MULTIPLES PRODUITS LAITIERS À LA DEMANDE

Domaine technique

L’invention est relative à la production automatisée de produits laitiers, et plus particulièrement à une production à petite échelle.

Arrière-plan

Les laiteries mettent en œuvre des processus industriels à grande échelle pour produire toute une gamme de produits laitiers prêts à la commercialisation dans des supermarchés. Les laiteries se trouvent généralement à distance des fermes de production, et elles sont alimentées en lait cru par des camions-citerne réfrigérés qui collectent le lait auprès des fermes.

Les produits laitiers issus de productions locales impliquent des processus essentiellement manuels, car les processus industriels ne sont pas adaptés aux faibles quantités produites individuellement par les fermes.

De nombreux producteurs de lait renoncent à une production locale par manque de temps à consacrer aux processus essentiellement manuels impliqués.

Résumé

On prévoit de façon générale une unité de production automatisée de plusieurs types de produits laitiers à la demande, comprenant une cuve de réception de lait cru directement issu de la traite ; un robot manipulateur de plaques configuré pour se déplacer dans un couloir de desserte ; agencés le long du couloir, plusieurs modules de traitement susceptibles de recevoir des plaques transférées par le robot manipulateur, dont un module de stockage de plaques ; un module de stockage de conteneurs, configuré pour recevoir une plaque transférée par le robot à partir du module de stockage de plaques, et disposer des conteneurs sur la plaque ; un module de remplissage, configuré pour recevoir une plaque transférée par le robot à partir de funité de stockage de conteneurs, et remplir les conteneurs à partir de la cuve de réception ; et au moins un module de traitement principal, configuré pour recevoir une plaque transférée par le robot à partir du module de remplissage, et appliquer une étape de traitement adaptée au produit laitier demandé par le consommateur.

L'unité de production peut comprendre en outre un module de conditionnement configuré pour recevoir une plaque transférée par le robot en fin de cycle, et retirer des produits finis véhiculés sur la plaque pour les rendre disponibles au consommateur selon un conditionnement approprié.

Le module de stockage de plaques peut également être configuré pour laver les plaques.

L'unité de production peut comprendre un module à atmosphère contrôlée configuré pour recevoir et conserver une plaque transférée par le robot à partir du module de traitement principal en attente du transfert de la plaque au module de conditionnement, le robot étant programmé pour transférer la plaque au module de conditionnement sur sollicitation du consommateur sur place.

La cuve de réception peut être configurée pour assurer une fonction de pasteurisation, de caillage, ou de turbinage selon le type de produit laitier demandé, l’installation comprenant une unité de distribution d'intrants, configurée pour doser dans la cuve un additif spécifique au type de produit laitier demandé.

Le module de traitement principal peut comprendre un module d'étuvage.

Le module de traitement principal peut comprendre un module d'égouttage ou un module de pressage.

Le module à atmosphère contrôlée peut comprendre un module de réfrigération, un module de congélation, ou une cave.

Les modules de stockage de conteneurs et de remplissage peuvent comprendre chacun une machine de type CNC pour, respectivement, positionner individuellement les conteneurs sur la plaque et déplacer une buse de dosage de produit laitier de conteneur en conteneur.

L’unité de production peut entièrement être réalisée dans un abri clos transportable.

On prévoit en outre un procédé de production automatisée à la ferme de plusieurs types de produits laitiers à la demande, comprenant les étapes automatisées suivantes : recevoir par voie électronique une commande de produit laitier par un consommateur ; remplir une cuve de lait directement issu de la traite ; remplir à partir de la cuve un lot de conteneurs ; faire transiter le lot de conteneurs par au moins un module de traitement configuré pour appliquer une étape de traitement adaptée au produit laitier commandé ; stocker les contenus traités du lot de conteneurs dans un module à atmosphère contrôlée ; et sur sollicitation du consommateur sur place, conditionner des contenus traités du lot de conteneurs sous une forme présentable au consommateur. Description sommaire des dessins

Des modes de réalisation seront exposés dans la description suivante, faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :

La figure 1 représente une vue de dessus schématique d'une unité automatisée de production de produits laitiers à petite échelle ; la figure 2 est une vue en perspective d'un mode de réalisation de robot manipulateur de plaques ; et la figure 3 est une vue en perspective d'un mode de réalisation de module de remplissage de l'unité de production.

