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Classification des Opérations Unitaires

mercredi 20 octobre 2010, par AMROUCHE

Classification selon la fonction réalisée

Classification des Opérations Unitaires (O.U.)

On distingue les opérations selon quatre fonctions : les opérations unitaires de préparation, les opérations unitaires de transformation, les opérations unitaires de stabilisation et les opérations unitaires de conditionnement et dosage.

A- LES O. U. DE PRÉPARATION

Les opération unitaires de préparation :

Elles visent à préparer les matières en vue de la consommation directe ou d’une transformation ultérieure.

On trouve les opérations d’agréage, de nettoyage, de tri (séparation selon une grandeur physique : couleur, poids, forme, taille) et de classement (séparation qualitative des matières premières).

B- LES O. U. DE TRANSFORMATION

LES O. U. DE TRANSFORMATION

Elles visent à apporter une modification aux matières premières. Elles regroupent :

  • B1-Les opérations de réduction de la taille :
  • soit des solides :

la découpe permet de maîtriser la forme géométrique du produit obtenu (cube de légumes pour réaliser une macédoine de légumes)

la fragmentation qui ne permet pas de la maîtriser (broyage de grains de blé pour la fabrication de farine panifiable, Hachage ou cuttérage de viande) ;

  • soit des liquides :

L’objectif est la diminution de la taille des gouttelettes d’un liquide non miscible dans un autre (cas des émulsions comme le lait entier, les crèmes de consommation, les crème   dessert…) et réduction de particules solides en suspension dans un liquide (cas des suspension comme la sauce ketchup ou les nectars de fruit).

  • B2-Les opérations de séparations sans changement d’état :

L’objectif est de séparer une ou plusieurs phases, liquides ou solides, contenues dans un produit, on distingue :

  • B2.1 : les opérations d’extraction :
  • Extraction par pression : application d’une force sur un solide pour en extraire une phase liquide. C’est l’extraction d’un jus de fruit, la récupération de l’huile…
  • par solvant : utilisation d’un solvant (eau, hexane) pour extraire un ou plusieurs solutés contenus dans un solide. C’est par exemple l’extraction du sucre contenu dans les betteraves grâce à de l’eau, ou de l’huile extraite de graine oléagineuse par de l’hexane.
  • B2.2 : les opérations de décantation

Elles permettent la séparation de particules solides ou de gouttelettes liquides dispersées dans une phase liquide grâce à la force gravitationnelle (le poids) ou à une force centrifuge artificielle. Il existe :

  • la décantation statique où le « moteur » de la séparation est l’accélération gravitaire (g = 9,81m/s/s). C’est la clarification artisanale des jus de fuit, la dépollution des eaux usées des stations d’épuration…
  • la décantation centrifuge où le « moteur » est l’accélération centrifuge . C’est le cas de l’écrémage du lait qui se fait dans des écrémeuses qui tournent à des vitesses de 4600 tours/min.
  • B2.3 : les opérations de filtration :

L’objectif est de séparer des particules dispersées dans un liquide en forçant le produit à traverser un milieu poreux chargé d’arrêter les particules en fonction de leur taille.
On distingue :

  • la filtration frontale ou classique : Le flux du produit est perpendiculaire au milieu filtrant qui se colmate relativement vite. C’est la clarification des boissons (jus de pomme, bière, vin…)
  • la filtration tangentielle  : le produit balaye la surface filtrante (flux parallèle) ce qui retarde le colmatage et permet une séparation plus fine puis qu’on peut retenir des macromolécules voire des molécules. Ce type de filtration tangentielle est très utilisée en laiterie pour concentrer le lait en protéine (fromagerie ) ou pour le stériliser à froid (lait microfilté)
  • B3- Les opérations de séparations avec changement d’état

L’objectif est toujours de séparer une ou plusieurs phases d’un produit mais cette fois grâce à un changement d’état : la vaporisation (liquide—>gaz) ou la solidification (liquide—>solide). On distingue :

