Présentation
Auteur(s)
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Gilles TRYSTRAM : Docteur - Professeur à l’École nationale supérieure des industries alimentaires (ENSIA) - Directeur de l’unité mixte de recherche en génie industriel alimentaire - Cemagref, ENSIA, INA Paris-Grignon, INRA
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les industries alimentaires constituent une industrie de transformation et de mise en forme de produits. Il y est essentiel de maîtriser chaque étape de cette transformation, afin d’être certain d’apporter, au meilleur coût, la transformation attendue, en assurant la constance de cette production. L’industrialisation des industries alimentaires est relativement récente et l’amélioration des pratiques industrielles est passée, comme pour beaucoup d’autres industries de procédés, par un certain nombre d’étapes. Toutes ces étapes ont permis la mise en œuvre plus ou moins poussée des technologies et sciences du traitement de l’information, dont l’automatique. Parfois novateurs, parfois en retard, les différents secteurs des industries alimentaires accompagnent les progrès des sciences et techniques dans un cadre difficile de par les caractères particuliers de ces industries. Néanmoins, il s’agit avant tout d’industries de procédés et, à ce titre, elles relèvent des mêmes concepts et particularités que les autres secteurs comme les industries pharmaceutiques, cosmétiques ou la chimie fine.
Néanmoins, les industries alimentaires recouvrent en réalité un spectre très vaste de filières différentes, aussi bien quant au type de produits manipulés qu’au type de transformation générée. La caractéristique commune à ces filières est probablement de générer un produit fini qui sera consommé. Il importe alors qu’un certain nombre de propriétés soient identifiables par le consommateur pour garantir ces qualités. Mais ces propriétés d’usage, essentielles car immédiatement perçues par le consommateur, s’accompagnent d’autres propriétés masquées pour l’utilisateur final. Les propriétés nutritionnelles, sanitaires, technologiques doivent en effet être garanties. C’est sans doute cette multidimensionnalité des propriétés du produit en cours de transformation ou fini qui donne les aspects spécifiques des industries alimentaires. Le moyen d’obtention de ces propriétés est le procédé (ensemble des moyens technologiques et de leurs règles de conduite qui permettent de conférer, ou d’inhiber, des propriétés à un produit alimentaire). Plusieurs étapes jalonnent la vie d’un procédé. La conception relève pleinement du génie des procédés et des sciences connexes qui sont mobilisées. Mais une fois conçu, le procédé doit être exploité. Cette exploitation est de fait l’étape marquante de la vie du procédé. Améliorer sans cesse les conditions d’exploitation, les maîtriser, constitue les clés de la rentabilité d’un système de fabrication quel qu’il soit. Dans des industries où les marges sont faibles, où la variabilité des matières premières est grande, il s’avère nécessaire, voire indispensable, d’adjoindre des fonctions de conduite plus ou moins élaborées aux procédés. Cette démarche relève de l’automatisation ou, dans une acception plus large, d’études de conduite, de contrôle et de commande de procédés alimentaires.
Des besoins en sécurité d’une part et en rationalisation des chaînes de transformation d’autre part ont introduit la nécessité d’assurance qualité, qui donne une place de plus en plus grande au contrôle qualité, au plus près de la fabrication. Enfin, la législation évolue rapidement et nécessite des adaptations passant elles-mêmes par une maîtrise plus grande des transformations subies par le produit alimentaire. Cet état ne doit pas faire oublier les préoccupations des consommateurs que les événements récents ont encore mis en exergue et dont la conséquence industrielle est la gestion et la maîtrise des risques.
Comment aborder l’automatisation d’un procédé dans les industries alimentaires ? Comment comparer des solutions, les mettre en œuvre ? Pour répondre à ces questions, cet article propose une définition des industries alimentaires et de leurs procédés selon le point de vue de l’automaticien et discute les différents aspects qui couvrent les méthodes et les outils de cette science appliqués aux procédés. Il propose des méthodes, des voies d’approche des différents problèmes qu’il convient d’aborder et de résoudre pour réaliser l’automatisation d’une opération unitaire ou d’un procédé alimentaire : les capteurs de mesure, la commande automatique et les stratégies de supervision. Toute la construction de ces démarches et la mise en œuvre des outils qui y sont associés est construite sur les connaissances des produits, des voies de transformations utilisées et des sciences du génie des procédés.
