Etude thermomécanique de matrices alvéolées : phénomène de couplage

Thermomechanical study of cellular matrices : coupling phenomena

• Auteur / Autrice : Mohamed Fadhel Ben Aissa
• Direction : Alain Le Bail, Jean-Yves Monteau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Génie des procédés
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Propriétés thermiques

Pâte à pain

Traitement thermomécanique

Aliments surgelés

Résumé

Cette thèse concerne les phénomènes thermomécaniques liés à la réfrigération et à la congélation de matrices alvéolées. Elle s’insert dans le projet européen EU-FRESHBAKE qui porte sur l’amélioration de la technologie des pâtes et pains industriels congelés. L’objectif de la thèse est de comprendre le comportement thermomécanique de systèmes alvéolés (i) à cellules fermées (cas d’une pâte à pain en cours de refroidissement) et (ii) à cellules présentant un certain degré de connectivité (mie de pain cuite). Un travail de caractérisation des propriétés thermophysiques et thermomécaniques d’une pâte et d’une mie a été réalisé en utilisant différents tests (DMA, DSC, traction. . . ) dans la gamme de températures [-50°C, 20°C]. Ces propriétés sont ensuite utilisées pour modéliser l’évolution thermomécanique de la mie de pain et de la pâte à pain pendant la réfrigération et la congélation. Dans le cas du système « pâte à pain », on a modélisé le comportement thermomécanique de la pâte en fermentation et au cours d’une réfrigération et d’une congélation. L’application visée est celle des pâtes partiellement fermentées et bloquées au froid ou congelées. Des mesures de la solubilité du CO2 ont été réalisées entre 10 et 40°C. Un modèle a permis de décrire les transferts entre le CO2 inclu dans les alvéoles et la matrice afin d’évaluer le risque de déstructuration dans le cas de produits fermentés réfrigérés et congelés. Dans le cas du système « mie de pain », nous avons tenté d’expliquer le phénomène d’écaillage à partir de la contraction de la mie lors de la phase de réfrigération-congélation. La contraction de la mie de pain est liée au degré de cuisson de la mie, moins la mie est cuite, plus elle se contracte lors du refroidissement. En parallèle, il a été montré que le pain partiellement cuit avait une cinétique de rassissement plus rapide. Il y a donc un compromis à trouver entre le degré de cuisson et la qualité du pain.

The subject concerns the thermomechanical phenomena related to refrigeration and freezing of cellular matrices. It has been supported by the European project EU-FRESHBAKE (Oct 06 – Nov 09) bearing on improving the technology of frozen bread industry. The aim of the thesis is to understand the thermomechanical behaviour of cellular systems (i) with closed cell (in a bread dough during cooling) and (ii) with open cell system with a certain degree of connectivity (baked bread crumb). The determination of the thermophysical and thermomechanical properties of a bread dough and of a bread crumb have been done using different systems (DMA, DSC, pulling. . . ) in the temperature range of [-50 °C, 20 °C ]. These properties are then used to model the thermomechanical evolution of bread and bread dough during chilling and freezing. In the case of the “bread dough” system, the thermomechanical behaviour of the dough during fermentation and during a chilling phase and a freezing step has been modelled. This corresponds to the case of partially fermented dough which are refrigerated or frozen. The solubility of CO2 in the dough has been measured between 10 and 40°C. A model has been designed to assess the mass transfer of CO2 between the dough and the gas cells with the objective of evaluating the risk of destructuration of the dough in the case of fermented dough that is refrigerated and frozen. In the case of the “bread crumb” system, we have tried to explain the phenomenon of crust flaking as an impact of the contraction of the crumb during the chilling and freezing step. The contraction of the bread crumb is related to the degree of baking, the lower the degree of baking, the higher the contraction. Beside this, it has been shown that partially baked crumb had a faster staling rate. There is thus a balance to find between baking and quality of bread