Industrie alimentaire et sucrière

En sucrerie, le calcaire n'est pas seulement une source de chaux : c'est aussi la source de CO₂. Ce double rôle commande le choix granulométrique : un four droit fonctionne sur une bande étroite, par exemple 40–80 mm, avec un rapport haut/bas maintenu à 2 au plus. Si la bande s'élargit, les fines obturent les vides du lit, le gaz se canalise et les gros blocs sortent crus à cœur. On obtient alors, du même four, du surcuit et du sous-cuit en même temps.

L'attente chimique est CaCO₃ ≥ 97 % et MgCO₃ ≤ 1,5 %. Silice et alumine se combinent au calcium à la température de calcination et forment des phases à bas point de fusion ; elles apparaissent sous forme d'anneaux dans le four et de résidu insoluble dans la chaux. La tenue mécanique compte autant que la chimie : une pierre qui se délite à la manutention et à l'enfournement entre en fines et perturbe la composition du gaz. Au choix de la carrière, demandez donc le comportement à la fragmentation (tumbler/LA) en plus du certificat d'analyse.

La chaux sortant du four est éteinte dans un extincteur à tambour rotatif avec de l'eau douce ou des condensats. La température et la dureté de l'eau d'extinction agissent directement sur la taille des cristaux : une eau froide donne un Ca(OH)₂ plus fin et plus réactif, une eau dure provoque une carbonatation prématurée en surface du grain. La présence de chlorures signifie corrosion et charge anionique indésirable dans le jus ; l'eau d'extinction est donc contrôlée à part, en condensats de procédé ou en eau douce traitée. L'approche exposée du côté traitement des eaux et des eaux usées vaut aussi ici.

En sortie d'extincteur, le lait de chaux est tamisé pour éliminer les incuits et refus : particules non éteintes, éclats de pierre, mâchefer. Une hausse du refus est le signal le plus précoce de la performance du four : quand la surcuisson démarre, le refus monte d'abord et la baisse du CaO disponible n'apparaît à l'analyse que plusieurs jours plus tard. La densité du lait de chaux est tenue entre 15 et 20 °Bé sous agitation continue ; si elle dérive, la même ouverture de vanne délivre une quantité différente de CaO et le profil de pH du préchaulage se décale sans qu'on le voie.

Le but du préchaulage n'est pas de monter le pH mais de le monter correctement. Le jus est conduit de pH 6,2 à 10,8–11,2 à travers une série de compartiments ; dans chacun, une fraction des colloïdes franchit son point isoélectrique et se dépose sur le floc déjà formé. Cette croissance cumulative donne un précipité bien plus dense et irréversible qu'une addition d'alcali en une seule fois. Cinq à huit compartiments et un temps de séjour total de 6 à 10 minutes sont typiques.

L'étagement fonctionne avec le recyclage : une partie des écumes de première carbonatation est renvoyée en tête de préchaulage. Cela apporte l'alcalinité selon une courbe douce et fournit les germes de CaCO₃ sur lesquels croît le nouveau floc. Le taux de recyclage n'est pas une recette figée ; on l'augmente quand la qualité des betteraves se dégrade — gelées, pourries, longuement stockées. La dégradation de la filtration en fin de campagne vient le plus souvent de la betterave elle-même, et la réponse n'est pas plus de chaux mais un réglage du recyclage et du profil d'étagement.

Le chaulage principal apporte l'essentiel de la dose et maintient une forte teneur en chaux libre. Ce que l'on cherche ici n'est pas la précipitation mais la décomposition : hydrolyse des amides, destruction contrôlée du sucre inverti en milieu alcalin, saponification des pectines. Achever ces réactions demande du temps plus que de la concentration : c'est pourquoi la phase froide (25–35 °C) est maintenue 20 à 30 minutes.

Après la phase froide, le jus est porté à 82–88 °C et maintenu 8 à 12 minutes de plus. La phase chaude achève la réaction, mais c'est aussi là que la formation de couleur s'accélère ; la prolonger n'apporte aucun gain de pureté, seulement de la couleur et des produits de dégradation. Ramener les deux phases à une seule phase chaude paraît séduisant en investissement et en énergie, mais se solde généralement par une hausse nette de la coloration du jus léger — coloration qu'il faudra ensuite éliminer plus cher.

Le gaz de four est lavé et refroidi jusqu'à une teneur de 32–40 % de CO₂ avant d'entrer dans la chaudière de carbonatation. À mesure que l'alcalinité baisse, des cristaux de CaCO₃ se forment et les colorants, saponines et colloïdes de haut poids moléculaire s'adsorbent sur leur surface. La température est tenue à 80–85 °C : plus bas, le cristal devient fin et la filtration se dégrade ; plus haut, le moussage devient problématique. Le lavage du gaz n'est pas un détail : soufre et poussières passent dans le jus et s'accumulent dans la chaudière ; la logique d'épuration est celle exposée côté traitement des gaz de combustion.