VERSIONS
- Version courante de juin 2021 par Gilles TRYSTRAM
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5. Automatique et supervision industrielle
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L’automatique permet de respecter des fonctionnements ou des objectifs donnés. Beaucoup d’outils et d’applications sont effectifs. Néanmoins, construire des algorithmes de commande, résoudre des difficultés de mesure ne suffit pas. Ces fonctions d’automatismes s’intègrent, comme le présente la figure 2, dans un ensemble de fonctions supportées par les outils informatiques. L’informatique industrielle n’est pas dissociable de l’automatique. Dans les industries alimentaires, l’association de ces fonctions est essentielle. Nous y voyons deux raisons majeures.
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D’une part, les procédés combinent des opérations de natures diverses au sens de l’analyse présentée tableau 1. Si chaque opération peut être traitée, au moins en partie, avec les outils que nous avons présentés, il est nécessaire de synchroniser les opérations. Il est clairement reconnu que l’optimum de fonctionnement d’une opération n’est pas l’optimum de chaque opération prise indépendamment des autres. De plus, pour une même opération, plusieurs tâches sont remplies. L’algorithme de commande automatique n’est qu’une de ces tâches, parmi d’autres. Il faut bien faire fonctionner l’ensemble comme un tout cohérent. La cohabitation dans un même procédé d’opérations de différentes natures, au sens du tableau 1, complique bien évidemment la gestion des opérations.
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D’autre part, nous avons insisté pour bien définir un procédé comme un compromis à établir entre plusieurs propriétés (cf. tableau ...
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Automatique et supervision industrielle
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ILYUKIN (S.V.), HALEY (T.), SINGH (R.K.) - A survey of automation practice in the food industry. - Food control, 12, p. 285-296 (2001).
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(2) - DAVENEL (A.) - Le contrôle en ligne et le problème des capteurs. - In Techniques d'analyse et de contrôles dans les industries agroalimentaires, chap. 5, Multon (J.L.). Éd. Tec. et Doc., Cachan (1990).
-
(3) - CERR (M.) - Instrumentation industrielle. - Technique et Documentation, tomes 1 et 2 (1980).
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(4) - BIMBENET (J.J.), TRYSTRAM (G.) - Évolution du génie industriel alimentaire. - Ind. Agr. Alim., 7 p., nov. 1993.
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(5) - TRYSTRAM (G.), COURTOIS (F.) - Automatique et industries alimentaires, quelques avancées, perspectives et limites. - Ind. Agr. Alim., p. 21-32, juin 1998.
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(6) - KRESS ROGERS (E.) - Instrumentation and sensors for...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Ouvrages
* - Nous avons regroupé ici des livres qui nous semblent pertinents concernant les capteurs de mesure, les automatismes séquentiels, les problèmes de régulation et de commande et enfin des applications spécifiques de l’automatique en industries alimentaires. Certaines des références bibliographiques mentionnées dans le texte sont d’ailleurs tirées de ces ouvrages.
Capteurs de mesures
ASCH (G.) - Les capteurs en instrumentation industrielle. - Dunod, Paris, 834 p. (1998).
BOUDRANT (J.) - CORRIEU (G.) - COULET (P.) - Capteurs et mesures en biotechnologie. - Technique et Documentation Lavoisier, Paris, 496 p. (1994).
GUIZARD (C.) - BELLON (V.) - SEVILA (F.) - Vision artificielle dans les industries agroalimentaires. Méthodes / Techniques / Choix. - Centre national du Machinisme Agricole du Génie Rural des Eaux et Forêts, Montpellier, 279 p. (1992).
KRESS-ROGERS (E.) - Instrumentation and sensors for the food industry. - Butterworth-Heinemann, Oxford, 780 p. (1993).
TURNER (A.P.F.) - KARUBE (I.) - WILSON (G.S.) - Biosensors. Fundamentals and applications. - Oxford University Press, Oxford, 770 p. (1987).
Automatismes séquentiels
BLANCHARD (M.) - Comprendre, maîtriser et appliquer le GRAFCET. - CEPADUES Éditions, Toulouse, 174 p. (1979).
BOSSY (J.C.) - BRARD (P.) - FAUGÈRE (P.) - MERLAUD (C.) - Le GRAFCET, sa pratique et ses applications. - Educalivre, Paris, 143 p. (1987).
Problèmes de régulation et de commande
ASTRÖM (K.J.) - WITTENMARK (B.) - Computer-controlled...
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