Cryogénie alimentaire : applications de l’azote liquide

Propriétés de l’azote liquide

 

Les principaux attributs de l'azote liquide, qui en font un candidat de choix dans l’industrie alimentaire sont : son inertie chimique, son taux d'expansion volumique élevé associé au changement de phase liquide-vapeur et sa forte enthalpie de vaporisation. L'inertie chimique et la nature non corrosive de l'azote permettent le contact avec des produits alimentaires sans altération de leurs propriétés organoleptiques. Les propriétés thermophysiques supérieures de l'azote liquide lui permettent notamment d'être utilisé comme agent frigorifique. Le taux d'expansion volumique élevé de l'azote liquide le rend également adapté à certaines applications d’inertage des emballages.

 

Lorsqu'un cryogène liquide est injecté dans un milieu cible, il subit un changement de phase pour se transformer en vapeur saturée. Ce changement de phase est suivi d'une augmentation de la température de la phase vapeur jusqu'à la température ambiante. La capacité d'un cryogène liquide à extraire de la chaleur du milieu cible dépend de la chaleur latente de vaporisation pour son changement de phase liquide-vapeur saturée et de la différence de chaleur sensible associée à l'augmentation de la température des vapeurs. Un processus de refroidissement à l'azote liquide est associé à une enthalpie de vaporisation de 199 kJ/kg ^[1] (à 1 bar, -196 °C). En outre, une capacité de chaleur sensible de 1 kJ/kg/K des vapeurs de N₂ générées permet d'obtenir 216 KJ/kg supplémentaires avec un gradient de température supposé de 216 °K à la température ambiante (-196 °C à 20 °C). Cela correspond à un retrait  net de chaleur de près de 415 kJ/kg de N₂ du milieu cible à température ambiante. Outre l'enthalpie, le taux de transfert de chaleur est également déterminé par l'épaisseur et la conductivité thermique de la vapeur d'azote résultant de l’effet Leidenfrost.

 

Le coefficient de dilatation volumétrique est une autre caractéristique majeure de l'azote liquide qui a d'importantes répercussions sur la conception des équipements et la sécurité. La transition de la phase liquide à la phase vapeur de l'azote est associée à un coefficient de dilatation thermique de 1:694 ^[1] à 20 °C.

 

Avantages de l’azote liquide pour les applications alimentaires

 

L'adoption de technologies cryogéniques telles que l'azote liquide et le CO₂ liquide offre plusieurs avantages pour les applications de réfrigération et de congélation des aliments. Ces avantages incluent notamment un débit plus élevé, une meilleure qualité des produits et une réduction des pertes de produits au cours du traitement.

 

Augmentation du volume de production et efficacité du traitement en aval

 

La chaleur latente élevée résultant du changement de phase de l'azote permet un refroidissement ultra-rapide de l'ensemble du volume du produit en seulement quelques minutes d'exposition à l'azote liquide. Cette puissance de refroidissement élevée permet un refroidissement rapide, uniforme et efficace des produits. À titre de comparaison, le coefficient de transfert thermique dans un congélateur à froid mécanique à air pulsé est d'environ 17 W/m²/K (pour une vitesse de l'air de 2,5 m/s), tandis qu’il est de 100-140 W/m²/K dans la zone de pulvérisation à l’azote liquide d'un tunnel de congélation cryogénique ^[2]. De plus, dans la congélation cryogénique, un différentiel de température plus élevé existe entre le fluide de refroidissement et le produit à congeler, ce qui permet une congélation plus rapide des produits.

 

En outre, la température la plus basse pouvant être atteinte en froid mécanique est d'environ -40 °C^[3], alors que des températures aussi basses que -196 °C pourraient être atteintes dans un système cryogénique à contact direct fonctionnant à l’azote liquide. L'utilisation de cryocongélateurs permet également d'obtenir une congélation rapide individuelle (IQF en anglais) des produits sans qu'ils ne s'agglutinent après la congélation (c'est-à-dire qu'ils sont congelés à l’unité ou « free-flowing » en anglais). Cela facilite le traitement et l'emballage des produits congelés en aval.

