Séchage sous vide avec apport énergétique de micro-ondes : modélisation à l'échelle du produit et du procédé

Microwave vacuum drying : process and product modeling

• Auteur / Autrice : Nathalie Sicre
• Direction : Jean-Rodolphe Puiggali
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences physiques et de l'ingénieur. Mécanique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Bordeaux 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Micro-ondes

Déshydratation

Mots clés libres

Modélisation procédé-produit

Caractérisation produit forme sèche

Résumé

Le séchage micro-ondes à pression réduite est un procédé développé dans le but de maintenir un produit biologique, alimentaire ou pharmaceutique, à faible température tout en accélérant les processus de transfert. Face à d'autres modes de séchage plus conventionnels cette technologie innovante permet de garantir une qualité certaine du produit final - comparable à celle obtenue par lyophilisation - en terme de conservation durable des propriétés biologiques, organoleptiques ou encore nutritionnelles tout en limitant les durées de séchage. En particulier il apparaît que la structure du produit expansée obtenue par ce mode de séchage soit un élément capable d'agir, voire de définir ses propriétés fonctionnelles finales, comme par exemple sa réhydratation aisée ou sa bonne tenue mécanique. L'objet du mémoire de thèse consiste alors à appréhender, de façon expérimentale puis à l'aide d'un modèle, les effets des paramètres de contrôle du procédé (puissance micro-ondes, pression) sur le comportement face au séchage d'un matériau modèle visqueux (suspension) capable d'évoluer vers une structure poreuse expansée. L'intérêt général de cette étude repose sur la maîtrise de l'expansion du produit et donc de sa qualité finale pour un contrôle optimisé du procédé. Le travail expérimental, établi sur une étude du procédé à l'échelle du laboratoire, permet de définir le niveau de puissance micro-ondes injectée dans la cavité multimodes, le niveau de vide souhaité ainsi que son mode de régulation afin i) de maîtriser l'expansion en contrôlant l'état du produit (teneur en eau, propriétés rhéologiques) lorsque la limite entre le régime d'évaporation et de vaporisation est franchie, puis ii) d'optimiser la durée totale de l'opération de séchage une fois le produit consolidé. Le travail est complété par une caractérisation du produit à l'état visqueux et à l'état solide où la structure expansée montre des similitudes avec une même suspension lyophilisée : temps de délitement faibles et bonne résistance à l'écrasement. La partie modélisation décrite à l'échelle du produit et du procédé permet de prévoir la cinétique de séchage, l'évolution de la température interne ainsi que la qualité finale du produit via son taux d'expansion, pour des conditions opératoires imposées. L'originalité du modèle est de suivre donc l'évolution géométrique interne du matériau générée (porosité et expansion) dans l'enceinte par la prise en compte de l'ébullition (croissance de bulles de vapeur dans un fluide non newtonien) tout en intégrant les propriétés rhéologiques et diélectriques du produit comme les conditions de son milieu environnant.