Mise en œuvre des matières agroalimentaires 1 (Traité MIM série Polymères)

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L'industrie alimentaire, acteur majoritaire de l'alimentation de l'Homme moderne, innove en permanence, vers des produits de plus en plus éloignés des matières premières prises dans leur forme agronomique primitive. L'adaptation rapide des procédés et des outils est un enjeu primordial pour pouvoir conférer à l'aliment les propriétés d'usage recherchées.
Cette problématique est au coeur de l'ouvrage Mise en oeuvre des matières agroalimentaires qui s'efforce de donner les éléments d'une meilleure conception des opérations et de leur exploitation. L'accent porte tout particulièrement sur la maîtrise des relations des propriétés d'usage des produits, ou propriétés technologiques, avec les conditions de fonctionnement des opérations.
Mise en oeuvre des matières agroalimentaires montre comment les concepts issus de sciences de l'ingénieur peuvent être appliqués avec succès à ce domaine, tout en traçant leurs limites pour ce champ d'applications.
Chapitre 1. Pour une recherche sur la mise en œuvre des matières agroalimentaires -P. COLONNA, G. DELLA VALLE. Introduction, définitions. La recherche. Chapitre 2. Séparations dans les liquides alimentaires et biologiques -V. ATHES, M. BES, H. CARRERE, M. MARIN, I. SOUCHON. Introduction. Opérations mécaniques. Séparation par partage avec une phase externe au produit : extraction par solvant. Mise en œuvre d'un changement d'état : la distillation. Techniques à membrane. Conclusion. Bibliographie. Chapitre 3. Fractionnement des matières premières végétales -F. MABILLE, J. ABECASSIS. Introduction. Exemple de procédé de fractionnement : la mouture. Technologie de fractionnement. Variabilité des produits biologiques et nécessité d'une caractérisation rhéologique. Structuration des résultats du fractionnement. Bibliographie. Chapitre 4. Traitement par l'air et aéraulique -P.-S. MIRADE, A. KONDJOYAN, J.-D. DAUDIN, A. LEBERT. Introduction. Caractérisation des phénomènes physiques. Exemples d'opérations industrielles. Bibliographie. Chapitre 5. Émulsification -L. CHOPLIN, Ph. MARCHAL, V. SADTLER, D. DELLA VALLE. Introduction. Formulation des émulsions. Mécanismes de base dans la formation des émulsions. Procédés d'émulsification. Caractérisation des émulsions. Applications alimentaires. Conclusion. Bibliographie. Index.

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Date de parution 11 septembre 2006
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EAN13 9782746242593
Langue Français

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Mise en œuvre des matières agroalimentaires 1



































© LAVOISIER, 2006
LAVOISIER
11, rue Lavoisier
75008 Paris

www.hermes-science.com
www.lavoisier.fr

ISBN volume 1 2-7462-1537-3
ISBN général 2-7462-1240-4


Le Code de la propriété intellectuelle n'autorisant, aux termes de l'article L. 122-5, d'une part,
que les "copies ou reproductions strictement réservées à l'usage privé du copiste et non
destinées à une utilisation collective" et, d'autre part, que les analyses et les courtes citations
dans un but d'exemple et d'illustration, "toute représentation ou reproduction intégrale, ou
partielle, faite sans le consentement de l'auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause, est
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soit, constituerait donc une contrefaçon sanctionnée par les articles L. 335-2 et suivants du
Code de la propriété intellectuelle.
Tous les noms de sociétés ou de produits cités dans cet ouvrage sont utilisés à des fins
d’identification et sont des marques de leurs détenteurs respectifs.


Printed and bound in England by Antony Rowe Ltd, Chippenham, September 2006.






Mise en œuvre


des matières

agroalimentaires 1








sous la direction de

Paul Colonna
Guy Della Valle
















Il a été tiré de cet ouvrage
30 exemplaires hors commerce réservés
aux membres du comité scientifique,
aux auteurs et à l’éditeur
numérotés de 1 à 30
Mise en œuvre des matières agroalimentaires 1
sous la direction de Paul Colonna et Guy Della Valle
fait partie de la série POLYMERES





Le traité Mécanique et Ingénierie des Matériaux répond au besoin de
disposer d’un ensemble complet de connaissances et méthodes nécessaires à
la maîtrise de ce domaine.

Conçu volontairement dans un esprit d’échange disciplinaire, le traité MIM
est l’état de l’art dans les domaines suivants retenus par le comité
scientifique:
Alliages métalliques
Géomatériaux
Matériaux de construction
Méthodes numériques
Mise en forme des matériaux
Polymères

Chaque ouvrage présente aussi bien les aspects fondamentaux
qu’expérimentaux. Une classification des différents articles contenus dans
chacun, une bibliographie et un index détaillé orientent le lecteur vers ses
points d’intérêt immédiats : celui-ci dispose ainsi d’un guide pour ses
réflexions ou pour ses choix.

Les savoirs, théories et méthodes rassemblés dans chaque ouvrage ont été
choisis pour leur pertinence dans l’avancée des connaissances ou pour la
qualité des résultats obtenus.




A notre collègue Jean-Claude Leuliet.












Liste des auteurs


Alain KONDJOYAN
Joël ABÉCASSIS QuaPA
IATE – INRA INRA Clermont-Ferrand - Theix
Montpellier Saint-Genès-Champanelle

Violaine ATHÈS André LEBERT
INRA – INA PG QuaPA
Thiverval-Grignon INRA Clermont-Ferrand - Theix
Saint-Genès-Champanelle
Magali BES
UEPR – INRA Frédéric MABILLE
Gruissan IATE – INRA
Montpellier
Hélène CARRERE
LBE – INRA Philippe MARCHAL
Narbonne GEMICO
ENSIC
Lionel CHOPLIN Nancy
GEMICO
ENSIC Michèle MARIN
Nancy GMPA
INRA-INA PG
Paul COLONNA Thiverval-Grignon
CEPIA – INRA
NANTES Pierre-Sylvain MIRADE
QuaPA
Jean-Dominique DAUDIN INRA Clermont-Ferrand - Theix
QuaPA Saint-Genès-Champanelle
INRA Clermont-Ferrand - Theix
Saint-Genès-Champanelle Véronique SADTLER
GEMICO
Dominique DELLA VALLE ENSIC
LTN Nancy
ENITIAA
Nantes Isabelle SOUCHON
GMPA
Guy DELLA VALLE INRA-INA PG
BIA – INRA Thiverval-Grignon
Nantes





