PTR4 – Axe de recherche « Procédés Thermiques »

Les travaux menés au sein de l’axe Procédés Thermiques concernent la caractérisation et la modélisation à différentes échelles de phénomènes physiques et bio-chimiques couplés induits par des apports d’énergie. Il s’agit en particulier d’étudier des mécanismes physiques de transferts d’énergie, de matière et de quantité de mouvement aux interfaces et au sein de matériaux denses ou poreux, sièges de transformations physiques ou (bio)chimiques induites par des sollicitations thermiques et/ou électromagnétiques. Les enjeux sont la compréhension et la maîtrise des phénomènes couplés afin de bien appréhender les cinétiques et l’influence des apports d’énergie. La démarche scientifique mise en œuvre combine expérimentation et modélisation numérique à différentes échelles.

Les activités développées visent à l’amélioration de l’efficacité énergétique de procédés de transformation de matériaux. Les opérations telles que le séchage et la cuisson grandes consommatrices d’énergie et génératrices de nombreux rejets sont particulièrement étudiées. Ces études sont réalisées à l’échelle des matériaux et des procédés

Les compétences et les savoir-faire dans cet axe s’articulent autour de trois domaines d’activités complémentaires :

  1. la modélisation et la simulation numérique,
  2. la caractérisation
  3. la détermination de lois de comportement, l’instrumentation thermique et la conception de bancs d’essai.

L’expertise scientifique se situe donc dans la compréhension et la maîtrise des phénomènes couplés par des approches à différentes échelles, l’étude en usage et sous sollicitations extrêmes de matériaux, la conception, l’optimisation et le pilotage de procédés.

Les objectifs sont de répondre aux enjeux scientifiques et technologiques pour des procédés à température modérée (séchage, cuisson, congélation/refroidissement, méthanisation,…) ;

Applications :

  • Séchage/réticulation de polymère en base aqueuse par convection et infrarouge
  • Séchage de matériaux poreux : boue, béton de chanvre, etc
  • Cuisson, décongélation de produits
  • Méthanisation

Thème 1 : caractérisation et prédiction des cinétiques de transformation

Lors de la mise en œuvre ou de la transformation de matériaux apparaît souvent une phase de séchage (déshydratation) couplée à d’autres phénomènes (déformation, réactions physico-chimiques…).

Ces opérations sont bien souvent associées à un apport de chaleur par différents modes de transfert thermique (conduction directe, convection, rayonnement thermique) qu’il convient de maîtriser afin d’améliorer l’efficacité pour aboutir à un produit de qualité. Ainsi sur le volet modélisation/simulation numérique du comportement des matériaux, nous cherchons à apporter plus de connaissances aux modèles développés. Il s’agit en particulier de prendre en compte plus précisément les cinétiques réactionnelles (réticulation, hydratation…), les phénomènes de « croûtage » et de déformation (retrait, gonflement) qui ont un impact direct sur les mécanismes de transfert.

 

Thème 2 : optimisation des procédés

Parallèlement aux travaux du thème 1 se situant à l’échelle des matériaux, des études sont menées afin d’optimiser le dimensionnement et la commande des sources.

Du fait des fortes non-linéarités et des couplages existants, les modèles de « connaissance » développés nécessitent une discrétisation spatiale fine et une utilisation de pas de temps faibles.

Cependant, ces modèles s’avèrent inadaptés pour la recherche de paramètres opératoires optimaux ou le développement de loi de commande au niveau des procédés. Dès lors, le recours aux techniques inverses permet l’établissement de modèles simplifiés, les objectifs étant :

 

  • de disposer de modèles permettant de simuler « rapidement » la réponse des variables d’état (température, teneur en eau et pression par exemple dans le cas du séchage d’un milieu poreux)

Pilotes de séchage

 

  • de développer des méthodes d’estimation de propriétés à partir d’expérimentations

Simulation champ de température et déformation d’un produit céréalier (cuisson baguette)

