N° d’ordre : N° de série :

UNIV ER IT É K A SDI M ER BA H OUA R GL A

Faculté des Sciences Appliquées

Département Génie Mécanique

Mémoire

M A ST ER ACADÉMIQUE

Domaine : Sciences Techniques

Filière : Génie Mécanique

Spécialité : Énergétique

Présenté par : Amar SEGHIER & Sliman ROUAS

Thème

Étude du retrait au cours du séchage des fruits

Soutenu publiquement

Le : / /2016

Devant le jury :

Année universitaire : 2015 / 2016

M. BOUNOUIA Ahmed Saber Maitre Assistant Président M. ATTIA Abbes Maitre Assistant Examinateur

M. KHAMA Réda Maitre de Conférences Rapporteur

REMERCIEMENTS

Nos remerciements vont tout d’abord à

« Allah » tout puissant pour la volonté, la santé et

la patience qu’il nous a données pour terminer ce

travail.

Un grand merci à Monsieur Réda Khama,

pour son suivi et son encadrement durant notre

travail dans le cadre de ce mémoire de Master,

pour ses conseils précieux, pour sa disponibilité et

la compétence dans son encadrement.

Nos remerciements vont également à tous les

orienteurs, tous ceux qui d'une façon ou d'une

autre ont fait part de leur aide et ont participé de

prés ou loin à la réalisation de ce travail, surtout le

chef de département de Génie des procédés

Monsieur Tabchouche Ahmed.

Nous exprimons nos remerciements aux

membres du jury qui ont accepté d’évaluer et de

juger notre travail.

Merci

Dédicaces

A nos chers parents :

A nos mères. A nos pères qui sont nos modèles. Que Dieu leur donne longue vie et bonne santé.

A nos frères A nos sœurs A nos oncles et nos tantes A tous nos amis d’enfance et des parcours scolaire et universitaire, surtout Ali Rouas et Ahmed Djeghel

A tous nos enseignants depuis l’école primaire jusqu’à l’université. A tous ceux qui ont cru en nous,

nous dédions ce modeste mémoire

Sliman et Amar

Résumé

Résumé

Ce travail consiste à étudier expérimentalement le retrait d’une tranche de pomme et

d’une tranche de banane au cours de deux types de séchage, à savoir : le séchage statique à

l’étuve et le séchage naturel au soleil sous les conditions météorologiques de Ouargla.

L’effet de la perte de la teneur en eau de chaque fruit sur ses dimensions a été considéré.

En effet, au cours des séchages statique et naturel d’une tranche de pomme, le volume a

diminué de 80 % et 83 %, respectivement. Quant aux séchages statique et naturel d’une

tranche de banane, le volume a diminué de 87 % et 77 %, respectivement.

En outre, le séchage de la pomme et de la banane ont présenté un retrait anisotrope

indépendamment de la température et par conséquent une équation unique de retrait a été

proposée pour chaque fruit.

Nomenclature

Nomenclature

Symbole Unité Désignation

X (t) [kg eau/kg ms] Teneur en eau instantanée.

Mh(t) [kg] Masse humide instantanée.

Ms [kg] Masse sèche.

X0 [kg eau/kg ms] Teneur en eau initiale.

Xeq [kg eau/kg ms] Teneur en eau équilibre.

Xf [kg eau/kg ms] Teneur en eau finale.

-(dX/dt) [kg eau/kg ms.s] Vitesse de séchage.

t [h ou s] Temps.

∆t [h ou s] Pas de temps.

d [m] Diamètre de la tranche du fruit.

d0 [m] Diamètre initial de la tranche du fruit .

e [m] Epaisseur de la tranche du fruit.

e0 [m] Epaisseur initiale de la tranche du fruit.

S [m2] Surface extérieure du fruit.

S0 [m2] Surface extérieure initiale du fruit.

V [m3] Volume du fruit.

V0 [m3] Volume initiale du fruit.

XR [-] Taux d’humidité réduit.

HR [%] Humidité relative de l’air.

T [°C] Température.

