Table des mati�res - Pr�c�dente - Suivante

Les plus petits silos dits �de grande capacit� permettent de stocker de l'ordre de 500 t en cellules de 100 t unitaires. Pour les plus grands, il existe aujourd'hui, notamment aux U.S.A., des silos g�ants tels ceux d'Hutchinson (Kansas) de 490 000 t ou d'Enid (Oklahoma) de 850 000 t.

Nous distinguons:

- les silos m�talliques l�gers,
- les silos herm�tiques,
- les silos en b�ton arm�.

Les diff�rents types de construction se rencontrent en zone tropicale; le choix n'est pas purement technique mais toujours le meilleur compromis technico-�conomique. Jusqu'� pr�sent, la plupart des silos de grande capacit� en Afrique ont �t� construits dans les ports pour stocker des denr�es import�es � rotation rapide (2 � 3 mois de stockage) ce qui limite fortement les risques en cours de conservation.

a) SILOS M�TALLIQUES L�GERS

Les silos m�talliques l�gers sont compos�s de cellules m�talliques en t�les d'acier galvanis� ou d'aluminium planes ou ondul�es, boulonn�es ou serties, fix�es sur un socle en b�ton �tanch�ifi� (plan ou conique selon le mode de vidange choisi).

Ce type de silo pr�sente les avantages suivants:

• montage souvent facile et rapide,

• construction l�g�re: le poids de m�tal rapport� � la tonne log�e est de l'ordre de 12 kg, ce qui permet d'implanter un silo sur des sols de mauvaise portance.

Les types de construction les plus courants sont

- Cellules en t�les ondul�es boulonn�es

Ces cellules, bien connues, sont r�alis�es en t�les d'acier galvanis� (la charge en zinc varie selon les constructeurs: 380 � 450 g/m�). Ces t�les cintr�es sont boulonn�es entre elles et sur les montants verticaux r�partis tous les m�tres environ. La qualit� de la galvanisation � chaud permet d'assurer une grande long�vit� (non-�caillage garanti pendant 10 ans). Certains constructeurs proposent des variantes avec la face ext�rieure pr�laqu�e.

L'�paisseur des t�les varie de 75/100 � 300/100 selon la charge support�e par la t�le. Les ondulations classiques mesurent 76 x 18 mm. Des ondes plus plates (104 x 12 chez PRIV�, 101,6 x 11,1 chez BUTLER) permettent des �conomies de mat�riau et facilitent l'�coulement des produits.

Les renforts sont r�alis�s en t�le pli�e ou emboutie de 1 � 4 mm d'�paisseur. Emboutis, ils comportent des bossages qui �pousent l'ondulation des t�les pour am�liorer la liaison t�le-renfort. Ils sont g�n�ralement plac�s � l'ext�rieur chez les constructeurs europ�ens. Des fabricants am�ricains les placent � l'int�rieur. Ils doivent alors �tre car�n�s pour �viter les retenues de grain qui sont autant de foyers possibles d'infestation. Parfois les renforts ext�rieurs facilitent la mise en place �ventuelle d'une isolation thermique (double paroi) ou d'une surface de captage des rayons solaires (cellule solaire s�cheuse).

La liaison entre les t�les est assur�e par des boulons � haute r�sistance (80 kg/mm�), galvanis�s ou cadmi�s, mont�s avec rondelle d'�tanch�it� (n�opr�ne) et coupelle m�tallique sur les 2 faces. L'�tanch�it� entre les t�les est assur�e par la mise en place d'un joint pendant le montage (n�opr�ne, bitume...). Les cellules sont couvertes par un toit autoportant, en acier galvanis�.

Elles peuvent recevoir les �quipements suivants:

• a�rateur central de toiture;

• passerelle de 1,25 m de largeur pouvant supporter de 240 � 400 daN/m lin�aire. (Ces passerelles ne doivent en aucun cas �tre bard�es);

• fond perfor� pour la ventilation (pos� sur parpaings de 20 x 20 x 40 cm). Les �quipements pour des d�bits de renouvellement de 10 m�/h/m� de grains sont classiques;

• renforts sp�ciaux pour l'accrochage de sondes thermom�triques (3 sondes verticales avec point de mesure tous les 3 m�tres):

• syst�mes de reprise par vis centrale enterr�e (ou plac�e sous le faux fond) aliment�e par gravit� puis par vis balayeuse (diam�tres inf�rieurs � 7 m) ou par vis de reprise int�grale au-del� (8 m � 15 m - d�bit 40 t/heure).

