Projet ANR-11-EMMA-0038 – Froiloc-C : Consolidation et validation élargie de la technologie FROILOC (froid ultrapropre localisé)
Programme : Emergence de produits, technologies, ou services à fort potentiel de valorisation (Emergence)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Georges ARROYO (CEMAGREF CENTRE D'EXPERIMENTATION DU MACHINISME AGRICOLE, DU GENIE RURAL, DES EAUX ET DES FORETS)
Partenaires : Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture; Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture
Montant : 206232.0 euros
Durée : 24 mois
Résumé : FROId LOCalisé ultrapropre pour l’hygiène et les conditions de travail en industrie alimentaireConsolidation des principes scientifiques et techniques de la technologie brevetée FROILOC. Analyse et optimisation de la gestion de flux d’air froids soufflés sur les produits alimentaires, avec préservation des conditions de travail en atmosphère tempérée.
Concilier la sécurité des aliments et l’amélioration des conditions de travail.Plus de la moitié des achats alimentaires réalisés dans les pays développés sont des denrées périssables présentées à la vente en ambiance froide. Leur production et leur conditionnement nécessitent des ambiances froides et, pour les produits nus craignant la contamination par l’air, un environnement ultrapropre. Les industriels de l’alimentaire ont, depuis les années 90, considérablement amélioré les conditions sanitaires de leurs productions. Les progrès spectaculaires dans l’hygiène des productions créent malheureusement un coût humain de moins en moins supportable sous la forme de troubles de santé liés au travail en ambiance froide. Les Troubles Musculo-Squelettiques (TMS) en sont l’expression la plus spectaculaire. Ces problèmes de santé au travail, alliés au déficit d’image des métiers de l’alimentaire auprès des jeunes, conduisent à un cercle vicieux économique et social dont l’exil des emplois vers les zones à bas coûts et l’importation de main d’œuvre plus tolérante sont des conséquences déjà avérées. Le développement de la technique FROILOC est parti de la nécessité de traiter cette contradiction entre l’objectif sanitaire de maintien d’atmosphères froides, éventuellement ultrapropres, au contact des produits alimentaires, et le besoin impérieux de remonter la température des ambiances subies par les opérateurs des ateliers de transformation, découpe et conditionnement. L’idée est de produire un principe technique nouveau destiné à localiser des flux d’air propres et froids sur les zones entourant les produits, en limitant fortement la diffusion du froid dans l’ambiance. En termes d’enjeu industriel et économique, cette approche vise également un gain énergétique par la réduction des puissances froid nécessaires.
Etude numérique et expérimentale pour l’optimisation du principe de séparation ouverte d’ambiance froideCe projet est le prolongement d’un projet régional Bretagne (projet FROILOC) qui a prouvé la faisabilité en usine d’une protection localisée de ligne de conditionnement de produits alimentaires, par un balayage d’air froid filtré. Un premier prototype a permis de maintenir 1°C sur les produits alimentaires et 16°C dans l’ambiance environnante de travail, sans séparation physique autre que l’écoulement dirigé du flux froid.Il s’agit maintenant d’approfondir la connaissance et la maîtrise des principes de soufflage, guidage et recyclage de l’air froid et propre, de manière à décliner la technologie dans une large gamme de configurations de lignes de production.La simulation numérique des écoulements et des zonages de température apporte la connaissance détaillée des mécanismes qui conditionnent l’écoulement de l’air et le transport de la chaleur et des polluants, en fonction des conditions géométriques, thermiques et dynamiques appliquées.Un ensemble d’expérimentations sur pilote de laboratoire permettent de mesurer, en relation directe avec les enseignements de la simulation, les influences relatives des mécanismes mis en jeu et d’optimiser, pour différentes géométries de ligne, la combinaison assurant le meilleur confinement de la zone froide et ultrapropre.Parallèlement, un volet technique est dédié à la mise au point d’une technique de production continue d’air froid et ultrapropre, pour autoriser l’alimentation en continu d’une ligne de production en air froid, sans effacement pour dégivrage.Le projet, conçu comme une préparation du développement industriel de la technologie FROILOC (brevetée), comporte également un volet « valorisation » qui prépare, en relation avec des équipementiers de l’aéraulique industrielle et des acteurs de l’industrie alimentaire, les premières réalisations en ateliers industriels.
