Conception intégrée, multi-échelle et multi-objectif d'une unité mobile de transformation de fruits et légumes

Savouré Timoty. 2021. Conception intégrée, multi-échelle et multi-objectif d'une unité mobile de transformation de fruits et légumes. Montpellier : Montpellier SupAgro, 228 p. Thèse de doctorat : Génie des procédés : Montpellier SupAgro

Encadrement : Collignan, Antoine ; Dornier, Manuel

Résumé : En Afrique subsaharienne, les revenus des producteurs agricoles sont faibles et les pertes post-récolte de fruits et légumes sont importantes. C'est le cas du gombo qui est un légume très apprécié des consommateurs en raison de ses propriétés gluantes. Cependant, la dégradation de ces propriétés pendant le procédé de conservation freine la consommation locale du gombo sous forme stabilisée. Pour répondre à ces problématiques, la société AS FOOD INTERNATIONAL souhaite développer une Unité Mobile de Transformation (UMT) capable de transformer différents types de fruits et légumes (mangue, ananas, gombo) en purées et/ou en jus. Le principal objectif de cette étude est d'optimiser la conception de cette unité en mettant en oeuvre une méthodologie adaptée. Dans un premier temps le travail de recherche s'est concentré sur le gombo pour : (i) identifier comment mesurer ses propriétés rhéologiques et texturales, (ii) rechercher les méthodes de mesure instrumentale les plus adaptées pour prédire la perception sensorielle de la texture gluante et (iii) suivre la dégradation de la texture du gombo pendant la stabilisation thermique. Les résultats montrent que l'indice de consistance K et le filant sont deux mesures instrumentales nécessaires et suffisantes pour caractériser et discriminer les propriétés rhéologiques et texturales de purées de gombo. Une analyse sensorielle a montré que le gluant est " une propriété texturale complexe résultant de la perception subjective et combinée des propriétés élongationnelles et visqueuses de matrices semi-solides ". Pour prédire la perception sensorielle des sauces gombo, il faut combiner la mesure instrumentale de l'indice de consistance K avec celle du filant. Un plan d'expérience a permis d'identifier les paramètres cinétiques permettant de décrire, modéliser et prédire l'évolution de ces deux indicateurs texturaux en fonction du pH et de la température de stabilisation thermique. Ces résultats ont été utilisés pour construire un modèle capable de prédire la qualité texturale finale d'une purée de gombo en fonction du barème, du format de l'emballage et du type d'autoclave. Dans un second temps, un outil d'aide à la conception a été développé et utilisé pour optimiser la conception de l'UMT. Tout d'abord, l'analyse de l'environnement d'utilisation de l'UMT a permis de définir le scénario d'utilisation et les objectifs de conception. Les variables de conception ont été définies en utilisant une approche de conception intégrée de façon à tenir compte des interactions entre les conditions d'exploitation et la structure de l'UMT. Ensuite, l'UMT a été décomposée hiérarchiquement en 3 niveaux fonctionnels. Au niveau de l'opération unitaire, des modèles prédictifs tenaient compte des caractéristiques des équipements possibles. A ce niveau, le modèle prédictif de la qualité finale de la purée de gombo (et des 3 autres produits finis) a été intégré. Au niveau du procédé, un simulateur d'évènements discrets estimait les performances de la ligne de production pour chaque produit fini. Les performances économiques de l'UMT étaient calculées au niveau de l'atelier. Une échelle de temps caractéristique était associée à chaque niveau fonctionnel et des méthodes de couplage adaptées ont permis de gérer les flux d'informations entre ces 3 niveaux. Puis, les préférences du décideur ont été modélisées et un algorithme d'optimisation a été intégré. L'outil d'aide à la conception a enfin été utilisé et amélioré de façon itérative. Pour cela, les résultats générés étaient visualisés et analysés après chaque itération. Cette démarche a permis de comprendre finement le problème de conception et d'obtenir une solution de conception satisfaisante, faisable et cohérente. Ce travail a conduit à formaliser une méthodologie de conception intégrée combinant les méthodes de simulation multi-échelle et les méthodes d'optimisation multi-objectifs existantes. Elle peut être utilisée pour résoudre de nombreux problèmes de conception.

