Soutenance mémoire
GENERALITES SUR LE SECHAGE
Généralités
Par définition, le séchage est une opération qui permet d’enlever partiellement ou totalement l’eau d’un corps humide par évaporation de cette eau. L’opération de séchage doit être réalisée en optimisant la quantité de la chaleur nécessaire pour obtenir un produit de qualité avec la dépense globale d’énergie. Il se diffère par la source d’énergie utilisée (énergie fossile, électrique ou solaire) et par la manière dont s’effectue le transfert de chaleur au produit. Les raisons de séchage peuvent être regroupées comme suit :
– Faciliter la conservation des produits (en réduisant l’activité de l’eau) ;
– Diminuer la masse et le volume des produits pour réduire leur encombrement ;
– Donner une présentation, une structure au produit ;
– Modifier le produit dans sa forme, sa texture, sa qualité nutritionnelle et organoleptique.
Quelques terminologies
Activité de l’eau dans le produit
L’activité de l’eau dans le produit (Aw) est une grandeur liée à l’humidité du produit, utilisée pour évaluer la capacité avec laquelle un produit dans une atmosphère donnée se dégrade d’un point de vue biologique. On définit l’activité de l’eau dans le produit par le rapport de la pression partielle de vapeur d’eau à la surface du produit PVP à la pression de vapeur de l’air saturé PVS.
Isotherme d’adsorption et de désorption
➤ Relation entre la teneur en eau et l’activité de l’eau La courbe, donnant la teneur en eau (X en kg d’eau par kg de matière sèche) en fonction de l’activité de l’eau dans un produit pour une température donnée, est appelée isothermes de désorption (cas du séchage) ou d’adsorption (cas de la réhumidification) Pour chaque valeur de l’activité (Aw) d’un produit, l’isotherme donne la teneur en eau d’équilibre (Xeq) du produit à une température donnée. Ces deux courbes d’isothermes (Fig. ci-dessous) ont généralement des allures différentes (effet hystérésis) car le séchage d’un produit entraîne des modifications de structure et de porosité irréversible.
Les isothermes d’adsorptions/ désorption se composent en trois zones, chaque zone correspond à un mode de fixation particulier de l’eau sur le produit :
➤ Zone1 (Aw < 0.3) : correspond à l’eau « fortement liée » dite aussi eau de constitution. L’eau est intimement liée aux composantes biochimiques par des liaisons covalentes; cette eau n’est pratiquement pas disponible comme solvant ou réactif et correspond à la première couche (monocouche) qui entoure la matière sèche d’aliment.
➤ Zone2 (0.3<Aw<0.7): correspond à l’eau « faiblement liée », sous forme de couche poly moléculaire (multicouche) recouvrant partiellement la surface du substrat sec.
➤ Zone3 (Aw>0.7): correspond à l’eau « libre » ou eau « liquide » qui n’est retenue à la surface du substrat sec que par des liaisons hydrogènes. Cette eau est disponible tant comme solvant que réactif. C’est uniquement sous cette forme que l’eau est utilisée par les micro-organismes et peut permettre les réactions enzymatiques.
Période de mise en température (région a)
Cette période est généralement très courte au regard du temps de séchage global. Quand un produit d’une température de surface Ts et d’une pression partielle de vapeur d’eau Ps est brassé par un courant d’air chaud, des échanges de chaleur et de matière ont lieu entre le produit et l’air asséchant. Pour être emportées sous forme de vapeur, les quantités d’eau contenues dans le produit exigent un apport correspondant de l’énergie de vaporisation. L’excès de chaleur fourni par l’air amène le produit à s’échauffer davantage jusqu’à atteindre la température du bulbe humide caractéristique de l’environnement séchant.
Période à allure constante (région b)
Cette période de séchage à vitesse constante correspond à l’évaporation du liquide superficielle. Elle n’existe si une pellicule d’eau libre existe en surface du produit. L’activité de l’eau à la surface du produit (AWS) est alors égale à 1 et le séchage consiste en une évaporation isenthalpique de l’eau. La température de surface du produit correspond à la température humide de l’air asséchant. C’est la température à laquelle le flux de chaleur amené par l’air est égal au flux thermique nécessaire à l’évaporation de l’eau. La vitesse de séchage dépend uniquement des conditions externes telles que l’humidité de l’air, sa température sèche et sa vitesse de circulation.
Période de ralentissement (région c)
Cette période est caractérisée par une diminution de la vitesse de séchage. Le ralentissement de la vitesse de séchage est du aux contraintes de la migration de l’eau de l’intérieur du produit vers sa surface. Il est expliqué par les phénomènes suivants :
– Disparition de l’eau libre en surface de produit : La zone d’évaporation « front de séchage » qui se trouvait en surface se déplace vers l’intérieur du produit. En amont de cette zone, il y a migration de l’eau libre, tandis qu’en aval c’est l’eau liée et la vapeur d’eau qui sont évacués. La brusque réduction de la surface effective de transfert due à une alimentation insuffisante en eau libre est la cause de ce ralentissement.
