Torréfaction industrielle du café : régularité et répétabilité

La torréfaction industrielle du café permet d’enregistrer une recette et de la reproduire autant de fois que nécessaire. Nous pouvons répéter les durées, les températures, les positions des vannes, la puissance du brûleur ou les vitesses de ventilation. Pourtant, répéter exactement les mêmes consignes ne signifie pas nécessairement obtenir exactement le même café.

Cette différence entre la répétition d’une recette et celle d’un résultat constitue, selon moi, l’un des aspects les plus intéressants de la torréfaction industrielle du café.

À l’échelle industrielle, la régularité ne dépend pas d’une seule variable. Le café vert évolue, le torréfacteur accumule de l’énergie, les conditions ambiantes varient et les systèmes d’air, de combustion et d’extraction sont également soumis à de légers écarts.

Pour comprendre réellement la répétabilité de la torréfaction, nous devons donc cesser d’observer uniquement la courbe de température et analyser le processus comme un système complet.

Avant de parler du torréfacteur, nous devons commencer par le produit que nous y introduisons.

Le café est une matière première agricole et tous les lots ne présentent pas exactement les mêmes caractéristiques. L’humidité, la densité, la taille des grains, la variété, le procédé de traitement, les conditions de stockage ou la température du grain avant son entrée dans le torréfacteur peuvent modifier son comportement thermique.

Ce point est particulièrement important dans la production industrielle. Un café stocké à 15 °C ne commence pas le processus dans les mêmes conditions énergétiques que ce même café à 25 °C. De même, des grains présentant une humidité ou une densité différente n’absorbent et ne transmettent pas l’énergie de façon identique.

Les recherches sur la torréfaction du café par lots montrent que la température des grains et la perte d’humidité évoluent simultanément et que le processus peut être modélisé à partir de phénomènes de transfert de chaleur et de masse.

La régularité de la torréfaction commence donc avant le torréfacteur. Plus nous connaissons et stabilisons les caractéristiques de la matière première, moins nous introduisons de variabilité dans le processus.

Lorsque nous parlons de torréfaction du café, nous utilisons constamment la température comme référence. C’est logique, mais la température et l’énergie ne sont pas exactement la même chose.

Pendant la torréfaction, la chaleur est transférée aux grains par différents mécanismes — convection, conduction et rayonnement — dont l’importance relative dépend de la conception et de la technologie du torréfacteur.

D’un point de vue industriel, notre véritable objectif consiste à rendre contrôlables et reproductibles la quantité d’énergie qui atteint le café ainsi que la manière dont elle lui est transmise.

Les modèles physiques de torréfaction décrivent précisément l’évolution simultanée de la chaleur, de l’humidité et du transport de masse à l’intérieur du grain. Ils montrent pourquoi une courbe de température externe ne représente pas, à elle seule, tout ce qui se produit durant le processus.

Voici une première idée essentielle : la courbe explique une partie du processus, mais pas tout ce qui se passe à l’intérieur du grain.

Dans un torréfacteur industriel de café, l’air joue un rôle fondamental. Il transporte l’énergie vers le produit, mais participe également à l’évacuation de l’humidité, de la fumée, des gaz et des particules générées pendant la torréfaction.

Modifier le flux d’air revient donc à modifier le processus. Un aspect industriel reçoit parfois moins d’attention que la température : le débit d’air réel ne dépend pas uniquement de la valeur programmée.

Les ventilateurs, conduits, vannes, cyclones, filtres et systèmes d’extraction font tous partie du circuit. Leur état peut modifier les conditions réelles de fonctionnement.

Dans la gamme INNOVA de TecAIRE, le transfert thermique repose principalement sur la convection, tandis que l’API ajuste les temps et les températures afin d’obtenir des résultats homogènes entre les différents profils de torréfaction.

Cela explique également pourquoi la maintenance contribue à la régularité. La recette peut rester inchangée alors que les conditions physiques dans lesquelles elle est exécutée ont évolué.

Une autre variable me paraît particulièrement importante en production : l’état thermique de la machine avant le chargement d’un nouveau lot.

La première torréfaction après le démarrage ne se déroule pas nécessairement dans les mêmes conditions que la cinquième ou la dixième. Au fil de la production, différentes masses métalliques, les conduits et les autres éléments de l’installation absorbent et accumulent de l’énergie.

Nous pouvons dire, de façon très imagée, que le torréfacteur possède une mémoire thermique.

Il ne suffit donc pas de contrôler une seule température de chargement. Il est nécessaire d’obtenir des conditions initiales suffisamment stables et reproductibles. Les procédures de préchauffage et de stabilisation, ainsi que le temps entre les lots, prennent ici une importance considérable.

Nous devons préparer le café pour le torréfacteur, mais également le torréfacteur pour le café.

La quantité de produit constitue un autre facteur évident, mais essentiel. Modifier le nombre de kilogrammes chargés revient à modifier le rapport entre l’énergie disponible et la masse qui doit l’absorber.

C’est pourquoi le transfert d’un profil de torréfaction d’une petite machine vers une installation industrielle ne consiste pas simplement à multiplier les temps ou les températures.

La capacité par lot, la géométrie de l’équipement, le mouvement du produit, le flux d’air disponible et la puissance thermique forment un ensemble. C’est cet ensemble que nous devons contrôler.

Les capteurs sont les yeux du système de contrôle. Mais un capteur ne mesure pas une notion abstraite appelée « température du café ». Il mesure une température en un point précis et dans des conditions déterminées.