Description détaillée

Les modes de réalisation décrits ci-après visent une production de produits laitiers à la fois locale à petite échelle et entièrement automatisée. La production est assurée par une unité de production de préférence entièrement contenue dans un abri clos transportable, par exemple un conteneur maritime, que l’on installe sur place à la ferme du producteur de lait. L’unité de production peut ainsi être approvisionnée directement par le lait issu des traites, assurant ainsi une qualité optimale de lait cru.

La petite échelle de la production automatisée ouvre certaines possibilités qui ne sont pas envisageables dans des productions à grande échelle. L'unité de production peut notamment travailler à la demande, à savoir prendre une commande d’un consommateur par voie électronique, organiser la production, et livrer le produit lorsque le consommateur se rend sur place.

La figure 1 illustre une vue de dessus d'un mode de réalisation d'une telle unité de production. L'unité comprend une cuve de réception 10 alimentée par un tuyau 12. Lorsque l'unité est placée à la ferme, le tuyau 12 peut être connecté pour recevoir du lait provenant directement de la traite.

La cuve 10 peut être unique et être configurée pour mettre en œuvre plusieurs prétraitements possibles, selon les produits laitiers à produire, notamment la pasteurisation, le caillage, ou le turbinage pour réaliser des glaces. Selon une alternative, on peut prévoir plusieurs cuves 10, chacune effectuant un prétraitement différent, ce qui permet de démarrer en parallèle des lots de produits laitiers différents. Un distributeur d'intrants 14 est relié à la cuve 10 pour doser divers additifs requis par le produit laitier en cours de fabrication, comme des ferments pour le yaourt et les fromages, de la présure pour des fromages, des ingrédients pour les glaces.

Autour de la cuve 10 sont installés plusieurs modules de traitement, chacun conçu pour réaliser une ou plusieurs étapes dans le processus de fabrication d'un produit laitier. L’unité comprend, par exemple, un module d’étuvage 16 pour réaliser notamment des yaourts, un module d'égouttage 18 pour réaliser différents types de fromages, un module de pressage 20 pour réaliser des fromages à pâte pressée, et plusieurs modules à atmosphère contrôlée 22, 24, 26. Le module 22 reproduit les conditions d’une cave d’affinage, le module 24 est un réfrigérateur, et le module 26 est un congélateur. Un module de conditionnement 28 est prévu pour offrir le produit laitier finalisé dans un conditionnement prêt à être emporté, par exemple plusieurs pots rangés dans un colis.

Les modules qui viennent d'être décrits réalisent des étapes connues des processus de fabrication de produits laitiers, et on sait les automatiser, la principale difficulté de l’automatisation résidant dans le transport des produits laitiers d’une étape à l’autre.

Pour assurer le transport des produits laitiers dans l'unité de production décrite ici, dans une optique de production à petite échelle, tous les modules sont organisés le long d'un couloir de desserte 30 dans lequel évolue un robot de manipulation 32.

On prévoit de transporter les produits laitiers dans des pots dès la sortie de la cuve 10. Les pots sont adaptés au processus de fabrication du produit laitier demandé. Les pots sont disposés sur des plaques correspondantes que le robot 32 transfère d'un module à l'autre selon le processus de fabrication requis par le produit laitier demandé. Chaque module est conçu pour recevoir une ou plusieurs plaques dans des glissières.

Pour gérer le transport par pots sur plaque, on prévoit trois modules supplémentaires. Un module 34 stocke les plaques sur des glissières et fait également office de lave-vaisselle pour laver les plaques revenant d'un cycle de production.

Un module 36 stocke des pots neufs et les distribue sur une plaque qui lui est présentée. Les pots neufs, en matériau flexible, peuvent être empilés entre des tubes parallèles qui maintiennent les pots en place par friction. Une machine de type CNC ("Computer Numerical Control") peut être configurée pour prendre chaque pot par aspiration ou préhension et le déposer dans un orifice libre de la plaque. Les pots neufs sont de préférence stockés au-dessus de la plaque, ouverture vers le bas, de sorte que la machine prenne chaque pot du bas de la pile par l'intérieur, le retourne, et le dépose sur la plaque. Un module 38 est configuré pour remplir les pots d'une plaque qui lui est présentée. Il peut comprendre une buse de dosage reliée à la cuve 10 qui est mobilisée par une machine de type CNC pour remplir les pots l'un après l'autre.