Fig. 125: Sch�ma du syst�me de reprise int�grale.

Dimensions des cellules:

Les diam�tres des cellules s'�chelonnent entre 2 m et 22 m alors que les hauteurs atteignent une vingtaine de m�tres.

Le montage des cellules s'effectue � l'aide d'un m�t central qui soul�ve le toit puis les viroles � mesure de leur assemblage; 95 % du travail de montage peut ainsi s'effectuer au sol.

- Les cellules Lipp

Ces cellules font appel � un proc�d� ing�nieux de profilage et de sertissage de la t�le sous forme d'une agrafe double. Les deux op�rations sont r�alis�es sur le site m�me d'�dification des cellules, ce qui permet de n'approvisionner que les bobines de m�tal (bobines de 2,5 t pour 320 m de t�le de 2 mm ou 160 m de t�le de 4 mm). Au cours du sertissage, la largeur utile de la t�le est r�duite de 495 � 360 mm.

La vitesse th�orique de d�filement de la t�le est de 5 m�tres par minute. En pratique, compte tenu des temps morts n�cessaires pour araser � l'horizontale la premi�re et la derni�re virole, pour abouter les bobines de t�le (soudure ou boulonnage), et pour poser les accessoires, il faut pr�voir le triple du temps th�orique (environ 5 jours pour dresser un silo de 15 m de diam�tre et 15 m de hauteur).

Le m�tal employ� est la t�le galvanis�e qui peut recevoir au besoin des traitements sp�ciaux pour produits corrosifs ou acides (aluminiage, plastification, r�sines �poxy, etc.). Ce proc�d� permet de r�aliser des cellules cylindriques de 5 � 20 m de diam�tre et jusqu'� 20 m de hauteur. Le montage n'exige pas d'�chafaudage si le toit est mis en place au sol d�s la premi�re virole. En pratique, il faut pr�voir un camion semi-remorque de 20 t de charge utile �quip� d'un bras de levage de 20 t de capacit�, pour le transport et la mise en place de la profiteuse et de la sertisseuse.

Fig. 127: Sch�ma du sertissage par agrafe double.

- Cellules type Maryson

Ce sont des silos constitu�s de panneaux de 1 m x 1 m en t�le plane, emboutis en usine. La t�le d'une �paisseur de 15/10 � 25/10 est galvanis�e. Les panneaux sont assembl�s par boulonnage ext�rieur (montage en quinconce) et peuvent �tre garnis de joints �tanches.

Les cellules qui, par cette technique, pr�sentent des parois int�rieures parfaitement lisses, ont des diam�tres de 4 � 15 In et des hauteurs qui peuvent atteindre 20 m.

Fig. 130: Sch�ma d'un silo type Maryson.

LA CONDENSATION DANS LES SILOS M�TALLIQUES

Les silos m�talliques l�gers, plus rapides � construire que les silos classiques en b�ton arm�, auraient la faveur des organismes stockeurs si la crainte du risque de condensations �tait lev�e.

Ces condensations sont li�es aux variations de temp�rature lorsque la temp�rature ext�rieure est �lev�e, la chaleur se transmet � travers la paroi de la cellule � la couche de graines sous-jacente. La temp�rature �tant plus �lev�e, l'humidit� relative de l'air interstitiel est plus faible et provoque une migration de la vapeur d'eau de l'int�rieur vers la p�riph�rie. Lorsque la temp�rature ext�rieure baisse rapidement (�cart diurne important), le refroidissement de l'air interstitiel provoque une augmentation de son humidit� relative. Il peut alors se produire une condensation, r�humidification des grains, et cr�ation d'une zone favorable � la reprise d'activit� des grains et des microorganismes, qui se traduit par la d�t�rioration du produit et sa prise en masse (�cro�tage� sur les parois). Quantitativement cette alt�ration n'int�resse qu'un tr�s faible pourcentage du grain stock� dans la cellule mais elle a plusieurs inconv�nients:

