Ce travail s'intéresse aux deux étapes de séchage pouvant être rencontrées dans une filière de production d'extraits solides concentrés en polyphénols à partir de feuilles d'arbres :le séchage des feuilles récoltées, réalisé dans des coopératives paysannes avant le transport des feuilles vers les appareils d'extraction, et la transformation des extraits liquides obtenus en une poudre concentrée en polyphénols. Les polyphénols sont des molécules produites par le métabolisme secondaire des plantes et dont les propriétés thérapeutiques récemment découvertes leur confèrent un grand intérêt dans le domaine de la santé. Ces molécules sont également connues pour être thermosensibles. Les opérations de séchage thermique, impliquant un chauffage du produit à sécher, sont donc des étapes cruciales pour l'obtention de produits de qualité, et donc d'extraits concentrés en polyphénols. A l'échelle de la feuille, le séchage est étudié du point de vue de l'humidité mais aussi de la qualité du produit, c'est-à-dire du contenu en polyphénols des feuilles. Les méthodes d'analyse des polyphénols couramment utilisées étant longues, polluantes et destructives, le développement de nouvelles méthodes d'analyse apparaît comme indispensable pour caractériser le séchage de feuilles. Dans ce contexte, l'originalité de la démarche suivie réside dans la mise au point d'une méthode d'analyse simultanée du contenu en humidité et en polyphénols de feuilles à l'aide de la spectroscopie proche infrarouge, offrant la possibilité de réaliser des analyses rapides, peu polluantes et non destructives. Deux équations de calibration, permettant de relier le spectre infrarouge d'une feuille à son contenu en eau et à son contenu en polyphénols sont construites.A l'échelle du dispositif de séchage, une contribution technologique est apportée via le développement d'une méthode de dimensionnement de séchoirs solaires tunnels ventilés adaptés à des coopératives paysannes. Basée sur des équations de bilan d'énergie et de masse, cette méthode permet d'évaluer les spécificités d'un séchoir solaire permettant de remplir un cahier des charges précisant le produit à sécher, le lieu et la période de l'année du séchage, ainsi que la géométrie de la coupe transversale du séchoir. La méthode de dimensionnement développée a pu être utilisée pour la construction de deux séchoirs solaires de terrain :un séchoir capable de sécher 10 kg de mangues au Cambodge par jour et un séchoir capable de sécher 25 kg d'ananas par jour en Ouganda. Les équations à la base de la méthode de dimensionnement ont pu être validées par les résultats d'expériences réalisées avec ces séchoirs de terrain. Les aspects pratiques essentiels à la mise en place et au bon fonctionnement de séchoirs solaires de terrain sont également discutés.Finalement, l'étape de transformation des extraits liquides en une poudre concentrée en polyphénols est abordée par l'étude de la microencapsulation, alternative économiquement intéressante par rapport à la lyophilisation souvent opérée actuellement. Au vu de la divergence des résultats expérimentaux relatifs à la stabilité des polyphénols lors d'un procédé de microencapsulation (obtenus par différents auteurs ainsi que lors d'expériences de laboratoire) et de la complexité des phénomènes prenant place lors d'un tel procédé, le séchage par microencapsulation a été abordé via une approche fondamentale. De nombreuses questions relatives à la modélisation mathématique de ce phénomène et à l'importance des mécanismes prenant part à l'évaporation sont encore en suspens dans la littérature, même pour des systèmes simples d'évaporation d'une goutte sphérique de liquide pur suspendue dans un milieu gazeux infini. Une modélisation rigoureuse de ce système, d'apparence simple, apparaît cependant comme essentielle pour une meilleure compréhension et description de l'évaporation de gouttes lors de la microencapsulation. Plusieurs modèles décrivant l'évaporation d'une goutte sphérique de liquide pur suspendue dans un milieu gazeux infini, de complexités différentes selon les hypothèses considérées, ont donc été développés sur base des équations de conservation de la masse et de l'énergie, et en incluant la prise en compte d'un changement de phase à l'interface. L'utilisation de ces modèles permet d'étudier les domaines de validité des hypothèses, notamment d'isothermie de la phase gazeuse et de la phase liquide, de non prise en compte de l’influence de l’hétérogénéité de la température du gaz sur les propriétés physico-chimiques du gaz ou d'évaporation purement diffusive. Le problème traité est considéré sous un angle nouveau, dans l'idée générale d'étudier une large gamme de conditions d'évaporation et de définir des critères permettant d'évaluer simplement la validité des hypothèses considérées. Une analyse des mécanismes physiques de l'évaporation est également proposée à partir des résultats obtenus avec les différents modèles développés. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Avec la disponibilité de capteurs fiables de teneur en eau exploitant la spectroscopie proche infrarouge (NIR pour near-infrared) et les outils chimiométriques, il est maintenant possible d’appliquer des stratégies de commande en ligne sur plusieurs procédés de séchage dans l’industrie pharmaceutique. Dans cet ouvrage, le séchage de granules pharmaceutiques avec un séchoir à lit fluidisé discontinu (FBD pour fluidized bed dryer) de taille pilote est étudié à l’aide d’un capteur d’humidité spectroscopique. Des modifications électriques sont d’abord effectuées sur le séchoir instrumenté afin d’acheminer les signaux mesurés et manipulés à un périphérique d’acquisition. La conception d’une interface homme-machine permet ensuite de contrôler directement le séchoir à l’aide d’un ordinateur portable. Par la suite, un algorithme de commande prédictive (NMPC pour nonlinear model predictive control), basée sur un modèle phénoménologique consolidé du FBD, est exécuté en boucle sur ce même ordinateur. L’objectif est d’atteindre une consigne précise de teneur en eau en fin de séchage tout en contraignant la température des particules ainsi qu’en diminuant le temps de lot. De plus, la consommation énergétique du FBD est explicitement incluse dans la fonction objectif du NMPC. En comparant à une technique d’opération typique en industrie (principalement en boucle ouverte), il est démontré que le temps de séchage et la consommation énergétique peuvent être efficacement gérés sur le procédé pilote tout en limitant plusieurs problèmes d’opération comme le sous-séchage, le surséchage ou le surchauffage des granules. / The availability of reliable online moisture content measurements exploiting near-infrared (NIR) spectroscopy and chemometric tools allows the application of online control strategies to a wide range of drying processes in the pharmaceutical industry. In this paper, drying of particles with a pilot-scale batch fluidized bed dryer (FBD) is studied using an in-line spectroscopic moisture sensor. Electrical modifications are firstly performed on the instrumented FBD to route measured and manipulated signals to an acquisition peripheral. Then, the design of a human-machine interface allows directly controlling the FBD with a laptop computer. Afterwards, a predictive control algorithm (NMPC), based on an FBD consolidated phenomenological model, is executed in a loop on this same computer. The objective is to reach a specific particle moisture content setpoint at the end of the drying batch while decreasing batch time and limiting particle temperature. Furthermore, the FBD energy consumption is explicitly included in the NMPC objective function. Compared to a typical FBD operation in industry (mostly open-loop), it is shown that the drying time and the energy consumption can be efficiently managed on the pilot-scale process while limiting various operation problems like under drying, over drying, or particle overheating.