Hygiene Industrielle Chapitre 1 2025 PDF

École Supérieure des Sciences de l’Aliment et des Industries Agroalimentaires HYGIÈNE INDUSTRIELLE 5ème année Mme. BELALOUI D.  CHAPITRE 1: FORMATION DES DÉPÔTS ET ENCRASSEMENT ESSAIA - Mme. BELAOUI D.  Hygiène des alimen...

École Supérieure des Sciences de l’Aliment et des Industries Agroalimentaires HYGIÈNE INDUSTRIELLE 5ème année Mme. BELALOUI D.  CHAPITRE 1: FORMATION DES DÉPÔTS ET ENCRASSEMENT ESSAIA - Mme. BELAOUI D.  Hygiène des aliments Ensemble des conditions et mesures nécessaires pour assurer la sécurité et la salubrité des aliments à toutes les étapes de la chaîne alimentaire NF V 01-002 : 2008 « mesures et conditions nécessaires pour maîtriser les dangers et garantir le caractère propre à la consommation humaine d’une denrée alimentaire compte tenu de son utilisation prévue » (extrait du Règlement CE n° 852/2004, article 2 – Définitions). «mesures et conditions nécessaires pour maitriser les dangers et garantir le caractère propre à la consommation humaine d'une denrÈe alimentaire compte tenu de l'utilisation prévue JO N24 2016 ESSAIA - Mme. BELAOUI D.  Transformation matière première Produit fini Plusieurs opérations ou étapes unitaires On utilise l’échangeur de chaleur dans plusieurs secteurs de Traitement thermique l’industrie (chimie, pétrochimie, sidérurgie, agroalimentaire, BUT production d’énergie, etc.), ✓ Stabilisation microbiologique du produit (pasteurisation ou stérilisation) Exp: laiterie ➔ équipement utilisé est l’échangeur à plaques ✓ Conférer au produit certaines propriétés ESSAIA - Mme. BELAOUI D. organoleptiques (texture particulière)  Inconvénients des équipements de traitement thermique ✓ Encrassement des surfaces d’échange de chaleur ✓ Difficultés de nettoyage Conséquences de la présence de souillures à la surface des équipements compromettre la qualité et la sécurité des aliments en favorisant le risque de contamination des surfaces Facteurs nuisibles Médiatisation à leur image des accidents sanitaires (TIAC) de l’impact environnemental lié à Pour les IAA l’utilisation de grandes quantités d’eau ou de produits chimiques L’étude de l’encrassement et du (alcalins ou acides) lors des cycles nettoyage des installations ESSAIA - Mme. BELAOUI D. de nettoyage , est tjrs un sujet d’actualité La formation et l’élimination des dépôts à la surface des équipements mettent en jeu un ensemble de phénomènes complexes (pas tous élucidés à ce jour) Une des principales lacunes concerne la relation entre les réactions chimiques , les transferts de chaleurs et de quantité de mouvement et la croissance puis l’élimination d’un dépôt Afin de mieux comprendre la diminution ou l’élimination de l’encrassement ➔ Il serait donc intéressant de commencer par répondre un peu plus amplement à certaines questions Qu’est-ce que le transfert thermique ? Qu’es ce que un échangeur de chaleur ? Quel problème peut rencontrer un échangeur ? ESSAIA - Mme. BELAOUI D. 1. Le transfert de chaleur = transfert thermique entre 2 corps = interaction énergétique qui résulte d’une différence deT° entre les 2 corps. ➔ 3 modes de transfert de chaleur 1. La conduction thermique ou diffusion thermique, 2. Le rayonnement thermique, 3. La convection. Ces trois modes sont régis par des lois spécifiques, cependant strictement parlant, seuls la conduction et le rayonnement sont des modes fondamentaux de transmission de la chaleur ; la convection, tout en étant très importante, ne fait que combiner la conduction avec un déplacement de fluide. Il est rare qu’une situation particulière ne concerne qu’un seul mode : le plus souvent 2 sinon 3 modes entrent en jeu. ESSAIA - Mme. BELAOUI D. 1. Le transfert de chaleur 1.1.La conduction Mode de transmission de la chaleur (ou l’échange d’énergie interne) provoquée par la différence de température entre deux régions d’un milieu solide, liquide ou gazeux ou encore entre deux milieux en contact physique. (Gradient de température dans un milieu). Dans la plupart des cas ; on étudie la conduction dans les milieux solides, puisque dans les milieux fluides (c'est-à-dire liquide ou gazeux), il y a souvent couplage avec un déplacement de matière et donc mécanisme de convection. La conduction est le seul mécanisme intervenant dans le transfert de chaleur dans un solide homogène, opaque et compact. La conduction s’effectue de proche en proche ➔ Si on chauffe l’extrémité d’un solide il y a transfert progressif. et ➔et si on coupe le solide, on stoppe le transfert ESSAIA - Mme. BELAOUI D. 1. Le transfert de chaleur 1.2. Le rayonnement Le rayonnement thermique peut être considéré comme un cas particulier du rayonnement électromagnétique. Le rayonnement thermique = mode de transmission par lequel la chaleur passe d’un corps à haute température à un autre plus froid sans nécessité de support matériel. C’est donc le seul mode de transfert de chaleur qui peut se propager dans le vide. Le rayonnement thermique ne diffère des autres ondes électromagnétiques, comme les ondes hertziennes par exemple, que par son origine, la température ➔ En effet tout corps rayonne tant que sa température est différente du zéro absolu. ESSAIA - Mme. BELAOUI D. Le rayonnement thermique est un phénomène de surface.  