De préférence, comme cela est représenté, les modules sont réalisés dans des armoires de mêmes dimensions, de sorte à être interchangeables, et ils sont disposés de part et d'autre du couloir 30. Bien que l'on ait représenté une organisation spatiale de modules individuels, plusieurs modules peuvent en réalité être incorporés dans une même armoire, voire être confondus avec d'autres modules. Par exemple, le pressage réalisé par le module 20 peut n'être qu'une extension de l'égouttage réalisé par le module 18, car un pressage n'est qu'une opération accélérée d'égouttage.

La figure 2 est une vue en perspective partielle d'un mode de réalisation du robot de manipulation 32. Le robot comprend un chariot parallélépipédique 40 qui coulisse verticalement sur une poutre 42. Une extrémité de la poutre 42 coulisse sur un rail 44 dans l’axe du couloir de desserte. De préférence, comme cela est représenté, le rail 44 est situé en hauteur plutôt qu’au sol. Le chariot 40 a une longueur légèrement inférieure à la largeur du couloir, une largeur légèrement inférieure à la largeur des modules, et une hauteur apte à lui conférer une rigidité satisfaisante.

Le chariot est représenté en train de déposer une plaque munie de pots 46 sur des glissières de la partie haute de l’un des modules, par exemple le module de réfrigération 24. Pour manipuler les plaques, le chariot comprend une paire de bras télescopiques transversaux 48 sur lesquels peuvent prendre appui deux bords opposés d'une plaque. Les bras sont configurés pour sortir ou rentrer entièrement une plaque d'un côté ou de l'autre du chariot afin de déposer ou récupérer la plaque dans un module situé de n'importe quel côté du couloir. Les actions de soulèvement ou de dépôt d'une plaque sont assurés par un mouvement vertical du chariot le long de la poutre 42.

Un transfert d'une plaque d'un module à l'autre est effectué plus spécifiquement comme suit. La poutre 42 coulisse longitudinalement le long du rail 44 jusqu'à ce que le chariot 40 soit aligné avec le module où il faut récupérer la plaque. Le chariot est déplacé verticalement le long de la poutre 42 jusqu'à ce que les bras télescopiques 48 soient légèrement en dessous de la plaque à récupérer. Les bras 48 sont sortis et pénètrent dans le module sous la plaque. Le chariot est levé le long de la poutre 42 pour décoller la plaque suffisamment de ses glissières. Les bras télescopiques sont rentrés, rentrant la plaque jusqu'au centre du chariot. Ensuite, la poutre 42 coulisse jusqu'à ce que le chariot 40 soit aligné avec le module où il faut déposer la plaque. Le chariot est déplacé verticalement le long de la poutre 42 jusqu'à ce que les bras télescopiques 48 soient légèrement au-dessus des glissières où il faut déposer la plaque. Les bras 48 sont sortis et pénètrent dans le module en présentant la plaque au-dessus des glissières. Le chariot est abaissé le long de la poutre 42 pour déposer la plaque sur ses glissières. Les bras télescopiques sont rentrés pour commencer une nouvelle opération de transfert.

Certains des modules sont normalement fermés pour réaliser leur fonction, notamment les modules à atmosphère contrôlée. Pour permettre le transfert de plaques, ces modules sont fermés par une demi-porte haute et une demi-porte basse qui coulissent verticalement - pour ouvrir la moitié basse du module, la demi-porte basse est levée pour se superposer avec la demi-porte haute, et pour ouvrir la partie haute du module, la demi-porte haute est baissée pour se superposer avec la demi-porte basse.

La figure 3 est une vue en perspective d'un mode de réalisation de module de remplissage de pots 38. La plaque munie de ses pots 46 est posée sur des glissières. Pour assurer un positionnement relativement précis, la plaque peut comporter, comme cela est représenté, des orifices à ses coins qui viennent coiffer des cônes sur les glissières. Les pots sont remplis individuellement à partir de la cuve 10 par une buse de dosage 50 déplacée par une machine de type CNC deux axes 52a, 52b. Bien entendu, le type de plaque et les positions des pots sur la plaque sont connues de la machine. En effet, un système de commande centralisé peut être configuré pour suivre chaque plaque et donc connaître à tout instant quel type de plaque est dans quel module et à quelle position. Alternativement, les plaques peuvent comporter un identifiant, comme un code-barres, qui est lu à l'entrée de chaque module.

