Réfrigération dans l’industrie des glaces : technologie, efficacité et contrôle pour préserver la qualité

Selon un article publié par ElEconomista, les ventes de glaces en Espagne progresseraient de 13 % en valeur et de 8 % en volume. Dans ce contexte, le froid industriel glaces joue un rôle essentiel. En effet, il ne se limite pas à la conservation. Au contraire, il constitue une composante active du procédé de fabrication.

Dans la fabrication des glaces, le froid n’est pas seulement un moyen de conservation. En effet, il constitue une composante active du procédé de production. La température, la vitesse de congélation, la circulation de l’air et la stabilité thermique déterminent directement la texture, l’onctuosité et la résistance à la fonte. De plus, elles influencent la durée de conservation du produit.

Une installation frigorifique pour l’industrie des crèmes glacées doit répondre aux besoins du procédé, et pas uniquement aux températures des chambres froides.  L’usine doit répondre simultanément à plusieurs besoins : refroidissement du mix, maturation, congélation continue, durcissement rapide, conservation du produit fini et climatisation des salles de travail.

Le froid industriel glaces comme ingrédient technologique

La glace est une structure complexe composée d’eau congelée et d’une phase liquide concentrée. Elle contient aussi des matières grasses, des protéines et de l’air incorporé. Au cours de sa fabrication, l’objectif n’est pas seulement d’abaisser la température. Il consiste également à contrôler la formation des cristaux de glace et la stabilisation de l’émulsion.

Le procédé industriel comprend plusieurs étapes principales : le mélange, la pasteurisation, l’homogénéisation et le refroidissement. Ensuite, il se poursuit avec la maturation, la congélation dynamique, le formage, le durcissement et le stockage. Après la pasteurisation, le mix est rapidement refroidi jusqu’à la température de maturation. Il est ensuite maintenu à moins de 5 °C pendant au moins quatre heures. Cette étape favorise l’hydratation des protéines et des stabilisants, ainsi que la cristallisation partielle des matières grasses. Une maturation insuffisante peut provoquer des défauts de texture, des difficultés d’incorporation de l’air et une fonte plus rapide.La congélation continue constitue le cœur du procédé. 

Dans le freezer, le mix est refroidi tout en étant agité et foisonné, ce qui permet d’obtenir une structure semi-fluide. Environ la moitié de l’eau peut être congelée à la sortie, ce qui rend nécessaire une phase ultérieure de durcissement.

Durcissement rapide : la clé d’une texture fine

La taille des cristaux de glace est l’un des principaux indicateurs de qualité. Une congélation rapide produit de petits cristaux et une sensation plus onctueuse en bouche, tandis qu’une extraction lente de la chaleur favorise la formation de cristaux plus gros et une texture plus granuleuse.

Le tunnel de durcissement doit fournir de très basses températures, une vitesse d’air élevée et une distribution homogène sur l’ensemble des produits. Dans les procédés industriels, l’air peut circuler à une température proche de –40 °C. L’objectif est d’augmenter rapidement la proportion d’eau congelée. Par conséquent, le temps passé dans la zone thermique critique est réduit. Sur certaines lignes, le durcissement est considéré comme terminé lorsqu’au moins 80 % de l’eau est congelée.

Toutefois, il ne suffit pas d’installer une puissance frigorifique importante. La conception doit éviter les courts-circuits d’air, les zones mortes et les écarts de température entre les plateaux, les chariots ou les différents niveaux de produits. Le choix de l’évaporateur, la portée d’air, la pression disponible des ventilateurs et le système de dégivrage sont aussi importants que la puissance nominale.

Les unités évaporatrices murales de la série KV d’INTARCON sont conçues pour les tunnels de congélation. Elles sont équipées de ventilateurs à haut débit et à pression disponible élevée, avec une configuration adaptable aux chariots et des versions compatibles avec différents fluides frigorigènes.

Plusieurs niveaux de température dans une même usine

Une usine de fabrication de glaces présente des profils de charge très différents. Les zones de préparation et de maturation fonctionnent à température positive, les chambres de conservation à basse température, tandis que les freezers continus et les tunnels de durcissement nécessitent des températures d’évaporation encore plus basses.

Par conséquent, cette diversité impose une étude approfondie de l’architecture frigorifique.. Il est possible d’opter pour des systèmes indirects au glycol ou à la saumure, des centrales à détente directe, des systèmes au CO₂ comportant plusieurs niveaux d’aspiration, des installations à faible charge d’ammoniac ou des solutions hybrides séparant le froid de procédé de celui destiné aux chambres froides et aux tunnels.

La configuration optimale dépend de la puissance, de la simultanéité des charges, des températures d’évaporation, du climat extérieur, de l’agencement de l’usine, de la criticité du procédé et des possibilités d’extension.

Systèmes indirects au R290 : flexibilité et faible charge

Dans les applications de procédé, les systèmes indirects permettent de confiner le fluide frigorigène primaire dans une installation compacte et de transporter l’énergie au moyen de glycol ou de saumure. Cette solution facilite la distribution du froid vers les cuves de maturation, les échangeurs, les salles de travail et les refroidisseurs d’air, tout en réduisant la quantité de fluide frigorigène circulant à l’intérieur de l’usine.

