Ce travail s’inscrit dans le cadre duprojet européen FREEZEWAVE (ERA-NetSUSFOOD) et porte sur l’étude et lamodélisation d’un procédé de congélationassistée par micro-ondes. Il a pour objectif unemeilleure compréhension des phénomènesphysiques associés à ce procédé. Un modèlecouplant thermique, changement de phase etélectromagnétisme a été développé. Une étudenumérique préliminaire a permis d’appréhenderles interactions complexes entre micro-ondes etmatière durant le changement de phase,notamment l’importance de la diminution despropriétés diélectriques sur la modification desphénomènes de résonance entrainant ledéplacement des « points chauds » et sur laquantité de chaleur générée.Un gel modèle a été caractérisé puis utilisé pourvalider le modèle sur un pilote développé pourl’étude. La micro-tomographie à rayon X apermis la mesure de la taille des cristaux et amis en évidence, lors d’une congélationconventionnelle, l’impact du tempscaractéristique de congélation et du gradient detempérature sur la taille des cristaux de glace.Cette étude a permis de constater une nettediminution de la taille des cristaux de glace lorsd’une congélation assistée par micro-ondes parrapport à une congélation conventionnelle. EnfinIl a été montré que la réduction de taille descristaux n’était pas due aux oscillations detempérature provoquées par des créneaux depuissance micro-ondes mais à la quantitéd’énergie apportée / This work was performed in thecontext of the European project FREEZEWAVE(ERA-net SUSFOOD) and focuses on studyingand modelling the microwave assisted freezingprocess. The main objective was to acquire abetter understanding of the correspondingphysical phenomena. A model coupling thermal,phase change and electromagnetism wasdeveloped. A preliminary numerical studypermitted to grasp the complex interactionsbetween microwaves and matter, especially theimportance of the dielectric properties reductionon resonance phenomena, leading to the movingof “hot spots”, and on the generated heat.A methylcellulose gel was characterised andused for the model validation on a prototype pilotspecially designed for this study. A protocolbased on X ray tomography was developed todetermine the ice crystal size. It highlighted, fora conventional freezing process, that thethermal gradient and characteristic freezing timeimpacts the ice crystals sizes.In the case of microwave assisted freezing, thestudy permitted to show a clear decrease in icecrystal size compared to conventional freezing.Finally, it has been shown that the ice crystalsize reduction was not a consequence oftemperature oscillations due to microwavespulses but the consequence of the energyquantity brought to the system by microwaves.

L'objectif de cette étude était d'étudierl'effet d’un procédé innovant de congélation assistéepar micro-ondes (CAPMO) à faible énergie sur letemps de congélation, la qualité (microstructure,texture, perte de masse, et couleur) de la pomme etde la pomme de terre. La CAPMO des pommes etdes pommes de terre a été effectuée à unepuissance micro-onde constante (167 W/kg) et unepuissance micro-ondes appliquée par créneaux (500et 667 W/kg avec 10 s de micro-ondes sur unepériode de 30 s). Les températures ont été mesuréespendant le processus de congélation et lamicrostructure a été examinée en utilisant latomographie à rayons X et les techniques de cryo-SEM. D'autres paramètres de qualité tels que latexture, la perte de masse et la couleur ont étéévalués après décongélation de l'échantillon àtempérature ambiante.Les résultats ont montré que le processus deCAPMO n’affectait pas le temps de congélation.L'application de micro-ondes pendant le processusde congélation a produit une microstructure dequalité supérieure à celle de l'échantillon témoin ; LaCAPMO a réduit de manière significative la taillemoyenne des cristaux de glace dans les échantillonsde pommes et de pommes de terre. De plus, laCAPMO de la pomme et de la pomme de terre aentrainé une perte de masse moindre. La réductionde la fermeté / dureté et du module de Young aégalement été diminué par rapport à l'échantillontémoin. La couleur n'a pas été significativementinfluencée par la CAPMO. Parmi toutes lesconditions de congélation testées, la condition microondepulsée de 667 W/kg a donné le meilleur résultaten termes de réduction de la taille des cristaux deglace et de qualité. Ces résultats prometteursindiquent donc que l’application de micro-ondespendant la congélation permettrait d’obtenir desproduits congelés de meilleure qualité. / The objective of this study was toinvestigate the effect of innovative low energymicrowave assisted freezing (MAF) on freezing time,quality attributes (microstructure, texture, drip lossand colour) of apple and potato. MAF of apples andpotatoes was performed by applying constantmicrowave power (167 W/kg) and pulsed microwavepower (500 and 667 W/kg with 10 s pulse width and20 s pulse interval) during the freezing process. Thetemperature profile was monitored during thefreezing process, and the microstructure wasexamined using X-ray tomography and cryo-SEMtechniques. Other quality parameters such astexture, drip loss and colour were evaluated afterthawing frozen sample at room temperature.Results showed that the freezing time was notaffected by the MAF process. The application ofmicrowaves during freezing process producedsuperior microstructure than the control sample; MAFsignificantly reduced the mean ice crystal size inapple and potato sample. Moreover, MAF of appleand potato resulted in a lower drip loss, meanwhile,it also led to a lower reduction in firmness/hardnessand Young's modulus value if compared to controlsample. The colour was not significantly influencedby MAF. Among all the tested freezing conditions, the667 W/kg pulsed microwave condition yielded thebest result in terms of reduction in ice crystals sizeand retention of other quality parameters. Lastly,these results indicate that the application ofmicrowave during freezing would result in higherquality frozen products.

