Développement d’un traitement de chauffage par micro-ondes comme substitut au procédé classique de stérilisation en autoclave

Development of a microwave heating treatment as a substitute for the classical retort sterilization process

• Auteur / Autrice : Sadhan Jyoti Dutta
• Direction : Sébastien Curet-Ploquin, Olivier Rouaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés et Bioprocédés
• Date : Soutenance le 10/12/2025
• Etablissement(s) : Ecole nationale vétérinaire, agroalimentaire et de l'alimentation, Nantes-Atlantique (ONIRIS)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Jury : Président / Présidente : Francis Courtois
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Bohuon, Nadine Allanic
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Renard, Philippe Bohuon
• DOI : 10.70675/f2e747a1z545cz4cadzbcdaz1ec8a22bc0f2

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aliments -- Emballages

Théorie des constructions

Modélisation des données (informatique)

Méthodes de simulation

Micro-ondes

Conserves -- Stérilisation (microbiologie)

Traitement thermique

Mots clés libres

Traitement thermique

Mécanique des structures

Emballage alimentaire

Modélisation numérique

Simulation

Micro-ondes

Thermal processing

Structural mechanics

Food packaging

Numerical modelling

Simulation

Microwaves

Résumé

Cette recherche porte sur le développement d’un procédé de traitement thermique par micro-ondes comme alternative durable à la stérilisation conventionnelle, en mettant l’accent sur le comportement thermo-mécanique des emballages alimentaires soumis à des températures élevées. Les études de stérilisation conventionnelle réalisées sur des récipients métalliques rigides ont combiné des expériences et des modélisations numériques sous COMSOL Multiphysics® afin d’analyser l’évolution de la température et de la pression. Les résultats ont montré que l’air sec contribue principalement à la pression interne totale au début du chauffage, tandis que la pression de vapeur devient dominante pendant le reste du processus. Des barquettes flexibles en polypropylène (PP) ont ensuite été étudiées sous différentes contraintes mécaniques afin d’évaluer leur réponse structurelle lors d’injections d’air, de traitements thermiques et de chauffages par micro-ondes. Bien que l’application de contraintes ait augmenté la tolérance à la pression interne, la rupture s’est produite de manière récurrente au niveau de la zone de scellage. L’étude finale a été réalisée avec un récipient rigide en polyétheréthercétone (PEEK) conçu pour résister à la pression interne lors du chauffage par micro-ondes, atteignant des températures supérieures à 118 °C. Dans l’ensemble, ce travail pose les bases du développement des procédés de stérilisation par micro-ondes en établissant, dans un premier temps, une compréhension scientifique des dynamiques thermo-mécaniques des emballages alimentaires lors du traitement thermique, ouvrant la voie à la conception de systèmes de transformation des aliments plus sûrs et plus économes en énergie. mécaniquement confinés constituent une voie prometteuse vers un traitement thermique sûr, sans eau et économe en énergie.

This research investigates the development of a microwave-based heat treatment process as a sustainable alternative to conventional sterilization, focusing on the thermo– mechanical behavior of food packaging during high-temperature processing of a model food product (mashed potato). Conventional sterilization studies on rigid metal containers combined experiments and numerical modelling using COMSOL Multiphysics® to analyze temperatures within the food product and pressure evolution within the head space, showing that dry air contributes to total internal pressure mainly during the early heating stage, while vapour pressure becomes dominant during the rest of the process. Flexible polypropylene (PP) trays (empty and filled with mashed potato) were then examined under different mechanical constraints to evaluate their structural response under air injection, convective heating treatment, and microwave heating. Although the application of mechanical constraints increased internal pressure tolerance of the packaging, rupture consistently occurred at the heat-seal interface. The final study was conducted with a rigid Polyether ether ketone (PEEK) container designed to withstand internal pressure during microwave heating, achieving internal temperatures above 118 °C. Overall, this work lays the groundwork for understanding the thermo–mechanical dynamics of food packaging during heat treatment, providing a foundation for designing safer and more energy-efficient food processing systems.