Comme cela est représenté, la plaque 46 comporte des encoches au bord des orifices de réception des pots, encoches qui affleurent la circonférence des orifices. Ces encoches permettent à des pinces robotisées d'extraire les pots dans un module de traitement ultérieur, comme le module de conditionnement 28.

En considérant de nouveau la figure 1, on expose ci-après quelques exemples de processus pour fabriquer différents produits laitiers, de façon non exhaustive, et on présente quelques exemples plus détaillés du fonctionnement de certains modules.

Comme on l’a précédemment indiqué, un consommateur peut placer une commande de produits laitiers par voie électronique, par exemple sur un site web, à l'aide d'une application mobile, ou à l’aide d’un écran situé sur site. La commande peut inclure des produits laitiers de types différents. Le système propose alors des dates de livraison en fonction de son stock et/ou de sa capacité de production.

Pour fabriquer du yaourt, par exemple, la cuve 10 est utilisée en mode pasteurisation. Après pasteurisation, le distributeur 14 ajoute des ferments pour yaourt. Le module 38 reçoit une plaque de pots vides et procède au remplissage des pots à partir du contenu de la cuve 10. Après remplissage, la plaque est transférée dans l'étuve 16.

Après l’étuvage, la plaque est transférée dans le réfrigérateur 24 en attendant la date de livraison programmée avec le consommateur. Avant ou après l’étuvage, la plaque peut transiter par le module de conditionnement 28 pour operculer les pots.

A la date de livraison, le consommateur se rend sur place et sollicite sa commande auprès de l'unité de production, par exemple en saisissant un code sur une interface, ou en utilisant une application mobile. La plaque de pots de yaourt est alors extraite du réfrigérateur et transférée vers le module de conditionnement 28, où les pots correspondant à la commande sont mis dans un colis avec d’éventuels autres produits commandés. Le colis peut être présenté au consommateur par une trappe.

La plaque vide est retournée vers le module de stockage/lave-vaisselle 34, où elle sera lavée lorsqu'un nombre suffisant de plaques vides ont été retournées ou que le stock de plaques propres est insuffisant.

Alternativement, pour libérer tout de suite la plaque, les pots de yaourt peuvent être mis en colis en 28 dès la sortie de l'étuvage, auquel cas le colis est transféré dans le réfrigérateur en attente de livraison tandis que la plaque retourne dans le lave-vaisselle.

Pour la fabrication d’un fromage, la cuve 10 est utilisée en mode caillage seul pour un fromage au lait cru, ou en mode pasteurisation et caillage. Le distributeur 14 ajoute les ferments et la présure au moment approprié et à la température requise, en fonction de la technologie de transformation propre à chaque catégorie de fromage.

Par exemple, dans le cas d’un caillé lactique, après 18 à 24 heures de caillage, la plaque reçoit des moules microperforés aptes à évacuer le lactosérum dans le module 36. La plaque est transférée dans le module d'égouttage 18 où on poursuit l'égouttage du caillé par gravité. Le lactosérum issu de cet égouttage peut être récupéré dans une cuve par une évacuation 18-1. Pour éviter des fuites de lactosérum dans le couloir 30 pendant le transfert, la plaque peut être munie d'un plateau récupérateur fixé sous la plaque. Ce plateau peut être muni d'un mécanisme d’évacuation qui est actionné à l’insertion du plateau dans le module, le module 18 étant alors configuré pour que le contenu du plateau s'écoule en 18-1. Cette solution laisse le module 18 propre et relâche les contraintes de nettoyage.

Lorsque la plaque et son plateau sont retournés dans le lave-vaisselle, le mécanisme d'évacuation est également actionné, de sorte à évacuer les restes de lactosérum et permettre la circulation de l’eau de lavage.

Selon une alternative, si on permet des fuites dans le couloir 30, le couloir peut être cuvelé et muni d’un drain pour évacuer les écoulements ayant lieu pendant les transferts. Cela est facilité lorsque le rail de déplacement du robot est situé en hauteur, ce qui dégage le couloir de tout obstacle. Le couloir pourra être nettoyé régulièrement et de façon automatisée à l'aide de jets. La vapeur pourra être utilisée pour désinfecter les différents volumes.