 

Amélioration de la qualité des produits

 

L'un des inconvénients majeurs de la congélation des aliments par froid mécanique est l'utilisation de jets d'air froid et sec pendant de longues périodes pour réduire la température intérieure des produits (volaille, viande, ou fruits de mer) aux niveaux cibles souhaités. Ce processus entraîne une déshydratation ou une perte d'eau des surfaces exposées et affecte négativement la texture et la saveur du produit cuit en raison de la réduction de la teneur en eau à la surface de la peau^[4]. Les processus de congélation lente affectent également la qualité des fruits et légumes fraîchement coupés en raison d’une tendance à la formation de cristaux de glace de grande taille et non uniformes ^[5]. En conséquence, les fruits une fois décongelés après stockage sont ramollis. La raison sous-jacente est la formation de gros cristaux de glace aux arêtes acérées à l'intérieur du produit pendant une congélation lente, qui perforent la structure de la paroi cellulaire, entraînant des dommages cellulaires lors de la décongélation ^[5]. Ce phénomène est appelé "pertes par exsudat". Pour certains produits, un temps de congélation plus court peut réduire de manière significative les pertes par exsudat. Par exemple, dans le cas des fraises, les pertes par exsudat passent de 20 % pour des fraises congelées en 12 heures à 8 % pour un temps de congélation de 15 minutes. Ces pertes sont réduites à moins de 5 % pour une durée de congélation de 8 minutes dans un congélateur cryogénique ^[6]. Cela fait de l'azote liquide une option privilégiée pour la réfrigération et la congélation des aliments.

La déshydratation et la détérioration de la texture pendant la congélation pourraient être évitées par une congélation ultra-rapide à l’azote liquide. La préservation de la texture peut être attribuée à la réduction du déséquilibre osmotique dans les cellules ^[7] et à la formation de cristaux de glace microscopiques^[5] dans le produit, qui sont moins nocifs pour la texture ^[8]. Cela permet de préserver la forme du produit même après décongélation et d'éviter la formation d’agrégats. En outre, la congélation rapide à l'azote liquide entraîne la formation d'une croûte de glace solide sur la surface qui empêche la perte d'eau du produit. Le même principe de refroidissement rapide de la surface à l'aide d'azote liquide est également utilisé pour congeler des aliments prêts à consommer ou préparés par un traiteur, tels que des repas préemballés, des pizzas, des tartes, des pâtisseries ou des gâteaux, pendant leur transport et le stockage, préservant ainsi la forme, la texture et la sensation en bouche après la décongélation.

 

Une autre application de l’azote liquide dans la congélation des aliments consiste à appliquer une couche de glace protectrice sur la surface congelée (en particulier dans les filets de poisson^[9]). Cela empêche la déshydratation et la perte de qualité des produits congelés pendant le stockage^[10]. L'utilisation de la cryogénie permet également de freiner la prolifération sur la surface du produit de micro-organismes pathogènes et de micro-organismes responsables de la détérioration du produit. La congélation ultra-rapide obtenue grâce à l’azote liquide peut abaisser la température du produit à un niveau sûr dans un court laps de temps, réduisant ainsi efficacement la durée pendant laquelle le produit reste à des températures élevées propices à la croissance microbienne^[2].

 

Impact environmental

 

Ces dernières années, le potentiel de réchauffement planétaire (PRP) élevé des frigorigènes les plus couramment utilisés dans le froid mécanique a suscité de vives inquiétudes. Dans l'industrie alimentaire, il s'agit généralement du R134a, du R404A et du R22, dont les PRP sont respectivement de 1 430, 3 922 et 1 810 ^[11], alors que le PRP de référence du CO₂ est de 1. Les débits de fuite annuels de ces  frigorigènes dans les installations de froid commercial étant de l’ordre de 11 % à 30 % ^[12], l'utilisation de l’azote liquide pour les applications de congélation et de réfrigération des aliments offre une solution plus durable. Une étude évaluant l'impact environnemental des systèmes de froid cryogéniques pour le transport de denrées alimentaires a montré que les émissions de GES liées au fonctionnement de ces systèmes (c'est-à-dire les émissions directes) étaient presque négligeables. Toutefois, les émissions liées à la production de fluides cryogéniques (c'est-à-dire les émissions indirectes) doivent être surveillées lorsque l'on considère l'impact environnemental tout au long du cycle de vie de l'équipement.^[13]

