Le pressage extrait un liquide d’une matière solide en lui appliquant une contrainte mécanique qui referme sa porosité. Aucun solvant, aucun changement d’état, aucune membrane sélective : on serre, et ce qui peut sortir sort. C’est la plus ancienne des opérations unitaires du génie alimentaire — le pressoir à vis romain, la maie du cidrier — et celle où l’intuition trompe le plus sûrement.
L’intuition dit : plus je serre, plus j’extrais. C’est vrai pendant les premiers bars, et faux ensuite. Un marc de pomme correctement préparé rend déjà 60 à 68 % de son jus sous 2 bar ; le porter à 6 bar ajoute 6 à 8 points, à 12 bar 3 de plus, à 25 bar encore 2, et au-delà de 40 bar on ne gagne pratiquement plus rien : on écrase le lit, on effondre sa perméabilité, on chasse des fines dans le jus et on extrait des composés que l’on ne voulait pas. La courbe rendement-pression est une hyperbole qui sature, et son coude se situe beaucoup plus bas que la pression maximale de la machine. Toute la conduite d’un atelier de pressage consiste à rester du bon côté de ce point.
Ce plafond a une explication physique précise. Le liquide ne cesse pas de sortir parce que la force manque, mais parce que le chemin qu’il emprunte se referme plus vite que le gradient qui le pousse n’augmente : le lit pressé est à la fois la charge à essorer et le milieu qui freine son propre essorage. En le comprimant davantage, on double la force motrice et on divise la perméabilité par dix. C’est le mécanisme qui gouverne aussi le tassement d’un remblai ou d’une argile sous une fondation, et il se décrit avec les mêmes équations — celles de Terzaghi, écrites pour la mécanique des sols en 1923 et transposées au génie des procédés par Shirato dans les années 1960.
L’opération traverse toutes les filières, sur quatre ordres de grandeur de pression. Le vinificateur presse sa vendange à moins de 2 bar. Le cidrier travaille à 6-10 bar sur une presse à bandes. L’huilier de colza dépasse 400 bar en pointe locale dans une presse à vis. Le fromager presse son caillé à 0,2-0,5 bar pendant des heures, non pour extraire du sérum mais pour souder les grains. Et la sucrerie de betterave, elle, a renoncé au pressage il y a plus d’un siècle — pour une raison qui éclaire tout le reste.
Pressage, extraction et filtration : trois opérations qu’on confond. Le pressage — les Anglo-Saxons disent expression — déplace un liquide qui est déjà présent dans la matière : il ne dissout rien, ne transfère aucun soluté d’une phase à une autre, et le jus obtenu a la composition du liquide cellulaire, aux fines près. L’extraction solide-liquide, au contraire, met en contact le solide avec un solvant frais et fait migrer un soluté par diffusion : elle fabrique une composition nouvelle et se dimensionne sur des étages d’équilibre, pas sur une pression. La filtration, enfin, sépare un solide déjà en suspension dans un liquide qui l’entoure : la charge arrive fluide, le gâteau se construit contre un média. Dans un pressage, il n’y a pas de suspension, pas de média rapporté qui compte, et le lit à essorer est en même temps la résistance à vaincre. Une dernière frontière : la centrifugation obtient le même résultat en remplaçant la pression mécanique par un champ de force massique — elle n’écrase pas le lit, elle le traverse, ce qui change tout pour les matières fragiles et pour la limpidité du liquide obtenu.
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À quoi sert l’opération
Presser répond à quatre intentions distinctes, qui n’appellent ni les mêmes machines ni les mêmes pressions. La première question d’un audit d’atelier est de savoir laquelle on poursuit.
Obtenir le liquide, qui est le produit. C’est le cas le plus visible : jus de pomme, de poire, de raisin, d’orange, jus de canne à sucre, huile vierge d’olive ou de colza, jus de racines de yacon. Le tourteau est un sous-produit dont on se débarrasse ou que l’on valorise à part. La conduite vise le rendement d’extraction et la qualité du jus — turbidité, couleur, absence de composés amers — et la siccité du tourteau n’intéresse que la logistique du résidu.
Obtenir le solide, qui est le produit. Le pressage du caillé en fromagerie ne cherche pas à récolter du lactosérum : il cherche à souder les grains entre eux, à chasser l’air occlus et à donner au fromage sa texture et sa forme définitives. Le pressage d’un tourteau protéique de colza ou de tournesol vise un aliment du bétail à teneur en huile résiduelle maîtrisée. Le pressage d’un gâteau de biomasse après fermentation vise un solide manipulable. Ici, la pression n’est plus un moyen d’extraire mais un moyen de structurer.
Déshydrater avant une opération thermique coûteuse. C’est l’usage le plus rentable et le moins spectaculaire du pressage. Une pulpe de betterave épuisée sort des diffuseurs à 8-10 % de matière sèche. Sécher directement une telle pulpe est économiquement absurde. On la presse d’abord à 24-28 % de matière sèche sur des presses à vis coniques, et l’on n’envoie au sécheur que le reste. Le même raisonnement s’applique aux drêches de brasserie, aux marcs de raisin, aux boues de station d’épuration agroalimentaire, aux pulpes d’agrumes. Retirer un kilogramme d’eau par pressage coûte deux ou trois ordres de grandeur moins cher que le retirer par évaporation ou par séchage. Le chiffre est donné plus loin.