L'alcalinité optimale est celle où le coefficient de filtration (FK) est le meilleur, typiquement 0,08–0,12 g CaO/100 mL. Ce n'est pas une constante : elle se déplace avec la qualité de la betterave, le profil de préchaulage et le taux de recyclage. Le laboratoire de poste ne doit pas tenir l'alcalinité sur une cible mais mesurer le FK à plusieurs alcalinités et localiser le sommet de la courbe. Descendre sous l'optimum redissout le calcium et renvoie au jus des colloïdes déjà précipités — ce qui se voit en turbidité à la sortie filtre.

Après carbonatation, le jus est séparé au décanteur et les écumes déshydratées sur filtres. Vitesse ascensionnelle du décanteur et densité des écumes se suivent ensemble : des écumes trop diluées saturent la capacité de filtration, trop denses elles font monter le lit jusqu'à l'entraînement dans la phase claire.

La deuxième carbonatation ne vise pas à épurer mais à finir : ramener le calcium encore dissous au plus bas niveau atteignable. La solubilité du calcium ne varie pas de façon monotone avec le pH ; à 90 °C elle passe par un minimum autour de pH 9,0–9,3. En dessous, la formation de bicarbonate redissout le calcium ; au-dessus, le calcium est entraîné sous forme d'hydroxyde. Le pH de deuxième carbonatation n'est donc pas une consigne mais un minimum revérifié chaque jour.

Le calcium résiduel est rapporté en « sels de chaux », avec une cible inférieure à 0,030 g CaO/100 mL au jus léger. L'importance de ce chiffre se révèle à l'évaporation : les sels de calcium entartrent les surfaces chauffantes, abaissent le coefficient d'échange et rapprochent les arrêts de lavage. Certaines usines ajoutent du carbonate de sodium (Na₂CO₃) pour abaisser encore les sels de chaux ; on fixe alors le calcium en carbonate, mais on augmente la charge en sodium et donc la perte en mélasse. L'arbitrage se fait entre coût d'entartrage et sucre perdu en mélasse.

Après la deuxième carbonatation, le jus passe les filtres de sécurité et part à l'évaporation comme jus léger. Trois valeurs sont alors rapportées ensemble : pureté (Pol/Bx), coloration (ICUMSA IU 420) et sels de chaux. Lues séparément, elles trompent — augmenter la dose de chaux peut relever légèrement la pureté tout en montant coloration et sels de chaux, pour un bilan net négatif.

Les écumes de carbonatation sortant des filtres sont pressées à 35–45 % de matière sèche. Ce gâteau est un amendement calcique très fin, à valeur neutralisante élevée, utilisable sur sols acides ; le besoin se calcule exactement comme pour un calcaire broyé, à partir de la valeur neutralisante et de la finesse. Pour placer ce gâteau comme produit agricole, il faut enregistrer par lot la matière sèche, le pH, la valeur neutralisante et le profil en métaux lourds — le même registre qui transforme un coût d'élimination en recette.

La chaux et le calcaire entrant en sucrerie sont des intrants de procédé en contact avec la denrée. La norme de chaux de construction EN 459-1 ne suffit pas ici : elle définit des performances mécaniques et chimiques, pas les limites en métaux lourds et impuretés requises pour l'usage alimentaire. La référence de pureté additif alimentaire est le règlement (UE) 231/2012, qui fixe les spécifications de l'hydroxyde de calcium (E 526), de l'oxyde de calcium (E 529) et du carbonate de calcium (E 170), complété par les monographies Codex/JECFA et Food Chemicals Codex. Les limites typiques sont de l'ordre de ≤ 2 mg/kg pour le plomb et ≤ 3 mg/kg pour l'arsenic, avec certificat d'analyse et chaîne de traçabilité par lot.

Côté stockage, les pires ennemis de la chaux sont l'humidité de l'air et le CO₂. La carbonatation superficielle en silo ou en big-bag abaisse le CaO disponible et fait silencieusement dériver le dosage ; les mottes formées perturbent aussi l'écoulement dans les vis d'alimentation. La maîtrise de l'humidité est un sujet à part pour les stocks qui attendront longtemps avant la campagne : stockage fermé, circulation d'air sec ou produits comme un absorbeur d'humidité et de gaz ; la comparaison des méthodes figure sur la page contrôle industriel de l'humidité.

Dans la planification de campagne, ce qu'il faut exiger de l'approvisionnement n'est pas seulement le prix mais la constance des lots : une chaux issue du même banc de carrière, dans la même coupure granulométrique et sous le même régime de cuisson, réduit nettement le nombre de réglages. Pour planifier ensemble coupure, CaO disponible et documentation qualité alimentaire pour votre campagne, écrivez-nous via la page contact.