 

L’azote liquide pour la congélation des aliments

 

Le maintien d'un niveau de température optimal sans fluctuations significatives est un élément indispensable de la chaîne d'approvisionnement alimentaire, qui couvre différents domaines tels que la transformation des aliments, l'emballage des produits, le stockage et le transport, ainsi que le commerce de détail ^[14]. Outre la prévention de la détérioration due à l'activité bactérienne et enzymatique, il est également essentiel que la technologie de refroidissement adoptée préserve la qualité organoleptique et le profil nutritionnel des produits frais et des aliments transformés.

 

Congélateurs cryogéniques à l'azote liquide

 

Divers équipements sont utilisés dans l'industrie alimentaire pour les applications de réfrigération et de congélation à l’azote liquide, en fonction du volume de production requis, de l’encombrement souhaitable de l'unité et des normes de qualité à atteindre.

 

Meubles cryogéniques

 

Les congélateurs cryogéniques sont utilisés pour les applications de congélation discontinue (c’est-à-dire une charge à la fois) et sont équipés de plusieurs tuyères d'injection à l’azote liquide et de ventilateurs pour une distribution uniforme de la température ^[15]. Les congélateurs industriels fonctionnant de façon discontinue utilisent des plateaux de produits (frais, crus ou entièrement cuits et prêts à être consommés) chargés dans une chambre isolée. L’azote liquide est ensuite dosé directement dans la chambre en quantités contrôlées, le refroidissement du produit étant assuré par convection. Les produits congelés sont retirés de la chambre après le temps de séjour souhaité.

 

Tunnels cryogéniques

 

Les tunnels de congélation cryogéniques sont utilisés pour des applications de congélation et de réfrigération en continu. Lorsqu'elles sont utilisées pour la réfrigération de produits, ces unités sont utiles dans les scénarios où la température du produit doit être abaissée pour les processus en aval (comme le découpage en dés pour réduire la quantité de parures) ou pour répondre aux exigences réglementaires concernant les aliments chauds devant être soumis à une réduction de température dans un délai spécifique pour empêcher la croissance d'agents pathogènes. Les tunnels de congélation cryogéniques utilisent des bandes transporteuses mobiles dotées de tuyères uniformément espacées qui pulvérisent des doses mesurées d’azote liquide sur le produit à congeler ou à refroidir^[16]. Dans le tunnel de congélation, on adopte une méthode d'injection par le haut, dans laquelle l’azote liquide est pulvérisé sur les produits alimentaires à congeler/réfrigérer sans contact direct entre les tuyères d’azote liquide et le produit. L’azote liquide est pulvérisé sous la forme d'un fin brouillard sur le produit à l'intérieur de la zone de congélation. Des ventilateurs internes sont utilisés pour améliorer et uniformiser les effets de convection. Le refroidissement du produit est principalement réalisé par le changement de phase liquide-vapeur de l’azote liquide, avec une élimination supplémentaire de la chaleur du produit par les effets de convection du gaz N₂ froid à contre-courant ^[17]. La conception du tunnel cryogénique garantit un fonctionnement continu et en ligne avec un encombrement minimal et des normes de haute performance en termes de  volume de production et d'efficacité énergétique ^[16].

