Simulation de la mécanique mésoscopique des aliments par méthodes de particules lagrangiennes

Simulating Mesoscopic Food Mechanics with Lagrangian Particle Methods

• Auteur / Autrice : William Jenkinson
• Direction : Denis Flick, Olivier Vitrac
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Inscription en doctorat le 01/12/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : SayFood - Paris-Saclay Food and Bioproduct Engineering
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Modélisation et ingénierie par le calcul
• Partenaire(s) de recherche : Référent : AgroParisTech
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-....)

Mots clés

Mots clés libres

Mécanique mésoscopique

Méthodes de particules lagrangiennes

Simulation des aliments

Propriétés structurelles

Transformation des aliments

Modélisation computationnelle

Mesoscopic mechanics

Lagrangian particle methods

Food simulation

Structural properties

Food processing

Computational modelling

Résumé

Les aliments solides et semi-solides à faible ou moyenne teneur en eau sont non seulement importants pour notre alimentation, mais ils jouent également un rôle essentiel dans notre perception hédonique des aliments et de la transformation orale. Concevoir des aliments pour maximiser l'expérience orale reste plus un art culinaire qu'une science. La thèse de doctorat explorera la première étape d'une approche plus radicale, où la simulation informatique est utilisée pour comprendre la relation entre les propriétés mécaniques des aliments, la transformation orale, et leurs interactions avec les mécanorécepteurs de la langue. La complexité du couplage entre la fracturation, le mouillage, la dissolution, la dispersion et les écoulements est hors de portée des stratégies de simulation eulériennes classiques utilisant des méthodes par éléments finis ou par volumes finis. Les principaux défauts sont le déplacement de particules solides dans un écoulement turbulent, les écoulements multiphasiques, les fissures et les ruptures se produisant le long de contours arbitraires. Les descriptions lagrangiennes sans maillage sont comparativement plus polyvalentes et ont réalisé des progrès remarquables ces dernières années. Ces techniques seront explorées afin de dériver une première description multi-échelle capable de ponter les phénomènes sous contrôle thermodynamique (dissolution, dilution) et mécanique (rupture et écoulements) lors du traitement oral.

Solid and semisolid foods with low or intermediate water contents are not only important to our diet, but they also play an essential role in our hedonic perception of food and oral processing. Designing foods to maximize oral experience remains more of a culinary art than a science. The Ph.D. thesis will explore the first step of a more radical approach, where computer simulation is used to understand the relationship between mechanical food properties and oral processing. The complexity of coupling between fracturing, wetting, dissolution, dispersion, and flows is out of reach to conventional Eulerian simulation strategies using finite element or finite volume methods. The main shortcomings include moving managing multiphase flows, cracks, and rupture occurring along arbitrary contours. Meshless, Lagrangian descriptions are comparatively more versatile and have achieved remarkable progress in recent years. These techniques will be explored to derive a first multiscale description capable of bridging phenomena under thermodynamic (dissolution, dilution) and mechanical controls (rupture and flows) during oral processing.