Introduction

            Ce thème de la canne à sucre permet d’aborder la transformation d’un produit brut naturel en produit de consommation quotidienne qui est le sucre. Après un recueil de représentations je me suis en effet rendue compte que très peu des élèves connaissaient la provenance du sucre. Nombre d’entre eux ne savent pas en effet si le sucre provient d’une plante ou s’il pousse sur un arbre. C’est pourquoi j’ai trouvé intéressant de traiter ce sujet avec des élèves de cycle 3.

            Dans ce dossier j’ai tout d’abord exposer, dans une partie technique, tout le processus de la transformation de la canne à sucre en sucre. Cela permet à l’enseignant d’avoir l’essentiel des notions de ce processus.

            Dans une deuxième partie pédagogique j’ai établie une progression pour une pratique de classe. Pour l’élaborer je me suis appuyée sur un document intitulé A la découverte…de la canne à sucre  du CRDP du Poitou-Charentes ainsi que sur des documentations trouvées sur internet.

I Le sucre

A Historique du sucre.

         La population des îles du Pacifique du sud a été la première à découvrir le sucre dans la canne à sucre qui poussait à l’état naturel dans leur région. L’Inde a toutefois été le premier pays à extraire le jus de la canne à sucre et à en faire le premier sucre brut que l’on appelait « gur ». Depuis l’Inde, la connaissance de la façon de produire le sucre s’est propagée vers l’ouest jusqu’au Moyen Orient puis en Europe lors des croisades.

            Pendant des siècles, le sucre constituait une « épice » très prisée et coûteuse utilisée uniquement par la noblesse et la royauté. Christophe Colomb a apporté de la canne à sucre pour la planter dans les Antilles, donnant ainsi un coup d’envoi à la production de sucre dans le Nouveau Monde. Vers le milieu des années 1700, un scientifique allemand a trouvé un substitut à la canne à sucre en utilisant la betterave à sucre.

B Le sucre dans l’alimentation.

                   1 Pourquoi trouve-t-on du sucre dans une grande variété d’aliments ?

            Le sucre joue nombre de fonctions dans les produits alimentaires, en plus de donner de la saveur et un goût sucré. Il sert d’agent de conservation dans les confitures et les gelées en prévenant la croissance de micro-organismes. Le sucre utilisé dans les pâtisseries, comme le gâteau, permet de garder l’humidité et de prévenir la perte de fraîcheur que l’on remarque quand les pâtisseries sèchent. Le sucre rehausse également la texture et les couleurs des fruits et légumes en conserve. Il permet aussi d’empêcher la formation de cristaux de glace dans les mélanges congelés comme la crème glacée et aide à la fermentation de la levure dans les produits comme le pain. Le sucre joue un rôle important et varié dans tous ces aliments et nombre d’autres encore.

                        2 Quelles sont les utilisations non alimentaires du sucre ?

            En effet, le sucre a des utilisation non alimentaires surprenantes :

§         le sucre est utilisé dans le processus de fermentation des produits contenant de l’alcool (comme le vin).

§         le sucre ralentit la prise de la colle et du ciment.

§         le sucre est utilisé dans la teinture du cuir.

§         le sucre est utilisé dans l’encre des imprimantes.

§         le sucre est utilisé par l’industrie du textile pour empeser et finir les textiles.

C Le sucre dans la nature.

                        1 Le sucre c’est quoi ?

            Le sucre (saccharose) est un glucide qui se trouve à l’état naturel dans tous les fruits et légumes. C’est le produit principal de la photosynthèse, processus par lequel les plantes transforment l’énergie du soleil en nourriture, c’est-à-dire en molécules de sucre nommées glucose et fructose. Le glucose et le fructose sont liés dans la plante pour former le saccharose, que l’on appelle communément le sucre.  Ce dernier se trouve en grande quantité dans la canne à sucre et dans la betterave à sucre, qui sont tous deux utilisés pour la production commerciale du sucre.

2 Existe-t-il une différence entre le sucre produit de la canne à sucre et celui de la betterave à sucre ?

            La canne à sucre croît dans un climat chaud et humide et emmagasine le sucre dans sa tige. La betterave à sucre préfère le climat tempéré et emmagasine le sucre dans sa racine blanche. Dans les deux cas le sucre est produit naturellement comme il l’est également dans toute plante verte. Il n’y a donc pas de différence entre le sucre issu de la canne à sucre et celui issu de la betterave à sucre.

II De la canne au sucre.

A La culture de la canne à sucre.

