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MONTPELLIER SUPAGRO THÈSE Pour l’obtention du grade de DOCTEUR DU CENTRE INTERN

MONTPELLIER SUPAGRO THÈSE Pour l’obtention du grade de DOCTEUR DU CENTRE INTERNATIONAL D’ÉTUDES SUPÉRIEURES EN SCIENCES AGRONOMIQUES Spécialité Génie des Procédés École doctorale : Sciences des Procédés-Sciences des Aliments COUPLAGE DE PROCÉDÉS MEMBRANAIRES POUR LA CLARIFICATION ET LA CONCENTRATION DU JUS DE POMME DE CAJOU : PERFORMANCES ET IMPACTS SUR LA QUALITE DES PRODUITS Présentée et soutenue publiquement le 17 décembre 2012 par SORO Doudjo JURY Mme Christelle WISNIEWSKY Professeur, Univ. Montpellier I Présidente Mme Marie-Laure LAMELOISE Professeur, AgroParisTech Massy Rapporteur Mme Martine MIETTON-PEUCHOT Professeur, Univ. Bordeaux II Rapporteur Mme Marie-Pierre BELLEVILLE Maître de conf. Univ. Montpellier II Examinateur M. Emmanuel Nogbou ASSIDJO Professeur, INP-HB Yamoussoukro Examinateur M. Dominique PALLET Chercheur, CIRAD-Montpellier Examinateur M. Manuel DORNIER Professeur, Montpellier SupAgro Directeur de thèse Je dédie cette thèse à Je dédie cette thèse à Je dédie cette thèse à Je dédie cette thèse à : : : : Feu Feu Feu Feu mon père Doméhéna mon père Doméhéna mon père Doméhéna mon père Doméhéna, décédé le 31 janvier 2001 ; Feue Feue Feue Feue ma mère Nakpofoloni ma mère Nakpofoloni ma mère Nakpofoloni ma mère Nakpofoloni, décédée le 17 février 2011 ; À À À À mon épouse Marie mon épouse Marie mon épouse Marie mon épouse Marie- - - -Laure Laure Laure Laure ; À À À À mes mes mes mes fille fille fille filles s s s Estelle Estelle Estelle Estelle, , , , Hermance Hermance Hermance Hermance et et et et Éliane Éliane Éliane Éliane. PUBLICATION ET COMMUNICATIONS PUBLICATION D. SORO, M. DORNIER, F. ABREU, E. ASSIDJO, B. YAO and M. REYNES (2011). “The cashew (Anacardium occidentale) industry in Côte d'Ivoire: analysis and prospects for development”. Fruits 66(4): p. 237-245. COMMUNICATIONS D. SORO, M. DELALONDE, C. WISNIEWSKI; M. DORNIER (2012). “Contribution to the optimization of clarification of cashew apple juices by tangential microfiltration: Identification of the foulant fractions and implementation of filterability tests”. International Conference on Membrane Science & Technology MST2012: Sustainable Energy and Environment. 22-23 August, Bangkok, Thaïlande. D. SORO, M. DELALONDE, C. WISNIEWSKI, M. DORNIER (2012). “Clarification of Cashew Apple Juice by Cross-flow Microfiltration: Foulant Fractions and Interest of Filterability Tests”. EFFoST annual Conference, 20-23 Novembre, Montpellier, France. REMERCIEMENTS Ce travail de recherche a été possible grâce au concours de personnes et d’institutions qui ont bien voulu m’aider durant mes quatre années de thèse. Je tiens à remercier M. Manuel DORNIER, Professeur à Montpellier SupAgro, pour avoir accepté de diriger cette thèse. Ses conseils, sa disponibilité et surtout sa promptitude à résoudre les problèmes ont été un atout pour moi. J’exprime ma reconnaissance à M. Max REYNES, Ex-Directeur de l’UMR-Qualisud pour m’avoir accueilli au sein de sa structure. Il a toujours trouvé les mots justes pour m’encourager à mener à bien ces travaux. Je remercie également M. Emmanuel ASSIDJO, Professeur à l’INP-HB, pour avoir accepté de co-diriger ces travaux. Ses encouragements fréquents m’ont motivé à mener à bien cette thèse. Mes vifs remerciements à M. Benjamin Kouassi YAO, Professeur à l’INP-HB et directeur du DFR-GCAA. Il a toujours été un modèle pour moi pour son sérieux au travail et sa capacité à rassembler le personnel de ce département. Aussi, je veux exprimer ici mes sincères remerciements à M. Dominique PALLET et Mme Marie-Pierre BELLEVILLE pour avoir accepté d’être dans mes différents comités de thèse. Leurs conseils et observations ont été très utiles pour l’orientation de ces travaux. Les conseils et orientations de Mmes Christelle WISNIEWSKI et Michèle DELALONDE sur la partie filtrabilité et détermination de la partie colmatante du jus de pomme de cajou ont été aussi d’une grande importance pour moi au cours de ces travaux. Je tiens à leur dire merci. Nous tenons à remercier les membres du jury en particulier Mmes Marie-Laure LAMELOISE et Martine MIETTON-PEUCHOT qui ont accepté d’examiner ce travail. J’adresse mes remerciements à mes collègues docteurs et doctorants du CIRAD et de l’INP-HB en particulier Mady CISSE, Ibrahima CISSE, Fernando ABREU, Mohamed CISSE, Clémentine KOUAKOU, Félix ADJE, Gueu SOUMAHORO, Florence NIAMKE, etc. En leur compagnie il était impossible de s’ennuyer. Nous prions Nadine LOPEZ, Jocelyne RENDA, Marie-Pierre OBEDE, Pascaline ALTER, Chantal CANALES d’accepter notre reconnaissance pour les efforts et moyens mis à notre disposition pour la réalisation de nos travaux. A M. Wafana SORO, conseiller d’éducation primaire, trouve ici mon infinie reconnaissance pour tout ce que tu as fait pour moi durant ma formation. Je tiens à remercier les structures que sont le cabinet du premier ministre de la Côte d’Ivoire, le CIRAD, le service de coopération et d’action culture de l’ambassade de France en Côte d’Ivoire, l’AUF, l’INP-HB, le Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique de la Côte d’Ivoire. Enfin je remercie Ms. Djibril OUATTARA et Daniel OUATTARA qui ont cru à mon projet en me trouvant les ressources financières nécessaires pour commencer ces travaux. Les résultats de ces travaux ne sont que le début de notre projet que nous avons toujours nourri de mettre en place depuis 2002. Je vous encourage à continuer à travailler ensemble pour que la valorisation de la pomme de cajou soit une réalité en Côte d’ivoire. LISTE DES FIGURES Figure 1 : Comparaison entre l'anacardier nain et l'anacardier commun. ................................... 