Sommaire

Sommaire

Remerciements

Dédicaces

Résumé

Nomenclature

Introduction générale ..................................................................................................................... 1

Chapitre I : Étude bibliographique ............................................................................................ 2

I.1 Définition du séchage .............................................................................................................. 3

I.2 Types du séchage ..................................................................................................................... 3

I.3 Modes du séchage thermique .................................................................................................. 3

I.3.1 Séchage naturel ................................................................................................................. 3

I.3.2 Séchage convectif ............................................................................................................. 4

I.3.3 Séchage solaire ................................................................................................................. 4

I.4 Paramètres du séchage ............................................................................................................ 6

I.5 Périodes du séchage ................................................................................................................. 6

I.5.1 Période de mise en température (région a) ....................................................................... 6

I.5.2 Période à allure constante (région b) ................................................................................ 6

I.5.3 Période de ralentissement (région c) ................................................................................. 7

I.6 Domaines d’utilisation du séchage .......................................................................................... 8

Chapitre II: Méthodologie .......................................................................................................... 9

II.1 Introduction .......................................................................................................................... 10

II.2 Matériels ............................................................................................................................... 10

II.2.1 Fruits .............................................................................................................................. 10

II.2.2 Appareils........................................................................................................................ 11

II.3 Analyse ................................................................................................................................. 12

II.3.1 Mesure des paramètres .................................................................................................. 12

II.3.2 Mesure de la masse humide ........................................................................................... 13

II.3.3 Détermination de la masse sèche ................................................................................... 13

II.3.4 Détermination de la teneur en eau instantanée .............................................................. 13

II.3.5 Détermination de la teneur en eau à l’équilibre............................................................. 13

II.3.6 Détermination du ratio d’humidité (Taux d’humidité réduit) ....................................... 14

II.3.7 Détermination du retrait ................................................................................................ 14

Sommaire

Chapitre III : Résultats et Discussion ...................................................................................... 15

III.1 Introduction ......................................................................................................................... 16

III.2 Etude du retrait au cours du séchage statique ..................................................................... 16

III.2.1 Cas du séchage statique de la pomme .......................................................................... 16

III.2.2 Cas du séchage statique de la banane ........................................................................... 19

III.3 Etude du retrait au cours du séchage naturel ...................................................................... 21

III.3.1 Cas du séchage naturel de la pomme ........................................................................... 24

III.3.2 Cas du séchage naturel de la banane ............................................................................ 26

III.4 Cinétiques de séchage .......................................................................................................... 28

III.4.1Cas du séchage statique .................................................................................................. 28

III.4.1Cas du séchage naturel .................................................................................................. 33

Conclusion générale ..................................................................................................................... 38

Références .................................................................................................................................... 40

Introduction générale

Page 1

Introduction générale

Les fruits et les légumes jouent un rôle très important dans notre vie, puisqu'ils sont

une source non seulement de fibres crues mais également d'aliments essentiels : vitamines,

protides, glucides, lipides et sels minéraux. La nature saisonnière de la production des fruits et

légumes, ainsi que leur teneur élevée en eau qui les rend périssables, amène à la recherche de

différentes technologies afin de les préserver et de rendre ces produits disponibles pendant

toute l’année.

Le séchage est l’une des plus anciennes opérations qui permet la conservation des

produits agroalimentaires. En effet beaucoup d’études ont été menées dans cet axe mais nous

avons pu remarquer que peu sont les chercheurs qui ont considéré le phénomène du

rétrécissement des fruits au cours de leur séchage. En effet, un tel phénomène aide à bien

prédire l’emballage et le stockage et est utilisé comme donnée importante dans la simulation

et la modélisation du séchage.

Justement, notre travail consiste à étudier expérimentalement le retrait de la pomme et

de la banane au cours de deux différents séchages à savoir : le séchage statique et le séchage

naturel au soleil. L’influence de la perte de la teneur en eau sur les dimensions de chaque fruit

et l’effet de la température sur le retrait lui-même ont été considérés.

Ce mémoire est divisé en trois chapitres :

Le chapitre I est une étude bibliographique consacrée à quelques principales définitions et

concepts de base relatifs au séchage.

Dans le chapitre II, la méthodologie suivie lors de l’élaboration expérimentale de ce

travail est présentée avec le matériel et l’appareillage utilisés.

Le chapitre III est consacré à la présentation des résultats et à la discussion des

phénomènes trouvés.

Enfin une conclusion générale clôture ce mémoire.

Chapitre I :

Étude bibliographique

Chapitre I Étude bibliographique

Page 3

I. Étude bibliographique

I.1 Définition du séchage

Le séchage du produit est une opération unitaire qui a pour but l'élimination du liquide

volatile qui' il contient. Dans ce processus, interviennent deux phénomènes à savoir : le

transfert de chaleur et le transfert de matière (ou de masse).