• nettoyage des parois dans des conditions difficiles d'accessibilit� et de temp�rature,
• risque de corrosion acc�l�r�e des t�les,
• d�t�rioration qualitative du produit. Le risque de d�veloppement de mycotoxines (telle l'aflatoxine) ne doit pas �tre n�glig� (m�me si elles ne sont pas encore prises en compte dans les standards commerciaux), car ces compos�s sont dangereux pour la sant� des consommateurs.

Ce ph�nom�ne est particuli�rement sensible avec les cellules m�talliques dont les parois sont peu �paisses et bonnes conductrices de la chaleur. Il faut cependant noter que dans bien des cas, d'autres causes que les condensations peuvent �tre responsables du �cro�tage�:

• produit stock� � une humidit� trop �lev�e (cas fr�quent dans les petits centres ne poss�dant pas d'humidim�tres),

• joints d�ficients entre les t�les ou au raccordement du toit, laissant s'infiltrer l'eau de pluie,

• condensation de la vapeur d'eau contenue dans l'air au-dessus du grain. Il est courant d'observer, surtout pendant les saisons humides, des condensations nocturnes de l'air humide dans les cuves: par exemple il est recommand� de faire le plein de fuel des r�servoirs des engins le soir pour �viter l'apparition d'eau dans les circuits d'alimentation en carburant. Il en est de m�me pour les cellules � grain. Pour �viter le ruissellement sur le grain, il faut �tudier des formes de toiture permettant le ruissellement � l'ext�rieur de la cellule et au besoin pr�voir une ventilation des hauts de cellule.

Sur ce sujet, le CEEMAT - en collaboration avec la CFDT et l'INRA -a initi� un programme d'essais dont les objectifs sont de pr�ciser la dynamique du ph�nom�ne et de rechercher les humidit�s maximum � recommander selon les produits et les zones climatiques sans devoir recourir � l'isolation thermique (co�teuse) ou � la ventilation forc�e (source et co�t de l'�nergie). Le faible impact commercial en Afrique freine le financement de ces �tudes de base. En Asie du Sud-Est l'aide australienne poursuit un programme analogue.

b) SILOS M�TALLIQUES POLYGONAUX

Ces silos sont r�alis�s � partir d'�l�ments pr�fabriqu�s, soud�s ou boulonn�s. Chaque �l�ment est constitu� d'une t�le d'acier pli�e dans le sens horizontal de 2 � 3 mm d'�paisseur, rigidifi�e par des flasques lat�raux. Les panneaux ont des dimensions variables, la largeur pouvant varier de 2 � 4 m, et la hauteur pouvant atteindre 10 m.

Lors du montage, les flasques sont soud�s (soudure en montant) avec ceux des panneaux voisins et constituent des poteaux creux qui peuvent �tre remplis de b�ton et forment la carcasse verticale des cellules.

Fig. 131: �l�ment de cellule en t�le pli�e renforc�e.

L'avantage des cellules polygonales est d'utiliser au mieux les parois et de cr�er entre les cellules principales des petites cellules intercalaires tr�s int�ressantes pour stocker des petits lots, lots sp�ciaux, lots � ensacher, etc.

Fig. 132: Exemple montrant l'�conomie r�alis�e avec des cellules octogonales (d'apr�s REIMBERT).

Le m�tal employ� est un acier au carbone prot�g� par des rev�tements antirouille et de peinture aluminis�e. Il est �galement possible d'utiliser des aciers sp�ciaux �autopatinables�, lesquels, � l'instar de l'aluminium, forment en se corrodant une couche d'oxyde tr�s compacte, qui emp�che une progression de l'oxydation en profondeur. Ces aciers aux caract�ristiques m�caniques sup�rieures aux aciers ordinaires ont en outre une tr�s bonne soudabilit�.