6 Figure 2 : Cuisson des noix de cajou et amandes grillées. .......................................................... 7 Figure 3 : Diagramme de la transformation industrielle des noix de cajou. ............................... 9 Figure 4 : Différentes variétés de pommes de cajou cultivées en Côte d’Ivoire. ........................ 10 Figure 5 : Production de noix de cajou des différentes régions de la Côte d'Ivoire en tonnes en 2007 (Anonyme 2009). ............................................................................................................ 14 Figure 6 : Superficie en pourcentage de la culture des noix de cajou des différentes régions de la Côte d'Ivoire en 2007 (Anonyme 2009). .................................................................................. 14 Figure 7 : Production et exportation de noix de cajou en Côte d'Ivoire en tonnes de 1990 à 2008 (Anonyme 2009). ................................................................................................................ 15 Figure 8 : Circuit de commercialisation de la noix de cajou en Côte d'Ivoire (Diabaté 2002). .. 15 Figure 9 : Influence des paramètres opératoires sur la densité de flux de perméat (Jp) lors de la filtration tangentielle de jus de fruit : pression tansmembranaire (Ptm), vitesse tangentielle (U), température (T) et facteur de réduction volumique (FRV). .................................................. 26 Figure 10 : Schéma de principe de la microfiltration tangentielle. ............................................. 28 Figure 11 : Représentation schématique de la structure multicouche d'une membrane de NF. .. 33 Figure 12 : Principe de l'osmose inverse. .................................................................................... 34 Figure 13 : Représentation schématique des transferts à travers la membrane microporeuse hydrophobe en évaporation osmotique. ....................................................................................... 40 Figure 14: Angle de contact d'un liquide sur une surface lisse. .................................................. 43 Figure 15 : Les différentes variétés de pommes de cajou. .......................................................... 51 Figure 16 : Schéma d'extraction du jus pulpeux de pommes de cajou ........................................ 52 Figure 17 : Presse à vis (a) et jus pulpeux de pomme de cajou (b). ............................................ 53 Figure 18 : Ouverture entre le socle et la vis sans fin de la presse.............................................. 53 Figure 19 : Schéma de l’installation microfiltration de laboratoire utilisé. ................................ 61 Figure 20: Schéma du pilote semi-industriel de microfiltration tangentielle. ............................. 62 Figure 21 : Caractéristiques des trois types de jus de pomme de cajou traités pour l’évaluation des fractions colmatantes. ............................................................................................................ 64 Figure 22 : (a) CST-mètre Triton type 319 Multi-CST (Triton Electronics Limited.) et (b) cellule de filtration pressurisée de type Amicon (série 8010). ..................................................... 66 Figure 23 : Représentation graphique du temps par rapport au volume en fonction du volume lors de la filtration sur une cellule Amicon. ................................................................................. 67 Figure 24 : Schéma du pilote de laboratoire de nanofiltration et d'osmose inverse. ................... 68 Figure 25 : Schéma du pilote semi-industriel d'osmose inverse. ................................................ 68 Figure 26 : Schéma du pilote industriel d'évaporation osmotique EURODIA-CIRAD. ............ 70 Figure 27 : Boule de concentration sous vide AURIOL. ............................................................ 73 Figure 28 : Rendement d'extraction du jus de pomme de cajou en fonction du niveau de pression. ........................................................................................................................................ 74 Figure 29 : Profil aromatique des composés d’arôme du jus de pomme de cajou de Côte d'Ivoire. ......................................................................................................................................... 80 Figure 30 : Densité de flux de perméat durant la MFT du jus brut de pomme de cajou (JBSE09) à FRV 1 à différentes pressions transmembranaires (Ptm) sur un pilote de laboratoire (U = 6 m.s-1, T = 35 ± 2°C ; FRV 1). ......................................................................... 83 Figure 31 : Résistance hydaulique de colmatage (Rc) à différentes pressions transmembranaires (Ptm) lors de la MFT du jus de pomme de cajou (JBSE09) sur un pilote de laboratoire (U = 6 m.s-1, T = 35 ± 2°C; FRV 1). .......................................................................... 84 Figure 32 : Densité de flux de perméat (Jp) lors de la microfiltration tangentielle de différents lots de jus de pomme de cajou en fonction de la pression membranaire (Ptm) sur pilote de laboratoire (U = 6 m.s-1, T = 35 ± 2°C; FRV = 1). ....................................................................... 85 Figure 33 : Résistance hydraulique de colmatage (Rc) en fonction de la pression transmembranaire (Ptm) lors de la MFT de différents lots de uploads/Geographie/ couplage-de-procedes-membranaires-pour-l-pdf.pdf