Vers des technologies innovantes de séchage et de déshydratation pour la valorisation de biomasses riches en protéines

Development of an Insect Biorefinery: Optimization of the Drying Process for the Production of Protein Derivatives

• Auteur / Autrice : Julie Hauchecorne
• Direction : Nabil Grimi, Hedi Romdhana
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Inscription en doctorat le 01/08/2025
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Transformations intégrées de la matière renouvelable

Mots clés

Mots clés libres

Séchage

Protéines

Bioraffinerie

Procédé

Drying

Proteins

Process

Biorefinery

Résumé

Le projet de thèse s'articule autour de deux objectifs scientifiques principaux. D'une part, explorer des solutions innovantes pour le séchage de quelques biomasses riches en protéines (micro et macro-algues, luzerne, larves d'insectes) et de leurs dérivés protéiques. D'autre part, établir un profil environnemental complet de la filière des protéines en utilisant l'Analyse de Cycle de Vie. Une contribution scientifique majeure est attendue dans l'exploration et l'optimisation de deux techniques de séchage : le séchage par entraînement à l'air chaud et le séchage à la vapeur d'eau surchauffée (VES), ainsi que leur combinaison. L'impact d'un prétraitement par champs électriques pulsés, micro-ondes et ultrasons sera étudié. Les avancées attendues sur ce volet sont les suivantes : — Intensification des cinétiques de transfert de chaleur et de matière pour réduire les durées de séchage. — Optimisation des conditions opératoires pour limiter les effets indésirables sur la qualité des produits (altérations physico-chimiques, dénaturation des protéines). — Amélioration de l'efficacité énergétique. — Recommandations pour la mise à l'échelle industrielle du procédé de séchage. L'approche expérimentale sera conduite à l'échelle du laboratoire et consistera à : — Caractériser les cinétiques de perte en eau et les profils de température. — Analyser des indicateurs globaux de qualité, comme la couleur, ainsi que l'état hygroscopique du produit (activité de l'eau et teneur en eau) avant, pendant et après le séchage. — Caractériser les propriétés physico-chimiques (dosage des protéines, solubilité, propriétés techno- et bio-fonctionnelles). L'approche numérique a pour objectif de développer un modèle prédictif rigoureux pour les transferts thermiques et massiques. Ce modèle reposera sur : — Les données expérimentales pour une modélisation inverse des propriétés de transfert. — Une simulation des procédés de séchage à l'air chaud et à la VES, individuellement ou combinés, pour identifier des configurations intégrées optimales en termes de performance énergétique.

The PhD project is structured around two main scientific objectives. First, to explore innovative solutions for drying various protein-rich biomasses (micro- and macroalgae, alfalfa, insect larvae) and their protein derivatives. Second, to establish a comprehensive environmental profile of the insect protein value chain using Life Cycle Assessment (LCA). A major scientific contribution is expected through the investigation and optimization of two drying techniques: hot air drying and superheated steam drying (VES), as well as their potential combination. The impact of pretreatments using pulsed electric fields, microwaves, and ultrasounds will also be studied. The expected advancements in this area include: - Enhancing heat and mass transfer kinetics to reduce drying times. - Optimizing operating conditions to minimize negative effects on product quality (such as physicochemical alterations and protein denaturation). - Improving energy efficiency of the drying processes. - Providing recommendations for industrial-scale implementation of the optimized drying technologies. The experimental approach will be conducted at the laboratory scale and will include: - Characterizing moisture loss kinetics and temperature profiles during drying. - Analyzing global quality indicators, such as color and hygroscopic state (water activity and moisture content) before, during, and after drying. - Characterizing physicochemical properties, including protein content, solubility, and both techno-functional and bio-functional properties. The numerical approach aims to develop a robust predictive model for heat and mass transfer. This model will be based on: Experimental data, used for inverse modeling of transfer properties. Simulation of hot air drying and superheated steam drying (VES) processes, individually or in combination, in order to identify optimal integrated configurations in terms of energy performance.