1. Le transfert de chaleur 1.3. La convection La convection est le mode de transmission qui implique le déplacement d’un fluide gazeux ou liquide (écoulement) et échange avec une surface qui est à une température différente. L’exemple le plus commun est ce qui se passe le long d’un radiateur. L’air froid s’échauffe au contact avec le radiateur, se dilate et monte sous l’effet de la poussée d’Archimède. Il est alors remplacé par de l’air froid et ainsi de suite ; il y’a existence de courants de fluide dans l’air ambiant. On distingue la convection forcée (due à l’action d’une pompe, ventilateur…) de la convection naturelle dans laquelle le mouvement du fluide est créé par des différences de densité, elles mêmes provoquées par des différences de température. ESSAIA - Mme. BELAOUI D.  2. Les échangeurs de chaleur 2.1. Définition d’un échangeur de chaleur : Un échangeur de chaleur est un système qui permet d’échanger la chaleur entre deux fluides sans se mélanger (un fluide chaud et un fluide froid), ces deux fluides sont séparés par une paroi (plane ou tubulaire), la transmission de la chaleur se fait du fluide chaud vers le fluide froid, les fluides, chauffant et chauffé sont des fluides caloporteurs. La majorité des échangeurs existant fonctionnent à une température inférieure à 600°C. Remarque : la majorité des échangeurs de chaleur utilisés sont à surface d’échange (c.à.d. les deux fluides sont séparés par une paroi) , ces deux fluides peuvent être soit deux liquides, soit deux gaz ou vapeurs, soit un liquide et un gaz l’échange de chaleur dans l’appareil s’effectue soit sans changement d’état (l’appareil est alors un simple échangeur), soit avec changement d’état (l’appareil est alors selon le cas, un condenseur ou un évaporateur ou un cristallisoir) ou bouilleur, en absence de la paroi séparatrice ➔ mélange direct entre les deux fluides (échangeur-mélangeur).dans ce cas, les deux fluides sont de la même nature ou non miscible. Un échangeur est ESSAIA rarement constitué - Mme. BELAOUI D. d'un seul tube, en général, on a une multitude d’éléments (un ensemble de tubes ou de plaques, etc.). 2. Les échangeurs de chaleur 2.2. Principe de fonctionnement des échangeurs En général, au moins un des fluides est mis en mouvement (pompe, ventilateur) ➔ pour assurer l’efficacité A- Le transfert de chaleur : La conduction apparait toujours dans la paroi qui sépare les 2 fluides qui doivent échanger da la chaleur. Cette paroi généralement métallique et de faible épaisseur a en conséquence une résistance thermique faible. La convection est sans doute le mode le plus important et le plus délicat à estimer en raison des fluides mis en jeu (dépend fortement du type de fluide à utiliser, des vitesses mises en jeu et de la géométrie de l'échangeur) ESSAIA - Mme. BELAOUI D.  2. Les échangeurs de chaleur B- Le transfert de masse : Les fluides étant en mouvement afin d'assurer le transfert d'énergie ➔ ce transfert de masse est l'élément moteur de l'analyse technique d'un échangeur. Les échangeurs de chaleurs mettent en jeu 2 fluides qui peuvent avoir des propriétés très différentes. Par exemple le radiateur d'un local a pour fluide interne de l'eau et est situé dans l'air. Le choix des fluides est conditionné par des critères de coût (l'eau et l'air sont les plus intéressants), de tenue aux températures (élevées ou négatives), de performance de transfert d'énergie (forte capacité calorifique) et aussi de compatibilité avec les matériaux utilisés par l’échangeur (corrosion...). A la différence des autres appareils thermiques, l’échangeur de chaleur ne contient aucune pièce mécanique mobile. Le calcul des performances de cet appareil est très complexe, on doit connaitre exactement: sa géométrie (surface d’échange et sections de passage des fluides), ses caractéristiques thermo-physiques, les vitesses ESSAIA - Mme. BELAOUI D. d’écoulement des fluides, les températures d’entrées des fluides, etc.  