Étude expérimentale et numérique des phénomènes thermomécaniques lors de la congélation de produits alimentaires : application à des structures multicouches

• Auteur / Autrice : Brice Tréméac
• Direction : Alain Le Bail, Murielle Hayert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Génie des procédés
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mécanique, thermique et génie civil (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : École polytechnique universitaire de Nantes Université

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aliments surgelés

Traitement thermomécanique

Transfert de chaleur

Résumé

Ce travail s’articule autour de la caractérisation des propriétés thermophysiques et mécaniques d’un produit modèle : la Tylose et d’un produit alimentaire : le chocolat, ainsi que de la modélisation du couplage thermique-mécanique en cours de congélation. Dans un premier temps, une étude expérimentale (en statique et en dynamique) a mis en évidence l’influence de la formation de glace sur la variation des propriétés mécaniques en fonction de la température. L’e��tude numérique a été réalisée sur une géométrie simple (plaque) et sur deux géométries bicouches (plaques et cylindres), en éléments finis. Les simulations ont mis en évidence une contrainte parallèle au flux thermique qui engendre au sein de la structure une compression suivi d’une tension. De plus, le champ de déformation globale peut être utilisé comme un paramètre de contrôle et d’optimisation de la congélation. La présence de fortes contraintes aux interfaces peut engendrer la création de fissures.

This work presents an experimental and a numerical study of the coupled thermal and mechanical phenomena during freezing. The mechanical properties where measured with a static and a dynamical set up for a food model: Tylose and a food product: chocolate. Results showed the impact of ice formation on the mechanical properties. The equations of the thermomechanical problem were solved with finite element software for a simple structure and a 2-layers structure. Simulations showed a compressive stress and a tensile stress inside the sample, during freezing. Furthermore, strain can be used as a command parameter for the optimization of the freezing process. Large stresses are concentrated on the interfaces and could be create some fractures at the product’s surface.