 

Congélateurs cryogéniques à lit fluidisé

 

Les congélateurs à lit fluidisé impliquent une pulvérisation directe d’azote liquide par les tuyères, comme dans le cas des tunnels de congélation, et utilisent une zone de lit fluidisé supplémentaire grâce à des ventilateurs de convection à grande vitesse. Cela augmente le taux de transfert de chaleur, permettant au produit de congeler rapidement avec une perte d'eau minimale. En outre, le temps de séjour des aliments dans le congélateur est considérablement réduit - généralement de 5 à 30 secondes - ce qui permet d'augmenter le débit et de réduire l'encombrement de l'équipement. Les congélateurs cryogéniques à fluide sont généralement adoptés pour la congélation d'aliments de petit calibre et de taille uniforme, comme les petits pois ou les carottes en tranches, qui sont bien déshydratés. ^[6]

 

Congélateurs cryogéniques à spirale

 

Les congélateurs cryogéniques à spirale sont utilisés pour la cryo-congélation de grandes quantités de produits. La conception de ces unités implique des bandes transporteuses en spirale ascendante ou descendante qui transportent les produits à travers un compartiment de refroidissement. Plusieurs configurations d'entrée ou de sortie des bandes peuvent être mises en œuvre dans ces unités, ce qui améliore la polyvalence des lignes de production pour traiter différentes charges de produits et atteindre les températures finales des produits.  L’azote liquide est pulvérisé en continu dans le compartiment par les tuyères incorporées dans les parois extérieures de la chambre de refroidissement, avec des ventilateurs de convection pour une distribution uniforme du gaz N₂ froid dans tout le compartiment. Les effets de convection du gaz N₂ froid jouent un rôle prépondérant dans le refroidissement du produit. Les principaux avantages d'un congélateur à spirale sont son faible encombrement par rapport à un tunnel de congélation pour le même débit et l'efficacité élevée de l'utilisation du cryogène pour obtenir une réduction de la température du produit au niveau souhaité ^[18]. Cependant, la vitesse de congélation est plus lente que celle d'un tunnel de congélation.

 

Congélateurs cryogéniques par immersion

 

Les congélateurs à immersion impliquent l'immersion du produit dans une cuvette peu profonde d’azote liquide, le produit étant transporté à travers la cuvette jusqu'au convoyeur de sortie à l'aide d'un flot continu d’azote liquide ^[19] ou en introduisant un mouvement vibratoire externe dans la cuvette d’azote liquide ^[20]. Les taux de congélation les plus élevés atteints avec l'immersion dans l’azote liquide permettent son adoption pour la surgélation et la congélation en croûte de produits collants et difficiles à congeler, avec plusieurs avantages tels que la préservation de la texture du produit et une perte d'humidité minimale pendant la congélation ^[19]. La possibilité d'obtenir une congélation en croûte grâce à l'immersion dans l’azote liquide permet son adoption comme étape de prétraitement pour les produits collants tels que la volaille ou les fruits de mer marinés, la congélation en immersion empêchant le produit de coller aux bandes transporteuses dans un tunnel de congélation en aval ^[19]. Le principal inconvénient du congélateur à immersion est sa consommation élevée d’azote liquide lorsqu'il est utilisé pour la surgélation (3-4 kg N₂/kg de produit dans un congélateur à immersion contre 1 kg N₂/kg de produit dans un tunnel de congélation ^[17]). L'efficacité de l'utilisation des cryogènes dans une usine de transformation utilisant un congélateur à immersion pourrait être améliorée en utilisant les vapeurs d'azote froid provenant de l'échappement du congélateur à immersion dans un congélateur cryogénique en aval (congélateur à tunnel/congélateur à spirale).

 

Les limites de l’azote liquide dans la congélation des aliments

 

Bien que le froid cryogénique offre de nombreux avantages, tels qu'un investissement initial et des coûts de maintenance plus faibles, il est associé à des coûts d'exploitation plus élevés en raison de la consommation d’azote liquide en tant qu'agent de refroidissement direct. La comparaison des coûts d'exploitation entre la congélation cryogénique et la congélation mécanique est compliquée en raison des variations géographiques et de la volatilité saisonnière des prix de l'électricité, une augmentation des coûts de l'électricité ayant un impact plus important sur l'économie du processus de congélation mécanique que sur celle de la congélation cryogénique. Dans une étude comparative où le coût de l'électricité était de 0,047 €/kWh et le coût de l'azote liquide de 0,08 €/kg, un coût plus élevé de 0,07 €/kg de produit a été rapporté pour la cryocongélation du bœuf haché contre 0,01 €/kg de produit pour la congélation mécanique^[17]. Le coût global de la transformation favorise toutefois la cryotechnologie dans cette évaluation en raison de l'amélioration de la qualité (0,14 €/kg de produit pour la cryocongélation contre 0,28 €/kg de produit pour la congélation mécanique^[17]). Actuellement, le processus de congélation par azote liquide est limité aux produits de grande valeur tels que les produits transformés à base de volaille/viande, les fruits de mer et les fruits facilement périssables (fraises, framboises, etc.), car l'amélioration de la qualité et la valeur ajoutée résultant de l'utilisation de l'azote liquide peuvent compenser les coûts supplémentaires liés à sa consommation.