Table des matiŁres
Chapitre 1. Pour une recherche sur la mise en uvre
des matiŁres agroalimentaires.................................. 15
Paul COLONNA et Guy DELLA VALLE
1.1. Introduction, dØfinitions..................................... 15
1.1.1. Enjeux .............................................. 15
1.1.2. Contexte des industries alimentaires......................... 16
1.1.3. Forces motrices et besoins actuels .......................... 18
1.2. La recherche ............................................. 20
1.2.1. Industrielle........................................... 20
1.2.2. Publique 21
Chapitre 2. SØparations dans les liquides alimentaires et biologiques..... 23
Violaine ATH¨S, Magali BES, HØlŁne CARRERE, MichŁle MARIN
et Isabelle SOUCHON
2.1. Introduction 23
2.1.1. Les opØrations de sØparation .............................. 23
2.1.2. Place des sØparations dans les industries alimentaires et biologiques . . 25
2.2. OpØrations mØcaniques..................................... 29
2.2.1. DØcantation/centrifugation................................ 29
2.2.1.1. Objectifs et domaines dintØrŒt ......................... 29
2.2.1.2. Quelques fondements thØoriques........................ 30
2.2.1.3. Techniques industrielles et applications................... 32
2.2.2. Filtration frontale...................................... 35
2.2.2.1. Objectifs et domaines dintØrŒt 35
2.2.2.2. Quelques fondements thØoriques 36
2.2.2.3. Techniques industrielles et applications 38



















10 Mise en uvre des matiŁres agroalimentaires 1
2.3. SØparation par partage avec une phase externe au produit :
extraction par solvant.......................................... 40
2.3.1. Objectifs et domaines dintØrŒt............................. 40
2.3.2. Technologies dans les industries alimentaires et biologiques ....... 42
2.3.3. Le cas de lextraction par des fluides lØtat supercritique ......... 44
2.3.3.1. Historique et domaines dintØrŒt ........................ 44
2.3.3.2. L Øtat supercritique : quelques fondements thØoriques......... 44
2.3.3.3. SØlectivitØ dune extraction par un fluide supercritique ........ 46
2.3.3.4. L extraction solide CO supercritique................... 48 2
2.3.3.5. Conclusion........................................ 49
2.4. Mise en uvre dun changement dØtat : la distillation ............... 49
2.4.1. Objectifs et domaines dintØrŒt............................. 50
2.4.2. Quelques fondements thØoriques........................... 50
2.4.2.1. Les Øquilibres liquide-vapeur : cas des mØlanges idØaux ....... 51
2.4.2.2. Les Øquilibres liquide-vapeur : cas des mØlanges non idØaux.... 52
2.4.2.3. Courbe dØquilibre isobare ............................ 53
2.4.2.4. Techniques industrielles.............................. 55
2.4.2.5. Rectification laide dun troisiŁme corps ................. 59
2.5. Techniques membrane .................................... 60
2.5.1. GØnØralitØs........................................... 60
2.5.2. OpØrations de filtration tangentielle......................... 62
2.5.2.1. Principes ......................................... 62
2.5.2.2. Techniques industrielles 63
2.5.2.3. Micro, ultra et nano-filtration .......................... 66
2.5.2.4. Osmose inverse 69
2.5.2.5. Applications dans les industries alimentaires et biologiques..... 71
2.5.3. Autres forces motrices................................... 74
2.5.3.1. LØlectrodialyse.................................... 74
2.5.3.2. Pervaporation...................................... 80
2.5.3.3. Contacteurs membranaires ............................ 82
2.6. Conclusion .............................................. 88
2.7. Bibliographie ............................................ 88
Chapitre 3. Fractionnement des matiŁres premiŁres vØgØtales ......... 99
FrØdØric MABILLE et Joºl AB CASSIS
3.1. Introduction............................................. 99
3.2. Exemple de procØdØ de fractionnement : la mouture................. 100
3.2.1. Le procØdØ ........................................... 101
3.2.1.1. DØfinitions........................................ 101
3.2.1.2. Introduction et mØthodes anciennes ...................... 102
3.2.1.3. Le conditionnement ................................. 103
3.2.1.4. Les broyeurs ...................................... 104




















Table des matières 11
3.2.1.5. Séparation des fractions .............................. 106
3.2.2. Les produits du broyage.................................. 107
3.3. Technologie de fractionnement................................ 107
3.3.1. Les différents types de sollicitations ......................... 108
3.3.1.1. La compression .................................... 109
3.3.1.2. Le cisaillement..................................... 110
3.3.1.3. Les sollicitations par chocs ............................ 110
3.3.1.4. L’abrasion ........................................ 111
3.3.1.5. Les sollicitations mixtes .............................. 112
3.3.2. Modélisation du fractionnement 113
3.3.2.1. Description des sollicitations de broyage .................. 113
3.3.2.2. Approche matricielle (ou stochastique) du broyage ........... 114
3.3.3. Propriétés des fractions dans le comportement au broyage ......... 116
3.4. Variabilité des produits biologiques et nécessité
d’une caractérisation rhéologique ................................. 117
3.4.1. Caractérisation mécanique de l’albumen de blé ................. 119
3.4.2. Structure et modélisation de la matrice ....................... 121
3.4.3. Propriétés des tissus périphériques du grain.................... 124
3.5. Structuration des résultats du fractionnement...................... 125
3.6. Bibliographie ............................................ 126
Chapitre 4. Traitement par l’air et aéraulique 129
Pierre-Sylvain MIRADE, Alain KONDJOYAN, Jean-Dominique DAUDIN
et André LEBERT
4.1. Introduction ............................................. 129
4.2. Caractérisation des phénomènes physiques ....................... 131
4.2.1. Phénomènes physiques internes ............................ 131
4.2.1.1. Les équations et leurs résolutions........................ 131
4.2.1.2. Diffusivité apparente de l’eau .......................... 134
4.2.1.3. Activité de l’eau et isothermes de sorption ................. 136
4.2.2. Echanges à l’interface air/produits 140
4.2.2.1. Produit isolé....................................... 141
4.2.2.2. Ensembles de produits ............................... 146
4.2.3. Aéraulique des appareils industriels ......................... 149
4.2.3.1. Matériels et méthodes de mesure de l’aéraulique............. 149
4.2.3.2. Modélisation de l’aéraulique par mécanique des fluides numérique . . 152
4.2.3.3. Limites actuelles des études aérauliques d’appareils .......... 155
4.3. Exemples d’opérations industrielles ............................ 156
4.3.1. Air facteur d’hygiène ................................... 156
4.3.1.1. Analyse de la qualité de l’air ........................... 156
4.3.1.2. Les cas d’aérocontamination observés
dans les industries agroalimentaires 157



