Presque tous les secteurs sont confrontés à l’encrassement (formation indésirable de dépôt organique ou minéral à la surface des équipements ESSAIA - Mme. BELAOUI D. 3. Les différents types d’encrassement l’encrassement est classé en fonction des 3 paramètres selon le mécanisme qui contrôle la vitesse de Dépôt des matières solides , selon les conditions d'utilisation de l'échangeur de chaleur selon le mécanisme dominant, même s'il ne contrôle pas la vitesse de dépôt (Les facteurs influençant principalement le mécanisme de déposition des matières solides sont la température et le pH de la solution, la température de la surface d’échange de chaleur, la vitesse de la solution et dans certains cas, la pression) ESSAIA - Mme. BELAOUI D. 3. Les différents types d’encrassement 6 groupes de dépôts basés sur les principaux mécanismes physiques ou chimiques à l’origine de leur formation. Les dépôts peuvent être : Cristallins (entartrage ), À base de matière biologique (encrassement biologique), Issus de réactions chimiques, De produits de corrosion (corrosion) Des Particules de matière (encrassement particulaire ) Encrassement par solidification. ESSAIA - Mme. BELAOUI D.  3. Les différents types d’encrassement 3.1. Encrassement particulaire Dépôt de particules fines qui sont présentes en suspension dans la plupart des fluides industriels (liquide et gazeux), sur une surface d'échange de chaleur dont la taille varie d’une fraction de μm à quelques dizaines de μm, se trouvant en suspension dans un fluide. ✓L'eau des chaudières contenant des produits de corrosion ; ✓Les écoulements gazeux pouvant être fortement chargés de particules de poussières ESSAIA - Mme. BELAOUI D. 3. Les différents types d’encrassement 3.1. Encrassement particulaire Deux types: →l’arrangement gravitationnel des particules relativement grandes sur une surface horizontale autrement dit, lorsque le dépôt est important et si le mécanisme de dépôt est lié à la force de pesanteur = encrassement par sédimentation →la déposition de particules colloïdales par d’autres mécanismes sur une surface quelle que soit sa position (verticale ou inclinée) ESSAIA - Mme. BELAOUI D. 3. Les différents types d’encrassement 3.2. Entartrage L’entartrage d'une surface d'échange « scaling » Est généralement associé à la production et la déposition d'un solide cristallin à partir de sels inorganiques présents dans une solution liquide se matérialise par une formation d'incrustations adhérentes , denses, dures et thermiquement isolantes sur les surfaces d'échanges généralement métalliques Les substances prédominantes de ce type d’encrassement renferment le carbonate de calcium, le sulfate de calcium, le phosphate de calcium et plusieurs constituants de l’eau dure et de l’eau de mer. ESSAIA - Mme. BELAOUI D. 3. Les différents types d’encrassement 3.2. Entartrage Conditionnée par l’existence de deux aspects : Aspect thermodynamique : Il est lié à la courbe de solubilité de la phase. La limite de solubilité du sel contenu dans l'eau doit être dépassée pour qu’il y ait entartrage Aspect cinétique : la vitesse de dépôt doit être suffisamment rapide. Il est lié à la formation des premiers cristaux appelée Nucléation et à la Croissance cristalline ESSAIA - Mme. BELAOUI D. 3. Les différents types d’encrassement 3.2. Entartrage Nucléation : Formation de germes initiaux (nucléi) ➔ phénomène lent qui peut être accéléré par la température et l’agitation du liquide. Il existe une taille critique en dessous de laquelle un nucleus est instable et tendra à se redissoudre. Au-delà, le nucleus pourra croître. Ceci correspond donc à une sursaturation à dépasser pour avoir la nucléation. Croissance cristalline : Lorsque la taille critique du nucleus est atteinte, la croissance a lieu puisque la solution sursaturée tend vers l’état d’équilibre par précipitation. Cette croissance se fait en deux étapes successives : la diffusion des constituants et l’intégration au réseau cristallin. Influencé par plusieurs facteurs: la température, la pression et le pH ESSAIA - Mme. BELAOUI D. 3. Les différents types d’encrassement 3.2. Entartrage Dans le cas de systèmes alimentaires, l’entartrage est généré →par des sels de solubilité inverse (➔ la solubilité des sels ayant une solubilité «normale» augmente avec l'augmentation de la température et encrassent ainsi les surfaces de refroidissement. Les sels avec une solubilité «inverse» comme le carbonate de calcium, phosphate de calcium, sulfate de calcium, silicate de magnesium etc ou «rétrograde» encrasseront les surfaces chauffantes) → ou par des matériels thermiquement instables comme les protéines et d’autres polymères organiques ESSAIA - Mme. BELAOUI D. 3. Les différents types d’encrassement 3.2. Entartrage Exemples : sucrerie Certaines réactions chimiques ayant lieu