Transferts dans les aliments solides - Modèles physiques et mathématiques

Cet article est consacré aux transferts internes de matière et de chaleur dans les aliments solides. Ces transferts sont responsables de la répartition des concentrations d’espèces et de température dans le produit et donc par ce biais des transformations biochimiques et physiques au sein du produit. Ils sont présentés dans le contexte des procédés de transformation et de conservation des aliments solides où ils jouent un rôle primordial. Le constituant de base des aliments étant l’eau, on s’intéresse essentiellement aux transferts d’eau en phase liquide et en phase vapeur et des substances solubles dans l’eau.

On présente tout d’abord les mécanismes physiques de transfert d’espèces et de chaleur au sein de l’aliment solide assimilé à un milieu poreux. Par la suite, on expose les lois fondamentales de transfert en se fondant sur le concept du milieu continu équivalent. Dans cette approche macroscopique, la complexité des phénomènes de transport à l’échelle du pore est réduite à des termes de diffusion et de perméation. Puis, on présente les équations de transfert obtenues par couplage des équations de bilan (de conservation) de matière et de chaleur avec les expressions des flux. Les équations de transfert associées aux conditions d’échange à la surface de l’aliment constituent le modèle des transferts internes dont la résolution permet d’accéder aux évolutions des champs de concentration, température et pression au sein de l’aliment au cours d’un procédé.

Les notions théoriques développées dans cet article sont à la base de la maîtrise des procédés unitaires de l’industrie alimentaire, tels que la congélation, le séchage, l’extraction, etc. Ces applications sont présentées dans l’article suivant Transferts dans les aliments solides- Outils simplifiés de calcul.