Lucas Thiphaine. 1998. Réfrigération et congélation par immersion dans des liquides aqueux concentrés. Caractérisation expérimentale et modélisation des transferts couples de chaleur et de matière. Montpellier : ENGREF, 216 p. Thèse de doctorat : Génie des bioprocédés : Ecole nationale du génie rural, des eaux et des forêts
Encadrement : Ben Aïm
Résumé : La Réfrigération-Congélation Par Immersion (RCPI) consiste à immerger un produit alimentaire dans un liquide aqueux concentré porté à basse température (e.g. saumure). Au cours de l'immersion interviennent des transferts simultanés de chaleur, et de matière (sorties d'eau, entrée de soluté). Les avantages de la RCPI sont nombreux: des temps de traitement plus courts, des économies d'énergie potentielles et une amélioration de la qualité des produits surgelés grâce à un refroidissement rapide. Toutefois, le développement du procédé de RCPI a été jusqu'ici freiné par le manque de maîtrise des transferts de matière entre le produit et le liquide réfrigérant. Sur le plan organoleptique, la surface du produit peut être excessivement imprégnée en soluté. Et par ailleurs, sur des temps d'immersion prolongés, l'imprégnation superficielle peut entraîner la décongélation du produit en surface. En outre, l'engouement récent pour de nouveaux produits, comme les produits préformulés, relance l'intérêt porté à cette technique qui pourrait simultanément déshydrater, imprégner et congeler en une seule opération, sous réserve d'une meilleure maîtrise des transferts. Or des avancées scientifiques récentes, réalisées en déshydratation osmotique ou en décongélation des sols, apportent aujourd'hui des éléments nouveaux pour la compréhension des transferts couplés de chaleur et de matière, à l'interface solide/liquide, et au sein de systèmes complexes. Ce travail avait pour but d'élaborer des règles générales de conduite de l'opération unitaire de RCPI, et de mieux comprendre les mécanismes d'interaction entre transports de chaleur et de matière. Le travail de recherche a été développé en deux étapes : d'une part, la caractérisation du comportement global de différents systèmes au cours du procédé, ainsi que l'influence des variables liées au procédé et au produit sur les transferts de chaleur et de matière ; d'autre part, la modélisation des transferts couplés de chaleur et de matière. Cette dernière partie comprend l'élaboration de modèles analytique et numérique. Le modèle numérique a été développé pour un milieu poreux et validé sur différents jeux de données expérimentales obtenues sur un lit de billes de verre (aliment modèle). Les simulations de ce modèle ont également été comparées avec celles des solutions analytiques, dont les hypothèses sont plus simplificatrices (fusion localisée, courbe du liquidus linéaire ... ). Ces deux démarches expérimentale et théorique, menées de front, ont permis de mieux comprendre les mécanismes sous jacents au procédé de RCPI (i.e. le couplage des transferts de chaleur et de matière). Sur le plan expérimente l'avancement des fronts de congélation et de décongélation, ont pu être suivis et reliés aux cinétiques de gain en soluté sur différents aliments modèles élaborés pour cette étude (gel, lit de billes). D'autre part, les simulations numériques ont montré l'existence de trois mécanismes d'imprégnation, liés à l'avancement des fronts de congélation et de décongélation : 1- La diffusion du soluté dans les couches périphériques du produit peut être suffisamment rapide pour y abaisser la température de congélation de l'eau et y empêcher toute congélation ; 2- La congélation de l'eau au voisinage de la surface du produit ralentit généralement l'imprégnation en soluté, mais ne la stoppe pas ; 3- La diffusion du soluté persiste même sur produit congelé et engendre la fonte des cristaux de glace avoisinants, ainsi que la formation d'une couche périphérique de produit décongelé, où l'imprégnation et la déshydratation sont accrues. Ces phénomènes se produisent bien avant que l'équilibre thermique ne soit atteint et contribuent pour une grande part à l'imprégnation du produit. Tous ces résultats aboutissent dès à présent à des recommandations techniques pour les utilisateurs de la RCPI. En particulier, l'imprégnation en soluté peut être limitée en contrôlant le processus de congélation au sein du produit ou en utilis
Mots-clés Agrovoc : réfrigération, congélation, transfert de masse, échange thermique, modèle mathématique, Immersion, produit alimentaire, propriété physicochimique, Méthode d'optimisation
Classification Agris : Q02 - Traitement et conservation des produits alimentaires
Auteurs et affiliations
- Lucas Thiphaine, ENGREF (FRA)
Autres liens de la publication
Source : Cirad - Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/476234/)
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