lors de l’évaporation produisent des matières, qui en raison de la température élevée et de la teneur en sucre croissante, deviennent sursaturées et précipitent. Ces matières insolubles sont composées principalement de sels minéraux et de sucres. De façon générale, une partie des matières insolubles se dépose sur les surfaces internes des casseroles de l’évaporateur déclenchant ainsi l’entartrage des casseroles cas du traitement de l’eau ➔ la cristallisation de sels minéraux comme le carbonate de calcium, le sulfate de calcium, le sulfate de baryum, la silice et le fer. ESSAIA - Mme. BELAOUI D. 3. Les différents types d’encrassement 3.2. Entartrage Le type d’entartrage dépend de: nature de la solution chauffée (composition des eaux industrielles). procédé de chauffage utilisé. ESSAIA - Mme. BELAOUI D. 3. Les différents types d’encrassement 3.3. Encrassement par corrosion Altération des matériaux constituant la paroi , résultant d'une réaction chimique ou électrochimique entre la surface de transfert de chaleur et le fluide en écoulement. Les produits de la réaction qui se forment et restent sur la surface d'échange créent l'encrassement. L'encrassement par corrosion = promoteur potentiel pour tous les autres types d'encrassement. Les produits de corrosion peuvent en effet servir de germes de nucléation pour des solutions sursaturées (cristallisation), piéger les particules en suspension (particulaire), ou servir d'abris pour le développement de micro- organismes et même catalyser certaines réactions (biofilm) phénomène est peu présent dans les ESSAIA - Mme. BELAOUI D. chaines de transformation alimentaires construites en acier inoxydable 3. Les différents types d’encrassement 3.3. Encrassement par corrosion ➔types de corrosion: Corrosion uniforme caractérisée par une perte d’épaisseur régulière, Corrosion par piqûre où l’attaque est limitée à des zones de très petites surfaces ( ≈ 1 𝑚𝑚2) Corrosion fissurante à l’échelle microscopique Corrosion sélective lorsqu’un seul élément d’un alliage subit une attaque sélective. NB: Produits de la réaction formés restent à la surface d’échange → dépôt➔ corrosion in-situ Lorsque l’encrassement est dû à des produits de corrosion survenue ex-situ ➔ encrassement particulaire ESSAIA - Mme. BELAOUI D.  Corrosion uniforme Corrosion fissurante Corrosion par piqûre ESSAIA - Mme. BELAOUI D.  Aluminium Alliage AG5 (Al +Magnésium) : L’AG5, un alliage d’aluminium de qualité supérieure, se distingue par sa robustesse et sa résistance à la corrosion. Préféré pour son aptitude à résister aux conditions extrêmes, il trouve son utilité dans l’emballage alimentaire, offrant une protection fiable contre les hautes températures et les environnements acides. Sa résistance aux perforations en fait un choix idéal pour les produits délicats tels que la viande, le poisson et les produits laitiers. Aluminium Alimentaire AG3 (Al +Manganèse) : L’AG3, plus répandu, est un alliage polyvalent utilisé dans diverses applications d’emballage alimentaire. Bien qu’il puisse manquer de certaines des caractéristiques avancées de l’AG5, sa haute conductivité thermique en fait un choix populaire pour les ustensiles de cuisson jetables et les emballages généraux. ESSAIA - Mme. BELAOUI D. 3. Les différents types d’encrassement 3.4. Encrassement biologique Les MO présents dans les fluides peuvent s’accrocher aux parois des surfaces d’échange et , si les conditions sont favorables, former une matrice adhésive , protectrice et encrassante ➔ Biofilm peut être causé par trois grands types de micro-organismes : les bactéries dont le développement est dû à un apport nutritif de type hydrocarbure; les algues dont le développement est dû à la présence d'énergie solaire avec photosynthèse ; les champignons dont le développement sont dus aux changements des conditions physicochimiques telles que l'humidité, la température et le PH. La colonisation des surfaces par des coquillages font partie de cette catégorie de dépôt. ESSAIA - Mme. BELAOUI D. 3. Les différents types d’encrassement 3.5. Encrassement par réactions chimiques Les dépôts de produits solides issus de réactions chimiques ayant eu lieu au voisinage de la surface d'échange de chaleur dont le matériau ne participe pas à la réaction mais peut agir comme catalyseur. = Réaction chimique entre espèces au sein du liquide en écoulement et attachement à la paroi. Ces réactions sont souvent des réactions de polymérisation qui aboutit à la formation d’un dépôt de substances à HPM. affecté par: -les conditions opératoires : vitesse, température (La croissance du dépôt s’accélère avec une augmentation de la température) concentration), -la