Transferts dans les aliments solides - Outils simplifiés de calcul

L’objet de cet article est de développer, à partir des concepts présentés dans la partie « Modèles physiques et mathématiques » des méthodes simples de calcul permettant de prédire approximativement le déroulement des procédés industriels de traitement de l’aliment solide. Conformément au sujet général sur les transferts dans les aliments solides, seuls sont concernés les procédés dont l’avancée dans le temps est contrôlée par les transferts internes de chaleur et de matière (au moins pour certaines conditions opératoires et lors d’une des phases du procédé). Ils correspondent aux technologies traditionnelles de traitement en surface par contact, convection et rayonnement infrarouge (pour les produits opaques) à savoir :

• les procédés purement « thermiques » de conservation (stérilisation, congélation) et de cuisson des aliments ;

• les procédés mixtes dans lesquels, en plus du traitement thermique est appliquée une différence de pression (lyophilisation) ou de concentration en une espèce donnée (séchage par léchage d’air) entre le produit et son milieu ambiant ;

• les procédés purement « massiques » de conservation (saumurage, salage) et de séparation (extraction par solvant).

La littérature du génie des procédés désigne souvent par cinétique l’évolution temporelle d’une grandeur caractérisant l’état du produit (par exemple, température ou teneur en eau moyenne) et par vitesse le flux (de matière ou de chaleur) quittant ou pénétrant le produit. Dans cet article seront développées uniquement les expressions de cinétique et de vitesse (dont on peut déduire la durée d’une opération) qui sont les éléments clés de la mise en œuvre (conception, dimensionnement) d’un procédé.

L’article n’est pas organisé selon les différents procédés unitaires comme cela se fait classiquement dans les ouvrages du génie des procédés mais selon les différents modèles des transferts internes (équations de transfert, conditions aux limites et initiales) qui leur correspondent, faisant ainsi ressortir les similitudes dans l’approche physique et dans la modélisation mathématique entre les différents procédés. Si l’on analyse de ce point de vue l’ensemble des procédés cités plus haut, en simplifiant pour chacun le modèle physique et sa représentation mathématique, on peut aboutir à un regroupement en deux catégories.

La première catégorie recouvre les procédés dont le degré d’avancement est contrôlé par la diffusion instationnaire de chaleur ou d’une espèce matérielle au sein du produit , la deuxième, les procédés contrôlés par la progression d’un front de changement d’état de l’eau (évaporation,...