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HAL Id: hal-02790694 https://hal.inrae.fr/hal-02790694 Submitted on 5 Jun 2020

HAL Id: hal-02790694 https://hal.inrae.fr/hal-02790694 Submitted on 5 Jun 2020 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Eco conception des procédés alimentaires Comment réduire les consommations ? Geneviève Gésan-Guiziou To cite this version: Geneviève Gésan-Guiziou. Eco conception des procédés alimentaires Comment réduire les consom- mations ?. Workshop “ Agroalimentaire : Et si mon entreprise devait survivre dans un monde sans pétrole ? ”, Oct 2019, Bruxelles, Belgique. hal-02790694 Eco-conception des procédés alimentaires Comment réduire les consommations ? Geneviève Gésan-Guiziou INRA - Agrocampus Ouest UMR 1253 STLO “Science et Technologie du Lait et l’Oeuf” 65, rue de Saint-Brieuc – 35042 Rennes Cedex Tel. 33 2 99 28 53 25 – Fax 33 2 99 28 53 50 genevieve.gesan-guiziou@inra.fr www.rennes.inra.fr/stlo 1 Wagralim, Bruxelles, 25 Octobre 2019 2 Un exemple historique • Découverte des propriétés du plomb tétraéthyle (principal composant des produits antidétonants pour les carburants) Mais Saturnisme parmi les ouvriers de General Motors Plomb Tétraéthyle: Produit persistant, non-biodégradable Interdit dans l’UE depuis 2000 Thomas Midgley, Jr (1889-1944) Ingénieur mécanicien et chimiste américain (170 brevets) • « Inventeur » du fréon (chlorofluorocarbures ou CFC, gaz refrigérants non inflammables): à l’époque, les fuites de réfrigérateurs (ammoniac (NH3), chlorométhane (CH3Cl) ; dioxyde de soufre (SO2)) causaient de nombreux morts Mais . Responsable du « Trou dans la couche d’ozone » . ↗ cas de mélanomes dans les pays les plus exposés . Interdit par plusieurs protocoles internationaux depuis les années 80s 3 Ce que l’histoire retient … « Thomas Midgley Jr (…) eut plus d’impact sur l’atmosphère qu’aucun être vivant quelconque dans l’histoire de la planète » John R. Mc Neill (1954 - ) Historien de l’environnement Ce que nous retiendrons … Ne pas se concentrer uniquement sur les performances économiques et technologiques d’une innovation Prendre en compte – les performances environnementales (santé, écologie) – l’impact sur la société – le devenir du produit lors de son utilisation et en fin de vie Intégration du paramètre « environnement » dans la conception ou la re-conception d’un produit ou d’un procédé Qu’est ce que l’éco-conception ? Conception de produits / procédés durables (Eco-conception) Critères techniques Critères environnementaux Critères sociaux Critères économiques 4 Approche multicritère prise en compte sur tout le cycle de vie du produit / du procédé Démarche préventive Eco-conception : Définition (1) Production / Acquisition des matières premières Matières premières Transformation Produit Co-produit Distribution Utilisation Traitement en fin de vie Energie Eau Emissions air Emissions eau Déchets solides Ressources naturelles Cycle de vie 5 Eco-conception : Définition (2) Avant modifications Après modifications Impact X Impact X Matières 1ères Transformation Transformation Distribution Utilisation Distribution Valorisation Utilisation Valorisation 6 Identifier les points sensibles et les voies d’amélioration, en évitant ou en arbitrant les déplacements de pollution Matières 1ères Eco-conception : différents niveaux d’ambition Eco-efficacité Stratégie d’éco-conception Amélioration incrémentale Re-conception Innovation Même besoin Même usage Même besoin Nouveaux usages Nouveaux besoins Nouveaux usagesComplexité 7 Approches IAA Matières premières (Lait, lactosérum) Procédés de transformation Consommateur Produit Co-produits Usage non alimentaire Eau Energie Saumure L’industrie laitière Ingrédients Détergents NEP "Eaux de procédés" Approche préventive Approche curative Volume 50 - 95 % (0,5-5 L/L lait) Charge 0,5 - 5,0 gDCO/L Eaux résiduaires (9<pH<11) + Boue Eau purifiée 9 Quelles démarches en éco-conception ? Quelques exemples Incrémental – Au niveau des opérations de transformation • Opérations unitaires – Conduite / Maîtrise des opérations unitaires de transformation (ex: opération de filtration, séchage) – Au niveau du traitement des effluents / fluides techniques – Réduction des phases de nettoyage par meilleur suivi et régulation (ex: échangeur de chaleur) – Régénération des fluides techniques (solutions détergentes) Re-conception - Au niveau des opérations unitaires (innovations technologiques) - Au niveau des procédés (Agencement des opérations unitaires) Evaluation des impacts environnementaux des procédés, évaluation des opérations les plus génératrices d’impacts; proposition de voies alternatives (ex: Analyse de cycle de vie : optimisation multi-critères) DST Week 20- 24 April 2009 10 J = 76 L h-1 m-2 w = 100 Pa 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 120 140 Wall shear stress, w (Pa) Divergent runs Steady runs Casein micelles properties & Microfiltration performances Example : Critical