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Informations générales sur la chaîne du froid
La chaîne du froid est un système de transport et de stockage de marchandises réfrigérées à température contrôlée, entre les fournisseurs en amont et les consommateurs, conçu pour maintenir la qualité et la sécurité des produits alimentaires (Montanari 2008, Ndraha et al. 2018). En 2017, la valeur marchande globale de la chaine du froid a été estimée à 189,92 milliards de dollars et d’après les estimations, elle atteindra les 293,27 milliards d’ici 2023 (Ndraha et al. 2019). En France environ 45% des aliments consommés sont vendus sous régime de froid ce qui représente 23 millions de tonnes de produits et un chiffre d’affaires de 53 milliards d’euros. La plupart des denrées alimentaires fraîches sont distribuées à l’état réfrigéré. Les produits frais et ultra-frais sont très sensibles aux risques bactériologiques et d’altération, le respect de la chaîne du froid devient une préoccupation importante des consommateurs et des pouvoirs publics. De cela témoigne le règlement européen hygiène 853/2004 et l’arrêté 21 décembre 2009 appliqué en France relatif aux règles sanitaires des aliments, visant le renforcement du contrôle et de la maîtrise de la température lors du transport et du stockage des denrées alimentaires.
Il est également important de préciser que le changement des habitudes de consommation et l’augmentation du commerce par internet pour l’accessibilité à une plus grande variété de produits posent de nouveaux défis (Ndraha et al. 2019). En effet, en 2002, plus de 400.000 conteneurs et un million de véhicules réfrigérés étaient en circulation dans le monde (Gac 2002), ce qui représente une valeur marchande de plus de 1200 milliards de dollars (Heap 2006). Des enjeux technologiques se présentent alors puisqu’il convient de noter l’effet de la mondialisation et l’émergence de nouveaux marchés de consommation alimentaire de produits frais de plus en plus éloignés des points de production. Ce qui nécessite donc des chaînes logistiques alimentaires de plus en plus complexes, maîtrisées thermiquement et économes énergétiquement.
De nombreuses contraintes doivent également être respectées puisque des changements de température inattendus ou des abus dans la chaîne du froid peuvent compromettre la sécurité sanitaire et la qualité des aliments. Ce qui entraîne une perte de confiance des consommateurs et une augmentation du gaspillage alimentaire (Ndraha et al. 2018). Selon un rapport de la FAO, environ un tiers de la production alimentaire mondiale, évaluée à plus de 750 milliards de dollars par an, a été perdue ou gaspillée chaque année à cause d’une gestion inadaptée (Gustavsson et al. 2011). Environ 10% de la nourriture fraiche importée en Europe est actuellement gâchée pour non-respect de la chaîne du froid, ce qui engendre des pertes financières d’un montant de 6,63 milliards d’euros (Badia-Melis et al. 2018).
Ces pertes peuvent être expliquées par une mauvaise régulation de la température des produits lors de leur transport. En effet, des hétérogénéités de ventilation et de distribution de température ont été observées dans des enceintes frigorifiques. Chayer (1994) rapporte que lors d’essais de transport routier de produits horticoles frais, des hétérogénéités de températures variant entre 4,4°C et 17,2°C ont été observées à différents endroits de l’enceinte, alors que la température de consigne était de 12°C. Chayer (1994) a de plus estimé qu’une très grande partie des pertes en magasin (81%) est attribuable au manque de maintien de la température durant le transport routier. Pour un supermarché classique, ces pertes représentent environ 245.000 € annuellement (Villeneuve et al. 1999). Emond and Mercier (2000) ont mesuré la température à différents endroits au sein d’un semi-remorque transportant des produits horticoles à une température de consigne de 10°C. Des températures extrêmes allant de 13,9°C à –3,9°C ont été observées à l’arrière et à l’avant de la remorque durant un voyage de 48 heures. Suite à ce transport, plus de 38% des produits ont subi des dommages irréversibles les rendant invendables. Moureh et al. (2009) ont enregistré les évolutions de température de fruits conditionnés en palettes ajourées lors d’un transport routier. Les résultats font apparaître des températures de produits de 11.6°C au sein des palettes, beaucoup plus élevées alors que la température de consigne de 8°C du groupe frigorifique.
L’optimisation globale de la chaîne du froid représente donc un défi majeur pour les prochaines décennies. De nombreuses études ont par conséquent été réalisées sur différentes étapes de la chaîne de froid :
➤ Pré-refroidissement : (Sadashive Gowda et al. 1997, Castro et al. 2004, Ferrua and Singh 2009, Defraeye et al. 2014, Lu et al. 2016).
➤ Transport : (Moureh and Flick 2004, James et al. 2006, Fitzgerald et al. 2011, Dehghannya et al. 2012, Defraeye et al. 2016).
➤ Stockage : (Smale et al. 2006, Chourasia and Goswami 2007, Hoang et al. 2012, Laguerre et al. 2015).
➤ Revendeurs : (Navaz et al. 2005, Tassou et al. 2011, Laguerre et al. 2012, Benabdallah et al. 2018).
➤ Consommateurs : (Laguerre and Flick 2010, Mastani Joybari et al. 2015, Roccato et al. 2017).
Au cours des deux dernières décennies, des efforts importants ont été déployés afin d’améliorer la maîtrise de la température des produits au sein de la chaîne du froid. Cependant, ce processus reste difficile à appréhender (Ndraha et al. 2019).
Cas des fromages
En France, la filière du lait affiche un chiffre d’affaires de 25,6 milliards d’euros en 2009, ce qui la classe au deuxième rang des industries agro-alimentaires, juste après la viande. Le commerce extérieur des produits laitiers a généré en 2009 un excédent de 2,9 milliards d’euros. A noter que le marché du fromage représente le plus gros poste, en terme de valeur, avec 2,4 milliards d’euros d’exportations en 2009 (Cniel). Les fromages français se vendent de plus en plus à l’étranger (+7% entre 2005 et 2007). Une performance permise par l’image forte que véhiculent les fromages français et par la dimension mondiale de certains industriels hexagonaux.