Sa position, son diamètre, son temps de réponse, son contact avec le produit et son exposition au flux d’air influencent la mesure. Cela entraîne des conséquences pratiques : si nous remplaçons une sonde, modifions sa position ou comparons deux torréfacteurs différents, nous ne devons pas automatiquement supposer que deux valeurs numériques identiques représentent exactement le même état physique.

Il en va de même pour les indicateurs dérivés de ce signal, comme le taux de montée en température ou Rate of Rise (RoR). Ce sont des outils extrêmement utiles pour interpréter l’évolution d’une torréfaction, mais ils dépendent toujours de la qualité et du traitement des données reçues.

L’instrumentation, l’étalonnage et la maintenance des capteurs ne sont donc pas des questions secondaires : ils font partie du contrôle du processus de torréfaction industrielle du café.

À ce stade, nous pouvons nous poser une question importante : si deux profils de température coïncident pratiquement du chargement jusqu’à la décharge, pouvons-nous affirmer que les deux cafés sont identiques ?

Pas nécessairement. La courbe est une représentation du processus, mais notre objectif industriel n’est pas de fabriquer des courbes. Nous produisons du café torréfié.

Pour évaluer la répétabilité, nous devons donc également observer le produit obtenu. La couleur, la perte de masse, l’humidité finale, la densité et l’évaluation sensorielle peuvent compléter les données enregistrées par le torréfacteur.

Plus nous pouvons mettre en relation les données du processus et celles du produit, mieux nous pouvons déterminer si deux lots sont réellement équivalents.

Le processus thermique ne s’arrête pas simplement lorsque la porte de décharge s’ouvre. Le café quitte la chambre de torréfaction avec une quantité importante d’énergie accumulée, qui doit être rapidement évacuée.

Le refroidissement du café torréfié doit donc lui aussi être régulier. Le débit d’air, la quantité de produit, la durée de refroidissement et la température finale font partie des conditions qui doivent pouvoir être répétées.

Si nous contrôlons la torréfaction avec une grande précision, mais traitons le produit différemment au cours des minutes suivantes, nous introduisons une nouvelle source de variabilité.

C’est ici que l’automatisation de la torréfaction prend tout son intérêt.

Un API peut mémoriser une recette et exécuter exactement la même séquence à chaque cycle. Cela apporte une répétabilité opérationnelle, mais nous pouvons aller plus loin.

Nous pouvons enregistrer les températures, les paramètres du processus, les lots et les tendances ; comparer les cycles ; définir des tolérances ; et générer des informations utiles pour la qualité et la production. Dans la gamme COFFEETEC de TecAIRE, par exemple, le système de contrôle intègre un double API, une IHM, un système SCADA, la mémorisation des recettes, la traçabilité ainsi que l’enregistrement des courbes et des paramètres de chaque cycle.

La technologie permet de passer progressivement de la répétition des consignes au contrôle des résultats. Les recherches sur le transfert de chaleur et de masse proposent également des modèles destinés à l’estimation et au contrôle en ligne de la torréfaction.

À mesure que l’instrumentation progresse et que nous disposons de meilleures données, nous pouvons comprendre pourquoi un lot commence à s’écarter de l’objectif avant de constater la différence dans le produit fini.

Lorsqu’un écart de qualité apparaît, il est tentant d’examiner immédiatement le torréfacteur. Pourtant, une installation industrielle ne se limite pas à une seule machine.

La réception et le stockage du café vert, le transport, le dosage, la torréfaction, le refroidissement et le stockage ultérieur appartiennent tous à la même chaîne de production.

La stabilité de l’alimentation, la précision des pesées, le transport du produit et l’automatisation de l’installation peuvent influencer directement ou indirectement la régularité. Cette vision globale devient particulièrement importante lorsque les capacités de production augmentent.

Si je devais résumer la répétabilité d’un processus de torréfaction industrielle du café, je ne chercherais pas une variable principale unique.

J’observerais l’ensemble : matière première + état thermique de la machine + énergie + flux d’air + charge + temps + instrumentation + refroidissement + résultat final.

La difficulté réside précisément dans l’interaction entre toutes ces variables.

Un bon torréfacteur industriel de café doit fournir les outils nécessaires pour les maîtriser avec précision. Toutefois, la régularité finale dépend également de la façon dont nous concevons, exploitons et entretenons l’ensemble du processus.

Chez TecAIRE, cette approche est intégrée à la conception de ses torréfacteurs industriels de café et aux systèmes de contrôle associés au processus.

Voici ma conclusion.

Nous pouvons enregistrer une recette et répéter exactement les mêmes consignes cent fois. Mais au cours de ces cent lots, le café vert, la température initiale du produit, l’état thermique de la machine, le débit d’air réel ou les conditions de l’installation peuvent varier.

La véritable régularité de la torréfaction industrielle du café ne consiste donc pas à faire en sorte que la machine réalise toujours exactement la même opération.

Elle consiste à garantir que, malgré les petites variations inévitables du processus, le café obtenu continue de répondre à l’objectif défini.

Ce changement de perspective — passer du contrôle d’une recette au contrôle d’un processus — constitue, selon moi, l’une des étapes les plus importantes lorsque nous passons de la torréfaction considérée comme une opération isolée à la torréfaction envisagée comme un processus industriel.

Pour consulter des informations internationales sur le secteur du café, visitez l’Organisation internationale du café.