12 Mise en uvre des matiŁres agroalimentaires 1
4.3.1.3. Protections contre laØrocontamination en agroalimentaire...... 158
4.3.2. RØfrigØration des viandes ................................ 160
4.3.2.1. Ecoulement dair dans les installations de rØfrigØration ........ 161
4.3.2.2. ModØlisation de la rØfrigØration du produit................. 164
4.3.3. Stockage et maturation des viandes et fromages ................ 165
4.3.3.1. SØchage des charcuteries.............................. 167
4.3.3.2. Hloir daffinage de fromages .......................... 171
4.4. Bibliographie ............................................ 175
Chapitre 5. Emulsification ..................................... 189
Lionel CHOPLIN, Philippe MARCHAL, VØronique SADTLER
et Dominique DELLA VALLE
5.1. Introduction ............................................. 189
5.2. Formulation des Ømulsions................................... 192
5.2.1. Stabilisation des Ømulsions. Les Ømulsifiants .................. 193
5.2.1.1. Les macromolØcules ................................. 195
5.2.1.2. Les solides divisØs .................................. 195
5.2.1.3. Les tensioactifs .................................... 196
5.2.2. Choix des Ømulsifiants 198
5.2.2.1. RŁgle de Bancroft 198
5.2.2.2. Balance hydrophile lipophile HLB ..................... 199
5.2.2.3. Limitations de la HLB ............................... 201
5.2.2.4. Courbure spontanØe 201
5.2.2.5. Concept du HLD ................................... 202
5.2.3. R le « mØcanique » des tensioactifs ......................... 204
5.2.3.1. ElasticitØ ......................................... 204
5.2.3.2. CinØtique dadsorption 206
5.2.4. Les Ømulsifiants alimentaires .............................. 208
5.2.4.1. RØglementation .................................... 209
5.2.4.2. Les diffØrents types dØmulsifiants alimentaires ............. 210
5.3. MØcanismes de base dans la formation des Ømulsions ............... 213
5.3.1. Le diamŁtre des gouttes : une caractØristique stratØgique .......... 213
5.3.2. Les propriØtØs physiques macroscopiques du milieu
au cours de lØmulsification ................................... 216
5.3.3. Les forces Ølectriques interparticulaires ...................... 217
5.3.3.1. Forces LW........................................ 219
5.3.3.2. Forces AB 220
5.3.3.3. Forces EL 221
5.3.3.4. RØsultante des forces interparticulaires et thØorie DVLO ....... 221
5.3.4. Les forces mØcaniques et les nombres sans dimension
intervenant dans la dispersion .................................. 223
5.3.5. Dispersion en rØgime laminaire ............................ 225

































Table des matiŁres 13
5.3.6. Dispersion en rØgime turbulent ............................ 232
5.4. ProcØdØs dØmulsification ................................... 241
5.4.1. Typologie et spØcificitØs ................................. 241
5.4.2. ProcØdØs continus ...................................... 243
5.4.2.1. Moulins collodaux.................................. 243
5.4.2.2. HomogØnØisateurs haute pression ....................... 244
5.4.2.3. HomogØnØisateurs jet dispersant 245
5.4.2.4. ProcØdØs utilisant des membranes microporeuses ............ 246
5.4.2.5. MØlangeurs statiques ................................ 247
5.4.2.6. Performances comparØes.............................. 248
5.4.3. ProcØdØs discontinus.................................... 249
5.4.3.1. Cuves agitØes « mono-outil »........................... 249
5.4.3.2. Cuves agitØes « multi-outils » .......................... 250
5.4.4. ProblØmatique de changement dØchelle ...................... 253
5.5. CaractØrisation des Ømulsions................................. 254
5.5.1. Analyse sensorielle ..................................... 255
5.5.2. Analyses thermique et enthalpique diffØrentielles ............... 257
5.5.3. Comptage............................................ 259
5.5.4. ConductivitØ.......................................... 260
5.5.5. DensimØtrie 261
5.5.6. Diffusion 262
5.5.6.1. Diffusion de lumiŁre 262
5.5.6.2. Spectroscopie corrØlation de photons.................... 263
5.5.6.3. Specte effet Doppler .......................... 264
5.5.6.4. Diffusion de neutrons ................................ 264
5.5.7. DilatomØtrie 265
5.5.8. Dilution ............................................. 265
5.5.9. Electroacoustique ...................................... 266
5.5.10. ElectrophorŁse ....................................... 267
5.5.11. Microscopie ......................................... 267
5.5.11.1. Microscopie optique 267
5.5.11.2. Microscopie Ølectronique ............................ 268
5.5.11.3. Microscopie force atomique ......................... 269
5.5.12. RØsonance magnØtique nuclØaire .......................... 269
5.5.13. RhØomØtrie.......................................... 270
5.5.14. SØdimentomØtrie ...................................... 273
5.5.15. SØparation 274
5.5.16. Spectroscopie diØlectrique ............................... 274
5.5.17. Spectroscopie ultrasonore 274
5.5.18. TensiomØtrie......................................... 275
5.5.19. ZŒtamØtrie 277
5.6. Applications alimentaires.................................... 277
5.6.1. Les « ptes fines » de viande .............................. 277




































14 Mise en uvre des matiŁres agroalimentaires 1
5.6.2. Les « ptes fines » de poisson ............................. 279
5.6.3. Les beurres et margarines ................................ 280
5.6.4. La mayonnaise ........................................ 284
5.6.5. Les mixes de crŁme glacØe 287
5.7. Conclusion .............................................. 289
5.8. Bibliographie ............................................ 290
Index ..................................................... 303












Chapitre 1
Pour une recherche sur la mise en uvre
des matiŁres agroalimentaires
1.1. Introduction, dØfinitions
1.1.1. Enjeux
PassØe depuis plus d une trentaine d annØes de lØconomie de pØnurie gØnØrale
(l aprŁs-guerre), celle de la surproduction agricole et de la diversitØ des produits,
lalimentation de lhomme dans nos sociØtØs dites dØveloppØes est aujourd hui
majoritairement dØpendante de la transformation industrielle des productions
agricoles de base. Cette mutation majeure dans nos modes de vie gØnŁre deux grands
types d Øvolutions :
le premier est liØ la « prØfØrence » exercØe par l acheteur de ces biens, qui
conduit lindustriel s organiser autour des procØdures et mØthodes qui lui
permettent de satisfaire cette exigence de qualitØ et de sØcuritØ alimentaires ;
le deuxiŁme conduit lindustrie alimentaire, acteur devenu majoritaire de
lalimentation de lHomme moderne, innover en permanence, vers des produits qui
s Øloignent de plus en plus des matiŁres premiŁres prises dans leur forme
agronomique primitive. Cette Ølaboration continue de produits, soit inspirØe de
cultures alimentaires traditionnelles (mondiales), soit gØnØrØe en rupture des modes
de prØparation empiriques, se dØcline en recettes mises au point dans des structures
dites de R&D, puis adaptØes la production industrielle et ses procØdØs.