Avec 24 kg de fromages consommés par an et par habitant, les Français sont parmi les plus gros consommateurs du monde, juste derrière les Grecs (25,4 kg). C’est le produit laitier le plus consommé, devant le yaourt. En 2003, les ménages français ont acheté 589 473 tonnes de fromages, ce qui représente 6,8% du budget alimentaire et 41% du budget produits laitiers. La filière du fromage en France est constituée d’environ 30 000 producteurs de lait, de 1400 producteurs de fromages, affineurs ou non, de 250 transformateurs coopératifs, 227 transformateurs privés et de 154 affineurs exclusifs de fromages (Cniel 2013).
Rappelons que les fromages représentent 37% du lait transformé en équivalent de matière utile, à savoir, matière grasse et protéines (24 milliards de litres de lait produits au total en 2011). Sont concernés dans l’étude proposée des fromages sensibles aux élévations de températures et donc prioritairement les fromages à pâte molle. En France, les fromages à pâte molle représentaient 429 000 tonnes en 2012 sur un total de 1 842 000 tonnes de fromages, soit ¼ de la production totale de fromage. Les formats Camembert sont les principaux fromages concernés avec 107000 tonnes fabriquées en 2012. Parallèlement à ces fromages à technologie mixte, d’autres fromages à pâte molle et à croûte fleurie sont obtenus après coagulation lactique. De composition et de formats différents, les bûchettes lactiques au lait de chèvre représentaient 45 000 tonnes fabriquées en 2012 (Actalia).
La durée de vie microbiologique des aliments est la période pendant laquelle un aliment mis sur le marché peut être conservé sans devenir préjudiciable à la santé et/ou subir d’altérations inacceptables. La durée de vie d’un fromage est caractérisée par une durée de vie microbiologique, déterminée selon un protocole défini, sous la responsabilité du fabricant. Dans la plupart des cas, les protocoles d’essais intègrent des phases de rupture de la chaîne du froid à partir du deuxième tiers de la durée de vie des produits, correspondant aux périodes d’achat, de transport et de conservation chez le consommateur. Durant le premier tiers de vie, il est admis que les fromages sont maintenus à des températures contrôlées entre 4 et 6°C.
Cependant, il s’avère que la température des fromages n’est pas systématiquement maîtrisée durant les phases de stockage et de transport, remettant en cause les durées de vie microbiologique définies. En effet, une élévation de température sur un fromage jeune va engendrer un accroissement excessif des ferments d’affinage, un développement de leur activité enzymatique et par conséquent une accélération du processus d’affinage du produit. Les caractéristiques organoleptiques seront donc dégradées avant le terme de la durée de vie microbiologique. Cette élévation de température pose également des problèmes réglementaires par rapport aux normes imposées au niveau de la chaîne logistique (< 6°C) et peut avoir des conséquences sanitaires en favorisant le développement de bactéries pathogènes.
Derens et al. (2012) ont enregistré les évolutions de température au sein de palettes de fromages sur un circuit logistique composé de deux étapes: transport et entreposage. L’étude a porté sur plusieurs modes de palettisation et différents types de fromage. Les résultats ont mis en évidence :
– Une très forte corrélation entre les écoulements convectifs autour des palettes et les niveaux de température au sein des palettes. En effet, une bonne ventilation externe permet de stabiliser voire d’abaisser les températures des produits, et ce, quel que soit le mode de palettisation.
– De très fortes remontées en température notamment au cœur des palettes, dues à un phénomène d’emballement thermique engendré par un double déficit de ventilation: à l’extérieur et au sein de la palette.
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Table des matières
Tables des matières
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Chapitre I : Introduction
I.1 Contexte et enjeux socio-économiques
I.1.1 Informations générales sur la chaîne du froid
I.1.2 Cas des fromages
I.2 Articulation avec le projet EMATAL
I.3 Objectifs de la thèse
I.3.1 Intérêt / Enjeux
I.3.2 Objectifs scientifiques
I.3.3 Objectifs économiques
I.4 Articulation de la thèse
Chapitre II : Etude bibliographique
II.1 Aéraulique au sein d’empilements de produits en convection forcée
II.1.1 Pré-refroidissement
II.1.2 Transport
II.1.3 Entreposage
II.2 Transferts de chaleur au sein d’empilements de produits en convection forcée
II.2.1 Temps de refroidissement
II.2.2 Coefficients d’échange convectif
II.2.3 Refroidissement de produits dégageant de la chaleur
II.3 Approche numérique des écoulements et transferts dans les empilements de produits
II.3.1 Modèle zonal
II.3.2 Modèle CFD avec milieu poreux
II.3.3 Modèle CFD direct
II.4 Convection mixte
II.4.1 Convection mixte transversale
II.4.2 Convection mixte assistée
II.4.3 Convection mixte opposée
II.5 Conclusion
Chapitre III : Etude sur site (article 1)
III.1 Introduction
III.2 Matériels et méthodes
III.3 Résultats et discussion
III.4 Conclusion
Chapitre IV : Matériels et méthodes
IV.1 Dispositif expérimental
IV.1.1 Cellule de mesure
IV.1.2 Produits
IV.1.3 Contenant pour produits
IV.2 Instruments de mesure
IV.2.1 Thermocouples
IV.2.2 Anémométrie laser Doppler (LDV)
IV.2.3 Anémomètre à fil chaud
IV.3 Plan d’expérimentation
Chapitre V : Conclusion
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