Récupérer un liquide retenu dans un solide qu’on vient de séparer. Après une extraction solide-liquide, le marc épuisé retient 1,5 à 3 kilogrammes de liquide par kilogramme de matière sèche, chargé du soluté à la concentration de l’étage : ne pas le récupérer, c’est perdre 15 à 30 % du rendement global. Le pressage du marc de stévia, des cossettes épuisées ou d’un gâteau de lignine après hydrolyse relève de cette logique : la pression y récupère une solution, elle ne crée pas un jus.
Les filières se répartissent de façon tranchée. Le laitier presse pour structurer, le brassicole pour épuiser la drêche, l’oléagineux pour extraire l’huile et calibrer le tourteau, les fruits et légumes pour le jus, la viande pour séparer les chairs résiduelles. Le sucrier, lui, fait les deux choses opposées selon la matière première : il presse la canne pour en extraire le sucre, et il presse la betterave — après l’avoir épuisée autrement — uniquement pour sécher sa pulpe.
Le phénomène physique
Une pressée se déroule en trois régimes qui se succèdent et se recouvrent partiellement. Ils n’obéissent pas aux mêmes lois et ne réclament pas les mêmes pressions : les confondre, c’est régler une machine sur le mauvais paramètre.
Premier régime : le drainage du liquide libre
Au chargement, le lit est un empilement lâche de fragments séparés par des macropores, où les cellules coupées par le broyage ont déjà vidé leur contenu. Ce liquide s’écoule sous un gradient très faible et à grande vitesse : sur un marc de pomme frais, l’égouttage libre à pression nulle donne 15 à 25 % du jus en quelques minutes, et les premiers dixièmes de bar en donnent autant. Le lit se déforme peu, sa porosité reste entre 0,55 et 0,70 et sa perméabilité est de l’ordre de 10−11 à 10−12 m2, comparable à celle d’un sable fin. C’est le régime du meilleur rendement énergétique et du jus le plus propre — celui que la vinification isole sous le nom de jus de goutte.
Deuxième régime : la consolidation du gâteau
Quand les macropores sont vidés, le liquide ne sort plus sans que le squelette solide se déforme : chaque volume de jus extrait correspond alors exactement à une réduction de volume du lit. C’est une consolidation, au sens strict de la mécanique des sols. La porosité tombe de 0,60 à 0,35 puis à 0,20, les fragments s’aplatissent, et les canaux restants deviennent de plus en plus tortueux.
Le concept central vient ici de Terzaghi. Dans un lit saturé, la contrainte totale appliquée par le plateau se partage à chaque instant entre le liquide interstitiel, qui la subit comme une pression hydrostatique, et le squelette solide, qui la subit comme une contrainte effective transmise de grain à grain. Au premier instant, le liquide porte tout : il est incompressible et n’a pas eu le temps de s’échapper. À la fin, le squelette porte tout. Entre les deux, la charge se transfère du liquide au solide, et ce transfert est l’écoulement.
Deux conséquences en découlent, l’une et l’autre contre-intuitives. D’abord, la vitesse d’une pressée n’est pas limitée par la puissance du vérin mais par la capacité du liquide à s’évacuer : doubler la force ne double pas le débit si le lit ne laisse pas passer davantage. Un pressoir sous-dimensionné en force est rare, un pressoir sous-dimensionné en surface drainante est la règle. Ensuite, la couche la plus compactée du lit est celle qui touche le drain : elle subit la contrainte effective la plus élevée, puisque tout le liquide l’a traversée et que la pression interstitielle y est nulle. Il s’y forme une peau de quelques millimètres, de porosité 0,10 à 0,20, dont la résistance peut représenter la moitié de celle du lit entier. Serrer davantage l’épaissit et étouffe le drainage : c’est le mécanisme physique du plafond de rendement.
Troisième régime : l’expression de l’eau liée
Reste alors dans le tourteau une eau que la pression ne déloge plus : l’eau intracellulaire des cellules intactes, l’eau capillaire des pores les plus fins, l’eau d’hydratation des pectines et des protéines. Le calcul de la pression capillaire dit où est la limite : vider un pore de rayon r demande de vaincre 2σ/r, soit, avec une tension superficielle de 0,072 N·m−1, 1,4 bar pour un pore de 1 micromètre, 14 bar pour 100 nanomètres et 144 bar pour 10 nanomètres. Les parois végétales et les gels de pectine hydratés travaillent précisément dans cette gamme nanométrique.
D’où la règle : au-delà de quelques dizaines de bar, il ne sert à rien d’augmenter la pression ; il faut changer la nature de la matière. C’est le rôle de la préparation — chauffage, enzymes, congélation-décongélation, électroporation — qui rompt les membranes et transforme de l’eau liée en eau libre. Une matière mal préparée pressée à 60 bar rend moins qu’une matière bien préparée pressée à 8 bar, pour dix fois moins d’énergie et un jus infiniment plus propre.