Chapitre rØdigØ par Paul COLONNA et Guy DELLA VALLE. �




16 Mise en uvre des matiŁres agroalimentaires 1
Des enjeux industriels induits par cette situation, et par la concurrence, portent
sur :
une meilleure production, ma trisØe en terme de rØgularitØ, qualitØ et de
sØcuritØ alimentaire ;
une recherche de dØveloppement de produits « nouveaux », « innovants »,
qui doivent Œtres obtenus dans des dØlais courts et industrialisØs le plus efficacement
possible.
Ces deux enjeux peuvent Œtre compris comme un positionnement des industries
alimentaires en tant que maillon de la cha ne de lalimentation et non plus comme
dernier maillon de la cha ne de production agricole.
Le poids Øconomique des industries alimentaires est trŁs significatif en France :
plus de 800 milliards de francs de chiffres d affaires, pour plus de 4000 entreprises
essentiellement constituØes de PME qui rØalisent autour de 40 % du chiffre d affaire
du secteur. Les tendances rØcentes d Øvolution de la demande alimentaire
contraignent, par ailleurs, les entreprises une trŁs grande flexibilitØ de leurs
procØdØs et outils de fabrication, et une capacitØ d innovation accrue (en gØnØral,
pour pouvoir rØpondre des stratØgies de niches et de diversification de loffre,
capter une clientŁle volatile, etc.). L adaptation rapide des procØdØs et des outils r confØrer laliment les propriØtØs d usage recherchØes est un enjeu
pertinent.
Cette problØmatique est au c ur du prØs ent ouvrage. Elle requiert une meilleure
conception des opØrations et de leur exploitation d une part, et, d autre part, la
matrise des relations des propriØtØs d usage des produits, ou propriØtØs
technologiques, avec les conditions de fonctionnement des opØrations. GØnØrique
des industries de procØdØs, cette derniŁre contrainte est plus ou moins aig e. Par
exemple, elle peut Œtre critique pour les industries pharmaceutiques qui prØsentent
des dØlais longs d autorisation des produits et des voies technologiques d obtention.
Cette tendance est Øgalement avØrØe pour les nouveaux aliments (directives Novel
foods).
1.1.2. Contexte des industries alimentaires
Les industries alimentaires Øvoluent depuis plusieurs annØes vers une structure
deux Øtages : une industrie de premiŁre transformation, productrice de « produits
alimentaires intermØdiaires » ou PAI, suivie d une industrie d assemblage, bien que
demeure toujours active une structure d industrie de transformation directe de
matiŁres premiŁres d origine biologique en un produit finalisØ.




Recherche sur la mise en uvre 17
On retrouve ces deux types d opØration dans le plan de cet ouvrage qui traite
d abord des problŁmes de sØparation (chapitres 2 et 3) avant d envisager les
opØrations d assemblage dans les chapitres suivants.
La problØmatique posØe par lexistence de ces deux classes d industries se
dØcline de la maniŁre suivante :
de la cuisine lindustrie, de la casserole la ligne de fabrication et de
conditionnement, le passage obligØ est celui de la dØtermination des fonctionnalitØs
recherchØes, de les affecter des ingrØdients prØcis mono ou multifonctionnels, de
les rechercher sur le marchØ de la premiŁre transformation ( « produits alimentaires
intermØdiaires » ou PAI), puis de les assembler dans un cadre de contraintes
multidimensionnel : compatibilitØ machinabilitØ goßt sØcuritØ lØgislation
prix. Cet ensemble de mØthodes et de techniques qui permettent la mise en uvre
industrielle des fonctionnalitØs apportØes par les ingrØdients tout en respectant les
contraintes organoleptiques (Saveur), nutritionnelles (SantØ), lØgislatives (SØcuritØ)
et Øconomiques (Service), environnementales (Sauvegarde) et Øconomiques (Sobre)
constitue l approche formulation alimentaire ;
la crØation des fonctionnalitØs et leur stabilisation doivent Œtre ma trisØes,
aussi bien pour un PAI que pour un produit issu d une transformation unique. C est
l exploitation d une, ou d une combinaison, d opØrations unitaires qui assure cette
1crØation. Ces dØmarches rØsultent directement des mØthodes du gØnie des procØdØs .
Aux approches classiques des opØrations unitaires doit s ajouter la prise en compte
des propriØtØs d usage (compliquØes) des produits. Une fonctionnalisation des
opØrations est alors nØcessaire. GØnØralement une opØration confŁre plusieurs
propriØtØs un matØriau. La capacitØ dissocier ces propriØtØs, ma triser cette
dissociation et combiner plusieurs opØrations pour gØnØrer plusieurs propriØtØs est
nØcessaire. Ici, le concept de gØnie de la transformation des matØriaux sera prØfØrØ
celui de gØnie de la formulation. Une partie de la problØmatique industrielle ce
stade est l Øvaluation de voies technologiques compØtitives et le choix d une
spØcifique selon des approches souvent multicritŁres.
Entre les secteurs des industries de procØdØs et des industries alimentaires, une
distinction d objectifs appara t ici. Pour nom bre de PAI, une seule propriØtØ d usage
peut Œtre recherchØe. En revanche, un produit alimentaire est souvent caractØrisØ par
une combinaison, donc linteraction, de propriØtØs variØes. La synergie entre
propriØtØs et sa ma trise constituent un ØlØment clef de l obtention des propriØtØs
d usage (ex. interaction structure-ar me).

1. Le gØnie des procØdØs alimentaire aborde l ensemble des moyens technologiques et leurs
rŁgles d exploitation qui permettent de confØrer ou de conserver des propriØtØs aux matØriaux
alimentaires. �




18 Mise en uvre des matiŁres agroalimentaires 1
Enfin, la nature compliquØe des matØriaux alimentaires ne doit pas Œtre oubliØe :
pulvØrulents, liquides, Ømulsions, produits au comportement rhØologique complexe,
objets discrets, polyphasiques, etc. Un aliment passe le plus souvent par plusieurs
phases avant dŒtre abouti. Chaque phase elle-mŒme constitue un systŁme complexe.
Le prØsent ouvrage peut Øgalement Œtre lu comme un assemblage des outils requis
pour aborder chacune de ces phases selon l Øtat physique du produit, liquide
(chapitres 2 et 5 du volume 1, 1 et 2 du volume 2) ou solide (chapitres 3 et 4 du
volume 1, 3 et 4 du volume 2).
1.1.3. Forces motrices et besoins actuels
La productivitØ et la rentabilitØ des entreprises et des outils industriels sont des
ØlØments moteurs essentiels qui ont pilotØ les Øvolutions industrielles depuis 40 ans
(figure 1.1). S y ajoute, ces derniŁres annØes, une recherche de pØrennitØ de la
qualitØ des produits. Sous les pressions des consommateurs, de la distribution et des
rØglementations, les industriels sont amenØs mettre en exergue trois considØrations
importantes qui pilotent les besoins.
PassØ PrØsent et futur proche
Construction des Industrialisation EnEne er rggiie Satisfactions SØcuritØitØ et
atattetentnteses d du u sesennssoorierielllleses nunutrtritiitioonn
ccoonsnsommaommateteuurr : :
PPrrododuiuitsts n nououvveeaauxux e ett
reconnaissance Adaptation du d idØotypes
gØnie chimique
ProductivitØ
Ma trise de la qualitØ :
Assurance qualitØ
AAcccrØcrØddiitatatitionon
FFoormulrmulatatioionsns
Recherche d innovations
Biochimie
GØnie des ProcØdØs
Biologie
Psychologie
Sciences du
Sociologie traitement de
l l ininfoformarmatiotionn
Etapes de l Øvolution des disciplines nØcessaires
Figure 1.1. Etapes de l Øvolution des industries agroalimentaires




