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1-LA NECESSITE D’UN PROGRAMME DE RECHERCHE.


Les graines de courges font partie de la famille botanique appelées cucurbitacées. Cette famille comporte de nombreuses variétés. La variété objet de nos recherches pousse en Afrique tropicale et subtropicale ; sa coque est dure Elle est présente au Cameroun et les principaux bassins de production se trouvent dans les régions du Sud, l’Adamaoua, du Centre et l’Est Cameroun. Son nom scientifique est cucumeropsis mannii.
Ces graines de courge localement sont appelées ‘egusi-itoo’ chez les Anglophones et ‘pistache’ chez les Francophones dans la sous-région. Une fois décortiquées, elles constituent un aliment très prisé et fort apprécié dans de nombreux pays tropicaux notamment en Afrique sub-saharienne. Leur amande est consommée sous forme de gâteaux ou de pâte dans les sauces. Sur le plan gastronomique il fait partie des mets des grandes occasions culturelles et des fêtes. Sur le plan de la santé c’est un aliment riche en protéines, en acides gras polyinsaturé et en minéraux. Son huile est non saturée, n’a pas de cholestérol et est connue pour ses nombreux bienfaits parmi lesquels :
Protection contre la prostate, facilitation de la circulation sanguine, le débouchage des artères, antioxydant…
Pour obtenir l’amande, les graines sont décortiquées une à une à la main. En pratique, cette opération de décorticage manuelle est très lente, pénible ; En effet, son amande se présente sous une forme plate et ovale, enveloppée de deux demi-coques de même forme, plus ou moins dures et liées sur le contour par une arrête de forte résistance. Le décorticage manuel consiste à séparer les deux demi-coques en frappant au milieu de l’arrête avec un objet dur pour briser l’arrête, et en extraire l’amande. Cette difficulté, limite toute grande production agricole et les applications industrielles de ce produit fort prisé. Cette limitation nous prive de toute valeur ajoutée lié à l’industrialisation de cette opération. L’industrialisation du décorticage des graines de courge non seulement boostera la production agricole, mais elle ouvrira la voie à la fabrication de nombreux produits industriels dérivés.
L’idée était de réduire la pénibilité qui caractérise le décorticage de cette graine par un système mécanique est fort ancienne. Remplacer le décorticage manuel par une système mécanique s’avère être une opération très délicate, car il faudrait un système qui décortique la graine sans l’écraser ni endommager l’amande. C’est ainsi que de nombreux dispositifs mécaniques avaient été décrits et présentés sans apporter la fiabilité, et l’efficacité qui puisse mener à une solution industrielle. Plusieurs projets inities en ce sens ont été abandonnés au vu de la complexité du décorticage et de la séparation des coques des amandes. En outre il faudrait que ce soit économiquement rentable. Pour bon nombre de système présentés l’efficacité plafonnait autour de 60%, ce qui a conduit à l’abandon de nombreux projets de recherche aussi bien des projets publics que privés.
Au cours de ses travaux, l’auteur a construit de nombreux dispositifs techniques d’expérimentation afin de valider de nouveaux concepts. Il s’est avéré alors clair qu’un travail de recherche plus poussé, était nécessaire afin d’optimiser et fiabiliser les solutions techniques. Ce travail a finalement pris la forme d’un véritable programme de recherche. Ce programme s’est largement appuyé sur l’expérience passée de l’auteur en tant que chef de projet de recherche dans le centre de recherche du numéro un mondial des services pétroliers.
Cette recherche aussi bien expérimentale que théorique mènera finalement à la formulation d’une série d’équations aussi bien en statistiques, algèbre, anlayses…etc. Elles seront vérifiées expérimentalement et mèneront en 2015, à franchir les hautes barres symboliques de 90% d’efficacité au décorticage et atteindre 95% sur la base d’un protocole d’essais et de validation. Ces résultats encourageants ont permis de conclure l’aboutissement des travaux de recherche .
Dans la foulée le premier prototype industriel est finalisé et capable d’effectuer le travail de 80 personnes avec une précision de 94% avec encore une marge de progression.
Un mémoire a été rédigé avec pour but de présenter le processus de développement et les recherches scientifiques et technologiques qui ont mené à la construction des machines pour décortiquer les graines de courge, et en séparer les amandes des coques, ce à l’échelle industrielle.


