CONCEPTION DES CHAMBRES FROIDES POUR FRUITS ET LEGUMES

CARACTERISTIQUES GENERALES DES FRUITS ET LEGUMES

                    Bien qu’il soit difficile de trouver des statistiques précises et fiables, nous pouvons cependant affirmer que le marché de fruits et légumes est en accroissement, lent mais régulier, sur le plan mondial. Madagascar étant un pays tropical, il possède un potentiel de production dense de fruits et légumes mais peu exploité. En effet, pour promouvoir l’exploitation, il nous est nécessaire de connaître les caractéristiques relatives à ces denrées. Tout produit végétal est constitué d’un métabolisme. Tout fruit vit et respire, non seulement pendant sa culture dans le champ mais aussi après sa récolte. Le processus respiratoire se distingue par la destruction et oxydation des hydrates de carbone emmagasinés dans les tissus végétaux sous forme de sucre et d’acide. La respiration produit ainsi de la chaleur, des anhydrides carboniques, de la vapeur d’eau et quelques composants aromatiques. Plus intense est l’activité respiratoire d’un fruit, plus précoce est son vieillissement et par conséquent sa conservation devient plus difficile. Ces fruits et légumes peuvent être classés en climatériques et non-climatériques. Les fruits climatériques continuent de mûrir après la récolte, ce qui n’est pas le cas des nonclimatériques. Le processus de mûrissement comprend le développement de la couleur, de la flaveur et de la texture. Les principaux fruits tropicaux sont climatériques : banane, mangue, papaye, avocat, goyave… Tout au long de la phase de maturation, certains fruits et légumes peuvent produire de l’éthylène (orange, pêche, poireau, fraise) alors que d’autres sont sensibles à l’éthylène (choufleur, haricot vert, concombre) et ne peuvent être stockés dans la même chambre. L’éthylène peut aussi accélérer la maturation de certains fruits : poire, banane, pêche, … Ainsi après la récolte, certains fruits et légumes subissent des évolutions.

Les différents procédés actuels d’obtention du froid

Les mélanges réfrigérants : La dissolution de certains solides ou liquides dans un solvant absorbe une quantité de calories équivalent à sa chaleur latente de fusion. On peut utiliser environ vingt mélanges (avec deux ou plusieurs constituants), par exemple le mélange «neige + potasse».
Sublimation de certain solides : C’est notamment le cas de la neige carbonique qui se sublime à –78°C.
Évaporation d’un liquide pur : Elle s’accompagne d’une absorption d’une quantité de chaleur équivalent à la chaleur latente d’évaporation. Elle est à l’origine de deux procédés les plus employés : les machines à compression et les machines à absorption.
Détente d’un gaz : La simple détente d’un gaz à travers un orifice étroit absorbe des calories, on peut utiliser l’air comme agent réfrigérant agissant sur l’eau à travers un échangeur, toutefois, le rendement est mauvais.
Effet Peltier : Ce procédé consiste à faire passer du courant dans un sens donné, dans une jonction , entre deux surfaces conductrices de nature différente (métaux ou semiconducteurs). Il en résulte un refroidissement dans l’une des parties de la jonction. C’est un moyen très simple, de faible rendement, utilisé notamment dans les véhicules spatiaux et dans les petits réfrigérateurs de laboratoire.
La désaimantation adiabatique : Ce procédé, fondé sur les travaux de Curie, de Wess, de Giauque et de Debye, consiste à aligner, au moyen d’un champ magnétique puissant, les dipôles magnétiques des atomes d’une substance paramagnétique. Cet alignement provoque un dégagement de chaleur ,qui est transféré à un bain d’hélium liquide où baigne la substance. On interrompt ensuite le champ tout en supprimant le contact avec l’hélium liquide. Les dipôles, en perdant leur alignement, provoquent l’absorption d’une grande quantité de chaleur qui ne peut être prise qu’à la substance elle-même qui se refroidit. En répétant l’opération on peut abaisser la température jusqu’à 0,001K. Il existe une variante de cette technique : la désaimantation adiabatique nucléaire,qui consiste à agir de façon similaire sur les dipôles de noyaux et non plus d’atome. C’est par ce moyen que les températures les plus basses, de l’ordre de micro kelvin ont pu être atteintes.