Recherche sur la mise en uvre 19
La sØcuritØ alimentaire : prØoccupation forte, elle fait appel la connaissance de
l impact du procØdØ sur les aliments ; impacts bactØrien, chimique et physique.
Souvent, les procØdØs doivent Œtre rØexaminØs lorsque des changements de matiŁres
premiŁres sont nØcessaires (prØoccupation OGM par exemple) ou lorsque des
ingrØdients sont substituØs pour rØduire les effets mal contr lØs par le procØdØ.
La nutrition est une prØoccupation nØcessairement croissante. Peu d Øtudes
prennent en compte les consØquences nutritionnelles des traitements technologiques.
MalgrØ le caractŁre fastidieux de ces Øtudes, cet aspect doit Œtre pris en compte dans
la conception de produits alimentaires et donc dans les consØquences des procØdØs
sur ce type de propriØtØs.
L environnement, enfin, est une prØoccupation essentielle dont les consØquences
sont drastiques pour les procØdØs de fabrication. Les industries alimentaires sont
notamment concernØes par le nettoyage des installations et lØpuration des effluents.
L obligation, terme, de payer les rejets d effluents (liquides, solides ou gazeux) et
la valeur sociale nØcessaire de la production alimentaire pŁsent sur la conception des
cha nes de transformation des produits. Nombre d opØrations et de procØdØs, con us
en l absence de telles contraintes, font l impasse sur les consØquences des choix et
des rØglages des opØrations sur les effluents. Quelques Øtudes de substitution
d opØrations rØvŁlent des amØliorations notables, pour les effluents liquides et leau
notamment. Ces directions montrent bien l Øtendue des possibilitØs, mais elles
nØcessitent des Øtudes consØquentes et parfois spØcifiques.
Ces considØrations ne doivent pas faire oublier le besoin essentiel de satisfaire
a) les propriØtØs organoleptiques, ou sensorielles, enjeu primordial pour les
industries alimentaires et facteur de diffØrenciation important des autres industries,
b) des propriØtØs particuliŁres dusage, de rØhydratabilitØ, de cuisson rapide,
d assemblage, etc., associØes la notion de service. Enfin, les propriØtØs
technologiques, non directement per ues par le consommateur sont importantes au
stade de la fabrication pour l industriel, et qui relŁvent de l aptitude Œtre transportØ,
manipulØ, emballØ, etc. Le dernier ØlØment moteur fort des dØmarches industrielles
demeure la recherche d innovation de produits comme de procØdØs, soit pour mettre
au point des variantes de produits existantes, soit pour introduire de nouveaux
aliments satisfaisant mieux des fonctions variØes. Un exemple rØcent est le fort
dØveloppement de produits de type mousses (foisonnØs) ou de produits
multicouches.
De cette courte analyse ressort un des caractŁres spØcifiques des industries
alimentaires : les produits sont constituØs de multiples propriØtØs dont la
combinaison crØe la qualitØ attendue. Ce caractŁre multidimensionnel de la qualitØ �

20 Mise en uvre des matiŁres agroalimentaires 1
des produits est la rØsultante d interactions et couplages entre propriØtØs, non
ma trisØs l heure actuelle.
1.2. La recherche
1.2.1. Industrielle
L Øvolution de la demande alimentaire se traduit par la diversification des
aliments et des modes de consommation, par un renouvellement rapide des produits,
et des images « produits » nouvelles (produits ciblØs connotation santØ ou
ethnique), mais Øgalement par une plus grande versatilitØ et dØfiance du
consommateur.
Les entreprises doivent Øgalement affronter les dØterminants de la compØtitivitØ
Øconomique (internationalisation de l offre, rØduction des coßts et des dØlais,
exigences de tra abilitØ et de sØcuritØ, etc.) sur les marchØs nationaux et
internationaux, autant de dØfis nouveaux pour les entreprises agroalimentaires.
Pour les relever, deux types de dØmarches structurent les travaux de recherche
industrielle : amØliorer les procØdØs ou innover. Une observation de la nature des
innovations en termes de produits met rapidement en Øvidence trois directions :
la crØation de rupture, relativement faible en nombre de produits ou de
procØdØs nouveaux ;
la modification d une ou de quelques propriØtØs par ajustement d une
formulation ou l adaptation d une voie t echnologique. Cette approche, actuellement
la plus intense, reste relativement empirique. L emballage est un facteur important
de cette voie d innovation ;
des innovations de procØdØs, par la modification ou la substitution d une
opØration ; la mØcanisation de fonctions manuelles contribue largement ce type
d innovations.
Les deux derniŁres directions dØbouchent souvent sur des innovations dont le
contenu technologique est imperceptible pour le consommateur et si de nombreux
nouveaux produits sont proposØs chaque annØe, les travaux dont ils sont issus restent
souvent empiriques. Une grande partie de ces travaux, dans le cas des PME est
rØalisØe par le biais d associations avec des centres techniques. Ce vecteur de
dØveloppement constitue de fait un des axes moteurs de la R&D industrielle des
PME.