Le paradoxe de la pression
Le cœur du sujet tient en une phrase : la pression augmente linéairement le gradient qui pousse le liquide, mais diminue la perméabilité selon une loi de puissance d’exposant 1 à 2,5, et le produit des deux passe par un maximum. Sur un marc de pomme, la perméabilité chute d’un facteur 30 à 100 entre 1 et 20 bar de contrainte effective : multiplier le gradient par 20 pendant que la perméabilité est divisée par 50 donne un débit trois fois plus faible. Le jus finit par sortir — la consolidation ne s’arrête jamais tout à fait — mais le temps nécessaire explose.
Ce paradoxe explique une pratique d’atelier apparemment illogique : on monte la pression lentement, par paliers, et non d’un coup. Une montée en rampe laisse le liquide libre s’évacuer avant que la peau ne se forme, et l’on atteint la même pression finale avec une perméabilité résiduelle bien supérieure. Une montée brutale forme immédiatement une peau étanche contre les toiles, emprisonne le liquide au cœur du lit et fait décrocher le rendement de 5 à 12 points. La différence entre un bon et un mauvais cycle de pressage tient souvent entièrement à la forme de la rampe.
La rupture du gâteau et les passes multiples
Puisque la limite vient de la fermeture des chemins de drainage, la parade est de les rouvrir. C’est l’émiettage : on relâche la pression, on désagrège le gâteau, on recrée des macropores, et l’on recommence un cycle de drainage libre suivi d’une consolidation. Sur un pressoir à claies, la deuxième passe rapporte 4 à 10 points de rendement, la troisième 1 à 3, la quatrième presque jamais rien. Sur une presse à bandes, des rouleaux de diamètre décroissant cisaillent et réarrangent le matelas en continu : même effet, sans arrêter la machine. Les moulins de la sucrerie de canne poussent le principe à son terme, avec quatre à six compressions successives entrecoupées de relâchements.
Les fines, la turbidité et ce que l’on extrait en fin de pressée
Un jus de pressage n’est jamais limpide, et les trois mécanismes qui le troublent s’aggravent tous avec la pression. Le premier est la migration des fines : sous le gradient hydraulique, débris de paroi, granules d’amidon et fragments de cellules sont entraînés vers les toiles, où une partie forme la peau et une partie traverse. La teneur en matières en suspension d’un jus de presse à vis atteint couramment 2 à 8 % en masse, contre 0,3 à 1,5 % pour une presse pneumatique à membrane. Le deuxième est l’extrusion : au-dessus d’une certaine pression, la pulpe elle-même flue à travers les mailles, le jus devient épais et prend sa couleur — signe qu’il faut redescendre. Le troisième est que la nature du liquide extrait change en cours de pressée. Le liquide facile est le contenu vacuolaire : sucres, acides organiques, eau. Le liquide difficile est celui qui baigne les parois et les organites : il est chargé en polyphénols oxydables, en tanins, en pectines, en amidon, en potassium et en calcium. Un jus de fin de pressée est plus astringent, plus coloré, plus visqueux, plus difficile à clarifier et plus riche en composés qui brunissent. En vinification, l’écart entre le jus de goutte et le jus de dernière presse est tel qu’ils font des vins différents. En cidrerie et en jus de fruits, la même chose se produit à un degré moindre mais bien réel.
À cela s’ajoute l’oxydation. Un lit pressé offre une surface de contact énorme avec l’air, les polyphénoloxydases libérées par le broyage y trouvent leur substrat et l’oxygène, et le brunissement peut être visible en moins de deux minutes sur une pomme, une poire ou une racine de yacon. Le temps de cycle n’est donc pas seulement un paramètre de productivité : c’est un paramètre de couleur.
Fractionner les jus plutôt que les mélanger. Le premier tiers d’une pressée est limpide et neutre, le dernier trouble, chargé et amer. Séparer les fractions à la sortie du pressoir — un simple basculement de vanne piloté sur le volume — permet d’affecter le premier jus à un produit de qualité et le dernier à une concentration ou à un usage où le trouble ne compte pas. Systématique en vinification, la pratique reste rare ailleurs alors qu’elle ne coûte qu’une vanne et un automate : elle transforme un arbitrage rendement-qualité en deux produits distincts.
Les grandeurs et les équations
Six relations suffisent : deux posent le partage de la contrainte et la loi d’écoulement, deux disent comment le lit se referme, les deux dernières donnent le temps de pressée et la courbe rendement-pression.
Le partage de la contrainte
Le principe de la contrainte effective, énoncé par Terzaghi en 1923, est la clé de toute l’opération.
La contrainte totale σ se répartit en une contrainte effective ps portée par le squelette et une pression pL portée par le liquide interstitiel ; leur somme est constante en tout point si l’on néglige le frottement pariétal. Au temps zéro, pL = σ et ps = 0 ; à l’équilibre final, l’inverse. Contre le drain, pL est nulle dès le premier instant, donc ps y vaut immédiatement σ — c’est la raison mathématique de la couche de peau.
L’écoulement dans le lit qui se referme
Le liquide chemine dans un milieu poreux : c’est Darcy qui gouverne, à ceci près que la perméabilité n’est pas constante.