Le phénomène de givrage qui se produit durant les vols d’aéronefs, lors de leurs traversées de la troposphère (zone dans laquelle la température peut descendre jusqu’à -60°C) se manifeste par une accrétion de glace sur différentes parties de l’appareil (voilures, réacteurs, sondes de mesure…) mettant en péril la sécurité de celui-ci. Ce phénomène constitue alors une problématique majeure pour la sécurité de l’aviation civile, c’est pourquoi il est nécessaire de développer de nouvelles techniques de mesure afin de détecter et d’éviter les zones à risques. Notre intérêt s’est porté sur l’imagerie interférométrique en défaut de mise au point, une technique optique offrant de nombreux avantages (large champ de mesure, gamme de tailles étudiée étendue [50 μm : quelques millimètres], distance particule/appareil de mesure de plusieurs dizaines de centimètres…). Au cours de ces travaux de thèse, nous avons développé un dispositif d’Imagerie Interférométrique de Particules (IIP) multi-vues permettant de caractériser les cristaux de glace en suspension dans latroposphère. En effet, par comparaison avec des mesures obtenues sur des images nettesenregistrées simultanément, nous avons validé l’utilisation de l’IIP multi-vues pour l’estimation dedimensions de particules de glace avec un taux d’erreur inférieur à 20%. Nous avons égalementproposé différentes approches permettant d’estimer les volumes des particules de glace et mis enévidence la « signature » typique d’une gouttelette en cours de givrage à partir d’images d’IIP.Dans une seconde partie, nous avons validé l’utilisation de l’IIP multi-vues pour le cas complexe oùles interférogrammes d’une paire de particules de glace proches l’une de l’autre se recouvrent etdiscuté des phénomènes de Moiré qui peuvent apparaître et perturber nos mesures. En outre, nousavons étendu le domaine d’utilisation de l’IIP à des milieux moins dilués. Enfin, dans une dernière partie, nous avons développé un dispositif expérimental innovant nous permettant d’effectuer des mesures d’IIP expérimentales à partir de particules « programmées » sur une matrice de micro-miroirs (DMD). / The icing phenomenon that occurs during aircraft flights during their troposphere crossings (an area where the temperature can drop to -60 ° C) is manifested by an accretion of ice on different parts of the apparatus (wings, reactors, measurement probes ...) endangering the safety of this latter. This phenomenon is therefore a major problem for the safety of civil aviation, that's why it is necessary to develop new measurement techniques to detect and avoid risk's areas. Our interest has been on interferometric out-of-focus imaging, an optical technique offering many advantages (wide measurement field, range of studied sizes extended [50 μm: a few millimeters], distance particle / measuring device several tens of centimeters ...). During this thesis, we have developed a multi-view Interferometric Particle Imaging (IPI) device to characterize suspended ice crystals in the troposphere. Indeed, by comparison with measurements obtained on in-focus images recorded simultaneously, we have validated the use of multi-view IIP for the estimation of ice particle dimensions with an error rate lower than 20%. We also proposed different approaches to estimate ice particle volumes and highlighted the typical "signature" of a droplet during icing from IIP images.In a second part, we validated the use of multi-view IIP for the complex case where the interferograms of a pair of ice particles close to each other overlap and discuss about Moiré phenomena that may appear and disrupt our measurements. In addition, we have extended the field of use of IIP to less diluted media. Finally, in the last part, we have developed an innovative experimental device allowing us to perform experimental IIP measurements from particles "programmed" on a matrix of micro-mirrors (DMD : Digital Micromirror Device).