– L’épaisseur du produit : si cette épaisseur est de plus en plus croissante, cela signifie que la vapeur d’eau doit traverser un parcours plus long expliquant ainsi et en grande partie ce ralentissement de l’allure de séchage.
– La diffusivité de l’eau dans le produit : elle varie avec la teneur du produit en eau, plus ce dernier est sec, moins il devient perméable à l’eau.
– La résistance mécanique des parois cellulaires intactes : Les parois cellulaires intactes empêchent la vapeur d’eau de passer en grande quantité à l’extérieur du produit.
– Le croutage : Certains composés solubles notamment les sucres et les sels accompagnent l’eau évaporée pendant la période à allure constante (région b) et sont disposés à la surface. Ce phénomène appelé croutage est à l’origine de fortes concentrations en surface de ces composés solubles qui bouchent les pores du produit. L’accumulation et l’assèchement de ces solutés imperméabilisent la surface du produit.
Influence des paramètres de l’air sur la vitesse de séchage
Influence de la température de l’air
La température de l’air asséchant influe considérablement sur la vitesse de séchage. Cette influence est due à l’apport de chaleur au produit qui croit avec la température de l’air. Elle est aussi due à la température du produit qui est d’autant plus importante que la température de l’air élevée. Par conséquent, les vitesses de diffusion de l’eau dans le produit augmentent avec la température.
Influence de la vitesse de l’air
La vitesse de l’air agit positivement sur la vitesse de séchage surtout au début de l’opération. Cependant, pour des produits dont la vitesse de séchage est contrôlée par la migration interne de l’eau, l’influence de la vitesse de séchage de l’air devient très faible.
Influence de l’humidité de l’air
La teneur en eau de l’air, joue un rôle important sur le comportement de la vitesse de séchage de certains produits. De même que pour la vitesse de l’air, cette influence est plus importante au début de séchage et diminue lorsque la température de l’air augmente.
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Table des matières
INTRODUCTION
PARTIE I : ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES
Chapitre I: GENERALITES SUR LE SECHAGE
I Généralités
II Quelques terminologies
1) Air humide
2) Solide humide
3) Activité de l’eau dans un produit
III Courbe de séchage
1) Période de séchage
2) Influence des paramètres de l’air sur la vitesse de séchage
Chapitre II: CLASSIFICATION DES DIFFERENTS MODES ET TYPES DE SECHOIRS
I Différents modes de séchages
1) Séchage directe ou séchage par convection
2) Séchage indirect ou séchage par conduction
3) Séchage par rayonnement
II Différents types de séchoirs
1) Caractéristique d’un séchoir
2) Différents types de séchoirs
3) Mode de transfert de chaleur et de masse au cours de séchage
PARTIE II : ETUDE ET CONCEPTION D’UN MINI SECHOIR ELECTRIQUE POUR LA MODELISATION D’UN SECHOIR SOLAIRE INDIRECT
Chapitre III: LE BREDE
I Le chou de chine
1) Définition et propriétés
2) Intérêt diététique
3) Mode de conservation
4) Utilisation
II Etapes du traitement du produit
1) Nettoyage
2) Triage
3) Parage
4) Coupage / tranchage
5) Blanchiment
6) Le prétraitement du chou de chine
Chapitre IV: CONCEPTION DU SECHOIR ELECTRIQUE
I Principe de fonctionnement
1) Schéma de principe
2) Processus expérimentale
II Eléments constitutifs du séchoir électrique
III Essai et résultat
Courbe de séchage pour « le chou de chine »
Chapitre V: MODELISATION DU SECHOIR SOLAIRE INDIRECT
I Principe de fonctionnement
1) Description du séchoir solaire
2) Principe de fonctionnement
II Dimensionnement du séchoir solaire
1) Capteur solaire
2) Chambre de séchage
III Calcul de l’énergie à fournir pour un période de séchage
1) Echanges thermiques dans une tranche de séchoir
2) Analogique électrique
3) Mise en équation
4) Résolution du système
IV Simulation informatique
1) Organigramme de simulation du séchoir
2) Résultat de la simulation et discussion
PARTIE III : EVALUATION ECONOMIQUE ET ETUDE D’IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
Chapitre VI: EVALUATION ECONOMIQUE
I Introduction
II Coûts de l’investissement
1) Investissement unité (I)
2) Capital fixe (CF)
3) Capital amortissable
4) Fond de roulement
III Chiffres d’affaires prévisionnels (CAP)
IV Charge liée à la production
V Bénéfices
VI Avantages de l’installation
Chapitre VII: REGARD SUR L’ENVIRONNEMENT
I Mise en contexte du projet
II Description du projet
III Impact négatif
IV Impact positif
V Mesures d’atténuations
CONCLUSION
