Développement de nouveaux procédés intervenant dans la fabrication de bougies

par Karine Doudard

Thèse de doctorat en Sciences pour l’ingénieur

Sous la direction de Abdellah Arhaliass et de Catherine Loisel.

Soutenue le 16-03-2017

à Nantes , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes) , en partenariat avec Université Bretagne Loire (2016-2019) (COMUE) et de Génie des Procédés Environnement – Agroalimentaire (GEPEA) (Saint-Nazaire) (laboratoire) .

Le jury était composé de Karim Allaf, Jack Legrand.

Les rapporteurs étaient Joël Scher, Fabrice Ducept.

mots clés

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• Conception technique
• Bougies
• Extrusion (mécanique)

Résumé

La production industrielle de bougies est basée sur l’utilisation de paraffine. Tout comme de nombreux hydrocarbures, la paraffine devient une ressource de moins en moins disponible. Sa production diminue alors que la demande mondiale augmente. Ceci crée une tension sur l’achat de cette matière première et une forte augmentation des prix. L’objectif de cette thèse est d’améliorer les processus d’intégration des matières premières (paraffine ou matière de substitution végétale) dans les 3 procédés majeurs de production des bougies : pressage, extrusion et remplissage. Pour le procédé de pressage, la compressibilité et la compactibilité des poudres de paraffine sont étudiées. Une cellule de compression a été fabriquée pour permettre la formation de pastilles à partir de poudre. Les résultats sont modélisés et permettent de mettre en évidence l’influence de la granulométrie sur la compression (augmentation de masse volumique sous l’effet de la pression) et la compaction (résistance en fonction de la masse volumique) des poudres de paraffine. Concernant l’extrusion, le but est d’améliorer les connaissances techniques sur ce procédé et notamment de travailler sur le lien entre les propriétés mécaniques des matières premières, le paramétrage du procédé et l’aspect des produits finis. Pour cela, ce procédé a été simulé en laboratoire. Finalement, le procédé de remplissage est optimisé en développant un protocole ainsi qu’une formulation permettant le foisonnement industriel de la cire. Ce projet a une visée écologique puisqu'il permet de diminuer l'utilisation des ressources fossiles ainsi que l'énergie nécessaire à la fabrication et au transport des bougies.

Titre traduit

Development of new processes involved in candle making

Résumé

Industrial manufacturing of candles uses paraffin wax. Today, as many petroleum hydrocarbons, paraffin becomes a resource less and less available. Its production is decreasing while global demand increases. This situation creates tensions on the purchase of this raw material as well as a sharp increase of prices. The objective of this thesis is to improve raw material (paraffin or plant substitutes) integration ways in the three major processes of candle production: pressing, extrusion and filling. For the pressing process, compressibility and compactibility of paraffin powders are studied. A compression device was developed to allow the formation of tablets from powder. The results are modeled and show the influence of the size and the shape of particles on the compression (density increase under pressure) and the compaction (resistance as a function of density) of paraffin powder. Regarding the extrusion process, the goal is to improve the technical knowledge of the process and particularly to work on the relationship between mechanical properties of the raw materials, settings of the process and appearance of the final products. For this purpose, this process was simulated in laboratory. Finally, the filling process is optimized by developing a protocol as well as a formulation enabling the industrial foaming of wax. This project have an ecological positive impact as it reduces needs for fossil resources and the energy required for manufacturing and transportation of candles.