Les groupes intarCUBE R290 et intarWatt R290 d’INTARCON sont conçus pour produire de l’eau, du glycol ou de la saumure avec une charge réduite de propane. Les versions Full INVERTER modulent la puissance des compresseurs et adaptent la production frigorifique aux variations de la demande. Ainsi, elles répondent efficacement aux changements d’équipes, de lots de production ou du nombre de lignes en fonctionnement.

Cette modulation réduit les démarrages et les arrêts, améliore la stabilité de la température de départ et peut diminuer la consommation pendant les périodes de charge partielle. Certaines configurations permettent également de récupérer la chaleur afin de produire de l’eau chaude destinée au nettoyage, aux services auxiliaires ou au préchauffage.

Le CO₂ pour intégrer les moyennes et basses températures

Lorsque l’installation combine des chambres de conservation, des équipements de congélation et d’autres postes à basse température, une centrale au CO₂ peut centraliser la production frigorifique. De cette manière, elle réduit également l’impact environnemental direct.

La gamme ECO₂Watt d’INTARCON comprend des centrales transcritiques à simple ou double aspiration, avec gas cooler intégré et des configurations permettant d’alimenter simultanément des postes à moyenne et basse température. La compression parallèle améliore les performances énergétiques lorsque les températures extérieures sont élevées.

Dans une usine de fabrication de glaces, cette architecture peut intégrer les chambres de stockage des matières premières, les chambres de conservation des produits finis, les sas réfrigérés et les tunnels, à condition que les pressions, la gestion de l’huile, le dégivrage et la régulation des évaporateurs soient correctement étudiés.

Ammoniac à faible charge pour les besoins de grande puissance

Dans les usines de plus grande capacité, l’ammoniac demeure une référence grâce à ses propriétés thermodynamiques. Les solutions monobloc actuelles permettent de réduire la charge et de confiner le fluide frigorigène à l’extérieur ou dans des locaux techniques.

Le groupe refroidisseur ammolite NH₃ d’INTARCON est conçu pour des applications industrielles à moyenne et basse température. Il intègre une condensation par air, des compresseurs à vis à vitesse variable et une charge réduite de R717. De plus, il peut alimenter des circuits indirects au glycol ou à la saumure. Ces circuits sont destinés aux procédés, aux chambres froides ou aux systèmes de durcissement.

Le choix entre le R290, le CO₂ et le NH₃ ne doit pas reposer uniquement sur le type de fluide frigorigène. Il convient également de comparer l’efficacité saisonnière, la charge totale, la puissance, les besoins de maintenance, la sécurité, la température du procédé et le coût du cycle de vie.

Efficacité, dégivrage et continuité de service

La demande frigorifique d’une usine de fabrication de glaces est variable et présente des pointes liées à l’entrée des produits, à la congélation, à l’ouverture des portes et aux cycles de dégivrage. Une conception efficace doit tenir compte du fonctionnement à charge partielle, et non uniquement du point nominal.

Parmi les mesures les plus pertinentes figurent la régulation de puissance par variateurs de fréquence, l’utilisation de ventilateurs EC, la condensation flottante, l’optimisation de la température d’évaporation, le débit variable dans les circuits hydrauliques, la récupération de chaleur et la programmation coordonnée des dégivrages.

Une batterie couverte de givre perd en puissance et augmente la consommation énergétique. À l’inverse, un dégivrage excessif introduit inutilement de la chaleur dans la chambre froide. La stratégie doit être adaptée au niveau d’humidité, aux infiltrations d’air, à l’espacement des ailettes, au type d’évaporateur et au régime de fonctionnement.

Il est également recommandé de sectoriser l’installation et de prévoir une redondance. Dans la production de glaces, une panne peut entraîner l’arrêt des lignes, compromettre des lots entiers ou provoquer des pertes dans les chambres de stockage des produits finis.

Supervision : transformer les données en qualité

La supervision continue permet de mettre en relation le fonctionnement frigorifique, la qualité du produit et la consommation énergétique. Les températures, les pressions, la surchauffe, le taux d’ouverture des vannes, les durées de dégivrage, les consommations et les alarmes fournissent des informations essentielles. Ainsi, il devient possible d’anticiper les dérives.

Le système kiconex utilisé par INTARCON permet de superviser les installations et de consulter les historiques. Il permet également d’analyser les consommations, d’évaluer les performances et de gérer les alarmes en temps réel.

Une solution conçue autour du produit

L’industrie des crèmes glacées exige de la précision pendant la maturation, de la puissance pendant la congélation, de la rapidité lors du durcissement, de la stabilité pendant le stockage et une continuité de fonctionnement tout au long de la campagne de production.

INTARCON peut répondre à ces besoins au moyen de groupes refroidisseurs au R290, de systèmes indirects au glycol ou à la saumure, de centrales au CO₂, de solutions à faible charge d’ammoniac et d’évaporateurs destinés aux salles, aux chambres froides et aux tunnels. Son service de conseil technique analyse les besoins frigorifiques, les contraintes réglementaires et les conditions réelles de fonctionnement du procédé afin de sélectionner une solution efficace, fiable et durable.

En définitive, la conception frigorifique doit partir d’une question : de quoi la glace a-t-elle besoin à chaque étape pour préserver sa structure et sa qualité ? Lorsque l’installation est conçue autour de cette réponse, le froid cesse d’être un simple coût auxiliaire. Il devient alors un véritable outil de productivité, de différenciation et de maîtrise du produit.