D’ATTENUATION................................................................................. 109 CONCLUSION GENERALE................................................................................................ 110 LISTE DES ABREVIATIONS AGOA: African Growth and Opportunity CE : Communauté Européenne CF : Chambre froide CFC : Chlorofluorocarbone CODEX : Codex Aliment Arius de la FAO COMESA: Common Market for East and Southern Africa COI: Commission de l’Océan Indien CTHA : Centre Technique d’Horticole Antananarivo FOB: Free on Board HACCP: Hazard Analysis for Critical Control Points ha: hectare HCFC: Hydrochlorofluorocarbone HFC: Hydrofluorocarbone INSTAT : Institut National de la Statistique NFE : Norme Française PRONABIO (PROBIOMAD) : Groupement professionnel des opérateurs en agri business des Produits Naturels et Biologiques de Madagascar RN : Route Nationale RIP : Route Interprovinciale SADC : Southern Africa Development Community LISTE DES FIGURES Figure 1: Carte de localisation de la région d’Amoron’i Mania Figure 2: Ananas Figure 3: Mangue Figure 4: Zone d’arboriculture à Madagascar Figure 5: Circuit de distribution de fruit à Madagascar Figure 6: Transfert thermique par conduction sur un mur plan homogène Figure 7:Transfert thermique par conduction sur un mur plan composite Figure 8: Paroi plane composite (les trois modes de transfert thermique associés) Figure 9: Cycle frigorifique Figure 10 : Fluide R404A couleur conventionnel Figure 11 : Mise en équilibre du mélange gazeux d’une enceinte en atmosphère contrôlée Figure 12 : Diagramme de fabrication de jus Figure 13 : Pressoir hydraulique électrique à piston double effet Figure 14 : Broyeur électrique vertical Figure 15 : Thermoplongeur Figure 16 : Chaudière électrique verticale Figure 17 : Mode de conditionnement Figure 18 : Diagramme de fabrication de pâte à tartiner Figure 19 : Station fruitière (vue de face) Figure 20 : Diagramme de déperdition thermique Figure 21 : Type de porte coulissante appliquée pour la chambre Figure 22 : Ecart de température en uploads/Industriel/ andriamihaingofanomezana-espa-ing-07.pdf