                La canne à sucre se plaît uniquement dans les régions tropicales et subtropicales. Elle est parfaitement adaptée aux conditions d’ensoleillement et de température intenses. Pour obtenir de bons résultats, la canne doit recevoir 2 000 à  3 000 millimètres de pluie durant sa croissance.

            Après la mise en terre des boutures, les jeunes pousses exigent beaucoup de soins. Le planteur nourrit le sol et la plante par un apport d’engrais et d’eau. Dans les zones les plus sèches, l’irrigation des cannes est parfois nécessaire.

           La tige de canne est longue de 2 à 4 mètres en moyenne et son diamètre varie de 2 à 6 centimètres. Elle est composée d’une succession de nœuds et d’entre-nœuds.

            Selon la variété et l’exposition au soleil, la tige peut être de différentes couleurs, le vert jaune et le violet étant les plus fréquentes. Les racines s’enfoncent jusqu’à 60 centimètres dans le sol et s’étendent autour de la souche jusqu’à 2 mètres. Elles ont pour rôle d’ancrer, de stabiliser la tige dans le sol et de nourrir la plante en absorbant l’eau, la matière organique et les sels minéraux.

            C’est dans la tige de la canne qu’est stocké le saccharose. Selon les pays et la topographie, la récolte est mécanisée ou manuelle. La tige de canne est coupée près du sol, le sommet de la tige au « bout blanc » est coupé (car il contient des non-sucres) et la tige est épaillée. La récolte s’étale sur plusieurs mois.

            Comme pour la betterave, la canne est rapidement acheminée vers la sucrerie pour éviter la perte en sucre par respiration ou fermentation.

            La canne repousse à près chaque coupe. Le nombre de repousses successives varie suivant les pays entre 4 et 10 avant arrachage complet et replantation de nouvelles boutures. Les rendements sont très variables, entre 50 et plus de 200 tonnes de canne par hectare, avec une richesse en sucre entre 13 et 18 %.

B La campagne sucrière : exemple de la Réunion.

1 La récolte.

            Fin juin marque le début de la campagne sucrière à la Réunion. Coupeurs de cannes, transporteurs, techniciens et usiniers se mobilisent. Il faut récolter les tiges sucrées.

            La canne est coupée au ras du sol car sa partie inférieure est la plus riche en sucre. Son sommet « bout blanc » ou « chou » est laissé au champ. Il sert d’aliment pour les bêtes (cabris et bœufs). Les coupeurs de cannes, le sabre à la main, arrivent tôt dans les champs. La coupe à la main reste la plus employée dans l’île car la majorité des champs est de petite superficie, en pente et avec beaucoup de pierres. L’utilisation de la coupeuse mécanique n’est possible que sur des champs épierrés, peu pentus et plats.

 Récolte traditionnelle

Récolte mécanisée

2 Arrivée de la canne à sucre à l’usine : extraction du sucre.

            La canne récoltée, il est impératif de la broyer dans les plus bref délais, ceci pour deux raisons : une fois coupée, la canne commence à se dessécher et les sucres de la canne commencent à se détériorer.

A l’arrivée des cannes à sucre à l’usine, deux opérations sont réalisées : prélèvement d’un échantillon pour connaître la richesse des cannes en sucre, puis la pesée.

Une fois déchargées, elles sont posées sur un tapis roulant qui les conduit dans l’usine. Les morceaux de métal et les pierres encore présentes sont extraits. Puis les cannes sont découpées en morceaux très courts et broyées dans une batterie de 4 à 6 moulins successifs.
Il faut veiller à  ce qu’un stock minimum soit maintenu pour ne pas occasionner d’interruptions dans l’approvisionnement des moulins.

Après le premier moulin, de l’eau est rajoutée sur la canne afin de faciliter l’extraction du jus qui y réside encore. Toutefois la quantité d’eau ajoutée est limitée de façon à ne pas diluer le jus de canne à moins de 14 degrés Brix car c’est à ce degré que sont obtenues les meilleurs fermentations.

Le jus obtenu est trouble, de couleur jaune-verdâtre. Il est composé de 80 à 85 % d’eau, de 10 à 18 % de saccharose, mais également de glucose, de fructose et de composés organiques. Il va donc falloir éliminer les impuretés et l’eau. Les restes des cannes, la bagasse, sert de combustible à l’usine ou à des centrales électriques. La canne à sucre contient en moyenne 12 à 14% de fibres cellulosiques de sorte que pour 100 tonnes de cannes on obtient 25 à 30 tonnes de bagasse à 50% d’humidité.

            Le jus ainsi obtenu est appelé jus « filtré » ou jus « clair ». Il contient environ 85 % d’eau, 15 % de matières sèches, dont 14% de sucre.