 

Bien que l’azote liquide ait été généralement acceptée dans l'industrie alimentaire pour mieux préserver la qualité des aliments congelés, certaines études ont indiqué une détérioration de la qualité avec la congélation à l’azote liquide par rapport aux techniques de congélation conventionnelles, en particulier la fissuration des produits à des taux de congélation élevés. La couche extérieure est initialement congelée au cours du processus de congélation des aliments, tandis que le front de congélation se déplace progressivement vers l'intérieur du produit. Alors que le changement de phase de l'eau en glace est associé à une expansion volumétrique, le refroidissement de la couche congelée est associé à une contraction volumétrique. Il en résulte une contrainte de traction vers l'extérieur (sur la couche extérieure congelée) et une contrainte de compression vers l'intérieur (sur les couches intérieures en cours de congélation). Dans le processus de congélation cryogénique, les taux de congélation élevés ne laissent pas suffisamment de temps pour la dissipation des contraintes à l'intérieur du produit, ce qui peut parfois entraîner la formation de fissures dans le produit congelé ^[21]. Les recherches effectuées sur un système cryogénique à l'échelle du laboratoire ont systématiquement observé des fissures dans les produits ayant une porosité plus faible et une densité plus élevée (par exemple, la margarine et le beurre). En revanche, aucune fissure n'a été observée au cours de la cryo-congélation dans les produits présentant une porosité plus élevée et une densité plus faible (baguette de pain, gâteau quatre-quarts, etc.) ^[22]. Cela a été attribué à une meilleure dissipation du stress dans les produits à porosité accrue, ainsi qu'à une densité plus faible résultant d'une teneur en eau plus basse dans les aliments ^[22].

 

Enfin, l'adoption des technologies cryogéniques nécessite un approvisionnement ininterrompu en azote liquide pour les installations de transformation des aliments ^[23]. En fonction de leur taux de consommation d’azote liquide, les entreprises de transformation alimentaire ont le plus souvent recours à des réservoirs de stockage en vrac sur site, remplis à l'aide de remorques d’azote liquide. L'accès à un approvisionnement fiable en azote liquide de qualité alimentaire conforme aux normes réglementaires et industrielles applicables (par exemple ISO 22000 et FSSC 22000) est donc une condition préalable à l'adoption des technologies cryogéniques à l’azote liquide dans l'industrie alimentaire et des boissons.

 

L’azote liquide pour l’inertage des emballages

 

Le taux d'expansion volumétrique élevé et l'inertie chimique de l’azote liquide permettent de l'utiliser dans des applications d'emballage de boissons non gazeuses. Une fois que les bouteilles sont remplies de produit, il est nécessaire de préserver leur intégrité structurelle pendant le stockage et le transport. C'est un défi dans le cas des bouteilles en PET, qui sont largement préférées en raison de leur légèreté, mais qui ont tendance à s'affaisser sous le poids (par exemple, lorsqu'elles sont empilées). Le dosage renforcement des bouteilles avec des quantités contrôlées d’azote liquide met ces bouteilles sous pression en raison de la forte expansion volumétrique de l’azote liquide. Des tuyères cryogéniques individuelles sont utilisées dans les applications d'inertage des emballages qui exigent un dosage précis d’azote liquide. Tout en préservant la stabilité de ces bouteilles ^[24], le dosage d’azote liquide crée également un environnement inerte dépourvu d'oxygène à l'intérieur de l'emballage, protégeant ainsi son contenu de l'oxydation ou de la détérioration microbienne due à des micro-organismes aérobies ^[24].