2-RESUME DES EFFORTS CONSENTIS



• Plus de 20000 mesures analysées (statistiques)
• Près de 40 dispositifs expérimentaux de recherche
• Plus 1000 pièces mécaniques assemblées
• Plus de 20000 trous percés à la main
• Formulation et vérification des Equations Spécifiques aux graines de courges
• Installation d’atelier et laboratoire personnel dans le garage familial
• 5 Stagiaires (a des périodes différentes),
• 4 sous-traitants pour la fabrication des pièces
• Financement sur Fonds propres
• 27 ans de persévérance


3-PHASES DU PROJET


Le projet a 6 phases de la phase 0 (première idée et croquis) a la fin, phase 5 ( optimisation et documentation finale).
Pour chaque phase nous avons relevé l’évolution sur les quatre plans suivants :
1. Mental
2. Technique et opérations
3. Technologie
4. Science
L’évolution de l’ensemble est mesurée par le rendement ou encore l’efficacité du système.
L’efficacité du système a évolué de 30% à 95%

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4-LES ETUDES CLES



La recherche devant mener au décorticage de la graine a consister en 5 domaines clés d’études

1. Etude géométrique de la graine
2. Etudes mécanique des graines
3. Etudes statistiques des populations de graines et modèles représentatifs
4. Analyse mathématique (equations différentielles, convolution, series…), lois specifiques
5. Protocole d’essais et de validation Afin de tirer des conclusions viables, cette recherche s’appuie sur cinq échantillons de courges issues des quatre principaux bastions de culture du Cameroun : Adamaoua, Centre, Sud, Est.
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QUELQUES EXTRAITS DES ETUDES DE BASE


Photos des graines


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Modèle Géométrique de la graine


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Mécanique du décorticage manuel


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Dispositif de mesure de la force de décorticage d'une graine par pression


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La résistance de la graine est réduite si la graine est mouillée. Nous avons privilégié de garder les graines sèches, car mouiller les grains pose les problèmes suivants :

1-Sur le plan industriel, mouiller les graines introduit au moins une étape supplémentaire dans la chaine : le mouillage et re-séchage éventuel.

2-Sur le plan hygiénique, le mouillage favorise le développement des bactéries et nécessite un contrôle sanitaire accru. Au sortir du décorticage, les amandes sont mélangées aux coques avant leur séparation. Durant le contact des coques mouillées avec les amandes, les impuretés voire batteries présentes sur la coque mouillée peuvent se transmettre à l’amande.
Pour ces deux raisons, notre processus est élaboré pour des graines sèches.



ANALYSES STATISTIQUES : Echantillon représentatif


Le très grand nombre d’expériences de cette recherche requiert une très grande quantité de pistache, ce qui implique beaucoup de temps et d’argent. Afin d’optimiser la recherche nous avons mené les expériences sur des échantillons représentatifs. La taille de l’échantillon représentatif d’une population repartie de manière aléatoire en 2 groupes de proportion p et 1-p est donnée par la formule statistique suivante :

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p : proportion de bonnes graines
K : niveau de confiance
alpha : marge d’erreur absolue

La valeur de k pour un niveau de confiance choisi est le suivant, issue dans les tables statistiques :


Norway Nous optons pour un niveau de confiance de 95% (fiabilité)
Et une marge d'erreur de 5%.
Ceci nous a permis d'avoir des échantillons de faible poids mais scientifiquement valable.

Exemple de dispositif expérimental pour séparation de déchets par criblage


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EXTRAIT DE LA METHODOLOGIE ET PROTOCOLES D’ESSAI


Elements pris en compte

* Amandes
* Coques
* Grains non décortiqués.
Parmi les grains non décortiqués nous distinguons :

* Les grains mous : grains trop tendres non décorticables par le principe de la machine.
* Les grains vides : sont des grains n’ayant pas d’amandes (mauvais grains).
* Les bons grains : non décortiqués par la machine (les fuites).

Définitions:
Déchet manuel : grains vides + mauvais grains issus du décorticage manuel.
Déchet machine : grains vides + mauvais grains + grains mous indécorticables par la machine

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Extrait de l’essai de validation


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Annexes




Graines et Amandes


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CONCEPTION ET FABRICATION DES MACHINES.



A l’issue des travaux de recherche il a fallu construire des machines qui respectent les principes découverts et qui soient fiables dans le contexte africain. Malgré la complexité du procédé, nous avons pris le pari de construire nos machines localement. Ce pari difficile nous a amené à concevoir les machines qui tiennent comptent des limitations technologiques propre a un pays tropical et en voie de développement.

