Soutenance de thèse de Nasser-Eddine Ahmad le 4 octobre 2024

Composition du jury :

Direction et encadrement : Dirigée par  Jean MOUREH, Chargé de recherche à INRAE, Encadrement par Steven DURET INRAE Frise et Denis FLICK, UMR SayFood, AgroParisTech-INRAE, Université Paris Saclay

Résumé : L’influence de l'emballage sur la dynamique de l’écoulement d'air au sein des palettes ajourées de produits horticoles est cruciale pour maintenir les températures recommandées et garantir leur uniformité. Cette condition est essentielle pour préserver la qualité des produits, en particulier ceux à forte périssabilité, où le conditionnement en plusieurs couches, tel que le système "Multi-packaging", est courant. Le « Multi-package » comprend un emballage primaire (unité de vente au consommateur) tel qu'une barquette et un emballage secondaire tel qu'un colis. Un emballage primaire non ventilé sous Atmosphère Modifiée (MAP) peut agir comme une barrière entre l'air froid et le produit, ce qui peut avoir un impact notable sur les transferts convectifs et donc sur les cinétiques de refroidissement. Cependant, aucune étude n’a examiné l'impact de la conception aéraulique de l'emballage secondaire (colis), de la forme géométrique des MAPs et de leur mode de conditionnement au sein d’un colis sur l'uniformité de la ventilation et donc du refroidissement des produits palettisés.
L’approche scientifique de cette thèse repose sur le développement et l’utilisation d'outils numériques et expérimentaux visant à caractériser et à prédire les hétérogénéités de ventilation, des transferts de chaleur et des cinétiques de refroidissement à l’échelle d’une demi-couche d’une palette de fraises conditionnées dans un système de « multi-packaging ». Cela inclut des colis ajourés conditionnés avec des barquettes hermétiques représentant les MAPs. 
Les expériences comprennent des mesures du coefficient de transfert de chaleur convectif (CHTC) à l’aide de fluxmètres sur les parois des barquettes, le suivi des températures des fraises pendant le refroidissement, ainsi que des mesures de vitesse à l'intérieur des colis, réalisées par vélocimétrie laser (Laser Doppler Velocimetry). L’analyse des résultats aérauliques et thermiques permet de mieux comprendre l’effet de la conception de l’emballage secondaire (colis) sur la distribution des écoulements d’air et leur homogénéité autour des barquettes, sur les transferts convectifs qu’ils induisent et sur les temps caractéristiques de refroidissement au sein des barquettes.
Un modèle numérique CFD (RANS) 3D a été développé en régime instationnaire avec le code ANSYS-Fluent. Dans cette approche de modélisation, l’intérieur des barquettes a été simulé comme un bloc solide avec des caractéristiques thermiques équivalentes à un milieu poreux: fraises + air. La validation de ce modèle a été réalisée par des comparaisons avec les données expérimentales (vitesse et température) obtenues en cellule d'essai, avec des conditions maîtrisées de température et de vitesse de l'air. Ce modèle permet d’examiner l’influence des principaux paramètres géométriques et aérauliques, tels que l’effet de l’ajout d’orifices, de l’épaisseur de la lame d’air au-dessus des barquettes ou les dimensions de l’orifice trapézoïdal, sur la circulation d’air au sein des colis et sur les cinétiques de refroidissement des barquettes. De plus, le modèle CFD est couplé avec un modèle de qualité pour évaluer l’effet de l’hétérogénéité de refroidissement au sein d’un colis sur l’hétérogénéité de la qualité des fraises. Les simulations numériques ont mis en évidence qu’ un orifice trapézoïdal plus large que celui du design actuel des colis permet d’obtenir de meilleurs résultats, avec une légère amélioration du refroidissement des fraises, une réduction légère de la détérioration des produits au sein d’un colis par rapport au design actuel, ainsi qu’une réduction significative de la perte de charge, ce qui influence la consommation d'énergie.