La vitesse superficielle u est proportionnelle au gradient de pression interstitielle et inversement proportionnelle à la viscosité. Rien de neuf par rapport à une filtration, sauf que k dépend de la contrainte effective locale, donc de la position dans l’épaisseur et du temps. La viscosité mérite qu’on s’y arrête : une huile de colza brute titre 60 à 75 mPa·s à 20 °C et seulement 15 à 20 mPa·s à 80 °C. C’est pour cela qu’aucune huilerie ne presse à froid une graine qu’elle veut épuiser : chauffer divise la viscosité par quatre et multiplie d’autant le débit de drainage, à pression identique.
Compressibilité et perméabilité
La fermeture du lit se décrit par deux lois de puissance empiriques, ajustées sur un essai de compression-perméabilité.
Porosité et perméabilité décroissent toutes deux avec la contrainte effective, mais pas au même rythme : l’exposant de compressibilité β vaut 0,10 à 0,30, l’exposant de perméabilité δ vaut 1,0 à 2,5. Tout le drame de l’opération tient dans cet écart. Un facteur 10 sur la pression retire 20 à 50 % de la porosité — peu — mais divise la perméabilité par 10 à 300 — beaucoup. Un lit fibreux et rigide, comme la bagasse de canne ou un marc additionné de fibres de cellulose, a un δ proche de 1 : il supporte la pression. Un lit pulpeux et colloïdal, comme une purée de betterave, a un δ proche de 2,5 : il s’effondre. Cet écart décide du choix de la machine.
Le temps caractéristique de consolidation
En combinant la contrainte effective, Darcy et la conservation de la matière, on obtient l’équation de consolidation de Terzaghi, une équation de diffusion sur la pression interstitielle.
Le coefficient de consolidation Cv, en m2·s−1, joue exactement le rôle d’une diffusivité. La conséquence dimensionnelle est immédiate et c’est le résultat le plus utile de toute la page :
Le temps de pressage varie comme le carré de l’épaisseur drainée : doubler l’épaisseur du lit ne double pas le cycle, il le quadruple. Le facteur 0,848 correspond à 90 % de consolidation ; pour 50 % il vaut 0,197, pour 99 % il dépasse 1,7. La distance L est l’épaisseur totale si le liquide ne sort que d’un côté, la demi-épaisseur s’il sort des deux — ce qui divise le temps par quatre et justifie à lui seul les claies alternées et les toiles sur les deux faces des presses à bandes.
Un exemple chiffré. Soit un marc de fruit consolidé de perméabilité k = 5·10−14 m2, un jus de viscosité 3 mPa·s et une compressibilité mv = 5·10−7 Pa−1 : Cv ≈ 3,3·10−5 m2·s−1. Une couche de 6 centimètres drainée des deux côtés, cas de la presse à bandes, donne L = 0,03 m et t90 ≈ 23 secondes. Une charge de 30 centimètres également drainée des deux côtés, cas de la presse pneumatique, donne t90 ≈ 580 secondes. Une charge de 60 centimètres drainée sur une seule face, cas du pressoir à cage, donne t90 ≈ 9 250 secondes, soit deux heures et demie.
Ces trois chiffres expliquent toute la typologie des machines : la presse à bandes tourne en continu parce qu’elle travaille en couche mince, la presse pneumatique fait des cycles d’une à deux heures parce qu’elle travaille en couche épaisse, et le pressoir traditionnel met une demi-journée parce qu’il empile de la matière loin des drains. Aucune n’est plus « puissante » qu’une autre : elles diffèrent par la distance que le liquide doit parcourir.
Le degré de consolidation dans le temps
La solution de l’équation de consolidation, sous la forme simplifiée établie par Shirato pour l’expression, donne la fraction de liquide déjà extraite.
Valable dès que Uc dépasse environ 0,6, elle dit que la fin de la consolidation est exponentielle : passer de 80 à 90 % prend autant de temps que passer de 0 à 80 %, et passer de 90 à 95 % encore autant. Il n’existe donc pas de fin de pressée, seulement une décision d’arrêt. Elle se prend sur le débit instantané de jus, jamais sur un chronomètre : quand le filet tombe sous 3 à 5 % du débit initial, le temps machine coûte plus cher que le jus qu’il rapporte.
La courbe rendement-pression
À l’échelle de l’atelier, on n’intègre pas Terzaghi : on ajuste une hyperbole de saturation sur des essais.
Y∞ est le rendement asymptotique que la matière peut donner dans son état de préparation, P½ la pression à laquelle on en atteint la moitié. Sur un marc de pomme enzymé, P½ vaut 0,5 à 1,5 bar : à 3 bar on est à 70 % du possible, à 10 bar à 90 %, à 30 bar à 96 %. Multiplier la pression par dix au-delà de 3 bar rapporte donc environ 8 points de rendement absolu, pour dix fois plus d’énergie, une machine trois fois plus lourde et un jus nettement plus trouble. Point décisif : la préparation agit sur Y∞ et non sur P½. Un enzymage bien conduit relève l’asymptote de 6 à 12 points sans changer la forme de la courbe — c’est pourquoi il est presque toujours plus rentable d’investir dans la préparation que dans la pression.