Considérations générales


• Environnement local chaud et humide
• Rareté des ateliers de Mécanique de Précision pourtant nécessaires à ce projet
• Contrôle de qualité personnalisé par étape
• Rareté des matériaux spéciaux (aciers spéciaux)
• Imprécision des profiles supposes être standard
• Absence quasi-totale d’expérience locale dans la construction des machines industrielles Ces difficultés loin de nous décourager nous ont plutôt motivé à aller jusqu’ au bout, localement et a contourner les obstacles de manière créative et efficace par des solutions telles que :
• Utilisation des matériaux locaux dès possible (bois , alu)
• Remplacement de certaines précisions de fabrication par des précisions de réglages


Considération de conception


La durabilité et la continuité de service, l’expertise locale sont au cœur des considérations propres à la conception des machines. Les principes directeurs ont été les suivants :
• Fonctionnalités détaillées
• Modularité. Des modules defini pour remplir quelques fonctions ; peu de fonctions par modules
• Séparation des fonctions. Les fonctions sont remplies par des sous sembles identifiables, séparable démontage et réparation accessible.
• Maximisation des pièces disponibles localement
• Pour les pièces importées : utilisation des pièces standardisées et de grande production
• Utilisation maximale des éléments à maintenance réduite ou nulle
• Sécurité d’utilisation
• Dispositifs de réglages
• Système de contrôle qualité



exemple de la modularité dans la conception de la décortiqueuse


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Origine des éléments et pièces


Moteur : il est importé mais est disponible sur le marché local
Chaine cinématique : Organes de transmission standard telle que les poulies, engrenages et chaines ; étudiés localement en fonction des disponibilités en standard sur le marché Européen et Africain.
La chaine cinématique entraine 7 axes qui tournent à des vitesses différentes. A titre de comparaison, la plupart des moulins artisanaux construits au Cameroun ont un seul axe de rotation donc une seule vitesse.
La décortiqueuse est la machine la plus complexe de la chaine. Elle comprend plus de 250 pièces assemblées par 350 éléments de boulonnerie et visserie, soit au total plus de 600 pièces.



Machines et Spécifications

La chaine industrielle complète a 10 machines. La graines les parcourent toutes.
Ce principe de chaine obéit a deux logique :

1. L’option industrielle retenue
2. La séparation des fonctions qui fait que chaque machine a été étudiée et construite pour remplir des fonctions précises et plus facile d’ utilisation et d’ entretien. Le principe de chaine industrielle conduit a une recherche particulière sur les débits de chaque machine afin que la chaine soit cohérente et qu’il n’y ait pas de points d’engorgement. Des contrôleurs de débit ont été placés sur des points sensibles de la chaine afin de mettre en harmonie les débits des machines. Les machines sont classées en deux groupes :

1. Les machines dont le principes font partie du brevet d’invention
2. Les machines qui ne font pas partie du brevet

Machines faisant partie du brevet
Les machines au centre de la chaine parmi lesquelles la décortiqueuse dénomination. SEM – DC4 et la trieuse automatique, dénomination SEM – TA4 Ces deux machines en sont les a leur quatrième version qui est la version industrielle.
Machines ne faisant pas parte du brevet
Il s’ agit des systèmes et machines que l’on retrouve couramment dans les industries agroalimentaires.
Mais nous les avons étudiées et construites localement en respectant nos principes de construction énoncés plus haut. Ces machines sont les suivantes
La trémie d’arrivée (SEM-TE1) ;
les convoyeurs à godets (SEM CG1) , les convoyeurs vibrants, le silo,.
Auxquels nous avons rajouté deux machines spéciales pour notre projet :

• Un séparateur multifonction par ventilation, réglable avec une entrée et trois sorties ; la SEM-SM1
• Une trieuse semi-automatique appelée iTrieuse : triage par l’index. Cet appareil permet le contrôle de qualité finale. Les graines décortiquées défilent sous l’œil attentif d’une opératrice qui avec son index pousse les mauvaises graines sur le côté dans un canal de récupération. Ces machines TE1, CG1, SM1, i Trieuse (TS3) sont construite localement et donc de maintenance réduite. Elles remplissent des fonctions que l’on trouve dans plusieurs de nos industries. On gagnerait dont à en étendre les utilisations.

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Vue partielle de la chaine de decorticage

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SPECIFICATIONS DE L’USINE

Production d’amandes : 100 kg/jour


Efficacité du décorticage : 97%

Production d’amandes : 100 kg/jour


Amandes cassées : -1%

Graines partiellement décortiquées : -1%

Energie électrique : 220/380 V fréquence 50z


Courant maxi : 15 A


Commande électrique de la décortiqueuse : Contrôle électronique et contrôle manuel


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