Étude et modélisation de la désinfestation de la datte : analyse du couplage entre transferts thermiques et mortalité des insectes

Study and modelling of date disinfestation : analysis of coupling between heat transfer and insect mortality

• Auteur / Autrice : Ameziane Ben Lalli
• Direction : Antoine Collignan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique, génie des procédés
• Date : Soutenance le 29/04/2010
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences des Procédés – Sciences des Aliments (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Qualisud (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Alain Kondjoyan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Antoine Collignan, Alain Kondjoyan, Lionel Boillereaux, Francis Fleurat-Lessard, Jean-Michel Meot, Philippe Bohuon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alain Kondjoyan, Lionel Boillereaux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Insectes nuisibles -- Lutte biologique contre

Parasites -- Lutte contre

Dattes

Mots clés libres

Propriétés diélectriques

Disinfestation

Résumé

Les dattes sont le siège d'attaques importantes d'insectes. La fumigation à l'aide de gaz toxiques est la réponse classique et efficace pour tuer ces insectes, mais celle-ci est peu respectueuse de l'environnement et incompatible avec le cahier des charges des dattes certifiées biologiques. Aussi, des alternatives de désinfestation par des procédés thermiques sont envisagées. Ces dans ce contexte, que s'inscrit le présent travail qui a pour but de développer des approches expérimentales et de modélisation pour évaluer l'impact de transfert de chaleur (convection thermique et ondes électromagnétiques) sur la désinfestation des dattes, tout en limitant leur brunissement. Pour y parvenir, un élevage d'insecte (Ephestia kuehniella Zeller) a été réalisé et une base de données originale du taux de survie des oeufs et larves est construite entre 46 et 75°C. Les deux modèles cinétiques retenus (ordre 1 pour les oeufs ; distribution de Weibull pour les larves) représentent bien le taux de survie des insectes en fonction de leur historique thermique. En parallèle, un modèle numérique de transfert d'énergie en 2D axisymétrique a été conçu et résolu par la méthode des éléments finis (Comsol). Il prend notamment en compte, les diverses parties d'une datte (pulpe, lame d'air, noyau) et la position de l'hôte-insectes dans la datte. Les propriétés diélectriques des insectes et de la datte ont été mesurées et injectées dans le modèle afin de simuler le couplage entre les transferts d'énergie, le taux de survie de la larve localisée dans la lame d'air, celui des oeufs à la surface des dattes, ainsi que de leurs interactions lors du chauffage et refroidissement. L'obtention d'un faible taux de survie d'une larve constitue l'élément limitant pour l'opération de désinfestation par convection. En revanche, c'est le taux de survie des oeufs qui devient l'élément limitant pour les traitements par ondes électromagnétiques. Eu égard à leurs surfaces spécifiques élevées, les oeufs ne s'échauffent pas suffisamment pour mourir pendant les traitements micro-ondes (915 MHz) à des champs électriques. Une désinfestation par micro-ondes ne présente un intérêt qu'en étant associée simultanément ou séquentiellement à un traitement de surface avec un fluide chaud (air, liquide, vapeur). En revanche, un transfert convectif intense (avec un liquide) utilisé seul risque d'aboutir à un brunissement superficiel trop important des dattes. Aussi, un traitement micro-ondes (1 290 V m-1) associé à une ventilation modérée (20 W m-2 K-1) à l'air chaud (60°C) permet en 180 s, d'obtenir un taux de survie d'insectes de 0,01% tout en limitant le brunissement. En revanche, cette opération combinée ne peut être mise de façon efficace qu'avec une bonne homogénéité de la teneur en eau des dattes. En effet, le facteur de pertes diélectriques de la pulpe de datte dépend fortement de la teneur en eau.

Date fruits are subject to major attacks by insect pests. Fumigation with toxic gases is the classic and effective response to insect infestation, but it is neither environmentally friendly nor compatible with organic date certification. Alternative forms of disinfestation by thermal processes are therefore considered. The present work aims to develop experimental and modelling approaches to evaluate the impact of heat transfer (convection and electromagnetic waves) on the disinfestation of dates, while limiting browning. To achieve this, a breeding population of insects (Ephestia kuehniella Zeller) was established and a database of survival rate of eggs and larvae between 46 °C and 75 °C constructed. The two kinetic models selected (first order for eggs and a Weibull distribution for larvae) accurately describe insect survival according to their thermal history. In parallel, a 2D axis-symmetric numerical model of energy transfer was designed and solved by the finite element method (Comsol). It takes into account the various parts of a date fruit (pulp, air layer and pit) and the position of an insect in the fruit. The dielectric properties of insects and date fruit were measured and used in the model in order to simulate the coupling between the energy transfer, the survival rate of larvae located in the air layer (between pulp and pit), that of eggs on the date surface, and their interactions during heating and cooling. Achieving a low survival rate of larvae is the limiting factor for disinfestation by convection, whereas in contrast, the survival rate of eggs becomes the limiting factor for treatment by electromagnetic waves. Due to their high specific surface area, the eggs do not become hot enough to die during microwave treatment (915 MHz) at an electric field . Disinfestation by microwaves is therefore only of interest if associated simultaneously or sequentially with a surface treatment using a hot fluid (air, liquid, vapour). In contrast, an intense convective transfer (with liquid) used alone may lead to unacceptable surface browning. A microwave treatment (1 290 V m-1) associated with moderate ventilation (20 W m-2 K-1) with hot air (60 °C) for 180 s achieves an insect survival rate of 0.01% while limiting surface browning. However, this combined operation is only effective if the water content of dates is homogeneous. Indeed, the dielectric loss factor of date pulp depends strongly on water content.