composition du fluide c'est-à-dire le constituant principal et les constituants secondaires même à l'état de trace. Exp: l'oxygène moléculaire et l'air, les composés oxygénés soufrés et azotés, les sels inorganiques, l'eau, les impuretés métalliques libres ESSAIA - Mme. BELAOUIet D. les produits de corrosion. etc  3. Les différents types d’encrassement 3.6. Encrassement par solidification / par gel Solidification d'un liquide pur au contact d'une surface d'échange sous refroidie (formation d'une couche de glace à l'intérieur des conduites) ou du dépôt d'un constituant à haut point de fusion d'un liquide au contact d'une surface de transfert de chaleur froide (dépôt des hydrocarbures ). L’entartrage et l’encrassement par gel entrent tous deux dans la catégorie d’encrassement par cristallisation. ESSAIA - Mme. BELAOUI D.  Les dépôts rencontrés dans IAA se classent en 3 types en fonction de leur composition : Dépôt organique : provient des fragments de matière organique cotenue dans le produit. Ce sont de particules qui contiennent du carbone comme les lipides , les glucides ou par exp, la matière grasse et les protéines en ce qui concerne l’industrie laitière. L’encrassement par le blanc et jaune d’œufs ou œufs entiers sont des encrassement organiques Dépôt minéral : les minéraux proviennent de l’eau ou des produits et sont susceptibles d’adhérer aux surfaces dans certaines conditions de procédé. C’est un problème récurrents dans les échangeurs de chaleur à eau, les unités de filtration ou les générateurs de vapeur. Les sels de calcium (carbonate de calcium, sulfate de calcium, …)sont les principaux types de minéraux formant des dépôts dans les échangeurs de chaleur quand les températures de traitement thermique sont conséquentes (traitement UHT) Dépôt microbiologique : en présence des microorganismes dans les installations , ceux –ci peuvent coloniser les ESSAIAsurfaces - Mme. BELAOUI D. , se multiplier puis former une structure adhérente et continue appelée biofilm Dans la réalité, les industriels sont confrontés à plusieurs de ces mécanismes simultanément conduisant à la formation d’un dépôt composite Par exemple, dans l’industrie laitière, lors de la pasteurisation, le dépôt est majoritairement associé à la dénaturation thermique de protéines rendant son adhésion possible à la surface chaude. Dans ce cas le dépôt est composite, car des minéraux comme le clacium présent naturellement dans le lait participe aussi à la formation du dépôt. ESSAIA - Mme. BELAOUI D. ESSAIA - Mme. BELAOUI D. ESSAIA - Mme. BELAOUI D.  La formation de dépôt est influencée par: Au début ➔ par l’interaction entre la paroi propre et le liquide Ensuite ➔ par l’interaction entre les couches de dépôt formées et le fluide ESSAIA - Mme. BELAOUI D.  La formation de dépôts encrassants en IA concernent en général : →La cristallisation →Les réactions chimiques → (les dépôts de lait et de lactosérum se composent surtout de Protéines et de sels minéraux ) Taux de Protéines élevé ➔ dépôt fibreux, spongieux, poreux et volumineux Taux élevé de sels ➔ dépôt lisse, compact, mince ou éventuellement sableux L’encrassement est favorisé par les bulles de gaz qui se libèrent au cours du chauffage et qui adhèrent aux surfaces Pour juger les couches d’un dépôt et leur origine → il faut connaitre leur nature ESSAIA - Mme. BELAOUI D.  4- Phases de formation du dépôt 4.1. Initiation → Cette phase est associée au temps nécessaire avant de pouvoir observer la formation d’un dépôt sur une surface d’échange propre. En effet, lorsqu’un échangeur de chaleur neuf ou préalablement nettoyé est mis en service, les coefficients initiaux élevés de transfert thermique peuvent demeurer inchangés pour quelques temps. Cette période peut aller de quelques secondes jusqu’à plusieurs jours. → Selon le type d’encrassement, cette période est appelée : temps de nucléation pour l’encrassement par cristallisation, Temps d’induction pour l’encrassement par réaction chimique Temps d’incubation pour l’encrassement biologique → Cette période peut être influencée par les conditions de fonctionnement de l’appareil. Exemple: la présence de bulles d’air ainsi que la rugosité de la surface réduisaient ce temps. 4.2. Transfert des particules a la paroi Ce transport peut être mécanique par impaction sur un obstacle, diffusif par mouvement turbulent ou bien généré par un champ de forces thermique ou électrique. ESSAIA - Mme. BELAOUI D. Dans beaucoup de cas ces 3 mécanismes coexistent  4- Phases de formation du dépôt 4.3. Adhésion des particules Toutes les particules amenées au voisinage de la paroi n’adhèrent pas obligatoirement à celle-ci. Les phénomènes sont essentiellement contrôlés par les forces d’adhésion dues à l’attraction moléculaire (forces de Van Der Waals), aux forces électriques ou encore aux forces capillaires. 