Symboles et unités
| Symbole | Grandeur | Unité | Ordre de grandeur en agroalimentaire |
|---|---|---|---|
| σ | contrainte totale appliquée | Pa | 2·104 à 4·106 Pa (0,2 à 40 bar) |
| ps | contrainte effective sur le squelette solide | Pa | 0 au début, tend vers σ |
| pL | pression du liquide interstitiel | Pa | σ au début, tend vers 0 |
| k | perméabilité du lit | m2 | 10−11 (lit lâche) à 10−15 (gâteau serré) |
| μ | viscosité dynamique du liquide | Pa·s | 1,2·10−3 (jus) à 7·10−2 (huile froide) |
| ε | porosité du lit | — | 0,70 au chargement, 0,10 à 0,25 en fin de pressée |
| β | exposant de compressibilité | — | 0,10 à 0,30 |
| δ | exposant de perméabilité | — | 1,0 (lit fibreux) à 2,5 (lit colloïdal) |
| mv | compressibilité volumique du lit | Pa−1 | 10−7 à 10−6 |
| Cv | coefficient de consolidation | m2·s−1 | 10−6 à 10−4 |
| L | distance de drainage | m | 0,02 (bandes) à 0,60 (cage) |
| t90 | temps pour 90 % de consolidation | s | 20 s à 104 s |
| Y | rendement d’extraction en jus | % masse | 55 à 85 selon matière et préparation |
| P½ | pression de demi-rendement | Pa | 5·104 à 3·105 Pa |
Les matériels
Les presses se classent d’abord par la distance de drainage qu’elles imposent, ensuite par la pression qu’elles développent. Ces deux critères suffisent presque toujours à expliquer le choix d’une filière.
Le pressoir hydraulique discontinu à claies et toiles empile des couches de 8 à 15 centimètres de marc enveloppées dans des toiles et séparées par des claies drainantes, qu’un vérin unique écrase. Hérité du cidre et de l’huile d’olive, il offre un drainage bilatéral, un jus très propre et un bon rendement, au prix d’une cadence faible.
La presse pneumatique à membrane — le pressoir horizontal des chais — remplace le vérin par une vessie en élastomère gonflée à l’air comprimé, qui plaque la matière contre des drains tapissant la cage. La pression est intrinsèquement limitée à 2-2,5 bar, ce qui est un avantage : on ne peut pas écraser le lit. Des rotations de cage entre les phases assurent l’émiettage automatique. C’est la machine du jus le plus propre.
La presse à bandes fait passer un matelas de 3 à 8 centimètres entre deux toiles sans fin qui convergent puis serpentent autour de rouleaux de diamètre décroissant ; la pression naît de la tension des bandes, augmentée d’un cisaillement à chaque rouleau. Couche mince, drainage bilatéral, marche continue : c’est la machine du gros débit, au prix d’un jus plus chargé et d’un fort encombrement.
La presse à vis monovis pousse la matière dans une cage à barreaux, avec un pas décroissant et un cône de contre-pression réglable en sortie. Compacte, continue, robuste, tolérante aux corps étrangers, elle développe des pressions très élevées, mais cisaille beaucoup, chauffe la matière de 15 à 40 °C par frottement et laisse passer beaucoup de fines. La presse bivis, à deux vis co-rotatives interpénétrées, contrôle mieux le temps de séjour, s’autonettoie, accepte les matières fibreuses et permet d’injecter un liquide de lavage en cours de vis : c’est alors un appareil de pressage-extraction combiné.
Le décanteur centrifuge n’est pas une presse mais son concurrent direct. Séparant par différence de masse volumique dans un champ de 2 500 à 4 500 g, il n’écrase rien, ne connaît ni peau ni colmatage et travaille en continu à l’abri de l’air. Sa limite est la siccité du solide, inférieure de 5 à 12 points à celle d’un tourteau, et une consommation deux à quatre fois supérieure. On le choisit quand la matière n’a aucune tenue de lit, quand l’oxydation interdit l’exposition à l’air, ou quand il faut séparer trois phases.