Résumé (autre langue) : In sub-Saharan Africa, farmers' incomes are low and post-harvest losses of fruit and vegetables are high. This is the case for okra, a vegetable highly appreciated by consumers because of its slimy properties. However, the degradation of its rheological and textural properties during the preservation process is a major obstacle to the local consumption of okra in stabilised form. To address these issues, AS FOOD INTERNATIONAL intends to develop a mobile processing unit (MPU) capable of processing different types of fruits and vegetables (mango, pineapple, okra) into purees and/or juices. The main objective of this study is to optimise the design of this MPU by implementing a suitable methodology. In a first stage, the research work focused on okra to: (i) identify how to measure its rheological and textural properties, (ii) search for the instrumental measurement methods which are the most suitable to predict the sensory perception of the slimy texture and (iii) monitor the degradation of the texture of okra during thermal stabilisation. Results show that the consistency index K and the stringiness are two necessary and sufficient instrumental measures to characterise and discriminate the rheological and textural properties of okra purées. Sensory analysis showed that sliminess is "a complex textural property resulting from the subjective and combined perception of elongational and viscous properties of semi-solid matrices". To predict the sensory perception of okra sauces, it is necessary to combine the instrumental measurement of the consistency index K with the one of stringiness. An experimental design was conducted to identify the kinetic parameters for describing, modelling and predicting the evolution of these two textural indicators as a function of pH and stabilisation temperature. These results were used to build a model capable of predicting the final textural quality of an okra puree as a function of sterilisation temperature, packaging format and type of autoclave. In a second step, a decision support tool was developed and used to optimise the design of the MPU. First, the analysis of the environment of the MPU enabled to define the usage scenario and the design objectives. The design variables were defined using an integrated design approach in order to take into account the interactions between the operating conditions and the structure of the MPU. Then, the MPU was hierarchically decomposed into 3 functional levels. At the unit operation level, predictive models took into account the characteristics of the possible equipment. At this level, the model predicting the final quality of okra puree (and of the 3 other final products) was embedded. At the process level, a discrete event simulator estimated the performance of the production line for each final product. The economic performance of the MPU was calculated at the plant level. A characteristic time scale was associated with each functional level and suitable bridging methods were used to manage the information flows between these 3 levels. Then, the preferences of the decision maker were modelled and an optimisation algorithm was implemented. Finally, the decision support tool was used and improved in an iterative way. For this purpose, the generated results were visualised and analysed after each iteration. This approach enabled a detailed understanding of the design problem and the achievement of a design solution that was satisfactory, feasible and consistent. This work led to the formalisation of an integrated design methodology combining existing multi-scale simulation methods and multi-objective optimisation methods. This comprehensive design methodology can be used to solve many design problems.

Mots-clés Agrovoc : traitement des aliments, purée de fruit, purée de légumes, jus de légume, gombo, mangue, ananas (fruits), propriété physicochimique, produit à base de fruits, produit à base de légume, unité mobile, recherche opérationnelle, Méthode d'optimisation, conception expérimentale

Mots-clés géographiques Agrovoc : Afrique au sud du Sahara

Mots-clés libres : Optimisation multi-objectif, Outil d'aide à la conception, Unité mobile de transformation, Gombo, Texture, Gluant

Classification Agris : Q02 - Traitement et conservation des produits alimentaires
N20 - Machines et matériels agricoles

Auteurs et affiliations

• Savouré Timoty, Montpellier SupAgro (FRA)

Source : Cirad-Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/600873/)

Métriques

[ Page générée et mise en cache le 2024-04-18 ]