Bronkhorst

Carbonatation ou l'art de buller

26 octobre 2021 Mickaël Soobaroyen

Vous vous demandez peut-être ce qu’est la carbonatation. Il est probable que vous ne connaissiez pas tous ce mot et pourtant vous voyez les résultats d'une carbonatation presque tous les jours. Sans carbonatation, pas de bulles dans votre limonade. Les boissons gazeuses contiennent du dioxyde de carbone ( CO2 ) dissous et dont la quantité injectée est maîtrisée par des régulateurs de débit pendant le procédé de carbonatation.

Nous nous sommes entretenus avec Guillaume WURGER, chef d’entreprise d’Actemium Strasbourg Plant Solutions, dont la carbonatation est l’une des activités phares.

Débitmètres pour le procédé de carbonatation

La carbonatation, comment ça marche ?

On constate que des gaz peuvent se dissoudre dans un liquide. Un phénomène thermodynamique qui s’explique par la loi de Henry. Cette loi incontournable de la physique stipule qu’à température constante, la quantité de gaz dissous dans un liquide est proportionnelle à la pression exercée par ce gaz sur le liquide.

Dans le cas de la carbonatation,  pour obtenir une certaine concentration de CO2 dans un liquide, il faut respecter des conditions de pression et de température spécifiques en  fonction du type de produit. Cet équilibre qu’il faut respecter doit être parfaitement maîtrisé durant tout le process.

Quelle solution propose Actemium Strasbourg Plant Solutions ?

Actemium Strasbourg Plant Solutions est une entreprise de VINCI Energies spécialisée dans les solutions process : skids de mélange, systèmes d'injection de gaz et pasteurisation. Il y a 10 ans, notre goût de l’innovation nous a amené à développer un carbonateur que nous avons fait breveter et qui permet à nos clients de produire des boissons gazeuses. Nous avons relevé la problématique de l’utilisateur face aux solutions traditionnelles : rendement de l’injection du CO2, système encombrant et procédé énergivore. 

Installation carbonatation

Avec cet équipement, le défi est aussi :

  • d’optimiser le procédé (compensation de volume dans les cuves de liquide)
  • d’augmenter la qualité de produits finis (la boisson gazeuse)
  • et de gagner du temps (nettoyage de cuve, dissolution totale du CO2).
L’un des aspects innovants du carbonateur d’Actemium Strasbourg Plant Solutions est d’injecter le CO2 en ligne dans le but de le dissoudre dans la boisson. En jouant sur l’équilibre des pressions, on favorise plus ou moins la dissolution du CO2 dans le liquide. Lorsque l’on est au-dessus de l’équilibre, on favorise ce qu’on appelle l’engazage, c’est-à-dire la dissolution du CO2. Lorsque l’on est en dessous de l’équilibre, on favorise le dégazage, on a alors une formation de bulles de CO2 qui sont amenés à s’échapper du produit, et lorsque l’on a un produit sucré, on obtient de la mousse. 

C’est d’ailleurs de cette dissolution du CO2  dans l’eau minérale qu’apparait l’acide carbonique, qui donne cette sensation de pétillance. D’où l’importance de dissoudre ce que l’on injecte et pour se faire, il faut travailler dans de bonnes conditions de pression et de température.

Dans notre cas, on travaille en ligne avec des conditions de pressions élevées pendant un temps maîtrisé, ce qui va garantir la dissolution de 100% du gaz injecté. On peut dire que c’est un rendement parfait puisque tout ce qu’on injecte est dissout dans le liquide. On injecte uniquement la quantité de gaz dont on a besoin. Pour gérer ce flux de CO2, on a une certaine quantité de liquide qui traverse l’installation et en fonction de cette quantité de liquide, on vient injecter une certaine quantité de gaz (asservissement). Pour maîtriser précisément cette injection de gaz, nous utilisons les régulateurs de débit massique de Bronkhorst, de la gamme IN-FLOW High FLOW.

Quel est le rôle des régulateurs de débit ?

Pour répondre à la problématique de la cuve qui est encombrante et consomme du CO2, il faut un système capable d’injecter en ligne et en continu. Mais sans cuve, pas de volume tampon : il faut donc que le système d’injection puisse absorber les variations de débit de la ligne liquide, autrement dit les changements de cadences et les marche/arrêt. Un challenge pour un procédé continu comme celui-ci !

Pour cela, nous avons décidé de créer une boucle de recirculation. Le débit est impulsé par la pompe interne au système et la recirculation dépend du besoin de la machine d’embouteillage qui est en aval. La particularité est que l’on supprime la cuve, on peut donc se mettre au plus proche de la machine d’embouteillage. D’où l’importance d’un régulateur de débit très réactif ; les régulateurs de débit massiques IN-FLOW High FLOW de Bronkhorst conviennent parfaitement à cette utilisation : leur technologie basée sur un principe thermique les rendent insensibles aux variations de pression et ils régulent finement le débit à l’aide de la boucle PID interne à l'instrument. Leurs temps de réponse faible permettent également de compenser les variations du process, sans impact sur la précision de la quantité de CO2 délivrée dans la boisson.

Régulateur de débit massique IN-FLOW pour la carbonatation
Régulateur de débit massique IN-FLOW pour la carbonatation

Comparé au système traditionnel moins réactif et dont le capteur de débit, la boucle de régulation dans l’automate ainsi que la vanne de régulation sont séparées, le matériel Bronkhorst nous fournit un composant 3 en 1 avec un temps de réaction très faible, une résolution en terme de régulation supérieure aux automates du marché et avec un actionneur électrique et compacte.

De plus, les instruments embarquent les protocoles de communication industriels qui permettent d’avoir accès aux paramètres de régulation des appareils, ce qui facilite également le travail de l’automaticien qui n’a pas de reprogrammation à effectuer. Actemium Strasbourg Plant Solutions utilise ainsi le réseau Profinet, ce qui a permis d’améliorer, la vitesse de transmission, la précision des signaux et le fait de pouvoir avoir une vue des paramètres qui sont présents dans l’instrument. Avec ces caractéristiques, Actemium Strasbourg Plant Solutions s’assure de fournir des équipements de qualité à ses clients et de répondre à leurs besoins.
 

Je maîtrise ce que j’injecte, juste la quantité souhaitée pour un produit fini stable et de qualité, j’en assure le SAV et la répétabilité dans le temps.

VINCI Energies et Actemium

Acteur majeur de la transformation industrielle, Actemium est la marque de VINCI Energies dédiée à l’industrie. Actemium optimise en continu la performance de ses clients pour les accompagner dans l’ère de l’industrie du futur. Son organisation en réseau agile et apprenant de plus de 400 entreprises spécialisées par secteur industriel permet la mise en œuvre de solutions sur mesure et le déploiement d’offres multi-techniques, multi-sites et multi-pays. Présente tout au long du cycle de vie industriel, de la conception à la maintenance des équipements de production, Actemium innove pour accompagner durablement les industriels dans leur développement. 

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