L’unité Technologie des équipements agro-alimentaires (TERE) CEMAGREF Rennes

Février 2005 - n°96

Le CEMAGREF s’impose comme l’institut public de recherche dédié à l’ingénierie de l’agriculture et de l’environnement. Son centre de Rennes se focalise sur la recherche technologique pour la transformation des produits et déchets biologiques. Il est implanté sur le site de Rennes Beauregard où il regroupe 66 agents permanents dont 30 ingénieurs et chercheurs. Outre cet effectif propre, il accueille en permanence une douzaine de doctorants et chercheurs étrangers et, chaque année, une vingtaine de stagiaires de l’enseignement supérieur. Ses locaux de 4 800 m2 abritent divers laboratoires et halls d’essais permettant analyses et expérimentations, de la paillasse aux pilotes et prototypes.

Ses travaux sont menés à la fois en laboratoire et “ sur le terrain ”, où les équipes interviennent tant dans des sites naturels (bassins versants) que sur des installations de traitement des ordures ménagères ou des déjections animales, ou encore, dans des usines de transformation alimentaire.
En Région Bretagne et Pays de la Loire, le CEMAGREF collabore également avec les équipes des centres d’Antony, Lyon, Bordeaux et Aix en Provence, compétentes sur d’autres aspects de l’ingénierie du développement durable…
A Rennes, le CEMAGREF se compose de deux unités de recherche :
- Gestion environnementale et traitement biologique des déchets (GERE) ;
- Technologie des équipements agroalimentaires (TERE).

Intéressons-nous tout particulièrement à cette dernière…

Diagnostic, maîtrise et contrôle de la qualité alimentaire

Au sein du CEMAGREF, l’Unité TERE mène des recherches pour aider les professionnels à améliorer et maîtriser la qualité des matières premières et des produits agroalimentaires lors de la mise en œuvre des procédés de transformation et de conservation. Elle développe des connaissances et des méthodologies en mécanique des fluides (aéraulique), en caractérisation non invasive des produits et procédés (RMN/IRM) et en génie des procédés (transferts de masse et de chaleur). Ces recherches sont conduites par deux équipes de recherche dans le cadre des deux thèmes de recherche METFRI (équipe " Aérobio ") et IRM-Food.
Les activités de l’Unité, définies pour répondre aux besoins du secteur agro-alimentaire, comportent tout d’abord des programmes de recherche, le plus souvent menés en coopération avec des centres de recherche publics ou privés aux compétences complémentaires. Elles s’articulent également autour de projets qui relèvent de l’expertise ou du développement technologique au bénéfice des entreprises, industriels de la transformation ou équipementiers.

Les équipes “ Aérobio ” et “ IRM-Food ”

Les équipes de l’Unité TERE occupent une position originale au niveau national sur deux spécialités :
- la maîtrise localisée des paramètres d’ambiance (température, humidité, ensemencement) au voisinage des produits dans les ateliers de transformation (équipe Aérobio),
- l’utilisation des techniques de RMN et d’IRM pour la caractérisation des produits et la recherche sur leurs transformations (équipe Irma).

L’équipe “ Aérobio ”, Aéraulique et Biocontamination :
Le TR METFRI a pour objet de réaliser des recherches sur la " Maîtrise des écoulements et des transferts de masse et de chaleur pour préserver l’hygiène des aliments " dans les procédés frigorifiques et ultrapropres, avec pour objectif d’apporter des connaissances, des méthodes et des outils contribuant à préserver les aliments contre la contamination et le développement microbien. Il est réparti sur deux UR : GPAN à Antony et TERE à Rennes. L’équipe Aerobio, au sein de l’Unité TERE, s’intéresse plus particulièrement aux techniques assurant la sécurité sanitaire par la maîtrise de la répartition dans l’espace et dans le temps des conditions physiques de température et de pollution autour des aliments et des chaînes de production. L’objectif est de couvrir les besoins de l’industrie alimentaire en froid localisé, en propre localisé et en quoi que ce soit localisé selon la nature des productions. La protection des produits alimentaires contre la contamination et l’amélioration des conditions de travail sont deux domaines d’application particulièrement prometteurs.

Entre autres exemples d’études développées actuellement par l’équipe Aérobio :
- “ des travaux de recherche sur les effractions au niveau de l’interface entre la zone protégée et l’air ambiant pollué ”
- “ une chaîne de mesurage en continu de l’ensemble de paramètres définissant la qualité de l’air en IAA ”…
En complémentarité avec les recherches publiques et privées sur la microbiologie et les sciences des aliments, cette équipe développe des compétences en mécanique des fluides, transferts de particules et de contaminants, méthodes expérimentales et numériques appliquées à l’optimisation des flux d’air turbulentsà basses vitesses.