| Matériel | Pression de travail | Marche et cadence | Siccité du tourteau | Turbidité du jus | Emploi typique |
|---|---|---|---|---|---|
| Pressoir hydraulique à claies et toiles | 8 à 30 bar | Discontinu, 2 à 5 cycles·h−1, 0,5 à 3 t·h−1 | 28 à 38 % MS | Faible (0,5 à 2 % MES) | Cidre, huile d’olive, jus haut de gamme, petits volumes |
| Presse pneumatique à membrane | 0,2 à 2,5 bar | Discontinu, cycle de 60 à 150 min, 2 à 20 t par charge | 25 à 32 % MS | Très faible (0,3 à 1,5 % MES) | Vendange, jus de pomme et de poire premium |
| Presse à bandes | 0,5 à 8 bar (tension et rouleaux) | Continu, 5 à 40 t·h−1 | 25 à 34 % MS | Moyenne (1 à 4 % MES) | Jus de fruits en gros volume, marcs, boues, pulpes |
| Presse à vis monovis | 10 à 40 bar en cage, bien plus en pointe locale | Continu, 1 à 30 t·h−1 | 30 à 50 % MS | Forte (2 à 8 % MES) | Pulpe de betterave, drêches, tourteaux oléagineux, yacon |
| Presse bivis | 15 à 60 bar, profil réglable | Continu, 0,5 à 15 t·h−1 | 35 à 55 % MS | Moyenne (1 à 4 % MES) | Fibres, pressage-extraction combiné, matières hétérogènes |
| Presse à cage ou à corbeille verticale | 2 à 15 bar | Discontinu, 1 à 3 cycles·h−1 | 26 à 34 % MS | Faible à moyenne | Artisanat, fermes, petites séries, marcs de distillerie |
| Moulin à cylindres cannelés (canne) | Charge hydraulique de 150 à 300 bar sur les paliers | Continu, 100 à 700 t·h−1 de canne | 50 à 52 % d’humidité de bagasse | Forte (jus mixte très chargé) | Sucrerie de canne, tandem de 4 à 6 moulins |
| Décanteur centrifuge (concurrent) | Aucune — 2 500 à 4 500 g | Continu, 2 à 60 m3·h−1 | 20 à 30 % MS | Faible si l’écrémeuse suit | Huile d’olive, jus d’agrumes, boues, moûts fragiles |
Énergie accumulée et points de pincement. Un pressoir hydraulique chargé stocke une énergie considérable dans le lit comprimé et dans le circuit d’huile : une flexible qui cède ou un plateau qui se libère projette de la matière et de l’huile sous des dizaines de bar. Une cage de presse pneumatique est un récipient sous pression au sens de la directive 2014/68/UE et doit être éprouvée et contrôlée comme tel. Les presses à bandes et à vis présentent des points de pincement rouleau-bande et vis-cage qui ont causé des amputations : aucune intervention sans consignation complète des énergies mécanique, hydraulique et pneumatique, et jamais de dégagement de bourrage sur une machine sous tension. Les protections d’accès verrouillées relèvent de la directive Machines 2006/42/CE.
Les paramètres de conduite
Ce qui se règle sur une presse se compte sur les doigts d’une main. Ce qui se règle en amont décide de tout : broyage, macération de 20 à 120 min à 15-55 °C, chauffage, enzymes et adjuvants pèsent plus lourd sur le rendement final que la pression maximale de la machine. La montée en pression, enfin, ne se règle pas comme les autres paramètres : une rampe de 0,1 à 1 bar·min−1 raccourcit le cycle, mais trop rapide elle coûte 5 à 12 points de rendement.
| Paramètre | Plage usuelle | Effet d’une augmentation | Risque au-delà |
|---|---|---|---|
| Finesse du broyage amont | Râpures de 2 à 8 mm | Plus de cellules ouvertes, plus de jus libre disponible | Trop fin : lit imperméable, purée, rendement effondré |
| Enzymes pectolytiques | 20 à 80 g·t−1 de matière | +6 à +12 points de rendement, jus moins visqueux | Surdosage : méthanol libéré, texture perdue, coût inutile |
| Adjuvant de pressage (fibres de cellulose, balles de riz, marc sec) | 0,5 à 3 % de la charge | Squelette drainant maintenu, exposant δ abaissé, +3 à +8 points | Dilution du jus, coût, gestion d’un intrant supplémentaire |
| Épaisseur du lit | 0,03 à 0,60 m | Plus de charge par cycle, meilleure productivité apparente | Temps en L2 : le cycle explose, cœur du lit jamais pressé |
| Pression maximale | 0,2 à 40 bar selon la machine | Rendement en hyperbole saturante | Peau étanche, fines dans le jus, amertume, énergie perdue |
| Durée du palier sous pression | 3 à 40 min par palier | Consolidation poursuivie, tourteau plus sec | Rendement marginal décroissant, oxydation, cadence perdue |
| Nombre de passes avec émiettage | 1 à 4 | 2e passe : +4 à +10 points ; 3e : +1 à +3 | Au-delà de 3 : gain nul, jus dégradé, temps machine perdu |
| Taux d’imbibition (pressage avec lavage) | 150 à 300 % sur la fibre | Épuisement du solide amélioré de 3 à 6 points | Jus dilué à concentrer, coût d’évaporation en aval |
Ce qui se dérègle
Les défauts se lisent presque tous sur deux indicateurs : le rendement en jus par tonne et la turbidité. Quand l’un bouge sans l’autre, le diagnostic est à moitié fait.
| Symptôme | Cause probable | Correction |
|---|---|---|
| Le jus devient trouble et pâteux en cours de pressée | Extrusion de pulpe à travers les toiles ; pression au-delà du point de saturation | Redescendre le palier de 20 à 30 % ; ajouter un adjuvant de pressage ; vérifier la maille des toiles |
| Rendement en baisse régulière de pressée en pressée | Colmatage progressif des toiles ou des drains par les fines et les pectines | Lavage alcalin chaud (2 % NaOH, 60-70 °C) en fin de poste ; contrôle de perméabilité de toile |
| Le débit de jus s’effondre dès la montée en pression | Rampe trop rapide : peau étanche formée contre les drains | Ralentir la montée à 0,2-0,3 bar·min−1 ; introduire un palier bas de 5 min |
| Tourteau trop humide malgré la pression nominale | Temps sous pression insuffisant au regard de t90 ; couche trop épaisse | Diviser l’épaisseur par deux plutôt que doubler la pression ; drainage bilatéral |
| Jus amer, astringent, brun | Pressée poussée trop loin ; jus de fin riche en polyphénols et en tanins | Arrêter au seuil de débit ; fractionner les jus ; inerter la cage à l’azote ou au CO2 |
Énergie, coût et environnement
Le pressage est de très loin l’opération de déshydratation la moins chère. Retirer un kilogramme d’eau coûte 1 à 5 wattheures par pressage mécanique, 150 à 250 par évaporation multiple effet et 1 000 à 1 500 par séchage à air chaud : un rapport de 200 à plus de 1 000. Toute la logique industrielle en découle — on presse aussi loin que possible avant de chauffer.
