Encapsulation de matériaux à changement de phase dans un emballage alimentaire
Creators: name: Hoang, Hong-Minh
name: Delahaye, Anthony
name: Lacour, Stephanie
name: Capron, Isabelle
name: Maigret, Jean-Eudes
name: Lourdin, Denis
name: Saavedra, Sebastien
name: Denis, Alain
name: Bagheri, Daniel
name: Fournaison, Laurence
Publisher: name: Société Française de Thermique
Year: 2022
Subjects: matériaux à changement de phase (MCP)
emballage alimentaire
encapsulation

description: La rupture de la chaîne du froid est responsable de pertes alimentaires qui génèrent un coût économique et environnemental non négligeable. Cette rupture provoque une remontée en température des produits alimentaires et peut entraîner un risque sanitaire élevé pour le consommateur en particulier pour certains produits fragiles (viande hachée, poisson par exemple). Une solution pour ralentir le réchauffement consiste à utiliser des matériaux à changement de phase (MCP) dans des emballages ; ces matériaux lors de leur fusion deviennent une source de production de froid (de par sa chaleur latente de fusion) et permettent de maintenir pendant un certain temps le produit dans les bonnes conditions de conservation (température réglementaire). Toutefois, cette solution nécessite d'une part de trouver le(s) « bons » MCP avec les propriétés convenables à l'application « emballage » et d'autre part une mise en forme adéquate de ces matériaux permettant de supporter le changement de phase solide/liquide. En effet, le MCP doit à la fois apporter une inertie thermique dans la gamme de température de conservation (0-8 $^{\circ}$C, au voisinage du produit) et limiter le flux de chaleur entrant dans l'emballage (résistance thermique à la température ambiante). Si un seul MCP est utilisé, se pose alors la question du choix de sa température de fusion : doit - elle être inférieure à la température de conservation (au risque de congeler le produit), ou un peu plus élevée pour mieux résister au apports thermiques extérieurs. Concernant la mise en forme, certaines études récentes ont exploré la possibilité d'incorporer sous forme de microgouttes dans un film une fraction volumique importante de MCP. Cependant, une autre question se pose sur la quantité « optimale » du MCP à incorporer. Dans ce travail, un dispositif expérimental a été développé afin de tester 2 configurations d'emballages contenant des MCP: les films biosourcés (amidon) intégrant des MCP et un système dans lequel les MCP ont été déposés en son état naturel (bulk). Pour chaque configuration, plusieurs quantités de MCP et 2 MCPs (température de fusion à 5 $^{\circ}$C et à 18 $^{\circ}$C) ont été testés. En parallèle de ce travail expérimental, un modèle dynamique a été développé pour prédire l'évolution du même système étudié expérimentalement pendant un réchauffement (de 0 $^{\circ}$C à 30 $^{\circ}$C). Ce modèle a pris en compte plusieurs éléments du système (parois, MCP et produit test), différents modes de transfert thermique (conduction dans les parois, convection entre l'air et produit et entre l'air et les parois…) et le changement de phase du MCP. Il a été validé par des résultats expérimentaux de plusieurs configurations (films d'amidon avec/sans MCP, MCP en bulk…). Ce modèle a été également utilisé afin de prédire les caractéristiques optimales de la protection thermique pour des configurations différentes de celles testées expérimentalement, selon les critères thermiques attendus.