Les différents types d’entreposage en atmosphère contrôlée

Entreposage à atmosphère contrôlée normale : Normalement, l’air est composé de 78% d’azote, de 21% d’oxygène, de 0,01 à 0,1 % de CO2 et de quantités minimes de plusieurs autres gaz. En atmosphère contrôlée normale, la teneur en oxygène peut être abaissée jusqu’à 5% et celle du gaz carbonique portée à 1%.
Entreposage en atmosphère appauvrie en oxygène : Encore au stade de la recherche, l’entreposage en atmosphère appauvrie en oxygène est une méthode qui permet de préserver la fermeté des fruits et légumes et de les conserver jusqu’à 12 mois. L’entreposage en milieu très pauvre en oxygène se fait dans des chambres étanches à l’air, la teneur en oxygène de l’entrepôt est réduite aux alentours de 1 à 1,5 %.
Entreposage en atmosphère appauvrie en éthylène : L ‘éthylène est un gaz qui agit à la façon d’une hormone de mûrissement. Ce gaz est généré et dégagé par le fruit et son action est autocatalytique. Dans cette méthode on essaie de réduire au maximum le taux de C2H4 dans la chambre. Pour cela deux méthodes sont employées actuellement : élimination chimique par oxydation de l’éthylène à l’aide du permanganate de potassium et la combustion catalytique du C2H4 sur un catalyseur à température élevée (200 à 680°C).
Atmosphère contrôlée rapide : L’entreposage sous atmosphère contrôlée rapide désigne un ensemble de procédures qui consistent à réduire au minimum les étapes de chargement d’une chambre qui s’effectuent de la récolte au champ jusqu’à la mise en régime gazeux dans la chambre. Le choix du type d’atmosphère à employer est selon le genre de produit à conserver. Les avantages sont nombreux : réduction de 30% du métabolisme respiratoire et meilleur maintien de la dureté.
Atmosphère modifiée : En entreposage sous atmosphère modifiée, la composition de l’atmosphère diffère de celle de l’air mais elle n’est pas contrôlée à des niveaux précis. L’atmosphère modifiée peut être réalisée à l’aide d’une pellicule en plastique qui enveloppe les contenants de produits destinés à l’expédition ou à la taille du fruit par enrobage. Dans les deux cas la composition gazeuse est établie par la seule respiration du produit. L’enrobage est posé par immersion ou par vaporisation et il agit tel une barrière à la surface du fruit pour empêcher en partie l’oxygène d’entrer dans le fruit et le gaz carbonique d’en sortir. En choisissant un enrobage approprié au produit à entreposer, il est possible de simuler diverses conditions comme en atmosphère contrôlée.
Atmosphère contrôlée programmée : De même que l’atmosphère contrôlée mais, on modifie l’atmosphère en cours d’utilisation de la chambre.

Présentation de MATLAB

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• le calcul numérique pour des résultats rapides et précis
• les graphiques pour visualiser et analyser vos données
• un langage et un environnement de programmation interactifs
• des outils pour concevoir des interfaces utilisateur graphiques (GUI) personnalisées
• l’intégration avec des applications externes en C, C++, Fortran, Java, composants COM et Excel
• la prise en charge de l’importation de données à partir de fichiers et de périphériques externes et l’utilisation d’E/S fichiers de bas niveau (plus l’accès à d’autres bases de données et d’autres matériels grâce à des produits complémentaires)
• la conversion d’applications MATLAB en C et C++ avec Compiler Grâce à cette gamme étendue de fonctionnalités, MATLAB est une base idéale pour le développement de solutions à des problèmes techniques