Le calcul type. Une tonne de pulpe de betterave épuisée à 10 % de matière sèche contient 900 kilogrammes d’eau. Pressée à 26 % de matière sèche, elle n’en contient plus que 285 : 615 kilogrammes d’eau ont été retirés mécaniquement. À 1,5 wattheure par kilogramme, cela représente 0,9 kilowattheure. Les mêmes 615 kilogrammes évaporés dans un sécheur à tambour auraient demandé environ 680 kilowattheures. Le poste de presses d’une sucrerie n’est donc pas un équipement de confort : c’est ce qui rend la déshydratation de la pulpe économiquement possible.
Les consommations spécifiques des machines s’échelonnent de 3 à 8 kWh·t−1 pour une presse à bandes, 5 à 12 pour un pressoir hydraulique, 8 à 25 pour une presse à vis alimentaire, 25 à 60 pour une presse à vis d’huilerie, 8 à 20 pour un décanteur centrifuge. S’y ajoute l’air comprimé des presses pneumatiques, souvent sous-estimé : 7 à 15 m3 normaux par tonne de vendange. Les postes de coût réels ne sont pourtant pas l’énergie mais les toiles et les bandes, à remplacer tous les 2 000 à 8 000 heures, les enzymes à 3-12 euros la tonne de matière, les adjuvants, le nettoyage et l’usure abrasive des vis.
Côté environnement, l’essentiel se joue sur la valorisation des résidus, dont le pressage fixe la siccité et donc la valeur. Un marc de pomme à 30 % de matière sèche titre 5 à 12 % de pectine sur sec et alimente la filière pectine ; en dessous de 22 %, il ne supporte plus le transport et part en méthanisation. Une pulpe de betterave surpressée à 28 % nourrit un sécheur deux fois moins gourmand. Les pépins de raisin donnent une huile, le grignon d’olive un combustible. Et la bagasse de canne, à 50 % d’humidité en sortie du dernier moulin, a un pouvoir calorifique inférieur d’environ 7,5 MJ·kg−1 qui couvre la totalité de la vapeur et de l’électricité d’une sucrerie : deux points d’humidité de plus, et l’usine achète du combustible d’appoint. Le réglage des moulins est littéralement un réglage énergétique.
L’opération dans la fabrication des sucrants
Le pressage occupe dans la filière sucrière une place étrange : il y est à la fois l’opération fondatrice et l’opération abandonnée. Deux plantes sucrières voisines par l’usage ont fait des choix opposés, pour la raison qui gouverne toute cette page — la tenue du lit sous contrainte.
Le yacon : presser la racine pour obtenir le jus à concentrer
La racine tubérisée de yacon titre 85 à 90 % d’eau et 10 à 15 % de matière sèche, essentiellement des fructo-oligosaccharides. Le procédé du sirop de yacon est court : lavage et déterrage, parage, râpage en fragments de 3 à 6 millimètres, puis pressage. La chair est tendre, très pauvre en fibres et gorgée d’eau libre — une matière qui rend son jus facilement mais ne tient aucun lit. Une presse à vis ou un pressoir hydraulique à 4-10 bar extrait 60 à 75 % du jus, à 8-12 °Brix ; monter plus haut ne rapporte que quelques points et charge le jus en fines, ce qui alourdit la décantation et la filtration qui suivent.
Le paramètre critique n’est pourtant pas la pression mais le temps. Les polyphénoloxydases du yacon sont très actives et le jus brunit en quelques minutes d’exposition à l’air : un cycle lent donne un jus ambre foncé avant même la clarification, et la couleur ne se rattrape plus. La conduite consiste donc à presser vite et modérément, à inactiver les enzymes par un blanchiment ou une acidification immédiate, puis à concentrer jusqu’à 70-75 °Brix. Le pressage y décide du rendement, mais surtout de la couleur du sirop fini.
La betterave : pourquoi le pressage a perdu
Jusqu’à la fin du XIXe siècle, les sucreries de betterave râpaient la racine et pressaient la pulpe. Le procédé a totalement disparu au profit de la diffusion, pour trois raisons cumulatives.
La première est la localisation du saccharose, intracellulaire, enfermé dans la vacuole derrière une membrane intacte. Le pressage ne libère que le contenu des cellules rompues par la râpe ; le reste, majoritaire, ne sort pas. L’épuisement plafonne à 88-92 %, contre 97-99 % en diffusion, où le chauffage à 70-75 °C dénature les membranes et laisse le saccharose migrer par gradient de concentration.
La deuxième est la tenue du lit, et c’est la raison de génie des procédés. La betterave ne contient que 4 à 5 % de marc, essentiellement des pectines et des hémicelluloses hydratées : un lit de râpure n’a aucun squelette fibreux, c’est un gel colloïdal dont l’exposant δ approche 2,5. Sous quelques bar, il se referme en purée imperméable et le drainage cesse. Toute énergie supplémentaire part en déformation, aucune en écoulement.
