Production de mousses alimentaires solides par couplage microfluidique/chauffage.

La fabrication de mousses solides est un enjeu majeur dans l’industrie en général et en particulier dans l’industrie agroalimentaire. La plupart des procédés utilisés impliquent la formation de mousse liquide qui est ensuite solidifiée/stabilisée. Les procédés existants ne répondent pas à toutes les attentes de l’industrie ; en particulier, il existe une demande de procédés plus versatiles en termes de quantité de matière traitée afin de moins gaspiller de matière première. L’attente porte également sur la possibilité de cibler des porosités particulières des mousses, pour permettre de nouvelles applications. Enfin, la proposition de procédés plus compacts et moins énergivores est un levier d’innovation incontournable. Le sujet de thèse proposé s’inscrit dans le cadre du projet PROFHEAT, financé par l’ANR et porte sur le couplage de techniques innovantes et écoresponsables pour la formation de mousses solides.

Une étude préalable mené au laboratoire GEPEA a porté sur la formulation d’une base liquide, issue de matériaux végétaux et présentant des propriétés tensio-actives et rhéofluidifiantes permettant de former une mousse liquide dont la stabilisation par chauffage micro-ondes a été testée.

L’étude proposée à travers ce sujet de thèse vise à développer et caractériser un procédé complet d’obtention de mousses solides. Celle-ci comprendra une phase de sélection d’une formulation d’émulsion, plus exhaustive que celle réalisée en première approche. Celle-ci devra être compatible avec le mode de foisonnement et de chauffage envisagés. L’émulsion sera foisonnée (transformée en mousse) en utilisant un procédé continu et rapide de type microfluidique à haut débit qui permet de maitriser la teneur en gaz du mélange et la taille caractéristique des bulles. Les mousses liquides formées seront ensuite traitées thermiquement afin de les solidifier. Deux procédés à haut rendement énergétique seront considérés : le traitement par micro-ondes et le chauffage ohmique. Une partie importante du projet portera sur l’optimisation des paramètres du couplage entre l’écoulement de la mousse (débit, teneur en gaz) et le traitement thermique de celle-ci (puissance, temps d’exposition). D’autre part, les caractéristiques structurales et les performances (rhéologie, propriétés thermiques) de la mousse solide seront évaluées. La stabilité de la structure pourra être étudiée avec la tomographie aux rayons X et par des tests mécaniques.

L’objectif à long terme sera d’adapter ces procédés en ligne vers des technologies en cours de développement telle que l’impression 3D pour le dépôt des produits alimentaires aérés.

Ce travail sera réalisé au laboratoire GEPEA sur le site d’ONIRIS à Nantes. Le GEPEA développe et caractérise depuis plus d’une décennie des procédés milli/microfluidiques compacts basés sur des principes d’intensification des transferts et portant sur l’émulsification et le foisonnement en ligne. Les systèmes développés ont la particularité de pouvoir fonctionner à des débits beaucoup plus élevés que ce qui est pratiqué habituellement dans le domaine de la microfluidique ; ce qui offre des perspectives et une alternative pour des applications de mélange ou dispersion. Un banc instrumenté et équipé d’une caméra rapide adaptée à l’étude d’écoulements très rapides permet de caractériser finement les écoulements au sein de systèmes microfluidiques et millifluidiques.

Une partie des activités du GEPEA porte sur la caractérisation des procédés thermiques par micro-ondes et par chauffage ohmique, pour lesquels un bonne expertise existe au sein du laboratoire.

Oniris VetAgroBio est un établissement d'enseignement supérieur et de recherche du Ministère de l'agriculture et de la souveraineté alimentaire.

Il dispose d’une palette thématique très large incluant la santé animale et la santé publique, les domaines clinique, biomédical, les sciences de l’alimentation et le génie des procédés.

Oniris VetAgroBio a pour ambition d’être acteur dans les domaines de l'alimentation et de de la santé animale et humaine, en contribuant activement au concept « one medicine, one health ».

Oniris VetAgroBio forme environ 1200 élèves, en proposant notamment les formations correspondant :

aux métiers de vétérinaire (diplôme de docteur vétérinaire). La spécificité de cette formation de pathologistes et de biologistes est d'associer les aptitudes acquises par une formation par la clinique, notamment au sein d’un hôpital vétérinaire, à celles résultant d'une formation par la recherche,

aux métiers d'ingénieur (diplôme d’ingénieur) dans les domaines agroalimentaire/alimentation ou des bioprocédés et biotechnologies.

Dans ces approfondissements de 3ème année, la formation d’ingénieur Oniris bénéficie d’un ancrage très fort dans le tissu industriel et d’outils très spécifiques professionnalisants propices à l'innovation comme une halle technologique en conditions quasi-industrielles.

Tout en demeurant spécifiques, les cursus vétérinaire et ingénieur apportent l'un à l'autre une valeur ajoutée dans l’optique d’une diversification des métiers et d’une meilleure employabilité.

Une des fortes spécificités d’Oniris VetAgroBio en matière d’alimentation et d’innovation alimentaire, est d’intégrer les problématiques liées à la prise en compte de la sécurité sanitaire tout au long de la filière, au process industriel, à la nutrition/santé, au bien-être, aux sciences humaines et sociales.

L'ambition d’Oniris VetAgroBio est de former des professionnels capables de répondre aux grands enjeux internationaux en matière de santé et d’alimentation.

Les étudiants sont immergés dans une « Ecole citoyenne », par exemple par leur contribution à des opérations d’ouverture sociale du type « cordées de la réussite ».

Grâce à son accréditation à délivrer le doctorat et à son offre de masters, Oniris VetAgroBio possède un dispositif très attractif de formation-recherche, en articulation avec les différents organismes de recherche, INRAE, INSERM, CNRS, IFREMER, ANSES.

Quatre thématiques positionnent Oniris VetAgroBio notamment au travers de ses unités de recherche :

une thématique « maîtrise de la santé des animaux d'élevage » visant à répondre à des enjeux de suffisance alimentaire, par la prévention et la gestion de crise de santé animale, et à la santé de l'homme par la prévention de risques biologiques ou chimiques dans la chaîne alimentaire ;

une thématique « sécurité et qualité de l'aliment » contribuant à produire des connaissances et des méthodes permettant d'assurer la production d'aliments de bonne qualité sanitaire, nutritionnelle et sensorielle ;

une thématique « procédés alimentaire, management et développement durable » visant à la conception et l'évaluation de procédés agro-alimentaires innovants et durables pour produire des aliments répondant aux stratégies industrielles et aux attentes du consommateur ;

une thématique « santé humaine, recherche clinique et biomédicale, translationnelle » visant à comprendre les mécanismes pathologiques et à produire des traitements innovants de maladies de l’animal et de l'homme, notamment dans le cadre d'interactions fortes avec le pôle Santé régional.

En raison du caractère multidisciplinaire de l’étude, la/le candidat(e) recherché(e) devra idéalement avoir une bonne culture en mécanique des fluides, rhéologie et idéalement en procédés alimentaires ou bioprocédés. Il/elle devra avoir une bonne aptitude pour mener des travaux expérimentaux : rigueur dans l’exécution, l’analyse des résultats et la rédaction de rapports, ainsi que des connaissances en traitement des données (Matlab ou Python).