Table des matières

INTRODUCTION
PARTIE 1 : BASES THEORIQUES
Chapitre I : Caractéristiques générales des fruits et légumes
Chapitre II : Les différentes méthodes de conservation
II 1 – Conservation par la chaleur
II 11 – La pasteurisation
II 12 – La stérilisation ou appertisation
II 13 – Le sous-vide
II 14 – La déshydratation ou dessiccation
II 15 – L’ionisation
II 2 – Conservation par le froid
II 21 – Historique
II 22 – Les différents procédés actuels d’obtention du froid
II 221 – Les mélanges réfrigérants
II 222 – Sublimation de certains solides
II 223 – Évaporation d’un liquide pur
II 224 – Détente d’un gaz
II 225 – Effet Peltier
II 226 – La désaimantation adiabatique
II 23 – Les techniques de conservation en froid industriel
II 231 – Lyophilisation
II 232 – Réfrigération
II 233 – Congélation
II 234 – La surgélation
II 235 – Conservation en atmosphère contrôlée
II2351 – Historique
II2352 – Les différents types d’entreposage en atmosphère contrôlée
II23521 – Entreposage à atmosphère contrôlée normale
II23522 – Entreposage à atmosphère appauvrie en oxygène
II23523 – Entreposage à atmosphère appauvrie en éthylène
II23524 – Atmosphère contrôlée rapide
II23525 – Atmosphère modifiée
II23526 – Atmosphère contrôlée programmée
II 24 – Les conditions d’entreposage des fruits et légumes par le froid
II241 – Entreposage en froid positif
Chapitre III : Notion sur les modes de transfert de chaleur et leurs applications sur le froid
III 1 – Les trois modes de transfert thermique
III 11 – Conduction
III 12 – Convection
III 13 – Rayonnement
III 2 – Les trois modes en même temps sur une paroi plane composite (chambre froide)
III 3 – Application de la production du froid
III 31 – Cycle à absorption
III 32 – Cycle à compression
III 321 – Les quatre éléments principaux d’une machine à compression
a – Compresseur
b – Condenseur
c – Évaporateur
d – Détendeur
PARTIE 2 : CALCUL ET DIMENSIONNEMENT DES CHAMBRES FROIDES
Chapitre I : Conservation sur chambre froide à température négative
I 1 – Chambre froide à température négative sur la région d’Antsirabe
I 11 – Détermination de l’épaisseur des bétons
I 12 – Détermination de l’épaisseur des panneaux
I 13 – Détermination de l’épaisseur de la porte
I 14 – Calcul du bilan thermique de la chambre
I 141 – Charges thermiques extérieures
I1411 – Charge thermique par transmission à travers les murs
I1412 – Charge thermique par transmission à travers le plafond
I1413 – Charge thermique par transmission à travers le sol
I1414 – Charge thermique par renouvellement de l’air
I1415 – Charge thermique par ouverture de la porte
I 142 – Charges thermiques intérieures
I1421 – Charge thermique de l’éclairage
I1422 – Charge thermique due aux personnels
I1423 – Charge thermique due aux denrées
I1424 – Charge thermique due à la respiration des denrées
I1425 – Charge thermique due à la résistance de la porte
I 143 – Charge thermique totale
I 15 – Calcul de la puissance de l’évaporateur
I 151 – Vérification de la puissance de l’évaporateur
I1511 – Charge thermique due aux ventilateurs de l’évaporateur
I1512 – Charge thermique due aux résistances de dégivrage
I1512 – Puissance effective de l’évaporateur
I 16 – Calcul de la puissance absorbée du compresseur
I 17 – Choix du compresseur
I 18 – Calcul de la puissance du condenseur
I 19 – Calcul de la tuyauterie
I 191 – Calcul de la tuyauterie d’aspiration
I1911 – Vérification de la chute réelle de température
I1912 – Vérification de la vitesse d’écoulement
I 192 – Calcul de la tuyauterie de refoulement
I1921 – Vérification de la chute réelle de température
I1922 – Vérification de la vitesse d’écoulement
I 193 – Calcul de la tuyauterie de liquide
I1931 – Vérification de la chute réelle de température
I1932 – Vérification de la vitesse d’écoulement
I 110 – Calcul du détendeur
I 111 – Circuit fluidique
I 112 – Schéma électrique
I 1121 – Circuit de commande