Le lactosérum récupéré peut être valorisé. Par exemple, le lactosérum doux issu des coagulations à base de présures peut être renvoyé dans la cuve 10 pour une production de fromages de lactosérum tels que le Sérac ou la Ricotta par thermocoagulation.

Après l'égouttage en 18, la plaque subit généralement d'autres manipulations. Selon le produit à obtenir, les contenus des moules microperforés sont i) transvasés dans des pots étanches (fromage blanc prêt à consommer), ii) tournés dans leurs moules pour effectuer une deuxième phase d'égouttage, ou iii) démoulés. Les manipulations requises peuvent être effectuées par la pince robotisée disponible dans le module 36, où la plaque est alors transférée après l'égouttage.

Pour faciliter les manipulations, on peut prévoir que seulement la moitié de la capacité de la plaque soit occupée par les pots ou moules, l'autre moitié de la plaque étant adaptée à la manipulation requise. Dans ce cas, la pince robotisée a accès à tous les emplacements sur un seul plan. Alors, l'autre moitié de la plaque peut i) comporter des orifices pour recevoir les pots étanches pour opérer le transvasement, ii) comporter des orifices pour recevoir une deuxième série de moules microperforés pour opérer le retournement, ou iii) être plane pour recevoir les contenus démoulés. Les moules microperforés vides peuvent rester sur place et être réutilisés après un passage de la plaque dans le lave-vaisselle 34.

Dans le cas i), les pots étanches contiennent du fromage blanc prêt à consommer - la plaque peut être transférée dans le réfrigérateur 24 en attendant la livraison. Dans le cas ii) la plaque retourne dans le module d'égouttage 18. Ce procédé à deux phases d'égouttage étant généralement utilisé pour des fromages salés, le module d'égouttage 18 peut être configuré pour saler les contenus des pots en surface lors de chacune des deux phases d'égouttage. Le salage peut être effectué à l'aide d'un doseur monté sur machine CNC.

Après la deuxième phase d'égouttage, on procède au démoulage, ce qui correspond au cas iii).

Dans le cas iii), après démoulage, la plaque est transférée dans la cave d’affinage 22.

Après une période d’affinage programmée, la plaque peut être transférée dans le réfrigérateur 24 en attente de livraison.

La manipulation des fromages démoulés, par exemple pour les conditionner pour la livraison en 28, peut être réalisée à l'aide d'une spatule ou ventouse robotisée.

Dans le cas d’un fromage à pâte pressée, entre l’égouttage en 18 et l’affinage en 22, la plaque est transférée dans le module de pressage 20. Le module de pressage peut comporter une série de vérins aux dimensions des pots, qui viennent exercer une pression programmée sur les faces supérieures des fromages, pendant une durée programmée.

Le pressage extrait davantage de lactosérum, qui tombe sur le plateau de récupération. Comme dans le module d'égouttage 18, le mécanisme d'évacuation du plateau est actionné à l'insertion de la plaque. Le lactosérum écoulé est récupéré dans un réservoir, d'où il peut être renvoyé vers la cuve de traitement 10.

Les modules d'égouttage 18 et de pressage 20 peuvent n'en former qu'un. Alors, dans le cas où seul l'égouttage est requis, le pressage n'est pas actionné. Cependant, l'opération d'égouttage étant relativement longue, il vaut mieux prévoir deux modules distincts pour améliorer les cadences de fabrication.

En ce qui concerne les aspects sanitaires, les équipements doivent être lavés régulièrement. La plupart des étapes des processus de fabrication étant réalisées ici sur du produit laitier contenu dans des conteneurs (pots, moules) ou versés sur des plateaux passés au lave-vaisselle, il y a peu d'équipements à laver. En pratique, il suffit de laver le circuit allant de l'entrée de la cuve 10 à la buse de dosage du module de remplissage 38. Pour cela, on peut utiliser un système de CIP (Clean In Place) en circuit fermé avec alternance de phases basiques (solution alcaline chlorée) et de phases acides, précédées et suivies de rinçages à l'eau propre, dans le tuyau 12, la cuve 10 et jusqu'à la buse de dosage du module 38. La buse de dosage peut, pendant le lavage, être positionnée au- dessus d'une évacuation 38-1.