4.4. Réentrainement des particules déposées Le mécanisme de réentrainement est lié aux forces de cisaillement s’exerçant sur le dépôt. Lorsque la force aérodynamique est supérieure aux forces d’adhésion d’une particule, le réentrainement se produit par érosion. Lorsqu’il concerne un agglomérat de particules, il correspond à un phénomène d’écaillage 4.5. Vieillissement du dépôt Il s’agit d’un changement de structure chimique ou cristalline du dépôt dû à des phénomènes tels que la polymérisation, la cristallisation ou la déshydratation➔ diminution ou augmentation de la force d’adhésion du dépôt ➔écaillage du dépôt ou sa consolidation. ESSAIA - Mme. BELAOUI D.  4- Phases de formation du dépôt ESSAIA - Mme. BELAOUI D. 5. Paramètres influençant l’encrassement L'encrassement (vu les différents types ) est contrôlé par plusieurs paramètres opératoires liés au fluide d'alimentation ou à la surface d'échange. On peut citer : La vitesse d'écoulement du fluide d'alimentation ; La concentration de la matière encrassante ; La température de la surface d'échange de chaleur ; Etat de surface rugosité ; Corrosion. Etc. ESSAIA - Mme. BELAOUI D.  5. Paramètres influençant l’encrassement 5.1. Vitesse d’écoulement Grande influence sur la formation du dépôt ➔ Effet sur le phénomène de réentrainement, qui est étroitement lié aux contraintes de cisaillement à la paroi. L’augmentation de ces contraintes, dues aux débits élevés du fluide, fait décroître la résistance d’encrassement En effet, une importante vitesse d’écoulement minimise, en général, tous les types d’encrassement en réduisant la résistance et en augmentant le temps d’induction. l’augmentation de la vitesse d’écoulement peut être une méthode efficace pour réduire l’encrassement des équipements thermiques.→ MAIS, une vitesse d’écoulement élevée requiert une puissance de pompage énorme ➔ coût élevé et peut contribuer à l’érosion du métal. ESSAIA - Mme. BELAOUI D.  5. Paramètres influençant l’encrassement 5.2. Température de la surface d’échange de chaleur Paramètre important quel que soit le type d’encrassement La déposition des particules solides sur la surface d’échange est favorisée lorsque la température de cette surface est élevée. la formation de l’encrassement est plus rapide et plus sévère sous ces conditions.→ Car elle est liée à la constante de vitesse de la réaction chimique qui, elle–même, est fonction de la température. Le temps d’induction diminue lorsque la température de la surface augmente. ESSAIA - Mme. BELAOUI D.  5. Facteurs influençant l’encrassement 5.3. Concentration du précurseur Plus la concentration du précurseur est élevée, plus la formation du dépôt est grande. la vitesse initiale de l’encrassement augmente avec la concentration du précurseur. A température élevée et à faible vitesse, les concentrations élevées des précurseurs augmentent les vitesses d’encrassement. L’effet de la concentration devient insignifiant lorsque la température diminue et la vitesse augmente. 5.4. Présence de l’oxygène et du soufre Une charge plus ou moins lourde et contenant des éléments chimiques polymérisables peut conduire à un encrassement par polymérisation La formation de dépôt par réaction chimique est favorisée par la présence de l’oxygène et du soufre. 5.5. Nature et matériau de construction de la surface La rugosité de la paroi du tube et la taille des cavités sur la paroi contribuent à l’initiation de l’encrassement En effet, les surfaces rugueuses ont tendance à favoriser l’initiation de l’encrassement. Le dépôt, formé par la suite, modifie la rugosité de la surface et ce n’est plus la rugosité initiale qui contrôle le phénomène mais celle du dépôt De plus, un bon choix des matériaux de construction évitera l’encrassement par corrosion. ESSAIA - Mme. BELAOUI D.  5. Facteurs favorisant l’encrassement 5.1. Zones stagnantes Zones stagnantes = zone de dépôts préférentielles (réticulation, raccordements➔ agglomération avec le temps => blocage de l’écoulement Absence de chicanes dans les échangeurs à plaques tubulaires à tiges =diminution du risque d’apparition de zones «morte» Mais quel que soit le type d’échangeurs ➔ il peut y apparaitre des zones de faible vitesse aux raccords (tuyauterie-échangeur) 5.2. petite vitesse En général l’encrassement est d’autant plus faible que la vitesse est importante Effet prépondérant sur le réentrainement ➔ comme la dureté du dépôt influence le réentrainement ➔ comme les petites particules se déposent d’abord puis les grandes ➔ grande vitesse diminue l’épaisseur du dépôt  5. Facteurs favorisant l’encrassement 5.3. Température Problème de répartition de vitesse au voisinage de la paroi => apparition de points chauds ou froids T° augmente => dépôt de sels à solubilité inverse augmente Pour les autres sels ceci est aussi vrai En ébullition Encrassement bio augmente (jusqu'à une limite ≈35°C) Mais pour l’encrassement particulaire => thermophorèse thermomigration ou thermodiffusion ➔ dépôts diminués. (accentués en refroidissant) 5.4. rugosité des surfaces Surfaces rugueuses favorisent le dépôt notamment dans la phase initiation 5.5. corrosion et choix du matériau de construction ESSAIA - Mme. BELAOUI D. 6. Résistance au transfert de chaleur du dépôt et croissance La vitesse de croissance du dépôt (m)= la vitesse d’accumulation md – vitesse d’érosion mr (d= deposit et r= removal ) Le dépôt diminue le coefficient de transfert de chaleur (CTC) k0 des surfaces de chauffage k0 dépend du CTC coté fluide chauffant, CTC coté fluide chauffé, de la conductivité de la paroi d’échange et de l’épaisseur de cette paroi Le CTC du dépôt en fonction du temps dépend de la Résistance au transfert de chaleur du dépôt RA ESSAIA - Mme. BELAOUI D.  Résistance au dépôt selon les Phases de formation du dépôt Phase initiale= phase d’induction → due à l’adsorption par les forces de van der Waals, electrostatiques et chimiques Caractérisée par: le processus d’adsorption sur des surfaces propres Phase de transition: RA parfois négative (ce n’est pas la masse du dépôt qui est négative) mais c’est dû au fait que le CTC coté produit amélioré Ceci peut être du aux dépôts initiaux (points de germination) qui perturbent l’écoulement et favorisent le transfert de chaleur (coté produit) Cet effet existe aussi sous certaines conditions lors de l’évaporation , quand des cristaux de sel sédimentés font augmenter le nombre de sources de bulles de vapeur Phase de croissance: la résistance due au dépôt augmente de différentes façons: figure En fonction de la vitesse d’accumulation et la vitesse d’érosion En industrie laitière la croissance est souvent linéaire mr = 0 donc m=md, ceci n’est plus le cas quand le taux de Prot est important ou si le dépôt devient plus épais ESSAIA - Mme. BELAOUI D. ESSAIA - Mme. BELAOUI D.  Exemple : Formation de dépôts salins (cristallisation): Lors du traitement thermique (réchauffement ou concentration)du lait ou du lactosérum → limite de solubilité des sels (comme les phosphates et les citrates) est dépassée → les sels sédimentent sous forme cristalline et se déposent sur la paroi (verticale ou horizontale) La résistance au transfert de chaleur RA augmente linéairement avec le temps Exemple dépôt de perméat d’UF de lactosérum acide A- Formation de dépôts salins dans l’évaporateur à flot tombant Pour un pH avoisinant 5,4 , RA augmente linéairement ➔ car il y a une augmentation linéaire de l’épaisseur du dépôt (si la composition du dépôt est constante) Pour ph descendant a 4,5➔ pas de dépôt ➔ car meilleure solubilité du phosphate de calcium à pH acide En augmentant le préchauffage, la cristallisation ,au contraire, peut diminuer la formation de dépôt car les quantité infinitésimale de dépôts deviennent une source de bulles pour l’ébullition et ➔ augmente le CTC ESSAIA - Mme. BELAOUI D. L’épaisseur du dépôt diminue avec la longueur du tuyau (basse vers le bas ) car le flux thermique diminue le long du tuyau B- dépôt de sels lactiques dans le pasteurisateur À pH constant la vitesse de formation de tartre augmente avec la T° du produit Le dépôt est formé essentiellement de Ca3 (PO4)2 , dont la solubilité diminue avec la T° ESSAIA - Mme. BELAOUI D. Formation de dépôts protéiques – réaction chimique: Les protéines jouent aussi un rôle essentiel dans les dépôts. La vitesse de dépôt augmente avec la T° → car la vitesse de réaction (agrégation) croit nettement avec l’augmentation de la T° La croissance du dépôt augmente à des pH relativement faibles NB: ne pas oublier l’effet de la température sur le pH (qui peut augmenter ou diminuer avec l’augmentation de la T°) ESSAIA - Mme. BELAOUI D.  Les contaminants Contaminants chimiques CC= toute substance préjudiciable à la santé du consommateur, généralement toxique par accumulation Les effets peuvent être à court, moyen ou long terme et peuvent être ressentis par le consommateur ou sa descendance La sensibilité est variable selon les catégories de consommateurs ESSAIA - Mme. BELAOUI D.  