  • B3.1 : l’opération de distillation : elle consiste à séparer par vaporisation deux produits (solutés) qui ont des points d’ébullition différents . Une des applications est la distillation d’alcool à partir de fruits fermentés ;
  • B3.2 : l’opération de cristallisation : elle consiste à séparer par solidification un ou plusieurs solutés contenus dans un produit. C’est le cas de la production de sucre (saccharose) où l’on force le saccharose à cristalliser en évapo-concentrant tout en refroidissant le sirop où il est en solution.
  • B4- Les opérations de mélange, texturation, mise en forme
  • O.U. de mélange :
    L’objectif de ces O.U. est d’augmenter l’homogénéité de produits hétérogène au départ.
    On distingue le mélange des produits secs (pulvérulents), des produits humide (produits charcutiers) et des liquides (cuve avec agitateur, mélangeur statique, homogénéisateur, émulsionneurs…)
  • O.U. de texturation :
    l’objectif est de modifier la texture du produit de départ ;
    C’est la cuisson/extrusion (qui permet de fabriquer des snacks apéritifs à partir d’une base amidonnée), le filage des protéines (de poisson pour obtenir une base Kamaboko, protéines à base de soja pour fabriquer le Tofu, etc…) et le foisonnement (incorporation de gaz pour donner du corps à des mousses au chocolat, à des crème   glacée ou sorbet…).

C- LES O. U. DE STABILISATION

LES O. U. DE STABILISATION

Ce sont les opérations de conservation du produit. Elles visent à maintenir le produit dans son état optimal jusqu’à la remise au consommateur. Elles regroupent :

C1- Les opérations de stabilisation par la chaleur
le blanchiment (cas des fuits & légumes : 100°C- quelques minutes), la cuisson, la pasteurisation (cas des jus de fruit pasteurisés : 85°C-30sec.), la stérilisation (ex : le lait stérilisé UHT : 145°C -5 sec.) et l’appertisation (les conserves).

C2- Les opérations de stabilisation par le froid

Elles visent à diminuer la température afin de ralentir les altérations microbiennes et physicochimiques. Ce sont la réfrigération, la congélation et la surgélation.

C3- Les opérations de déshydratation (élimination d’eau)

Elles ont pour but de diminuer l’humidité et par conséquent l’activité de l’eau (a.w.) des produits pour inhiber le développement des micro-organismes et de diminuer les réactions physicochimiques d’altérations :

  • l’évapo-concentgration permet d’augmenter l’extrait sec en préservant les qualités du produit (cas du concentré de tomate, des concentré de fuit ou légumes…).
  • Le séchage est une concentration encore plus poussée afin de stabiliser au maximum le produit (cas des flocons de pomme de terre, de la poudre de lait).
  • Enfin la lyophilisation est le procédé de déshydratation qui préserve le mieux les qualités du produit puisqu’il se fait à froid (sublimation= glace—>vapeur) à -20°C sans jamais éxcéder +20°C ; l’inconvénient en est le cout élevé de fonctionnement et la faible productivité ! (cas du café soluble, …).

C4- Les opérations de stabilisation par d’autres moyens  :

  • les moyens physiques : ionisation (onde radioactive) et pascalisation (traitement par haute pression) ;
  • les moyens chimiques :c’est l’addition d’ingrédients (vinaigre, citron, sel, sucre) mais aussi d’additif comme par exemple l’utilisation de conservateurs (nitrite de potassium couramment appelé salpêtre en salaison, sorbate de potassium…) ;
  • les moyens physico-chimiques : le fumage ;
  • les moyens biologiques : les fermentations lactiques (choucroute, fromages frais, saucissons,..) les fermentations alcooliques (vins, bière…) .

D- LES O. U. DE CONDITIONNEMENT ET DOSAGE

LES O. U. DE CONDITIONNEMENT ET DOSAGE

Elles visent à isoler le produit de toute recontamination possible.

Elles concernent :

  • tous les matériaux (verre, plastique, métal,..) et
  • toutes les techniques (sous vide, sous atmosphère modifiée, …).

P.-S.

Bibliographie :

  • Les techniques de l’ingénieur
  • Alimentation et Processus technologiques- A.Branger, MM Richer & S.Roustel. Ed. Educagri.