Partenariats

  • SEM LIGER (Locminé Innovation Gestion des Énergies Renouvelables) – Programme IMETEL (Intensification MEthanisation par Technologies ÉLectriques
    Date début : 01/02/14          Date Fin : 31/01/17            Durée : 36 mois
    Sujet : Couplage de la méthanisation et des champs électriques pulsés d’intensité faible ou modérée en vue de l’optimisation de la production de biogaz et du séchage du digestat
  • Université de Bretagne Sud (laboratoire IRDL – CNRS 3744), Groupe Constructions Industrielles et Mécaniques de Sablé (CIMS), Région Bretagne (projet Stratégie d’Attractivité Durable (SAD)
    Projet SECALIN, Responsable du projet : Virginie Boy (UBS)
    Date début : 01/04/17          Date Fin : 30/03/18            Durée : 12 mois
    Sujet : Séchage de produits alimentaires par jet d’air chaud intermittent
  • SEM LIGER (Locminé Innovation Gestion des Énergies Renouvelables)
    Projet HYDATE
    Date début : 01/02/17          Date Fin : 31/01/20            Durée : 36 mois
    Sujet : Caractérisation des barèmes d’hygiénisation des intrants de méthanisation. Étude comparée de la pasteurisation thermique et de la destruction des micro-organismes par champs électriques pulsés
  • Université de Bretagne Sud (laboratoire IRDL – CNRS 3744), Institut Français des Productions Cidricoles (IFPC), Collectif Ouest pour la Recherche sur le Cidre (COREC, groupement d’industriels), INRA 1268 (Biopolymères, Interactions Assemblages équipes PVPP, PRP et CRAIS)
    Projet OPTIPRESS 2, Responsable du projet : Rémi Bauduin (IFPC, Sees),
    Date début : 01/01/17          Date Fin : 30/06/20            Durée : 42 mois
    Sujet : Optimisation des rendements d’extraction de moûts de pommes à cidre
  • Université de Bretagne Sud, GIP Campus E.S.P.R.I.T. Industries de Redon (FR), Corporation technologique d’Andalousie (SP), Université de Séville (SP), Centre de recherche pour l’énergie l’environnement et les technologies (SP), Institut technologique des îles Canaries (SP), Brinergy Tech (SP), University College Cork (IRL), Resolute Marine Limited (IRL), Agence régionale de l’énergie et de l’environnement (POR), Université d’Évora (PO), Université de Cardiff (UK)
    Projet Interreg EERES4WATER Responsable du projet : Erik Zilliox (GIP Campus E.S.P.R.I.T) ; responsable scientifique pour la France (Pr Phillipe Mandin),
    Date début : 01/10/19          Date Fin : 30/09/22            Durée : 36 mois
    Sujet : promote the direct use of renewable energy sources and energy efficiency in the water cycle by influencing related policies and introduction of new processes and technologies
  • Université Bretagne Sud, UBO-LEAMR (FR), UA-BOREA (FR), IRD-MOI (FR), ALGAIA (FR), CIRAD (FR), EFINOR (FR), L3MA (FR), UBS-LBCM (FR), CINVESTAV (MEX), UCaen-BOREA (FR), The Marine Box (FR), IFREMER-BIODIVENV (FR), University of the West Indies (JAM)
    Projet SAVE-C (ANR Sargassum  – ADEME) Responsable du projet : Valérie Stiger (UBO-LEMAR)
    Sujet : Study of holopelagic SArgassum responsible of massive beachings: Valorization & Ecology on Caribbean coasts

Thèses récentes ou en cours :

  1. Jean el ACHKAR Méthanisation de marc de raisin. Caractérisation et optimisation du procédé et de prétraitements Doctorat de l’Université de Bretagne Sud et de l’Université Saint Joseph (Liban), début en janvier 2014, soutenu le 30 mai 2017.
  2. Mohamed Amr CHAAMA Couplage de la méthanisation et des électrotechnologies : intensification de la production de biogaz et du séchage du digestat Doctorat de l’Université de Bretagne Sud, début en novembre 2013, soutenu le 10 octobre 2017.
  3. Xiaojun LIU Hygiénisation des denrées alimentaires par technologies électriques Doctorat de l’Université de Bretagne Sud, début en novembre 2016, thèse en cours, soutenance prévue en 2019.
  4. Aida DERMOUCHI Traitement d’huile de coupe par électrocoagulation et traitements biologiques Doctorat de l’Université de Constantine 3 (Algérie), début en janvier 2016, thèse en cours, soutenance prévue en 2020.
  5. Ikbel SOULI Valorisation technologiques et biotechnologiques des variétés tunisiennes des dattes en se basant sur les molécules bioactives – Doctorat de l’Institut National Agronomique de Tunisie (INAT), début en octobre 2014, thèse en cours, soutenance prévue en 2020.
  6. Zeinab HAZIME Étude comparative des processus de séchage : combinaison de la texturation et de la décontamination microbienne par Détente Instantanée Contrôlée Doctorat de l’Université de Bretagne Sud, début en octobre 2018, thèse en cours, soutenance prévue en 2021.
  7. Tamara MOURDA Étude comparative des processus de séchage : modélisation phénoménologique et intensification combinant Détente Instantanée Contrôlée et déshydratation intermittente Doctorat de l’Université de Bretagne Sud, début en octobre 2018, thèse en cours, soutenance prévue en 2021.
  8. Florent STRUYVEN Microfluidique diphasique et électrolyse alcaline de l’eau Doctorat de l’Université de Bretagne Sud et de l’Université de Canterbury (Nouvelle Zélande), début en octobre 2018, thèse en cours, soutenance prévue en 2021.
  9. Karima DAHMANI Extraction de molécules actives de fenouils par différents procédés en vue de leurs applications – Doctorat de l’Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene, début en octobre 2017, thèse en cours, soutenance prévue en 2021.
  10. Salma BOUMAIZE Modélisation statistique du séchage mixte solaire / électrique couplé à la Détente Instantanée Contrôlée : application à la valorisation économique de la figue (Ficus carica) et de la cerise (Prunus aviums. L) Doctorat de l’Université Sultan Moulay Slimane, début en septembre 2019, thèse en cours, soutenance prévue en 2022.
  11. Marie-Noël MANSOUR Méthanisation des fumiers de volailles : rôle des prétraitements et de la conduite des bioréacteurs sur l’acclimatation des communautés bactériennes Doctorat de l’Université de Bretagne Sud et de l’Université Saint-Joseph de Beyrouth (Liban), début en novembre 2019, thèse en cours, soutenance prévue en 2022.
  12. Maël LE MARRE Évaluation du petit turbinage en Bretagne. Proposition de passage de pompes à bas coûts en turbines à forts coûts Doctorat de l’Université de Bretagne Sud, début en octobre 2019, thèse en cours, soutenance prévue en 2022.
  13. Jeanne LE LOEUFF Intensification par champs électriques pulsés de la lyophilisation et du séchage convectif des macroalgues en vue de leur bioraffinage Doctorat de l’Université Bretagne Sud, début en novembre 2019, thèse en cours, soutenance prévue en 2023.