Aéraulique et contrôle des atmosphères turbulentes

La transformation et le conditionnement des produits alimentaires s'effectuent dans des environnements de plus en plus propres. Les techniques classiques de la salle blanche et du flux laminaire n'assurent pas toujours une protection suffisante contre les contaminations microbiennes par les particules de l'air. C'est particulièrement vrai en fin de chaîne, lorsque le produit demande des interventions à l'air libre avant d'être emballé. Il faut alors assurer une propreté absolue autour du produit, malgré la présence, dans l'atelier, de sources de contamination (personnels, machines, autres produits biologiques).
Pour répondre à cette insuffisance, Irstea développe des recherches sur des systèmes de protection rapprochée. Une technique innovante, le Flux Progressif, a été mise au point. La protection rapprochée apporte non seulement une sécurité renforcée au niveau de l'aliment, mais aussi un allégement des coûts, d'investissement et de fonctionnement des salles propres.
Toutes ces techniques sont sensibles aux perturbations des flux d'air protecteurs par les effractions effectuées, dans les ateliers industriels, lors des inévitables interventions en amont de l'opération finale d'assemblage (contrôle, garnissage, décoration, conditionnement).
Nous menons des travaux de recherche sur les effractions au niveau de l'interface entre la zone protégée et l'air ambiant pollué. Ces études sont nécessaires pour l'amélioration des dispositifs existants et pour le développement de techniques de protection rapprochée encore plus génériques.
Parallèlement aux recherches aérauliques notre objectif est de maintenir une action forte de métrologie appliquée à la qualité de l'air, pour une vision globale du bon fonctionnement des salles propres dans l'industrie alimentaire. L'équipe Mesure Aéraulique dispose d'une chaîne de mesurage en continu de l'ensemble de  paramètres définissant la qualité de l'air en IAA, comme l'analyse granulométrique de la contamination particulaire. Notre laboratoire de Métrologie, composé de personnels qualifiés avec une formation adaptée et actualisée, est spécialisé dans le contrôle de la qualité physique de l'air et assure des prestations auprès des industriels pour améliorer l'efficacité des salles propres dans l'industrie agro-alimentaire.

L'Espace des Sciences parle de nous
 

Exemples de recherche

• Flux progressif pour la protection localisée des ateliers alimentaires
• Maîtrise des interfaces air-propre /air-pollué
• Métrologie de la qualité de l'air

Flux progressif pour la protection localisée des ateliers alimentaires

Le Flux Progressif est une technique de protection rapprochée destinée aux zones sensibles situées au-dessus d’un plan de travail ou d’une bande convoyeuse. Son originalité réside dans le fait qu’il permet une protection ouverte sur l’air ambiant, y compris en cas d’intervention humaine ou robotisée entraînant des pénétrations d’objets tels que bras ou têtes doseuses.

Résultat d’une collaboration recherche-industrie orientée vers l’innovation

Le Flux progressif a été conçu par Irstea à partir de simulations numériques des écoulements d’air. La validation expérimentale et la mise au point en situation industrielle ont été effectuées dans le cadre du programme Usine ultrapropre lancé en 1990 par l’association UNIR (Ultrapropre, nutrition, industrie, recherche) qui regroupe neuf industriels de l’agro-alimentaire. Ce programme, géré par les industriels, s’est déroulé sous le contrôle des ministères chargés de la recherche, de l’agriculture et de l’industrie, qui ont apporté 40% du financement.

Les performances du Flux progressif ont été validées sur un prototype grandeur nature, en laboratoire puis en situation réelle sur site industriel. La conception aux normes hygiéniques de l’alimentaire a été lancée à partir d’un cahier des charges techniques élaboré par Irstea.

Irstea et UNIR détiennent le brevet en commun. Ils ont engagé une procédure de cession de licence à des PMI spécialisées dans les équipements aérauliques.

