Étude expérimentale et modélisation du procédé de séchage des végétaux

Experimental Study and Modeling of Vegetable and Fruit Drying

• Auteur / Autrice : Thu Ha Nguyen
• Direction : Jean-Louis Lanoisellé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'Ingénieur
• Date : Soutenance le 12/06/2015
• 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 des Sciences de l’Ingénieur pour l’Environnement (La Rochelle) - Laboratoire d'ingénierie des matériaux de Bretagne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Karim Allaf, Thomas Lendormi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Abdellah Arhallias, Elisabeth Van Hecke

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de chaleur

Détente instantanée contrôlée

Légumes -- Déshydratation

Modèles mathématiques

Fruits -- Déshydratation

Mots clés libres

Séchage

Détente Instantanée Contrôlée (DIC)

Pomme

Carotte

Drying

Instant Controlled Pressure Drop

Apple

Carrot

Résumé

Dans le séchage des fruits et légumes, beaucoup de questions non résolues subsistent. Le «Swell-drying» est un procédé de séchage couplant une étape de déshydratation par air chaud à la texturation par Détente Instantanée Contrôlée (DIC). Dans le cadre de ce travail de recherche, la carotte et la pomme sont utilisées comme aliment modèle pour le traitement de la plupart des végétaux. La littérature scientifique sur le séchage des agromatériaux est unanime sur l’effet positif de la température de l'air, l’effet négatif de l'humidité relative de l'air et de l'épaisseur vis-à-vis du temps de séchage. Cependant, malgré un nombre important d’études, des conclusions contradictoires sont notées en termes de corrélations entre la cinétique de séchage et la vitesse de l'air qui, selon certains auteurs, n’entraîne aucune modification du séchage; alors que certains travaux ont tenté d'établir des modèles empiriques entre la diffusivité effective et la vitesse de l'air ; ce qui est fondamentalement erroné. L’objectif de cette thèse est d’analyser les phénomènes de transfert pendant le processus du séchage et d'identifier le phénomène limitant entre les transferts internes et externes. Ce travail aboutir à l’identification de la vitesse critique de l'air CAV capable de rendre la diffusion interne de l’eau comme phénomène limitant. La CAV doit donc dépendre de la diffusivité effective et de la taille du produit. À partir de résultats expérimentaux qui couvrent de larges plages de température d’air, de teneur en eau, et de taux d'expansion absolu, un modèle empirique a été établi.

Great research works support the sector of drying of fruits and vegetables in a number of ways. Each year, experimental results and mathematical modelling try through conventional and innovative technological processes to protect agricultural products from seasonality and variability in the market prices. Nonetheless, there still exist considerable issues to improve and control this strategic agricultural sector. Swell-drying is very relevant drying process coupling hot air dehydration with Instant Controlled Pressure Drop (DIC). In the present work, carrot and apple were used as a fruit and vegetable model. Scientific literature on drying is unanimous that the drying time decreases with increasing air temperature, decreasing air relative humidity, and reducing thickness. However, the effect of airflow velocity leads to contradictory conclusions. Some authors have claimed that it does not trigger any modification of drying; while some articles tried to establish empirical models of the effective diffusivity versus airflow velocity; what is fundamentally erroneous. This thesis aims at analyzing external and internal transfer phenomena during drying. So, it was possible to recognize the Critical Airflow Velocity CAV depending on the effective diffusivity and the product size, to have the internal water transfer as the limiting phenomenon. From experimental results, an empirical model was established between the effective moisture diffusivity and airflow temperature, water content, and absolute expansion ratio.