# Le fractionnement par voie sèche des agroressources : une voie énergétiquement économe pour élaborer de nouvelles formulations de produits céréaliers

Frederic Mabille, Agnès Duri-Bechemilh, Valerie Lullien-Pellerin

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Frederic Mabille, Agnès Duri-Bechemilh, Valerie Lullien-Pellerin. Le fractionnement par voie sèche des agroressources: une voie énergétiquement économe pour élaborer de nouvelles formulations de produits céréaliers. 17. Convention d'affaires des procédés industriels et services destinés à l'ensemble des acteurs du secteur agroalimentaire - ProFood 2010, Jun 2010, Nantes, France. hal-01604122

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Submitted on 6 Jun 2020

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# Le fractionnement par voie sèche des agroressources :
Une voie énergétiquement économie pour élaborer de
nouvelles formulations de produits céréaliers

Frédéric Mabille, Agnès Duri, Valérie Lullien-Pellerin

Mabille@supagro.inra.fr

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UMR 1208 Ingénierie des Agropolymères et Technologies Emergentes

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Département Caractérisation et Elaboration
des Produits Issus de l'Agriculture

Le fractionnement par voie sèche des agro-ressources.
Bilan énergétique d'une opération de broyage.
Approche multi échelle de la cohésion.
Apport de la simulation numérique.
Conclusions

iAte
ingénierie des Agropolymères
& technologies emergentes

Le fractionnement par voie sèche des agro-ressources.

Bilan énergétique d'une opération de broyage.

Approche multi échelle de la cohésion.

Apport de la simulation numérique.

Conclusions
Le fractionnement par voie sèche des agro-ressources.

Bilan énergétique d'une opération de broyage.

Approche multi échelle de la cohésion.

Apport de la simulation numérique.

Conclusions

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iAte

ingénierie des Agropolymères
& technologies émergentes

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Le fractionnement par voie sèche des agro-ressources.

Bilan énergétique d'une opération de broyage.

Approche multi échelle de la cohésion.

Apport de la simulation numérique.

Conclusions

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iAte

ingénierie des Agropolymères
& technologies émergentes

## Bilan énergétique d'une opération unitaire de broyage

Le dispositif expérimental utilisé est un broyeur à cylindres.

Le dispositif est instrumenté pour permettre la mesure de la consommation électrique, le couple sur les deux cylindres et les températures des cylindres et du bâti.

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>micromoulin à cylindres
instrumentés</figcaption></figure>

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Le fractionnement par voie sèche des agro-ressources.

Bilan énergétique d'une opération de broyage.

Approche multi échelle de la cohésion.

Apport de la simulation numérique.

Conclusions

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ingénierie des Agropolymères & technologies émergentes

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Le fractionnement par voie sèche des agro-ressources.

Bilan énergétique d'une opération de broyage.

Approche multi échelle de la cohésion.

Apport de la simulation numérique.

Conclusions

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ingénierie des Agropolymères & technologies émergentes

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consommation énergétique des équipements
Le fractionnement par voie sèche des agro-ressources.

Bilan énergétique d'une opération de broyage.

Approche multi échelle de la cohésion.

Apport de la simulation numérique.

Conclusions

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iAte

ingénierie des Agropolymères & technologies émergentes

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Le fractionnement par voie sèche des agro-ressources.

Bilan énergétique d'une opération de broyage.

Approche multi échelle de la cohésion.

Apport de la simulation numérique.

Conclusions

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iAte

ingénierie des Agropolymères & technologies émergentes

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Le fractionnement par voie sèche des agro-ressources.

Bilan énergétique d'une opération de broyage.

Approche multi échelle de la cohésion.

Apport de la simulation numérique.

Conclusions

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iAte

ingénierie des Agropolymères
& technologies émergentes

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Première étape : Observation de la structure

Microscopie

Microtomographie

Biologique

Hydroscopique

Hétérogène

Poreux

Anisotrope

Composite

Précontraint

...

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Le fractionnement par voie sèche des agro-ressources.

Bilan énergétique d'une opération de broyage.

Approche multi échelle de la cohésion.

Apport de la simulation numérique.