 

 

L’azote liquide pour la transformation des aliments

 

L’azote liquide pour le broyage des aliments

 

Les processus de broyage des épices impliquent une importante production de chaleur par friction. Il en résulte une perte de composés volatils du produit, qui sont essentiels à la saveur et à l'arôme des épices. La technologie de cryobroyage, dans laquelle l’azote liquide est injecté à des taux contrôlés durant le processus de broyage, permet de minimiser la perte de composés volatils et d'huiles essentielles du produit broyé. Ce résultat est obtenu grâce à l'élimination de la chaleur accumulée au cours du processus de broyage. En outre, le contact direct avec l’azote liquide rend le matériau cassant et plus facile à broyer, ce qui réduit les coûts d'exploitation et la distribution de la taille des particules ^[25]. L'utilisation de l’azote liquide pour maintenir la température pendant le broyage est également adoptée dans les processus de mélange de la viande, dans lesquels des températures élevées peuvent augmenter le risque de croissance microbienne.

 

 

La plupart des procédés cryogéniques de broyage et de mélange d'aliments adoptent une méthode d'injection par le bas pour l'injection d’azote liquide, dans laquelle l’azote liquide est combiné avec les matériaux alimentaires à travers une tuyère en contact avec le produit. Dans cette approche, le gaz N₂ froid généré entre en contact avec le produit et le transfert de chaleur sensible contribue de manière significative à l'effet de refroidissement global ^[17], ce qui permet une utilisation plus efficace du cryogène. Toutefois, certaines conceptions de tuyères d'injection par le bas peuvent être propices à l’engorgement et à la contamination microbienne en raison d'un assainissement insuffisant. En outre, certains transformateurs préfèrent adopter une approche d'injection par le haut dans certaines applications afin d'éviter le contact direct entre les tuyères d’azote liquide et le produit.

 

L’azote liquide pour la réfrigération par aspersion et l'encapsulation

 

La production d'ingrédients alimentaires à valeur ajoutée bénéficie considérablement de l'adoption de technologies cryogéniques. Par exemple, la réfrigération par aspersion dans une atmosphère à base d’azote liquide est adoptée pour congeler et granuler les aliments périssables à partir de leur phase liquide ^[26]. Le processus appelé "cryocristallisation" pourrait également être utilisé pour la cristallisation de liquides à point de fusion élevé (comme les graisses, les huiles, etc.) afin d'obtenir les structures cristallines souhaitées pour les graisses de confiserie et les graisses végétales pour la boulangerie ^[17]. Dans ce procédé, l'aliment solide est d'abord chauffé pour le liquéfier, puis pulvérisé à travers une tuyère sous la forme d'un fin jet. L’azote liquide est injecté sous la tuyère, et le liquide d'alimentation est exposé à un flux à co-courant de liquide et de N₂ vaporisé. Dans une autre conception, l'alimentation liquéfiée pourrait être injectée à travers une plaque perforée munie de tuyères, l’azote liquide étant injecté dans une chambre séparée et le gaz N₂ froid entrant dans la chambre du liquide d'alimentation à contre-courant. Cela permet de maintenir la trajectoire verticale des gouttelettes de liquide individuelles, empêchant ainsi la coalescence des gouttes et donnant un produit avec des billes hautement monodispersées pour une utilisation en tant que compléments alimentaires ^[27].

 

La technique de refroidissement par pulvérisation utilisant l'azote liquide est également utile pour encapsuler des ingrédients alimentaires bioactifs ^[28] (tels que des nutriments, des conservateurs, des antioxydants, etc.) dans une matrice (comprenant de l'amidon ou des lipides) ^[29]. Les technologies de microencapsulation offrent plusieurs avantages, tels qu'une meilleure stabilité, une biodisponibilité accrue et une libération ciblée des composés bioactifs ^[30].