Hydrodynamic Conditions Permeation flux, J (J/w)crit Fouling resistance Rf/Rm -LG transmission 0 20 40 60 80 0 5000 10000 Filtration time (s) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 20 40 60 80 0 5000 10000 Filtration time (s) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Fouling resistance Rf/Rm -LG transmission J = 38 L h-1 m-2 w = 100 Pa Ceramic membrane 0.1µm, UTP system, VRR=2, T= 50°C Le Berre et Daufin, 1996; Gésan-Guiziou et al., 1999; 2000 11 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 120 140 Wall shear stress, w (Pa) Divergent runs Steady runs Permeation flux, J (J/w)crit Irreversible deposition of casein micelles governs separation (permeability, protein transmission) Kerasep 0.1µm, UTP system, VRR=2, T= 50°C Gésan-Guiziou et al., 1999 Irreversible fouling Concentration polarization Casein micelles properties & Microfiltration performances Example : Critical Hydrodynamic Conditions 12 Pourquoi ? - Pas de méthodes permettant de déterminer a priori les paramètres de séchage et les propriétés des poudres => nécessité d’essais complexes et coûteux - Cause: Séchage non isenthalpe (séchage d'un eau "pure" dans des conditions idéales) 2 Air (entrée) Lit fluidisé Chambre Cyclones Poudre 0 2 Air (sortie) Air après chauffage 1 Concentré Séchage non isenthalpe 1 Causes : • Pertes énergétiques • Chaleur latente d’évaporation non constante mesurables L’eau du produit est ‘liée’ aux constituants à des degrés variables Entraînement nécessite un surcroît d’énergie Diminution des performances de séchage (écart à l’isenthalpe) Logiciel d’aide à la détermination des paramètres de séchage par atomisation 13 Question - Comment évaluer le surcroît d’énergie latente à apporter pour compenser la liaison des molécules d’eau/ matière ? - Comment prédire les paramètres de séchage et les caractéristiques du produit ? Difficulté - Complexité de la technologie - Restrictions d’accès et de mesure du séchage d’une gouttelette dans la chambre Originalité - Combiner bilans matière / énergie à 2 échelles: Echelle globale : séchage par désorption + « boîte noire » => paramètres du séchage Echelle locale : Reaction Engineering Approach (REA) => paramètres du produit (température et humidité finale de la poudre) Logiciel d’aide à la détermination des paramètres de séchage par atomisation PRODUCT H2o SENSOR mRH (%) – T (°C) PRODUCT H2o SENSOR mRH (%) – T (°C) Eau Concentré Point de divergence zéolithes Zéodratation Cinétique d’élimination d’eau Temps (h) Eau éliminée (mg) 10 100 1000 10000 100000 10 100 1000 10000 100000 Measured parameters Calculated parameters Débit concentré et poudre Température d’air entrée Humidité air de sortie r2 0.99 r2 0.95 r2 0.93 Paramètres mesurés Paramètres calculés Bilan d’énergie 50 produits testés 25 séchoirs de 5 kg.h-1 à 6 tonnes.h-1 de capacité évaporatoire Validation Bed drying +2% Eie losses -3% T°C [C] +70°C AH0(a) -12g/kg DA AH0(b) -12g/kg DA Total Solid +4% T°0 +30°C Eie Cost -2 cts$ 0 5 10 15 20 25 30 Energy Profit (%) [SM]; [SW] [ALW]; [Inf. M] [MPC/I]; [WPC/I] 16 Incrémental – Au niveau des opérations de transformation • Opérations unitaires – Conduite / Maîtrise des opérations unitaires de transformation (ex: opération de filtration, séchage) – Au niveau du traitement des effluents / fluides techniques – Réduction des phases de nettoyage par meilleur suivi et régulation (ex: échangeur de chaleur) – Régénération des fluides techniques (solutions détergentes) Re-conception - Au niveau des opérations unitaires (innovations technologiques) - Au niveau des procédés (Agencement des opérations unitaires) Evaluation des impacts environnementaux des procédés, évaluation des opérations les plus génératrices d’impacts; proposition de voies alternatives (ex: Analyse de cycle de vie : optimisation multi-critères) Quelles démarches en éco-conception ? Quelques exemples 17 Rationalisation du NEP Objectifs – Organiser, gérer selon des raisonnements et/ou des modes de calculs Création d ’« une boîte à outils d’aide à la décision » = capteurs, traceurs, traitement de données POUR un NEP moins coûteux avec une efficacité maintenue, voire améliorée – Réduire le durée totale du NEP (conception de l’installation; réduction de la durée des phases successives) – Réduire le volume des rejets (diminution des durées; tri avant recyclage, réutilisation, valorisation ultérieure) Stratégie pour maîtriser NEP  Analyse -> Maîtrise de l’existant Etape 1: connaissance équipement et procédé = plan global de l’installation Etape 2: capteurs (installation, étalonnage, incertitudes); traceurs Etape 3: base de données Excel – Conception base – Acquisition: capteurs; traceurs Etape 4: outils pour maîtriser la gestion du NEP = exploitation – Traitement des données – Contrôle - commande séquence révisée – Compromis durée encrassement - durée nettoyage  Prospective Valorisation des fluides: recyclage, uploads/Ingenierie_Lourd/ eco-conception-des-procedes-alimentaires.pdf