Conclusions

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iAte

ingénierie des Agropolymères
& technologies émergentes

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## Système d'étude

Nécessité d'une compréhension de la structure de la matière
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<figure><img src="image_23.png" /><figcaption>Grain Vitreux</figcaption></figure>

Soft / Hard / Durum

<figure><img src="image_24.png" /><figcaption>Grain Farineux</figcaption></figure>

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<figure><img src="image_28.png" /></figure>

Classification des blé en fonction de critères mécaniques.

Aide à la prédiction des comportements au fractionnement

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Capteur de Déplacement

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Eprouvette d'Albumen

Capteur de Force

• Résolution moteurs :

– 51 200 micro - pas / tour pour 1 mm en déplacement linéaire

• Vitesse moteurs (pas à pas) :

– Cas usuel : $V = 10 \ \mu\text{m/s}$

– $V \min = 0,04 \ \mu\text{m/s}$

– $V \max > 25 \ \text{mm/s}$
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## Observations locales des fissurations

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Traitement par corrélation d'images

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## Diversifier les types de sollicitations

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- Conservation du mode opératoire de préparation de éprouvettes

- Localisation de la fissuration

- Facilité de mise en place et d'observation

- Sollicitations mixtes de traction et compression

- Intégration dans les tests de validation des simulations numériques

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<figure><img src="image_36.png" /></figure>

<figure><img src="image_37.png" /><figcaption>➤ Caractérisation dynamique.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_38.png" /><figcaption>➤ Caractérisation locale.</figcaption></figure>

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<figure><img src="image_40.png" /></figure>

<figure><img src="image_41.png" /></figure>

<figure><img src="image_42.png" /></figure>

Le fractionnement par voie sèche des agro-ressources.
Bilan énergétique d'une opération de broyage.
Approche multi échelle de la cohésion.
Apport de la simulation numérique.
Conclusions

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<figure><img src="image_44.png" /></figure>

Modifier les conditions de caractérisation expérimentale pour les rendre conformes aux conditions de déstructuration de la matière dans les broyeurs.
## Objectif

Mesurer l'énergie de rupture de la matière lors du procédé de broyage

## Méthodes

Tests de sollicitations en grandes vitesses de déformation ($800 \text{ s}^{-1} < \varepsilon < 1500 \text{ s}^{-1}$)

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roue inertielle

barres d'Hopkinson

test du poids tombant

test d'impact à jet d'air sur particule unique

## 1<sup>ers</sup> résultats

Comportement à la rupture des grains différent selon la dureté du blé

## Coupler les approches numériques

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### Microstructure

Comptabilisation des éléments rompus

Etude des régimes de fissuration

Cartographie des contraintes

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### Macroscopique

Grandeur macroscopique

Contrainte limite admissible

Energie de rupture
## Coupler les approches numériques

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UMR

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### Adhérence Particule matrice

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Nb= fraction d'éléments rompus dans la phase « amidon »

Fraction volumique de matrice

### Régime de rupture

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## Coupler les approches numériques

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UMR

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### Observation du chemin de fissure

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### Champs de Contraintes

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### Simulation du chemin de fissure

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Compression d'une éprouvette d'albumen perforée
Le fractionnement par voie sèche des agro-ressources.

Bilan énergétique d'une opération de broyage.

Approche multi échelle de la cohésion.

Apport de la simulation numérique.

Conclusions

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& technologies émergentes

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- Mesure des consommations énergétiques,
- Prise en compte des spécificités des fractions
- Modification des pratiques technologiques

Le fractionnement par voie sèche des agro-ressources.

Bilan énergétique d'une opération de broyage.

Approche multi échelle de la cohésion.

Apport de la simulation numérique.

Conclusions

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& technologies émergentes

- Etablir les bilans énergétiques

- Détermination des modes de sollicitation

- Recherche des conditions optimales de fractionnement

## Méthodes

<figure><img src="image_59.png" /><figcaption>broyeur à billes</figcaption></figure>

<figure><img src="image_60.png" /><figcaption>micromoulin à cylindres
IATE</figcaption></figure>

## Quelques résultats

- ✓ mesure des énergies mécanique et électrique dépensées

blé tendre : 7.7 kJ/kg

blé dur : 14.7 kJ/kg

- ✓ mesure des pertes thermiques non fiable

- ✓ Utilisation de prétraitements physiques ou biochimiques
# Nécessité d'une approche pluridisciplinaire

## Nécessité d'une approche multi-échelle

## Description des opérations unitaires

## Compréhension des mécanismes de cohésion

## Confrontation des approches et améliorations des modèles de simulation