Recherche sur la mise en uvre 21
1.2.2. Publique
Les travaux rØalisØs dans les laboratoires de recherche (universitaires, INRA,
Cemagref, CNRS, CIRAD, etc.) sont nombreux et couvrent un champ vaste. Comme
se sont efforcØs de l illustrer les auteurs des diffØrents chapitres de cet ouvrage, les
problØmatiques vont du fondamental lØchelle molØculaire ou microscopique des
travaux plus finalisØs. De trŁs nombreux rØsultats de qualitØ sont publiØs chaque
annØe et seule, une faible partie est appropriØe et dØbouche chaque annØe dans
lindustrie, soit par des transferts de savoir-faire, soit par des mØthodes ou des
innovations. La spØcialisation de la recherche, comme la recherche d identitØ des
laboratoires, conduit une spØcialisation poussØe de chaque Øquipe. Faces aux
problØmatiques industrielles, ces travaux apparaissent morcelØs et mal connectØs.
Le dØveloppement de connaissances scientifiques de haut niveau sur l une ou l autre
des dimensions nØcessaires la prise en compte de ces facteurs est nØcessairement
trŁs pointu. Les outils dØtudes et la technicitØ requise, comme l expertise
scientifique qui permet linterprØtation des rØsultats, sont spØcifiques. Il existe donc
un tissu de laboratoires performants, bien ØquipØs, financØs par la recherche
publique. En raison de la nature mŒme de leurs travaux, trŁs peu sont mŒme
d apporter une rØponse intØgrØe aux problØmatiques industrielles ou de construire
des mØthodes que la R&D industrielle sera mŒme de s approprier.
Par ailleurs, tant dans les sciences de l aliment quen gØnie des procØdØs, la
recherche est encore confrontØe des questions mal posØes ou peu rØsolues, ni
mŒme abordØes. Certaines sont d intØrŒt crucial pour le dØveloppement d outils de
dØfinition et d exploitation des procØdØs industriels, comme :
l Øvaluation de l intØrŒt et des potentialitØs des propriØtØs fonctionnelles
spØcifiques et innovantes de nouveaux matØriaux, ingrØdients et additifs
alimentaires ;
l Ølaboration de mØthodes et d outils interdisciplinaires de caractØrisation
des matØriaux alimentaires (structure, caractØristiques nutritionnelles,
organoleptiques, physico-chimiques, microbiologiques ; qualitØ per ue par les
consommateurs) ;
l Ølaboration de mØthodes et d outils pour la conception et l optimisation
raisonnØe de procØdØs combinØs (agencement de diverses opØrations unitaires), sur
la base de la description fonctionnelle des opØrations unitaires : modŁles de
connaissance et cinØtique notamment ;
l Ølaboration de mØthodes et outils pour la conception et l optimisation
raisonnØe de nouveaux aliments, sur la base de lanalyse de la valeur et de lanalyse
fonctionnelle des aliments ; �

22 Mise en uvre des matiŁres agroalimentaires 1
l Ølaboration de mØthodes et outils pour le suivi et la ma trise de la
formation de la qualitØ tout au long de la cha ne de transformation (depuis la matiŁre
premiŁre jusqu au produit fini) ;
le dØveloppement d Øtudes relatives aux fondements thØoriques, aux rŁgles
de dimensionnement et de conduite d opØrations caractŁre manufacturier
(moulage, feuilletage, dØmontage, dØcoupage, saupoudrage, etc.).
L approche physico-chimique est nØcessaire que ce soit pour la caractØrisation
des propriØtØs, l Øtablissement de bases de donnØes, l Øtude des mØcanismes
d obtention de certaines propriØtØs, de comportement rhØologique (solides, liquides,
semi-liquides, Ømulsions, solides divisØs, etc., notamment dans les chapitres 3 et 5
du volume 1, 3 du volume 2), sensorielles (ar mes, flaveur, texture, etc., dans les
chapitres 2 du volume 1, 1 et 3 du volume 2), en fonction des voies d obtention
(bactØrienne, thermique, mØcanique, enzymatique, mØlange, etc., dans les chapitres
3 et 4 du volume 1, chapitres 1, 2 et 4 du volume 2) et de stabilisation (idem), voire
de protection de ces propriØtØs ainsi obtenues (oxydation, Øvolution dans le temps,
etc.). Elle est donc sous-jacente la plupart des chapitres de cet ouvrage, mŒme s ils
abordent laliment des Øchelles diffØrentes.
Si le lecteur ne trouvera pas les rØponses toutes les questions prØcitØes dans les
pages qui suivent, en revanche, celles-ci sont bien intØgrØes dans les prØoccupations
des auteurs qui fournissent ainsi des bases au dØveloppement d un gØnie des
procØdØs appropriØ aux opØrations d assemblage.



Chapitre 2
SØparations dans les liquides alimentaires
et biologiques
2.1. Introduction
2.1.1. Les opØrations de sØparation
L importance de la matrise des sØparations dans les procØdØs industriels n est
plus dØmontrer et ce, quelle que soit la filiŁre industrielle. Elles sont citØes comme
pouvant reprØsenter plus de 50 % des investissements et des coßts de
fonctionnement dans un procØdØ. L efficacitØ des sØparations rØsulte des flux de
matiŁre, fortement dØpendant de lintensitØ des cinØtiques de transfert, et de la puretØ
des produits extraits (sØlectivitØ de la sØparation). Au sein de la communautØ du
gØnie des procØdØs, une dØmarche scientifique leur est attribuØe sous le vocable de
« gØnie de la sØparation » [TON 93].
ConcrŁtement, les opØrations de sØparation couvrent un large Øventail de
principes et sont donc incontournables dans un procØdØ de transformation de la
matiŁre. Dans le tableau 2.1, les principales opØrations rencontrØes lØchelle
industrielle sont classØes en fonction du principe physique majeur qui gouverne la
sØparation.
Pour complØter ce panorama, il doit Øgalement Œtre mentionnØ les sØparations
reposant sur une rØaction chimique (prØcipitation, formation de complexe)
dØbouchant sur des sØparations de phases.

Chapitre rØdigØ par Violaine ATH¨S, Magali BES, HØlŁne CARRERE, MichŁle MARIN et
Isabelle SOUCHON. 24 Mise en uvre des matiŁres agroalimentaires 1
PRINCIPE PHYSIQUE OPERATION
Dissociation mØcanique sØlective Fragmentation
Gradient de pression :
- Surpression - Pressage
- DØpression - DØgazage
Champ de force :
- AccØlØration - DØcantation, centrifugation
- Champ Ølectrique - DØpoussiØrage Ølectrostatique
- Champ magnØtique - Triage magnØtique
Ecran (sØlectif) associØ :
- Ecoulement frontal et diffØrence de - Filtration frontale
pression totale
- Ecoulement tangentiel : membrane
! DiffØrence de pression totale ! Microfiltration tangentielle, ultrafiltration,
osmose inverse, nanofiltration
! Champ Ølectrique ! Electrodialyse
! DiffØrence de potentiel chimique ! Osmose directe, dialyse, pervaporation,
extraction liquide-liquide ou liquide-gaz avec
membrane
Changement de phase :
- Liquide-vapeur - Evaporation, sØchage, distillation
- Solide-vapeur - Lyophilisation
- Liquide-solide - Cristallisation, cryoconcentration
AffinitØ avec une phase auxiliaire :
- Solide - Chromatographie (Øchanges d ions, affinitØ,
exclusion, etc.)
- Liquide - Extraction par solvant
! Etat supercritique !Extraction par fluide l Øtat supercritique
- Gazeuse - Entra nement
Tableau 2.1. OpØrations de sØparation dans les procØdØs de transformation
Enfin, entre les actions physiques et chimiques, sont aujourd hui dØfinies les
sØparations reposant sur l action des propriØtØs de surface (interactions aux
interfaces) [LU 05]. Si ces propriØtØs peuvent aujourd hui vØritablement gouverner