Cette technique de construction de silos en cellules m�talliques soud�es est tr�s int�ressante car elle permet de disposer de structures �tanches n�cessaires pour les installations de stockage sous gaz inerte (exemple: silos �tanches du programme de Silos Polyvalents de C�te d'Ivoire qui repr�sente environ 100 000 t de stockage r�parties en silos de 5 000 t et 10 000 t).

La construction de tels silos est cependant plus complexe que celle des silos m�talliques l�gers car elle n�cessite des moyens de montage plus cons�quents et surtout un personnel qualifi� pour la r�alisation des joints par soudure. La dur�e d'amortissement appliqu�e est �galement plus longue.

c) SILOS EN B�TON ARM�

Le b�ton arm� pr�sente des caract�ristiques tr�s int�ressantes pour la construction d'installations de stockage:

• c'est un mat�riau durable n'exigeant ni rev�tement ni entretien, donc pouvant �tre amorti sur une longue p�riode, Il est particuli�rement int�ressant pour les silos portuaires o� l'atmosph�re marine est corrosive;

• c'est un mat�riau qui permet des constructions de grande hauteur.

Si avec les cellules m�talliques les hauteurs sont couramment limit�es � une vingtaine de m�tres, on pourra en b�ton arm� atteindre 40 m -50 m pour des cellules de 6 � 10 m de diam�tre. Ce d�veloppement en hauteur permet de r�duire la surface au sol, ce qui est tr�s int�ressant notamment en zone portuaire o� l'on cherche � rentabiliser au maximum l'emprise des b�timents;

• c'est un mat�riau local, car la plupart des pays ont maintenant leur cimenterie. Le facteur d�terminant reste le prix du ciment qui varie �norm�ment d'un pays � l'autre;

• c'est enfin un mat�riau assurant une assez bonne isolation thermique du produit malgr� les faibles �paisseurs mises en œuvre (�paisseur des parois des cellules de 15 � 20 cm).

Le b�ton pr�sente toutefois quelques inconv�nients:

• il est poreux et permet donc des �changes gazeux avec l'ext�rieur, ce qui posera des probl�mes pour le traitement des stocks par fumigation et ce qui rend son emploi difficile pour la construction de silos herm�tiques � moins que l'int�rieur des cellules ne re�oive un rev�tement sp�cial d'�tanch�ification;

• il est lourd. Le poids du mat�riau rapport� � la tonne log�e serait de 200 kg/t pour des cellules verticales en b�ton arm� alors qu'il n'est que de 12 kg/t pour les cellules en t�les ondul�es et de 25 kg/t pour des cellules en acier autopatinable. Il ne pourra donc �tre mis en œuvre que sur des sols ayant une bonne r�sistance � la pression. Sur des sols peu portants il exigera des fondations importantes (battage de pieux...) qui peuvent fortement grever le co�t de la construction.

• enfin il doit �tre mis en œuvre par des personnes qualifi�es et des entreprises parfaitement �quip�es.

TECHNIQUE DE CONSTRUCTION

Pour les silos verticaux en b�ton arm�, la technique de construction, aujourd'hui largement utilis�e, est celle du coffrage glissant.

Le coffrage, constitu� de deux cylindres concentriques, est lev� en continu par des v�rins prenant appui sur des barres d'acier noy�es dans le b�ton. La vitesse d'avancement est d'environ 20 cm/h.

Le coulage doit �tre continu et le b�ton de qualit� homog�ne. Cette technique n�cessitant un mat�riel important ne peut �tre mise en œuvre que par des entreprises tr�s sp�cialis�es.

Les probl�mes qui ont pu appara�tre au niveau de ces silos en b�ton arm� ont souvent �t� dus � un mauvais enrobage des fers ou �galement � des fissures ou microfissures au niveau des barres de levage du coffrage glissant (o� l'�paisseur de b�ton est plus faible). Ces fissures peuvent permettre des rentr�es d'eau et �tre � l'origine de collages de produits sur les parois.