I 1122 – Circuit de puissance
I 2 – Chambre froide à température négative sur la région de Majunga
I 21 – Détermination de l’épaisseur des panneaux
I 22 – Détermination de l’épaisseur de la porte
I 23 – Calcul du bilan thermique de la chambre
I 24 – Calcul de la puissance de l’évaporateur
I 241 – Vérification de la puissance de l’évaporateur
I 25 – Calcul de la puissance absorbée du compresseur
I 26 – Choix du compresseur
I 27 – Calcul de la puissance du condenseur
I 28 – Calcul de la tuyauterie
I 281 – Calcul de la tuyauterie d’aspiration
I2811 – Vérification de la chute réelle de température
I2812 – Vérification de la vitesse d’écoulement
I 282 – Calcul de la tuyauterie de refoulement
I2821 – Vérification de la chute réelle de température
I2822 – Vérification de la vitesse d’écoulement
I 283 – Calcul de la tuyauterie de liquide
I2831 – Vérification de la chute réelle de température
I2832 – Vérification de la vitesse d’écoulement
I 29 – Calcul du détendeur
Chapitre II : Conservation sur chambre froide sous atmosphère contrôlée normale
II 1 – Chambre froide sous atmosphère contrôlée sur la région d’Antsirabe
II 11 – Détermination de l’épaisseur des panneaux
II 12 – Détermination de l’épaisseur de la porte
II 13 – Calcul du bilan thermique de la chambre
II 131 – Charges thermiques extérieures
II1311 – Charge thermique par transmission à travers les murs
II1312 – Charge thermique par transmission à travers le plafond
II1313 – Charge thermique par transmission à travers le sol
II1314 – Charge thermique par renouvellement de l’air
II1315 – Charge thermique par ouverture de la porte
II 132 – Charges thermiques intérieures
II1321 – Charge thermique de l’éclairage
II1322 – Charge thermique due aux personnels
II1323 – Charge thermique due aux denrées
II1324 – Charge thermique due à la respiration des denrées
II 133 – Charge thermique totale
II 14 – Calcul de la puissance de l’évaporateur
II 141 – Contrôle de la puissance prévisionnelle de l’évaporateur
II1411 – Charge thermique due aux moteurs des ventilateurs de l’évaporateur
II1412 – Charge thermique due aux résistances de dégivrage
II1413 – Puissance effective de l’évaporateur
II 15 – Calcul de la puissance absorbée du compresseur
II 16 – Choix du compresseur
II 17 – Calcul de la puissance du condenseur
II 18 – Calcul de la tuyauterie
II 181 – La tuyauterie d’aspiration
II 182 – La tuyauterie de refoulement
II1 83 – La tuyauterie liquide
II 19 – Calcul de la chute de pression au niveau du détendeur
II 110 – Circuit fluidique
II 111 – Schéma électrique
II 121 – Circuit de commande
II 122 – Circuit de puissance
II 2 – Chambre froide sous atmosphère contrôlée sur la région de Majunga
II 21 – Détermination de l’épaisseur des panneaux
II 22 – Détermination de l’épaisseur de la porte
II 23 – Calcul du bilan thermique de la chambre
II 24 – Calcul de la puissance de l’évaporateur
II 241 – Contrôle de la puissance prévisionnelle de l’évaporateur
II 25 – Calcul de la puissance absorbée du compresseur
II 26 – Choix du compresseur
II 27 – Calcul de la puissance du condenseur
II 28 – Calcul de la tuyauterie
II 281 – La tuyauterie d’aspiration
II 282 – La tuyauterie de refoulement
II 283 – La tuyauterie liquide
II 29 – Calcul de la chute de pression au niveau du détendeur
Chapitre III : Conception d’un logiciel de calcul pour le dimensionnement d’une chambre froide
III 1 – Présentation de MATLAB
III 2 – Présentation du logiciel
III 3 – Exemple de calcul
PARTIE 3 : ELABORATION D’UN MANUEL TYPE
1 – Introduction
2 – Présentation du modèle de calcul
21 – Dimensionnement de l’évaporateur
211 – Charges thermiques extérieures
212 – Charges thermiques intérieures
213 – Charge thermique totale
22 – Exploitation du cycle frigorifique
23 – La puissance de l’évaporateur / compresseur
24 – La puissance du condenseur
3 – Conclusion
CONCLUSION GENERALE

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