            L’étape d’évaporation est réalisée sous vide dans une série de 4 à 6 chaudières ou « caisses d’évaporation ». Le jus est porté à ébullition en passant par la vapeur. Les vapeurs d’ébullition d’une caisse sont reprises pour chauffer la caisse suivante ( évaporation à effet multiple).

            En fin d’évaporation, le jus devient un sirop jaune brun qui contient environ 65 à 70 % de sucre. Le sirop termine sa concentration dans des chaudières ou « cuites » fonctionnant toujours sous vide pour éviter une caramélisation trop intense. Le sirop est amené au-delà de sa limite de solubilité, à l’état de « sursaturation ». A ce stade, un cristal de sucre plongé dans le sirop se met à grossir. Si l’on évapore encore un peu plus d’eau, le sucre va cristalliser spontanément. On sépare les cristaux du sirop non cristallisé par essorage dans une grosse centrifugeuse (« turbinage »). Les cristaux de sucre sortant de ce premier cycle « cristallisation/turbinage » encore appelé « premier jet » sont naturellement blancs.

            On répète ce cycle une seconde fois puis une troisième fois pour épuiser en sucre le sirop restant. A l’issue de ce troisième jet, le sirop résiduel est très coloré, visqueux et renferme encore sucre et « non-sucres » : c’est la mélasse. Cette dernière est valorisée comme support de fermentation pour la production de levure de boulangerie ou encore d’alcool.

L’ultime étape est de sécher puis de refroidir le sucre avant de le stocker en vrac dans d’immenses silos.

3 Les dérivés.

a)      Les dérivés du sucre.

Le saccharose extrait de la canne est une molécule relativement complexe et peut servir à d’autres fins que d’être consommé. Par différents procédés chimiques, on peut transformer le sucre en de nombreuses substances chimiques aux applications très intéressantes. C’est ce qu’on appelle la sucrochimie. On peut, par exemple, obtenir des éthers et des esters. Avec les premiers, on peut produire des plastifiants et des adhésifs, tandis que les seconds peuvent donner des  vernis, des cosmétiques, des détergents et même des explosifs.

b)      Les dérivés de la bagasse

Après extraction, une tonne de canne produit environ 250 à 300 kg de débris. La bagasse, comme on l’appelle, renferme en moyenne 45% d’eau, 48,5% de fibre et 2,5% de matière dissoute (principalement du sucre). Traditionnellement elle servait de source de combustible pour la sucrerie, ainsi que de fourrage pour les animaux et d’engrais.

A Cuba, en raison de l’embargo américain, plusieurs nouvelles applications de la bagasse ont été développées. Les fibres sont transformées en papier, en carton et en panneaux agglomérés.

La bagasse comme source d’énergie naturelle et renouvelable montre un bon potentiel. A la Réunion et en Guadeloupe, des centrales charbon-bagasse fournissent déjà une partie de l’électricité locale. A Porto-Rico, un programme « canne-énergie » a également été mis en place. Des variétés spéciales, riches en fibres, ont même été mises au point pour servir à la production d’électricité.

c)      Les dérivés de la mélasse

La mélasse, qui contient 35% de sacchorose et bien d’autres substances, peut aussi connaître une seconde vie. Une bonne part de la mélasse produite par les sucreries entre déjà dans la production du rhum industriel. Une autre fraction est utilisée dans l’alimentation des animaux et une petite part se retrouve sur les tablettes des supermarchés pour la consommation humaine.

4 Le conditionnement et la distribution du sucre.

            Dans les pays producteurs, le sucre roux obtenu est souvent vendu et consommé tel quel. Pour obtenir le sucre blanc, le sucre roux doit subir une série d’opérations de raffinage en usine.

            La raffinerie a pour objet de traiter les sucres roux produits par les sucreries, afin de les débarrasser de toutes les impuretés. La raffinerie assure le façonnage et le conditionnement des sucres, sous forme de morceaux,  pains, semoule, …

            La raffinerie s’occupe de la commercialisation et de la distribution du sucre. C’est ainsi que dans le commerce on trouve :

¨      le sucre cristallisé blanc.

¨      le sucre en poudre obtenu par tamisage ou broyage du sucre cristal blanc.

¨      Le sucre glace : poudre blanche très fine obtenue par broyage très fin du sucre cristallisé blanc additionné d’amidon (3%).

¨      le sucre en morceau : blanc ou roux encore chaud et humide est compressé dans des moules et aggloméré par séchage.

¨      la cassonade : sucre cristallisé brut extrait directement de la canne à sucre recueilli dans les turbines après concentration et cristallisation.

¨      le sucre roux : il n’est raffiné qu’une seule fois.