Maîtrise des interfaces air propre / air pollué

Les techniques de protection localisées mettent en œuvre des soufflages d'air ultra-propre confinés dans des environnements pollués. Les mécanismes physiques mis en jeux au niveau de l'interface air propre/air pollué sont souvent très complexes, en particulier lorsque les flux d'air propre sont perturbés par les obstacles fixes ou mobiles lors d'une intervention sur un produit. Leur compréhension est nécessaire pour améliorer les techniques existantes et développer des procédés adaptés aux nombreuses autres situations industrielles.  
Pour le cas du flux progressif, l'écoulement derrière un obstacle qui intervient sur un produit alimentaire dans une ligne de production ultra-propre, a été modélisé par un barreau cylindrique plongé dans une couche de mélange plane turbulente. L'étude menée en collaboration avec le CEAT / LEA de l'Université de Poitiers, est abordée expérimentalement. Le caractère fortement tridimensionnel de l'écoulement a nécessité l'utilisation d'une sonde à quatre fils chauds, qui permet d'acquérir simultanément et instantanément les trois composantes de la vitesse.  
Nos résultats montrent la présence d'un écoulement secondaire important dans la région de culot de l'obstacle, préjudiciable pour la protection des aliments. Une bonne compréhension de l'organisation dynamique mise en place à ce niveau de l'écoulement, nous a permis de développer une stratégie de parades à la contamination.

Métrologie de la qualité de l'air

L'industrie agroalimentaire exige une forte sensibilisation en matière de qualité et de sécurité, et évolue vers une maîtrise complète de la contamination. Irstea propose une méthode de diagnostic basée sur la mesure en continu de l'ensemble des paramètres caractérisant la qualité de l'air.
Niveaux d'intervention

• mesure de la contamination particulaire
• détermination de la classe de propreté
• cinétique de décontamination particulaire
• mesure des débits d'air, taux de brassage
• taux de renouvellement d'air par traceur
• vitesse d'air sur le plan de travail
• mesure de la cascade des pressions
• mesure de niveau sonore et d'éclairement
• mesure de température et d'hygrométrie
• caractérisation des circuits d'air

Toutes ces mesures sont réalisées ponctuellement ou enregistrées en continu.    

Vérification et validation de système en place

L'activité de diagnostic de la qualité de l'air est intégrée dans une équipe de recherche sur les souffleries ultrapropres pour la protection rapprochée des zones sensibles. A la demande des industriels, l'expertise peut associer la recherche de solutions spécifiques pour les points critiques identifiés.
 

Equipement

Souffleries du hall aéraulique basse-vitesse
 

Partenaires

Scientifiques et techniques

• Laboratoire d'études aérodynamiques (LEA, UMR CNRS/ Univ. Poitiers)
• INRIA Rennes (UMR IRISA, projet Vista)
• ACTIA, Association de Coordination Technique des Industries Alimentaires
• ASPEC, Association pour la prévention et l'étude de la contamination
• Laval-Mayenne Technopole
• Pôle Maîtrise d'Ambiance, Cherbourg (CRITT BNC)
• Pôle Cristal (froid industriel), Dinan
• CRAM de Bretagne, Département risques professionnels, Centre Mesures Physiques de l'Ouest (CIMPO)

Institutionnels

• Ministère de l’agriculture, de l’alimentation, de la pêche, de la ruralité et de l’aménagement du territoire
• Ministère de l'enseignement supérieur et de la recherche
• Région Bretagne
• Région Poitou-Charentes
• Région Basse-Normandie

Industriels

L'équipe Aeraulique et Biocontamination est engagée dans des programmes de recherche appliquée en partenariat avec des équipementiers-installateurs du domaine de l'aéraulique appliquée à la qualité de l'air dans l'industrie alimentaire et d'autres secteurs d'application.

Une activité d'expertise est exercée également auprès des industriels de l'alimentaire.

Equipement

Souffleries du hall aéraulique basse-vitesse
 

Composition de l'équipe