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SPEE

© P. Georgeault

Structures, procédés, écoulement, énergie

Au sommaire

En bref

Le thème de recherche rassemble  : 

  • 54 personnes dont 50 chercheurs, ingénieurs  et techniciens
  • 25 publications de rang A en moyenne par an
  • 11 brevets
  • 1 plateforme de recherche technologique dédiée à l'imagerie et à la spectroscopie structurale et métabolique (PRISM, Rennes)
 

Axes scientifiques

  • Installation frigorifique, optimisation énergétique et stockage d’énergie
  • Maîtrise des écoulements et des transferts dans la chaîne du froid et dans les procédés associés
  • Caractérisation par RMN/IRM des bioproduits et leurs procédés de transformation
  • Aéraulique et contrôle des atmosphères turbulentes

Édito : En partenariat avec les industries du froid et de l'agroalimentaire

Tiphaine Lucas, Directrice-adjointe scientifique de SPEE- © Irstea

L’essor des pays émergents au cours des prochaines décennies devrait modifier les comportements alimentaires de nombreux citoyens. Pour l’industrie de l’agroalimentaire et du froid, il faudra produire plus et mieux, tout en consommant moins d’énergie. Ainsi, selon l’OCDE, l’efficience des procédés devrait être multipliée par trois, afin que leur empreinte environnementale soit identique à celle de 2004. Or les procédés thermiques représentent environ 60 % de la consommation énergétique dans l’industrie agroalimentaire, distribution comprise.

Pour étudier les procédés de l’industrie, de l’agroalimentaire et du froid et les équipements associés, le thème de recherche SPEE (Structures, procédés, écoulement, énergie) dispose de compétences variées en sciences physiques, dont la thermique, la thermodynamique, la mécanique des fluides, l’énergétique, l’automatique... Les travaux permettent d’optimiser les technologies existantes, et surtout de proposer des technologies de rupture et d’accompagner leur développement par des acteurs industriels.

L’efficacité énergétique est aussi un défi scientifique majeur. D’une approche multi-échelle centrée sur le procédé et les processus, les travaux englobent depuis quelques années des échelles plus larges. Ainsi, les connaissances acquises sur la formation et la caractérisation (températures, comportement des écoulements) des coulis de glace sont appliquées pour le stockage d’énergie dans les installations frigorifiques d’une usine en lien avec l’effacement électrique.
La croissance d’une bulle dans une matrice fromagère, d’abord modélisée sur une bulle isolée, est intégrée à l’échelle d’une meule de fromage puis du hâloir d’affinage pour prendre en compte les hétérogénéités de composition intra-meules et de température inter-meules. La caractérisation des champs de vitesse dans un mélange de flux d’air et l’étude des zones de turbulence ont abouti à une meilleure maîtrise des échanges (thermique, particules) entre deux ambiances séparées par un rideau d’air, par exemple une ligne de production ouverte sur l’ambiance de l’atelier. La compréhension des écoulements d'air et des transferts thermiques de la chambre froide au réfrigérateur a permis de proposer des modèles simplifiés de chaque étape de la chaîne du froid, puis de simuler le comportement statistique de produits alimentaires et comparer différents circuits de distribution.

Enfin, l’approche scientifique combine mesure et modélisation, ce qui implique un investissement fort en métrologie (y compris nouvelles méthodes de mesure), en prototypage et en traitement des données ; parmi les moyens expérimentaux figurent de grands équipements technologiques (souffleries, plateforme d’imagerie).

Quelques exemples de recherche

Diffusion localisée d'air froid ultrapropre : Froiloc

 
 

Des innovations sur la chaîne du froid

Partenariats industriels

Le cercle vertueux des thèses CIFRE

 

Le dispositif Cifre subventionne les entreprises qui recrutent un doctorant pour le placer au cœur d’une collaboration de recherche avec un laboratoire public. Particularité du thème de recherche SPEE : toutes les équipes et donc toutes les thématiques traitées ont bénéficié de ce dispositif.

 
7 thèses Cifre depuis 2010, dont 3 initiées en 2016…, le dispositif Cifre incite de plus en plus d’industriels à monter des projets avec les équipes scientifiques du thème de recherche SPEE.
Que ce soit pour Air Liquide, Brioche Pasquier, le Centre national interprofessionnel de l’économie laitière (CNIEL) ou encore Valéo, en s’associant à Irstea, les partenaires s’accordent sur le fait qu’ils bénéficient d’une expertise scientifique, de compétences techniques et pour certains d’équipements innovants adaptés à leur sujet. Cela leur permet aussi de sortir du cadre classique de leurs projets de recherche et développement. Comme l’explique Christine Charrier, responsable R&D chez Brioche Pasquier, qui a accueilli une doctorante en thèse Cifre en coopération avec Irstea, "nous gardons ainsi une ouverture sur nos sujets, notamment sur des aspects que nous maîtrisons moins bien. Au départ, nous pouvions craindre que la recherche soit trop éloignée de nos préoccupations industrielles, or nous avons élaboré le sujet ensemble de manière à ce que chacun tire bénéfice du projet". Parmi les autres intérêts avancés : un accompagnement scientifique géré par le laboratoire de recherche, un financement avantageux de ces postes d’une durée de trois ans en thèse qui bénéficient de subvention de l’ANRT, mais aussi la possibilité de publier certains résultats notamment dans des revues à comité de lecture, une manière de cautionner les résultats obtenus.
Et ces collaborations ne s’arrêtent souvent pas à la thèse : elles permettent en effet aux doctorants de se constituer un réseau professionnel, parfois même d’être directement embauché par le partenaire industriel…

 

Plateforme technologique

 
IRM et RMN au cœur des bioproduits
 
La plateforme rennaise d’imagerie et de spectroscopie multimodale, PRISM, constitue un pôle unique en Europe
d’équipements d’imagerie appliqués aux produits biologiques. Irstea y apporte ses fortes compétences en imagerie
IRM et RMN dans les domaines de l’agronomie et de l’agroalimentaire.
 
Acquisition d’un premier scanner IRM en 1996, puis d’un deuxième en 2008 et enfin d’un système de micro-imagerie IRM en 2013. Grâce à ces méthodes d’étude non destructive, les chercheurs d’Irstea ont développé des compétences inédites pour caractériser la structure et la composition de nombreux bioproduits. Les échantillons peuvent être analysés entier, dans des dispositifs permettant de reproduire les conditions de température représentatives des opérations de transformation en industrie. Irstea possède aussi plusieurs équipements de RMN, un outil analytique qui permet d’étudier les mécanismes de diffusion des molécules. Tous ces équipements ont intégré la plateforme PRISM créée par Irstea, l’INRA et l’université de Rennes en 2005 dans le cadre du GIS Biogenouest. PRISM est certifiée ISO 9001 et a été labellisée Ibisa. L’un des critères retenus pour l’obtention de ce label concerne l’utilisation du matériel d’imagerie par d’autres équipes de recherche, publique ou privée. Ainsi, les industriels de l’agroalimentaire utilisent les équipements d’Irstea pour comprendre et optimiser leur procédé : réduction de la durée d’affinage pour Les fromageries BEL, meilleur rendement de jus et moindre perte de matière lors du pressage des pommes pour l’institut Français des productions cidricoles…
D’autres applications en lien avec l’impact du climat sur la production agricole sont en développement. Par exemple, la RMN est utilisée comme indicateur de la senescence foliaire et donc permet d’étudier l’impact du stress hydrique sur la physiologie de la plante. Le potentiel pour des applications dans les champs est en cours d’évaluation.