Fig. 134: Sch�ma de la paroi d'une cellule en b�ton arm�.

d) EFFORTS SUR LES PAROIS DANS LES SILOS VERTICAUX

Il peut arriver que l'on observe sur les silos m�talliques des d�formations de parois. Ces d�formations pouvant aller dans certains cas jusqu'� la rupture des cellules (cellule de b�ton arm� �ventr�e par exemple). Tous ces accidents sont dus aux surpressions qui apparaissent dans la masse de grains au moment de la vidange.

- Pression des grains au repos

Contrairement aux liquides exer�ant sur les parois des pressions hydrostatiques horizontales, la mati�re pulv�rulente, et notamment les grains, exerce une pouss�e oblique par rapport � la paroi du fait des frottements de la mati�re sur celle-ci. Cette pression peut �tre d�compos�e en une pression normale (ou �pouss�e lat�rale�), et une pression tangentielle ou pression verticale.

Figure

Ces pressions verticale et horizontale sont li�es aux param�tres suivants:

• poids sp�cifique de la mati�re,
• frottement (des grains entre eux et sur la paroi),
• hauteur de la masse de grains,
• dimensions de la cellule (diam�tre pour cellule circulaire).

Les frottements ont une telle importance que les pressions tendent vers une limite � mesure que la profondeur augmente. La courbe de pouss�e n'est plus une droite mais une parabole. Il en est de m�me pour la courbe des pressions verticales.

Fig. 136: Repr�sentation sch�matique de la pouss�e sur les parois.

- Vidange

Ne consid�rer pour le calcul des cellules que les pressions engendr�es par du grain au repos risque de conduire � de s�rieux d�boires. En effet la vidange des cellules par une ouverture m�me tr�s faible de la trappe de vidange provoque la mise en mouvement de l'ensemble de la masse et rompt l'�quilibre de celle-ci. Cet �coulement de masse engendre des surpressions importantes, notamment entre la moiti� et le tiers inf�rieur de la cellule.

Fig. 137: Vidange de produits granuleux.

• Une vidange et un remplissage simultan�s accentuent encore cette d�formation de la courbe des pressions. C'est donc en fonction du maximum de ces courbes, que les structures devront �tre calcul�es.

• Une technique permet d'�viter la mise en mouvement de la masse enti�re de la cellule � l'origine de ces surpressions. Elle consiste � placer au-dessus de l'orifice de vidange un tube vertical perc� de nombreux orifices. La vidange du grain s'effectue alors par couches successives, la masse de produit reste immobile et seule la couche sup�rieure glisse dans le tube de vidange (proc�d� du tube antidynamique Reimbert).

Dans le cas d'une cellule � vidange lat�rale, les pouss�es sont dissym�triques et les pressions sont importantes sur le c�t� oppos� � la vidange ce qui tend � ovaliser les cellules cylindriques. Pour annuler les effets n�fastes de la dissym�trie, il sera parfois possible de placer dans la cellule un tube de centrage qui ram�ne la cellule � une vidange de type axial, cellule qui pourra �galement �tre �quip�e d'un tube antidynamique.

Un important programme d'essais est en cours en France pour quantifier avec pr�cision ces ph�nom�nes selon le type de cellule.

Fig. 138: Tube antidynamique Reimbert.

Fig. 139: Vidange excentr�e.

Les silos horizontaux sont constitu�s par des grandes cellules ou cases de faible hauteur par rapport aux autres dimensions, par exemple: hauteur: 6 m - largeur: 7 � 10 m - longueur: 13 � 15 m. Le fond de ces cases est g�n�ralement plat.

Fig. 140: Sch�ma d'un silo m�tallique � fond plat.

Ces cases peuvent �tre construites en m�tal avec des panneaux de t�le pli�e tels que nous les avons vus pour les silos verticaux, mais �galement en b�ton.

B�ton arm� traditionnel

Pour les cases de hauteur relativement faible, le coffrage ne pose pas de probl�mes particuliers. Aujourd'hui certaines entreprises sont capables de mettre en œuvre des coffrages de plusieurs m�tres de hauteur et de grande largeur permettant l'�dification rapide de grandes surfaces de parois.