 

L’azote liquide pour les aliments spéciaux

 

La congélation ultra-rapide à l'aide d’azote liquide est utilisée dans l'industrie alimentaire pour produire des confiseries et des aliments spéciaux avec des motifs géométriques complexes, ce qui n'est pas possible avec les méthodes de congélation conventionnelles ^[31]. Cette technique est également utilisée pour fabriquer des barres de crème glacée à couches multiples, chaque couche étant congelée à l'azote liquide avant l'application de la couche suivante ^[17]. Pour la production de crèmes glacées, l'utilisation d’azote liquide pour la congélation permet d'obtenir une texture lisse et crémeuse en raison de la petite taille des cristaux d'eau et de graisse ^[32] et de la réduction de l'agrégation des cristaux ^[33].

 

L’azote liquide pour le test d’ingrédients alimentaires

 

Les techniques de calorimétrie différentielle à balayage (DSC) adoptées pour le test des ingrédients et l'évaluation des phases dans les opérations de transformation alimentaire reposent sur la cryostabilisation à l'aide d'azote liquide ^[34]. Les tests DSC jouent un rôle essentiel dans le maintien de conditions optimales pour la transformation, le stockage et le transport d'aliments et de divers dérivés végétaux/animaux grâce à la caractérisation de la température de transition vitreuse de leurs ingrédients.

 

L’azote liquide pour l’entreposage et le transport frigorifiques

 

L’adoption de l’azote liquide pour les applications de la chaîne du froid fait l'objet d'une attention accrue, notamment pour l’entreposage frigorifique et le transport à température contrôlée, qui est actuellement dominée par les cycles de compression de vapeur reposant sur des frigorigènes liquides. Les camions de transport frigorifiques sont conçus avec des compartiments multi-températures, ce qui permet de transporter simultanément des aliments dont les exigences en matière de température et d'humidité varient (par exemple, 13-18 °C pour les bananes, 0-1 °C pour la viande de bœuf, -3-1 °C pour les œufs) ^[35].

 

L'utilisation d’azote liquide pour les applications d’entreposage/transport frigorifiques fait appel à des réservoirs de stockage cryogéniques qui contiennent le cryogène et sont attachés au compartiment frigorifique. Le refroidissement cryogénique est alors réalisé de deux manières. Dans la première approche, des quantités contrôlées d’azote liquide sont injectées directement dans l'espace refroidi à l'aide de tuyères pour réguler les niveaux de température. Toutefois, en raison des problèmes de sécurité et de santé liés à un environnement anoxique, cette approche n'a qu'une application limitée. Une autre méthode en cours de commercialisation consiste à utiliser indirectement l’azote liquide comme frigorigène dans un échangeur de chaleur, l'air froid circulant en permanence dans les compartiments frigorifiques ^[36].

 

Les camions refroidis par cryogénie offrent plusieurs avantages par rapport aux transports frigorifiques basés sur le cycle de compression de vapeur qui utilisent des combustibles fossiles (diesel). Les frigorigènes utilisés dans le cycle à compression de vapeur (comme les HFC) ont un important potentiel de réchauffement planétaire (PRP) et peuvent poser des problèmes d'inflammabilité ^[37]. Des essais sur le terrain ont également démontré l'amélioration des performances et la réduction des coûts d'exploitation des camions frigorifiques refroidis par de l’azote liquide par rapport à une unité de refroidissement fonctionnant au diesel ^[36].

 

Liens utiles pour plus d’information

 

 

Remerciements

 

Ce document de synthèse a été préparé par Midhun Joy (Senior Research Scientist - R&D Life Sciences Group, Air Liquide) et Srinivas Vanapalli (University of Twente, membre de la commission A2 de l’IIF "Liquéfaction et séparation des gaz"). Les auteurs souhaitent exprimer leur gratitude à Bill Adams (Directeur - Food and Pharmaceutical Solutions, Airgas) pour sa contribution sur les systèmes cryogéniques industriels. Ce document a été mis en page et traduit en français par Monique Baha (département d’information scientifique et technique de l'IIF). Il a été relu par Nathalie de Grissac, sous la supervision de Jean-Luc Dupont (responsable du département d’information scientifique et technique).

 

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