Modélisation et développement d'outils pour l'écoconception d'un procédé de concentration en industrie laitière : cas de l'évaporation du lait

Modelling and development of tools for the ecodesign of a dairy concentration process : the case of milk evaporation

• Auteur / Autrice : Martial Madoumier
• Direction : Geneviève Gesan-Guiziou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science de l'aliment
• Date : Soutenance le 30/03/2016
• Etablissement(s) : Rennes, Agrocampus Ouest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Vie-Agro-Santé (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : AGROCAMPUS OUEST- UMR 1253 STLO Science et Technologie du Lait et de l'Oeuf.

Mots clés

Mots clés libres

Ecoconception ; modélisation ; évaporation ; lait écrémé ; optimisation multiobjectif

Ecodesign ; modelling ; evaporation ; skim milk ; multiobjective optimisation

Résumé

L’application aux procédés agroalimentaires des approches d'écoconception combinant modélisation et optimisation multiobjectif est freinée par un manque de modèles de procédé intégrant les caractéristiques du produit. Ce travail consiste à développer un cadre méthodologique d'écoconception de procédés agroalimentaires combinant modélisation et optimisation, avec pour support l'exemple du procédé d'évaporation du lait. Le procédé est modélisé à l’aide d’un simulateur de procédés commercial, auquel sont intégrés des modèles de propriétés du produit et de coefficient d'échange sélectionnés dans la littérature. Le nettoyage est pris en compte à l’aide d’un outil de calcul des inventaires d'une séquence de nettoyage en place. Des critères économiques et environnementaux sont calculés pour analyser les solutions de conception du procédé.L'optimisation multiobjectif est réalisée à l'aide d'un algorithme génétique, et une méthode d'aide à la décision permet d'identifier les meilleures solutions de compromis. Les potentialités du cadre méthodologique sont illustrées dans trois études d’écoconception. Les perspectives de ce travail portent sur l’écoconception de la production de poudre de lait incluant des opérations à membranes et du séchage, l’utilisation de méthodes d’intégration énergétique, et la prise en compte de la qualité du produit.L'optimisation multiobjectif est réalisée à l'aide d'un algorithme génétique, et une méthode d'aide à la décision permet d'identifier les meilleures solutions de compromis. Les potentialités du cadre méthodologique sont illustrées dans tro

The application of eco-design approaches to food processes is yet hampered by a lack of process models which incorporate product attributes. This thesis consists in developing a methodological framework for the eco-design of food processes, which combines simulation and multiobjective optimisation. This development is supported by the example of the evaporation of milk. The process is modelled with a commercial process simulator, to which property models of the product and heat transfer coefficient models, selected from the literature, are integrated. Cleaning is taken into account with a simplified tool for the calculation of the inventories of a cleaning-in-place sequence.Economic and environmental criteria are computed, so as to analyse the different design solutions. Multiobjective optimisation is carried out with a genetic algorithm, and a multicriteria decision-making method identifies the solutions which offer the best compromise. The potential of the framework is demonstrated through three eco-design studies. This work paves the way for the eco-design of the milk powder production including membrane operations and drying, the use of energy integration methods, and the integration of product quality.