Résumé de la soumission : La technologie FROILOC a été développée par le Cemagref jusqu’à un premier stade de validation en usine (maturité TRL7). Il s’agit d’un dispositif de froid propre localisé implantable en atelier de production, notamment agroalimentaire, afin de 1) maintenir une ambiance froide et ultrapropre sur le produit alimentaire, et 2) améliorer les conditions de santé au travail en rendant possible un travail des opérateurs à plus de 13°C.L’état actuel de la technologie résulte d’un projet de recherche régional 2006-2008, lancé sur la base d’un Cahier Des Charges Fonctionnel établi avec des industriels. Les essais finaux sur ligne de production ont établi la conformité totale des résultats dans deux des cas de figure du CDCF : le cas n° 1 « poste de transformation de type tapis avec opérateurs » et une partie du cas n°6 « postes de conditionnement », dont les thermoformeuses-filmeuses.Un brevet a été déposé par le Cemagref pour protéger ces acquis en vue des premières applications dans ces cas, très génériques pour l’industrie alimentaire, mais ne représentant qu’une partie des cas d’application déjà identifiés.Le projet FROILOC-C vise 1) la consolidation des bases scientifiques et des solutions techniques pour un élargissement des capacités de transfert vers l’industrie ; 2) l’extension de  la propriété industrielle et la préparation du transfert.Ce projet est divisé en cinq tâches, dont les trois premières comprennent principalement des travaux expérimentaux destinés à consolider les bases scientifiques de la technologie et à établir les éléments techniques de son développement futur. La quatrième tâche doit établir les supports techniques du transfert. La cinquième tâche, menée par le service de valorisation du Cemagref, consistera à préparer le transfert industriel.La valorisation industrielle est envisagée sur la base du brevet existant, complété à l’issue de ce projet, le transfert se faisant par cession de licences aux équipementiers-installateurs et de droits d’usage aux industriels de l’alimentaire et des secteurs similaires.
Résultats : Etat provisoire à février 2014 :
Les simulations ont produit une grande partie des analyses nécessaires. Elles ont mis en particulier en évidence l’importance des mécanismes de déflection et d’accélération du flux d’air froid au contact de l’ambiance chaude et la nécessité d’adapter, suivant les géométries, les conditions imposées pour le maintien d’un effet de rideau séparateur.
Les expérimentations de confirmation et quantification sont en cours.
La technologie de production de froid continu a été mise au point, en adoptant un principe de centrale d’air à double-batterie froide et en s’appuyant sur une régulation pilotée par les paramètres liés au givrage.
Un premier projet industriel d’application est en préparation, avec l'équipementier Cesbron, titulaire d'une licence du brevet Froiloc.
Perspectives : La perspective principale est la réalisation d’une première reconfiguration d’atelier froid en industrie alimentaire, puis la diffusion large de la technologie Froiloc, sachant que cette diffusion demandera l’implication de partenaires multiples, dont les organismes publics et industriels et le pôle de Compétitivité Valorial, pour repenser l’organisation des productions sous froid-propre.
Sur le plan scientifique, des perspectives s’ouvrent pour l’exploitation des comportements de rideaux d’air à l’interface entre air froid et air chaud.
Publications et brevets : Le brevet FROILOC a été étendu à l’international et une marque a été déposée.
Une licence a été cédée à l'équipementier Cesbron, ETI nationale du froid et du génie climatique. Cela a permis d’intensifier les contacts industriels pour préparer les applications.
Des actions de communication ont été menées par Irstea et Cesbron en relation avec le Pôle Cristal de Dinan (Centre de Ressources Technologiques du froid et de la climatisation) et la CARSAT de Bretagne (conditions de travail et lutte contre les Troubles Musculo Squelettiques liés au travail au froid).
Une plaquette d’information industrielle a été produite.
Une publication est en cours dans la revue Travail et Sécurité de l’INRS : «Confort thermique à la chaîne«, Travail & Sécurité n°748, mars 2014, p.28-29.
Une publication dans Journal of Food Engineering est en préparation pour l’été 2014, sur les enseignements scientifiques et techniques de l’analyse du rideau d’air froid stabilisant l’ambiance locale Froiloc.