La troisième est la qualité du jus : un jus de presse de betterave entraîne fines de pulpe, pectines et non-sucres colloïdaux, ce qui alourdit l’épuration calco-carbonique et la filtration en aval. Le pressage n’a pas disparu de la sucrerie pour autant : il y règne en aval, sur les presses à pulpe qui portent les cossettes épuisées de 8-10 % à 24-28 % de matière sèche avant séchage. Il n’y extrait plus de sucre, il économise de la vapeur.
La canne : pourquoi le pressage a gagné
La canne présente exactement le profil inverse. C’est une tige, non une racine, et elle contient 12 à 16 % de fibre lignocellulosique. Le saccharose est logé dans un parenchyme mou emprisonné dans un réseau de faisceaux fibreux rigides. Ce réseau est un squelette drainant naturel : comprimé, il se déforme sans jamais se refermer complètement, son exposant δ reste proche de 1, et l’on peut lui appliquer des charges considérables sans étouffer l’écoulement. La canne est, au sens de cette page, la matière idéale à presser.
Le tandem enchaîne un préparateur — couteaux et défibreur, broyage destiné à ouvrir les cellules sans détruire la fibre — puis quatre à six moulins à trois cylindres cannelés, chargés hydrauliquement à 150-300 bar sur les paliers. Chaque moulin comprime le matelas puis le relâche, et ce relâchement rouvre la porosité pour le moulin suivant : c’est l’application la plus pure du principe des passes multiples.
Le pressage seul plafonnerait vers 90 % d’extraction. On lui ajoute l’imbibition composée : de l’eau à 70-80 °C est introduite avant le dernier moulin, et le jus soutiré de chaque moulin est renvoyé sur la bagasse entrant dans le précédent, si bien que solide et liquide circulent à contre-courant. On atteint 94 à 97 % d’extraction pour un taux d’imbibition de 200 à 300 % sur la fibre. Ce n’est plus un pressage pur, mais un pressage couplé à une extraction solide-liquide dont chaque moulin est un étage.
12 à 16 % de fibre, cellules ouvertes
compression, relâchement, recompression — jus soutiré à chaque étage
eau à 70-80 °C au dernier moulin, jus recyclé vers l’amont
extraction 94 à 97 % ; bagasse à 50 % d’humidité, brûlée en chaudière
La divergence se résume en une phrase : la canne a une fibre qui tient le lit, la betterave n’en a pas. S’y ajoute l’impératif énergétique — la bagasse doit sortir sèche pour alimenter la chaudière, seconde justification que la betterave n’a jamais eue.
Les autres sucrants
Chez la stévia, le pressage n’extrait pas : les feuilles sèches sont lessivées à l’eau chaude et le marc épuisé retient 2 à 3 kilogrammes de solution par kilogramme de matière sèche, dont le pressage récupère 20 à 30 % du rendement global. Même logique pour le xylitol, où le gâteau de lignine issu de l’hydrolyse de la rafle de maïs est pressé en filtre-presse à 10-16 bar pour rendre l’hydrolysat riche en xylose qu’il retient et sortir à 40-50 % de siccité, et pour l’érythritol, où seule la biomasse levurienne est pressée. Le sirop d’agave traditionnel presse des piñas cuites dans des moulins dérivés de ceux de la canne, à 70-80 % de rendement ; l’industrie moderne leur préfère des diffuseurs. Le sucre de fleur de coco, lui, échappe entièrement à l’opération : la sève est recueillie par incision de l’inflorescence.
Pour aller plus loin
- Extraction solide-liquide — l’opération concurrente et complémentaire, celle qui a remplacé le pressage en sucrerie de betterave et qui le prolonge en imbibition sur la canne.
- Broyage — c’est lui qui ouvre les cellules et fixe la granulométrie du lit, donc la perméabilité que la presse devra respecter.
- Filtration — la même loi de Darcy et le même gâteau compressible, mais avec une suspension à l’entrée et un média rapporté.
- Décantation — l’étape qui reçoit le jus trouble sorti de presse et qui décide de ce qu’il faudra encore filtrer.
- Concentration — la suite obligée d’un jus pressé, et la mesure de ce que chaque point d’eau non extrait mécaniquement coûtera en vapeur.
- Sirop de yacon — la fabrication complète, où le pressage des racines commande le rendement et la couleur du sirop.
Sources
- Fellows, P. J., Food Processing Technology: Principles and Practice, 4e éd., Woodhead Publishing, 2017.
- Bimbenet, J.-J., Duquenoy, A., Trystram, G., Génie des procédés alimentaires : des bases aux applications, Dunod, 2e éd., 2007.
- Singh, R. P., Heldman, D. R., Introduction to Food Engineering, 5e éd., Academic Press, 2014.
- Perry, R. H., Green, D. W., Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 9e éd., McGraw-Hill, 2018.
- Mafart, P., Béliard, E., Génie industriel alimentaire, Tec & Doc Lavoisier.
- Directive 2006/42/CE relative aux machines, pour la protection des points de pincement et la consignation des énergies.
- Directive 2014/68/UE relative aux équipements sous pression, applicable aux cages et vessies des presses pneumatiques.