PartagerICR 2019 : tour d'horizon des thèmes de recherche actuels dans le froid (partie II)
L’optimisation de la conception et du fonctionnement des processus de froid alimentaire ainsi que l’importance d'une chaîne du froid des aliments fiable et efficace ont été traitées dans 2 présentations clés :
Don Cleland [5] souligne que la conception et le fonctionnement optimaux des processus de froid alimentaire nécessitent une connaissance des propriétés thermiques des denrées, notamment la densité, la capacité thermique spécifique (et donc l'enthalpie), la conductivité thermique et le point de congélation initial. La mesure de telles propriétés prend du temps et coûte cher, étant donné le large éventail d'aliments et les variations de composition et de structure.
Il existe donc un besoin permanent de prédiction des propriétés thermiques de produits alimentaires complets à partir de la composition des aliments (qui est généralement connue ou est simple et peu coûteuse à mesurer). L’auteur recommande des méthodes de précision mais simples à mettre en œuvre pour prédire efficacement les propriétés thermiques du produit à partir des données de composition dans la plage de températures la plus appropriée pour les aliments soumis au froid, en tenant compte de la variation de la fraction de glace en dessous du point de congélation, de la présence de vides d’air et, pour les produits emballés, l'effet de l'emballage. Les méthodes utilisent autant que possible des modèles mécanistes plutôt qu'empiriques, de manière à ce qu'ils soient plus susceptibles de pouvoir être appliqués de manière générale.
Gérald Cavalier [6] souligne de son côté que la certification de la chaîne du froid est un moyen de garantir la sécurité et la performance de celle-ci. Depuis l’origine, parallèlement au développement de la chaîne du froid, des systèmes de certification ont été mis au point, avec des tests dans un premier temps, puis avec la certification des produits, puis avec la certification des entreprises et du personnel. De nos jours, des systèmes de certification sont disponibles pour presque tous les équipements de la chaîne du froid, obligatoires ou facultatifs. Ils ont prouvé leur intérêt et leur capacité à augmenter les performances de la chaîne du froid. Néanmoins, ils ne sont pas appliqués partout dans le monde, notamment pour les équipements de transport frigorifique. Le développement rapide du big data, l'internet des objets, les capacités d'échange de données, offrent de nouvelles possibilités pour développer une chaîne du froid connectée. Ces technologies aideront à évaluer la performance globale de la chaîne du froid pour chaque produit frais et congelé transporté de la ferme à la fourchette et du laboratoire aux toilettes. Elles ne remplaceront pas la certification des équipements et des personnes mais la compléteront utilement. La certification de la chaîne du froid est donc notre défi pour les vingt prochaines années.
Les technologies de froid calorique, considérées comme des alternatives possibles à la technologie traditionnelle à compression de vapeur, font l’objet d’intenses recherches de R&D, comme en témoignent deux présentations clés consacrées respectivement au froid magnétique et au froid élastocalorique.
Selon Andrej Kitanovski, Katja Klinar et Urban Tomc [7], au cours des deux dernières décennies, nous avons assisté à une augmentation substantielle des efforts de recherche fondamentale et appliquée visant à introduire la technologie du froid magnétocalorique sur le marché. Malgré les progrès importants réalisés dans le domaine de la recherche, plusieurs problèmes cruciaux doivent être résolus dans un proche avenir. Ceux-ci concernent les matériaux magnétocaloriques, les régénérateurs et le transfert de chaleur, les sources de champ magnétique, ainsi que les systèmes hydrauliques.
Les auteurs soulignent que les progrès les plus récents dans la recherche de sources de champ magnétique hybrides statiques dépourvues de terres rares permettront non seulement un fonctionnement à très haute fréquence, mais aussi une réduction substantielle des coûts et une amélioration de l’empreinte environnementale de la technologie. L'avenir à long terme des dispositifs magnétocaloriques, notamment avec le développement de la nano-ingénierie, pourrait conduire à des systèmes entièrement incorporés avec des sources de champ magnétique intégrées.
David Catalini et Yunho Hwang [8] signalent que des progrès significatifs ont été accomplis dans le domaine du froid élastocalorique. De nouveaux matériaux en alliage à mémoire de forme (AMF) ont été mis au point avec une résistance à la fatigue plus élevée et une composition ajustée sur toute sa longueur. Cela peut être important pour la fabrication de régénérateurs dans lesquels la température de transformation est aussi proche que possible de la température du matériau dans les conditions de fonctionnement juste avant la transformation. Cela limitera le stress requis à une valeur minimale. Des outils analytiques ont été développés pour estimer les propriétés des matériaux avec des configurations expérimentales simplifiées, et des appareils de test ont été développés pour augmenter la précision des mesures de propriétés des matériaux. La performance en termes de gradient de température des systèmes en fonctionnement établit de nouveaux records. Bien que les recherches sur le froid élastocalorique en soient encore à leurs débuts, de nombreux résultats de recherche ont révélé son potentiel de développement dans le futur.
Les résumés des autres présentations clés seront présentés dans le numéro d’octobre 2019 de la Newsletter de l’IIF.
L’ensemble de ces présentations sont d’ores et déjà disponibles dans la base de données Fridoc (voir ci-dessous). L’ensemble des autres communications du Congrès de Montréal est en cours de mise en ligne.
Les membres de l’IIF bénéficient d’un quota de téléchargements gratuits.
[5] Don Cleland, Prediction of food thermal properties to enable accurate, design of food refrigeration processes, https://bit.ly/2mdlfDy
[6] Gérald Cavalier, Cold chain certification, https://bit.ly/2nFJeM1
[7] Andrej Kitanovski, Katja Klinar, Urban Tomc, Magnetocaloric refrigeration and heat pumping: the present, tomorrow, and the future, https://bit.ly/2n68fQm
[8] David Catalini, Yunho Hwang, Recent advances in elastocaloric cooling technologies: Where they stand and what prospects are, https://bit.ly/2lxQqcr