B�ton arm� pr�fabriqu�

Des corni�res � deux branches sont pr�fabriqu�es au sol puis assembl�es pour former les parois des silos. Ces corni�res sont reli�es par des poteaux en b�ton arm�. Les cellules ont un aspect qui rappelle les cellules en t�le pli�e.

D'autres m�thodes consisteront � assembler des �l�ments pr�fabriqu�s en b�ton arm� en forme de corni�res (verticales) ou de demidouve.

Ces �l�ments d'une longueur correspondant � la hauteur de la cellule sont pr�fabriqu�s au sol puis assembl�s verticalement. Cette technique n�cessite �galement des moyens de levage importants pour dresser les �l�ments pr�fabriqu�s.

Nous n'aborderons pas le calcul des parois des cellules des silos horizontaux, nous pouvons simplement rappeler qu'elles peuvent �tre calcul�es comme des murs de sout�nement.

VIDANGE DES CELLULES

Pour les cellules � fond plat il faudra pr�voir un couloir central ou lat�ral enterr�, �quip� d'un transporteur horizontal (transporteur � cha�ne ou � bande). Le grain pourra s'�couler naturellement par gravit� par ces tr�mies, mais il restera toujours un c�ne ou talus r�siduel.

L'�limination de ce c�ne pourra se faire par un transporteur appel� transracleur qui permet la reprise int�grale. Ce transracleur peut �galement �tre utilis� au remplissage pour �galiser le niveau du tas (Fig. 141).

L'�vacuation de ce c�ne peut cependant �galement �tre r�alis�e manuellement (petites cellules) ou � l'aide de petits engins: petites chargeuses compactes ou petits bouteurs (grandes cellules).

La vidange des cellules � fond plat peut �galement �tre pneumatique par un syst�me de suceuses (mais exigeant en �nergie) ou par un syst�me sp�cial de ventilation (syst�me LORIN). L'air refoul� dans les gaines est orient� vers les tr�mies et entra�ne le produit vers ces orifices de vidange (Fig. 142).

Enfin les installations de stockage en sacs sont parfois utilis�es pour du stockage vrac. Lorsque les parois sont trop faibles (ce qui est souvent le cas) pour supporter la pression lat�rale du produit, il faut pr�voir des cloisons faites d'un mur de sacs ou de madriers de bois. Cependant la manutention restera difficile et les traitements insecticides d�licats. L'emploi des magasins de sacs pour le stockage en vrac n'est qu'un pis-aller, � moins que le passage du sac au vrac ait �t� pris en compte lors de leur conception.

Fig. 141: Vidange d'une cellule � fond plat par un transracleur. (D'apr�s REIMBERT.)

Fig. 142: Vidange par ventilation. (Doc. LORIN.)

Remarque: vidange des produits pulv�rulents (farine par exemple).

Les produits pulv�rulents peuvent poser des probl�mes de vidange beaucoup plus complexes que les produits granuleux (grains).

L'�coulement du produit peut �tre modifi� ou arr�t� en raison de ph�nom�nes de:

Pour favoriser l'�coulement, il faut que la pente des parties coniques des silos soit plus importante que pour les grains.

On peut retenir les valeurs suivantes:

Enfin, les produits les plus difficiles sont les produits fibreux ou en flocons de faible densit� qui ont tendance � s'enchev�trer (copeaux de bois, fibre d'amiante...) et qui ne tol�rent pas le moindre angle.

Pour l'extraction des produits difficiles, il existe de nombreux proc�d�s. Nous rappellerons simplement que l'on distingue:

* les extracteurs pneumatiques:

• coussins gonflables,
• canon � air comprim�,
• fluidisation locale du produit.

* les extracteurs m�caniques:

• diff�rents extracteurs � vis:

- vis multiples,
- vis � mouvement plan�taire avec moteur central (exemple: vis � pas variable PARCEY),

• extracteurs � bandes, � cha�nes... extraction par couches �paisses (20 cm) � vitesse lente 15 cm/mn.

*extracteurs vibrants:

• mise en vibration des parois du silo mais risque d'alt�ration des structures;
• tr�mies plac�es sous fond conique mises en vibration;
• fond vibrant: fond conique, ind�pendant de la cellule, mis en vibration.

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