Activité Main d’œuvre Milieu humaine Activité des usines voisines / industrielle Environnement autour du site Composés dans de certaines l’environnem Dioxine: polluant organique Elmts radioactifs matières ent de issu des centres d’incinération polluant l’eau, le sol et peuvent être production éventuellement les MP des des MP( - Les prdts de sanitation de l’Ets elle- contaminant Mercure, Pb, Rare même : insecticides, raticides, s pour Cadmium, antifongiques, … Principale source= d’autres zinc , etc) -Prdts phytosanitaires: désherbant, médicaments pesticides , engrais… - Éclats de peinture Matière Les emballages Interaction doivent contenir Résidus de prdts de emballage/aliments que des substances nett et desinf → erreur (phtalates ou autorisées et de dosage et/ou monomères de styrène , satisfaire aux tests défaut de rinçage etc. qui sont interdits) de migration pour les plastiques Les néoformés, Issus : Lubrifiants, colles ou Des procédés de Fuite de fluides toxiques : solvants utilisés pour transformation (cuisson, -De transfert de signaux - - l’entretien du matériel) Résidus fumage, …) Frigorigène toxique comme Résidus chimiques Écart dans les BP le éthylène glycol➔ chimiques des (remplacement tardif de remplacer par glycérol ou Non autorisés au contact alim de culture pratiques l’huile de friture , … propylène glycol Autorisé au contact alim fortuit H1 (prdts d’élevage ESSAIA - Mme. BELAOUI D. Autorisé au contact alimentaire phytosanit (médicame H3 (exp: huile de démoulage ) aires ) Méthode Matériel ou emballage nts, etc) Les particules néoformées sont classées en 3 familles (CE): 1) Hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP)→ fumage 2) Produits de dégradation des lipides : oxysterols, AG trans, … 3) Produits de réactions de Maillard: Amines hétérocycliques , … acrylamide issu des produits amylacés frits NB: Deux contaminants chimiques ou biochimiques doivent aussi être considérés de nos jours : - Les allergènes : l’UE définit une liste positive d’allergènes à déclaration obligatoire (liste évolutive car dépend de la prévalence - Les nanoparticules : 1 à 100 nm Considérés comme contaminant chimique (ou physique) qu’en cas de présence non souhaitée dans les denrées alimentaires (en France → que la présence soit souhaitée ou non ➔ déclaration obligatoire auprès du ministère de l’environnement ) ESSAIA - Mme. BELAOUI D.  Contaminants physiques C Physique = danger physique = tout corps étranger non désiré dans le Produit fini Peut être d’origine : synthétique , végétale, animale, minérale ou métallique ESSAIA - Mme. BELAOUI D.  Petits animaux Milieu ou insectes Main d’œuvre Activité des usines voisines / dans la récolte Environnement autour du site Éléments Entrée inopinée de Des morceaux solides Matériel utilisé : végétaux (en cas de d’enveloppes présents dans crayon, défaut de maitrise des qui la matière capuchon de Insectes, courants d’air contiennent la première ( Tenue: rongeurs crayon , lame MP ( coquille, boutons, Os, arêtes, de cutter, ou petits peau, écailles, noyaux, …) cheveux, papier, … animaux, ,…) gants, … Matière Emballage corps ou outils oubliés primaire sur les lignes lors des (sacs Restes de opérations: éléments plastique, supports naturels de fixation, baguette carton, des MP de soudure, …) Éléments papier, (morceaux de d’assemblage du etc) bois, tiges, matériel: Vices, feuilles, autres Éléments ajoutés soudures, joints, Souillures organiques plantes avec les volontairement ajoutés boulons, rondelles … des prod précédentes frx et lég pour nuire desséchées ou durcies, … (exp: résidus carbonée de la zone de ESSAIA - Mme. BELAOUI D. cuisson dans le matériel Méthode Matériel ou emballage de traitement thermique  Contaminants microbiologiques Flore endogène (naturelle) Flore exogène Préexistant dans la MP brute Apportée par les étapes du process: Rôle dans la fabrication de l’aliment Contamination des surfaces au contact = flore positive= flore technologiques ➔ Biocontamination( = flore négative) Les surfaces contaminées = réservoirs commensaux ou Pathogène potentiel de germes indésirables saprophyte (accidentellement) transférables à l’aliment ➔ contamination secondaires Germes d’altération Germes Pathogènes ➔ Dégradation ➔ Risque sanitaire plus prématurée du ou moins sévère (TIAC) ESSAIA - Mme. BELAOUI D. produit fini Source de contamination des denrées alimentaires → multiples et d’origines variées Maitrises de ces contaminations ➔ respect des mesures mises en place dans le cadre du plan de maitrise sanitaire de tout établissement agroalimentaire → garantir la qualité et sécurité des aliments mis à la consommation Parmi ces mesures : le choix des matériaux à utiliser La conception des ateliers, des équipements, leur installation et leur entretien ➔ limiter le transfert à l’aliment des dangers identifiés précédemment ESSAIA - Mme. BELAOUI D.