SØparations dans les liquides 25
des sØparations dans le domaine de lindus trie chimique (flottation, floculation,
agrØgation, entra nement par la mousse, coagulation), elles demeurent encore mal
matrisØes dans le cadre des transformations des matiŁres agricoles et biologiques.
Dans ce secteur d application, les propriØtØs d interface vont traditionnellement
jouer un r le dans les sØparations liquide/liquide (extraction par solvant) et
liquide/solide (chromatographie). La science des interfaces peut Œtre l origine de
dØveloppements originaux dans le domaine de lextraction des huiles vØgØtales
[GUP 01] ou encore pour la sØparation de protØines.
D une maniŁre gØnØrale en agroalimentaire, en raison de la diversitØ des
molØcules et des milieux rencontrØs, une opØration de sØparation rØsulte en pratique
du couplage de plusieurs principes. Ainsi, lors de la mise en uvre des techniques
membranes, lefficacitØ de la sØparation repose sur la combinaison d un Øcran
sØlectif, d une force motrice et des propriØtØs aux interfaces (aux Øchelles
macroscopique et molØculaire).
2.1.2. Place des sØparations dans les industries alimentaires et biologiques
Parmi les fluides alimentaires faisant intervenir une grand nombre d opØrations
de sØparation, on peut citer les produits laitiers, les boissons (vins, biŁres, jus de
fruits, etc.), les polysaccharides, le sucre et ses dØrivØs, les huiles alimentaires et,
bien sßr, les produits de fermentation (levains, etc.).

Figure 2.1. Domaines des opØrations de sØparation dans les industries alimentaires
et biologiques en fonction de la taille des composants �








26 Mise en uvre des matiŁres agroalimentaires 1
Le critŁre de taille des composants (ions, molØcules, particules,
microorganismes) est un moyen simple de souligner la complØmentaritØ des techniques
(figure 2.1). Toutefois, les composants biologiques diffŁrent par bien d autres
caractØristiques que sont la densitØ, la volatilitØ, la charge ionique ou encore la
solubilitØ. La diversitØ des propriØtØs physico-chimiques sont largement exploitØes
pour mener bien une sØparation. Ainsi, les composants volatils (solvants aqueux ou
alcooliques, composØs d ar mes) vont pouvoir Œtre sØparØs par des opØrations
dØvaporation et/ou de distillation alors que la sØparation ciblØe des ØlØments
minØraux et des acides organiques va Œtre prØfØrentiellement obtenue laide de
supports chromatographiques ou encore de membranes chargØes.
La connaissance des propriØtØs des molØcules et des structures
supramolØculaires dans les fluides alimentaires et biologiques demeure aujourd hui un
verrou pour une bonne matrise des opØrati ons de sØparation. Les banques de
donnØes et les modŁles de lindustrie chim ique ne conviennent pas toujours pour les
applications agroalimentaires. Au plan technologique, lenjeu est aussi de mettre au
point des sØparations hautement sØlectives c est- -dire capables de dissocier, dans
un environnement souvent dense, des composØs de comportements
physicochimiques proches mais offrant des fonctionnalitØs diffØrentes.
Les objectifs visØs lors de la mise en uvre d une sØparation dans un procØdØ de
transformation des matiŁres agricoles sont nombreux. Il s agit avant tout de
conserver, stabiliser, mais aussi de fractionner, extraire ou encore purifier.
Historiquement, lØlimination de leau par sØchage est une des plus anciennes
mØthodes de conservation des denrØes pØrissables. La congØlation
(cryoconcentration) et la lyophilisation ont ensuite vu le jour gr ce au
edØveloppement des mØthodes de production de froid (dØbut du XX siŁcle). Autre
solution, la stabilisation peut Œtre assurØe par Ølimination des micro-organismes,
objectif auquel peuvent aujourd hui Øgalement rØpondre les techniques de filtration
tangentielle (lait microfiltrØ).
Gr ce la diversitØ des principes, les opØrations de sØparation peuvent constituer
elles seules un procØdØ dans son ensemble. Traditionnellement, il s agit des
industries dites de premiŁre transformation. Ainsi, partir de betteraves ou encore
de canne sucre, cinq principes de sØparation se succŁdent dont la diffusion
(extraction par leau partir des tissus di visØs), lØpuration du jus nØcessitant des
Øtapes de filtration, une concentration par voie thermique, et enfin une cristallisation
du sucre associØ un essorage. De plus, les pulpes, co-produit issu de la diffusion,
subissent un pressage puis un sØchage. Autre illustration, lors de la production
d huile, aprŁs des Øtapes de prØparation du substrat vØgØtal, le procØdØ peut se
limiter au pressage (huile vierge de premiŁre pression). Mais, pour augmenter les

SØparations dans les liquides 27
rendements, celui-ci peut Œtre suivi d une extraction par solvant puis d une
distillation et de filtrations et purifications successives (huile point de fusion
contr lØ).
Pour une meilleure valorisation des produits agricoles et gr ce aux
dØveloppements rØcents en matiŁre de sØparation (techniques membrane), de
vØritables procØdØs de cracking ont vu le jour dans le domaine des produits laitiers et
vØgØtaux. Ainsi, une large gamme de protØines laitiŁres disponibles sous forme de
poudres offre de nombreuses fonctionnalitØs (texturante, nutritionnelle, valeur santØ)
gr ce une composition ajustØe par le jeu des opØrations de sØparation/mØlange.
Des dØbouchØs vers la cosmØtique, la pharmacie ou encore les dØtergents, ont
Øgalement ØtØ trouvØs pour des molØcules issues du fractionnement des matiŁres
vØgØtales.
Dans la bibliographie, les sØparations sont traditionnellement mises en avant
pour leur r le essentiel en aval des rØacteurs (downstream processes). Ainsi, les
sØparations peuvent Œtre classØes en 4 catØgories en fonction de leur chronologie
d apparition en aval des fermenteurs, avec : 1) la sØparation des composØs insolubles
et/ou rØcupØration de la biomasse (filtration, centrifugation, etc.), puis 2) l isolement
du produit (extraction par solvant, adsorption, etc. ), suivi le plus souvent 3) d une
purification (chromatographie, etc.) et enfin 4) un raffinage du produit final
(dØshydratation, cristallisation, etc.) [SIN 96]. Cette succession d opØrations est
Øgalement bien illustrØe dans les procØdØs de production d isolats protØiques
vØgØtaux. Il a ØtØ clairement dØmontrØ partir d un large Øventail de produits de
fermentation (Øthanol, acides organiques, acides aminØs, enzymes vocation
alimentaire et thØrapeutiques, etc.), que le coßt du produit est inversement
proportionnel la concentration en « co-produits » (impuretØs) qui doivent Œtre
sØparØs (diagramme de Sherwood) [LIG 99]. La part des opØrations de sØparation
conduisant la rØduction du volume d extrait est majoritaire dans ce coßt. Il ne faut
toutefois pas oublier limportance des sØparations en amont des rØactions pour la
prØparation des matiŁres premiŁres. Ainsi, une standardisation et/ou une
prØconcentration, voire un rØØquilibrage de la composition (lait, jus sucrØ), permettent
notamment de rØduire la variabilitØ et contribuent l amØlioration des rendements
des processus biologiques.
D une maniŁre gØnØrale, outre la complexitØ et la variabilitØ de la matiŁre
premiŁre, des critŁres spØcifiques la matiŁre biologique doivent donc Œtre pris en
compte lors de la conduite des opØrations de sØparation :
la fragilitØ des produits et le respect des fonctionnalitØs nØcessitent
notamment la mise en uvre de techniques tempØrature modØrØe. Toutefois, les
transferts de matiŁre qui prØsident ces sØparations sont favorisØs par des �







28 Mise en uvre des matiŁres agroalimentaires 1
tempØratures ØlevØes. En consØquence, la recherche d une bonne productivitØ (haut
flux) conduit dØfinir des tempØratures optimales. L effet des contraintes d ordre
mØcanique lors du passage du produit dans les installations, rØsultant de la pression
appliquØe et de la vitesse de circulation favorables la sØparation, est Øgalement
considØrer ;
lamØlioration des rendements des rØactions de fermentation lorsqu il y a
inhibition par le produit, et ce de faible concentration, engage rechercher des
sØparations continues couplØes la fermentation. L encore, la fragilitØ des milieux
biologiques nØcessite de mettre en place des techniques d extraction sans effet
toxique pour les agents de fermentation (solvant en contact indirect, faible pression,
etc.) ;
linstar de toutes les opØrations de transformations des produits agricoles,
la ma trise de l encrassement et de la sØcuritØ hygiØnique demeure essentielle.
En rØponse ces critŁres, il ressort pour les opØrations de sØparations dans les
industries alimentaires et biologiques :
des domaines de conditions opØratoires distincts des autres filiŁres
industrielles ; ainsi l Øvaporation ou encore la distillation sont conduites sous vide
partiel, c est dire tempØrature modØrØe, pour Øviter la dØgradation des composØs
d ar mes ;
des restrictions fortes, dØ finies par la rØglementation, existent en matiŁre de
solvants et matØriaux utilisables au contact des produits alimentaires, mais aussi de
plus en plus en matiŁre de respect de lenvironnement (consommation en eau et
rejets) ;
des gØomØtries d Øquipement et des pr ocØdures de nettoyage adaptØes sont
prØconisØes.
Le succŁs du dØveloppement rØcent (annØes 1980) des opØrations membranes
dans les industries alimentaires et biologiques illustre bien l intØrŒt des techniques
douces, propres (faible rejet), de haute sØlectivitØ et autorisant des traitements en
continu. Sur ce thŁme, un ouvrage dØdiØ aux sØparations par membrane dans les
procØdØs alimentaires a ØtØ rØcemment publiØ [DAU 98].
Dans la suite de ce chapitre, les sØparations des fluides alimentaires et
biologiques seront dØclinØes selon les principes physiques majeurs en quatre parties,
oø chaque fois la spØcificitØ des transformations des produits agricoles sera
illustrØe. Tout dabord, au titre des opØrations physiques permettant la sØparation des
fluides hØtØrogŁnes seront abordØes la dØcantation et la filtration frontale
(paragraphe 2.2). Puis s intØressant aux fluides homogŁnes, seront traitØes les
sØparations mettant en uvre un partage avec une phase auxiliaire (extraction par



SØparations dans les liquides 29
solvant dont les fluides l Øtat supercritique : paragraphe 2.3), puis les sØparations
reposant sur un changement d Øtat (distillation : paragraphe 2.4). Enfin, recouvrant
l ensemble des principes prØcØdents, les techniques membrane (ultrafiltration et
microfiltration tangentielle, osmose inverse, electrodialyse, pervaporation et
contacteurs membranaires) seront abordØes en fin de ce chapitre (paragraphe 2.5
« techniques membrane »).
2.2. OpØrations mØcaniques
Sous ce vocable seront rassemblØes les sØparations relevant de lapplication
d un champ de force, ou d un gradient de pression en prØsence ou non d un Øcran.
Parmi elles, la dØcantation et la filtration frontale sont des opØrations
traditionnelles, bien implantØes dans les agro et bio-industries, au sein des procØdØs
de transformation de la matiŁre ainsi que pour le traitement des effluents. En rŁgle
gØnØrale, elles assurent des sØparations de mØlanges hØtØrogŁnes fluide-fluide (peu
miscibles) et/ou fluide-solide (suspensions, dispersions). Elles sont applicables
des milieux couvrant une large gamme de teneur en matiŁres sŁches (de quelques %
prŁs de 80 % [BIM 02]). Si les principes thØoriques pour conduire et
dimensionner ces opØrations sont disponibles, la ma trise des propriØtØs des milieux
biologiques sur lesquelles reposent les performances des sØparations
agroindustrielles demeurent un verrou.
2.2.1. DØcantation/centrifugation
2.2.1.1. Objectifs et domaines dintØrŒt
La dØcantation, ou sØdimentation, repose sur le dØplacement dans un milieu
liquide (ou gazeux) de particules solides ou de gouttes de liquides non miscibles
sous l action d un champ d accØlØration. Si le champ d accØlØration est le champ de
pesanteur, il s agit de la dØcantation spontanØe ou gravitaire. Ce principe requiert
des temps de sØjour ØlevØs ce qui le cantonne aujourd hui aux traitements des
effluents des procØdØs (station d Øpuration) ou encore des Øtapes de sØgrØgation
de taille en amont d une transformation industrielle. Si le champ d accØlØration est
centrifuge, on parle de dØcantation centrifuge ou centrifugation, principe le plus
largement rØpandu au c ur des procØdØs de transformation mais qui tend
Øgalement s imposer pour le traitement des rejets en vue de la rØduction de leur
volume.
Selon les produits recherchØs, la sØparation rØpond pour lessentiel deux
objectifs dans les processus de transformations agro-industrielles. La clarification