Études expérimentales et numériques du refroidissement de produits horticoles après récolte

Experimental and numerical studies of cooling of post-harvest horticultural products

• Auteur / Autrice : Hala Yassine
• Direction : Patrick Glouannec
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'Ingénieur. Spécialité énergétique
• Date : Soutenance le 10/07/2015
• Etablissement(s) : Lorient
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : PRES : Université européenne de Bretagne (2007-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Ingénierie des Matériaux de Bretagne / LIMATB
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Noël, Pascal Le Bideau, Jean-Félix Durastanti, Lionel Boillereaux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ahmed Ould El Moctar

Mots clés

Mots clés contrôlés

Conservation

Aliments frais

Économies d'énergie

Modèles mathématiques

Réfrigération

Chou-fleur

Mots clés libres

Efficacité énergétique

Froid positif

Pre-cooling of cauliflowe

Positive cold

Résumé

Le refroidissement post récolte des produits horticoles est une opération incontournable destinée à garantir des conditions de conservation optimales et de commercialisation. Cette opération, souvent réalisée par le biais d’un flux d’air est très énergivore, il importe donc de disposer d’outils permettant d’optimiser le dimensionnement et le pilotage de telles installations. Les études réalisées concernent le pré-refroidissement de choux fleurs qui nécessitent une phase de refroidissement de plusieurs heures. Des propriétés macroscopiques nécessaires à la simulation numérique de la conduction thermique au sein du produit ont été déterminées. Et un banc expérimental a été mis en place pour disposer des cinétiques de refroidissement d’un produit placé dans une veine d’air. En s’appuyant sur ces données expérimentales, un premier modèle numérique 3D représentatif des phénomènes thermo-aérauliques et de la conduction thermique a été mis en œuvre. Les équations ont été implémentées à l’aide du logiciel COMSOL Multiphysics. Un second modèle numérique 1D donnant accès aux champs de température et de teneur en eau au sein d’un produit a ensuite été retenu pour simuler le refroidissement de plusieurs produits placés dans une veine d’air. La confrontation de valeurs simulées aux mesures réalisées sur un site industriel a montré la pertinence de l’étude. A partir de ces développements numériques une approche de type commande optimale hors ligne du pilotage de la ventilation a été initiée. Deux critères sont pris en compte : la température finale souhaitée et la consommation d’énergie induite par les pertes thermiques au niveau de l’enveloppe des bâtiments.

The post-harvest cooling of horticultural products is an essential operation to ensure optimal conditions of preservation and of marketing. This operation which is often carried out using air flow is highly energy-consuming. Therefore it is important to dispose some tools that can optimize the design and management of such installations. This work concerns the pre-cooling of cauliflower which requires a cooling phase of several hours. The macroscopic properties that are needed for the numerical simulation of heat conduction within the product were determined. An experimental facility was set up in order to establish the cooling kinetics of a product placed in an air flow. From these experimental data, a first 3D numerical model that takes into account the thermo-aeraulic phenomena and thermal conduction has been implemented. The equations have been implemented under COMSOL Multiphysics software. A second 1D numerical model that calculates the fields of temperature and water content in a product was then developed to simulate the cooling of several products lined up in an air flow. The comparison of simulation results with experimental surveys on an industrial site shows the relevance of the method. These numerical developments were then used to initiate an offline approach of the optimal control of the ventilation. Two criteria are taken into account: the desired final temperature and the energy consumption owing to the thermal losses of the building envelope.