Soutenance de Thèse de Camille DEMOULIN

Rhéophysique et potentiel colmatant de la phase dispersée d’un jus d’orange : vers un choix pertinent des conditions opératoires pour une optimisation de la microfiltration de jus de fruits

JURY

Frédéric PIGNON, DR, CNRS, Grenoble - Rapporteur
Maud VILLAIN-GAMBIER, MCF-HDR, Université de Strasbourg - Rapporteur
Hélène CARRERE, DR, INRAE - Examinatrice
Rémy GHIDOSSI, PR, Université de Bordeaux - Examinateur
Pierre LABEILLE, Responsable Support technique, Soufflet Biotechnologies, Colombelles - Examinateur
Layal DAHDOUH, Chercheure Cirad, UMR Qualisud, Saint-Pierre - Co-encadrante
Michèle DELALONDE, MCF-HDR, Université de Montpellier, UMR Qualisud - Directrice de thèse
Christelle WISNIEWSKI, Pr, Université de Montpellier, UMR Qualisud - Co-directrice de thèse

Résumé

La microfiltration est mise en œuvre dans la filière des jus de fruits afin de les clarifier, de les stabiliser ou de concentrer leur fraction pulpeuse. Cependant, la microfiltration de jus de fruits, entraine inévitablement un colmatage, qui conduit à une diminution de la productivité. En microfiltration, ce colmatage est très souvent externe, avec la formation d’un dépôt à la surface membranaire, de particules de taille supérieure de la taille des pores de la membrane. De nombreux travaux portent sur l’optimisation de la microfiltration de jus de fruits, alors que l’étude des caractéristiques des dépôts susceptibles de se former durant l’opération et ce, conjointement à l’étude des caractéristiques de la phase dispersée du jus d’une part et de l’équilibre entre force de filtration et de rétro-transport d’autre part, est très peu documentée. Cette étude, nécessaire au choix pertinent des conditions de prétraitement du jus et des conditions de filtration, a ainsi fait l’objet de ce travail de thèse. Un focus sur la distribution granulométrique de la phase dispersée d’un jus d’orange (matrice d’étude) et de son comportement rhéologique, révélateur des interactions entre éléments constitutifs de cette phase, est proposé afin d’en évaluer sa rhéophysique. Tout d’abord, une approche statistique a permis d’une part de démontrer la faisabilité de développer un modèle de prédiction du potentiel colmatant de la phase dispersée du jus, et d’autre part de mettre en évidence la complexité des relations entre les propriétés physiques liées à ce potentiel colmatant. Il a été montré que la distribution granulométrique, le comportement viscoélastique, les propriétés texturales et la capacité d’hydratation de la phase dispersée ont un impact significatif sur le potentiel colmatant du dépôt, exprimé au travers de la résistance spécifique à la filtration. Une stratégie expérimentale, basée sur un plan de mélange à partir de trois populations distinctes (i.e. grosses particules, supra-colloïdes et colloïdes) de la phase dispersée du jus d’orange, a ensuite mis spécifiquement en évidence le rôle de la granulométrie.  Alors que la présence de grosses particules (i.e. pulpe) accentue le comportement élastique, la polydispersité en taille et la présence de colloïdes augmentent fortement le potentiel colmatant des dépôts formés. L’étude de la microstructure des populations concernées a permis de mieux comprendre (i) l’origine de l’élasticité observée pour la fraction pulpeuse, composée principalement de fragment de tissus végétaux allongés de grande taille, à structure cellulaire conservée présentant une rigidité et une hygroscopicité plus élevées et (ii) la différence de comportement de la fraction colloïdale, composée d’organites cellulaires sphériques de petite taille, capables de se regrouper sous la forme d’amas, avec un comportement élastique et une hygroscopicité moindres. Enfin, la dernière partie du travail, effectué à l’échelle pilote, a permis d’identifier les effets combinés des caractéristiques du jus à filtrer (i.e. distribution granulométrique) et des conditions opératoires de microfiltration (i.e. forces de filtration et de rétro-transport). Il a été mis en évidence qu’en mode quasi-frontal, augmenter la taille des particules en éliminant les plus petites particules par un prétraitement adéquat (e.g. coagulation floculation) semble être une stratégie pertinente pour réduire le potentiel colmatant du jus d’orange. En mode tangentiel, l'utilisation d'un taux de cisaillement élevé semble largement favorable à la réduction du potentiel colmatant, combinée à un prétraitement visant à réduire la taille des particules du jus.

Ce travail a non seulement apporté des éclairages sur la rhéophysique et le potentiel colmatant du dépôt durant la microfiltration de jus de fruits mais a fourni également de nouvelles perspectives pour une meilleure optimisation du procédé par un choix des conditions de filtration adaptées aux caractéristiques du jus.