L’équipe IRM-Food :
L’ équipe IRM-Food " RMN/IRM pour la caractérisation des produits agro-alimentaires et leurs transformations " a pour objectif de soutenir le développement économique du secteur agroalimentaire par la mise à disposition d’une expertise, à travers le développement des outils non invasifs RMN et IRM, sur la connaissance des mécanismes de mise en place des structures et les conséquences sur la qualité et la sûreté des bio-produits. Il vise à comprendre la mise en place des structures internes des aliments et des produits vivants, comprendre les interactions entre la structure des matrices et les dynamiques des molécules, comprendre et modéliser les mécanismes de création de ces structures en cours de transformation. Des compétences en relaxométrie RMN et interactions moléculaires sont appliquées à des produits et procédés agroalimentaires, en particulier les produits laitiers, céréaliers et carnés.

La RMN est un outil puissant qui donne accès à des informations à la fois à l’échelle microscopique et à l’échelle macroscopique et qui permet de caractériser et de suivre des phénomènes physiques et chimiques qui existent dans un vaste domaine d’échelle de longueur et de temps. Elle peut fournir des informations sur les structures et sur la dynamique de ces structures à l’échelle moléculaire ou micronique (fusion, cristallisation, coagulation, gélatinisation, localisation et interaction de l’eau avec les solutés et les macromolécules…). L’imagerie IRM donne potentiellement accès aux hétérogénéités structurales des produits à l’échelle millimétrique (distribution des tissus, cristallisation de l’eau ou de la matière grasse…) et aux profits de concentration, de vitesse ou de température.

Les travaux conduits depuis 10 ans par l’Unité de recherche ont permis de définir et d’élargir les potentialités de la technique de relaxométrie RMN pour caractériser les produits alimentaires en temps réel et sans contact. Un équipement IRM a été financé en 1995 par les Pouvoirs Publics : les ministères de l’agriculture, de l’enseignement supérieur et de la recherche, la région Bretagne. L’installation de cet équipement a été complété par la réalisation de dispositifs permettant de reproduire directement au sein de l’équipement IRM des opérations de transformation alimentaires. Il est ainsi possible de suivre de l’évolution des aliments au cours de différent procédés tels que la congélation/ décongélation, l’égouttage, l’affinage de fromage, la cuisson de pain. L’association de l’IRM et de ces dispositifs font que l’équipement est unique en France.

L’équipe a ainsi acquis une expertise dans les principales filières alimentaires :

la filière des produits laitiers , pour l’étude de l’affinage, de l’égouttage des fromages, de la congélation des caillés, ou la réhydratation des poudres de lait.
la filière des produits carnés, pour la répartition des tissus adipeux et la mesure de l’état physique des graisses.
la filière des produits de panification, par l’étude de la congélation des pâton, de la fermentation du pain et de la cuisson

L’amélioration de la qualité des produits et des performances des procédés passe par une meilleure connaissance de l’état physique et des interactions des molécules. De plus, la dynamique des transferts, notamment de l’eau et de la matière grasse, est un élément indispensableà intégrer dans la modélisation et l’optimisation des procédés et des modes de conservation des produits.

Deux équipements de recherche novateurs

Le positionnement de ces deux équipes est aujourd’hui renforcé grâce à l’acquisition de deux équipements scientifiques structurants :

- pour l’équipe Aérobio : une soufflerie basses vitesses, investissement de 1 MEuros réalisé dans le cadre du contrat de plan Etat-Région Bretagne, outil de recherche expérimentale unique à l’échelle européenne et qui sera opérationnel début 2005. Ce matériel permettra notamment d’étudier les conditions du confinement par flux d’air (sans cloisons) de zones parfaitement propres, ou froides, ou différenciées en composition gazeuse, dans des environnements insuffisamment maîtrisés,
- pour l’équipe IRM-Food : un nouvel imageur, investissement de 1,2 M à réaliser en 2006 dans le cadre du projet Europia (Europôle rennais en imagerie analytique et fonctionnelle). Cet équipement ouvrira la voie à une nouvelle génération de programmes de recherche sur la constitution de la structure et des caractéristiques des aliments au cours de leur élaboration. Ces programmes sont menés le plus souvent en coopération avec les équipes de l’INRA compétentes en matière de produits et de procédés.

Ainsi confortée, l’Unité TERE confirme sa vocation à constituer un point d’ancrage dans le Grand Ouest pour la recherche technologique sur les produits et transformations alimentaires.