Détection des ruptures de la chaîne du froid par une approche d'apprentissage automatique

Detection of Cold Chain Breaks Using a Machine Learning Approach

• Auteur / Autrice : Julie Loisel
• Direction : Antoine Cornuéjols, Onrawee Laguerre, Steven Duret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques appliquées
• Date : Soutenance le 04/04/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : AgroParisTech (France ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-….)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Mathématiques et Informatique Appliquées (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Jocelyn Bonjour
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Bohuon, Thomas Guyet, Ahlame Douzal-Chouakria
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Bohuon, Thomas Guyet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mesure

Qualité -- Contrôle

Sécurité alimentaire

Analyse

Tests

Systèmes d'aide à la décision

Valeurs limites d'exposition

Température -- Régulation

Température

Appareils électroniques -- Température -- Régulation

Utilisation

Prévision

Apprentissage automatique

Mots clés libres

Chaîne du froid

Rupture

Apprentissage automatique

Température

Qualité des produits

Cold chain

Breaks

Machine learning

Temperature

Food quality

Résumé

La chaîne du froid est indispensable pour assurer la sécurité sanitaire et éviter le gaspillage alimentaire. Pour suivre l'évolution de la température de l'air à travers la chaîne du froid, les capteurs sans fil sont de plus en plus utilisés, mais l'exploitation de ces mesures est encore limitée. Cette thèse explore comment l'apprentissage automatique peut être utilisé pour prédire la température de différents types de produits alimentaires à partir d'une mesure de la température de l'air dans une palette et détecter les ruptures de chaîne du froid. Nous avons d'abord introduit une définition de rupture de la chaîne du froid en fonction de deux grandes catégories de produits : les produits qui doivent être conservés à une température réglementée tels que les viandes et les poissons et les produits pour lesquels une température de conservation est recommandée tels que les fruits et légumes. Pour les premiers, les ruptures de la chaîne du froid peuvent entraîner une intoxication alimentaire et pour les seconds, elles peuvent dégrader les qualités organoleptiques.Pour les produits à température réglementée, il est crucial de prédire la température des produits afin d'assurer qu'ils ne dépassent pas le seuil réglementaire. Bien que plusieurs études aient déjà démontré l'efficacité des réseaux de neurones pour la prédiction de la température des produits, aucune n'a comparé les données synthétiques et expérimentales pour les entraîner. Dans cette thèse, nous avons proposé de comparer ces deux types de données afin de fournir des directives précises pour le développement de réseaux de neurones. En pratique, les produits et les emballages sont très variés, il est donc impossible de faire des expériences à chaque application en raison de la lourdeur de la mise en œuvre.En comparant les données synthétiques et expérimentales, nous avons pu déterminer les meilleures lignes directrices pour développer des réseaux de neurones pour prédire la température des produits et maintenir la chaîne du froid.Pour les produits dont la température est réglementaire, une fois la rupture détectée, ils ne sont plus consommables et doivent être éliminés. Pour les produits dont la température recommandée, nous avons comparé trois approches différentes pour détecter les ruptures et mettre en place une action correctrice : a) méthode basée sur un seuil de température, b) méthode basée sur un classifieur qui détermine si le produit sera livré avec les qualités attendues et c) méthode également basée un classifieur mais qui intègre le coût de l'action correctrice dans la prise de décision. Les performances des trois méthodes sont discutées et des perspectives d'amélioration sont proposées.

The cold chain is essential to ensure food safety and avoid food waste. Wireless sensors are increasingly used to monitor the air temperature through the cold chain, however, the exploitation of these measurements is still limited. This thesis explores how machine learning can be used to predict the temperature of different food products types from the measured air temperature in a pallet and detect cold chain breaks. We introduced, firstly, a definition of a cold chain break based on two main product categories: products obligatorily preserved at a regulated temperature such as meat and fish, and products for which a temperature is recommended such as fruits and vegetables. The cold chain break leads to food poisoning for the first product category and organoleptic quality degradation for the second one.For temperature-regulated products, it is crucial to predict the product temperature to ensure that it does not exceed the regulatory temperature. Although several studies demonstrated the effectiveness of neural networks for the prediction, none has compared the synthetic and experimental data to train them. In this thesis, we proposed to compare these two types of data in order to provide guidelines for the development of neural networks. In practice, the products and packaging are diverse; experiments for each application are impossible due to the complexity of implementation. By comparing synthetic and experimental data, we were able to determine best practices for developing neural networks to predict product temperature and maintain cold chain. For temperature-regulated products, once the cold chain break is detected, they are no more consumable and must be eliminated. For temperature-recommended products, we compared three different approaches to detect cold chain breaks and implement corrective actions: a) method based on a temperature threshold, b) method based on a classifier which determines whether the products will be delivered with the expected qualities, and c) method also based on a classifier but which integrates the cost of the corrective measure in the decision-making process. The performances of the three methods are discussed and prospects for improvement are proposed.