En agroalimentaire, l’opération de séchage a pour but d’éliminer par évaporation,

d’une manière partielle ou totale, l’eau contenue dans les fruits et les légumes. En effet, cette

évaporation est un phénomène qui nécessite de la chaleur et qui est d’autant plus intense que

la température du corps est élevée.

I.2 Types du séchage

Trois principes de séchage peuvent être distingués :

Séchage mécanique

C’est l’élimination du liquide par des forces purement mécaniques (pressage, centrifugation,

compression, décantation et filtration).

Séchage chimique

C’est un procédé basé sur l’utilisation de produits déshydratants (chlorure de calcium,...) pour

extraire l’eau.

Séchage thermique

Ce type d’opération est essentiellement un transfert de masse nécessitant au préalable une

activation de l’eau par une certaine quantité d’énergie apportée par un transfert de chaleur.

I.3 Modes du séchage thermique

Plusieurs modes de séchage peuvent être utilisés. On peut rencontrer : le séchage

naturel, le séchage convectif et le séchage solaire.

I.3.1 Séchage naturel

Le séchage naturel est un séchage traditionnel qui consiste à exposer les produits

humides à sécher au rayonnement solaire (voir figure I.1).

Ce type de séchage convient aux zones arides et sèches où la méthode traditionnelle

est déjà relativement performante. Il permet de sécher la majorité des fruits et légumes et

convient pour de petites productions familiales destinées à l'autoconsommation où

l'investissement en matériel est faible.

Chapitre I Étude bibliographique

Page 4

Avantages du séchage naturel :

Procédé simple et non coûteux.

Matériel et main d'œuvre qualifiée non exigés.

Inconvénients du séchage naturel :

Faible efficacité du processus et longue durée.

Sensibilité des produits au rayonnement solaire, aux insectes et à la poussière.

Perte des vitamines des produits.

Figure I.1 : Séchage naturel.

I.3.2 Séchage convectif

Le séchage convectif est un séchage mécanique qui utilise des appareils appropriés

appelés : séchoirs ou sécheurs. Le processus se fait par l’air asséchant qui est chauffé à une

température désirée et, même parfois, à une humidité relative voulue. Ce type de séchage est

plus rapide mais plus couteux. Le produit séché est également de qualité meilleure.

I.3.3 Séchage solaire

Le séchage solaire est réalisé dans des séchoirs solaires qui utilisent l’énergie solaire

convertie en chaleur afin de sécher les produits humides à sécher. On peut rencontrer les

séchoirs solaires directs (voir figure I.2) et les séchoirs solaires indirects (voir figure I.3)

Dans le type direct, le produit est placé dans le dispositif et exposé directement au

rayonnement solaire. Parmi ses avantages, on peut citer la meilleure protection contre les

poussières, les insectes, les animaux et la pluie par apport au séchage traditionnel, et la non

Chapitre I Étude bibliographique

Page 5

nécessité d’une main d'œuvre qualifiée. En contre partie, la fragilité des matières en

polyéthylène qu'il faut changer régulièrement, la dégradation de la qualité par exposition

direct au soleil et la destruction de la vitamine A et C constituent de vrais inconvénients.

Figure I.2 : Séchoir solaire direct.

Figure I.3 : Séchoir solaire indirect.

Chapitre I Étude bibliographique

Page 6

Les séchoirs solaires indirect constituent des systèmes plus performants que les

séchoirs directs, ils présentent l'avantage de mieux préserver les caractéristiques de l'aliment :

sa couleur, sont aspect et sa valeur nutritive. Ils sont donc particulièrement adaptés au séchage

des produits alimentaires. Mais ils présentent quand même quelques inconvénients tels que :

la rapidité de séchage qui est très variable suivant les conditions climatiques et la conception

du séchoir et la fragilité des matières en polyéthylène qu'il faut changer régulièrement.

I.4 Paramètres du séchage

Les paramètres les plus importants à prendre en compte lors du séchage sont :

La température et l'humidité relative de l'air.

La durée de séchage.

La teneur en eau des produits.

La teneur en eau finale des produits séchés.

Le rétrécissement

I.5 Périodes du séchage

Si dans une opération de séchage on procède à la mesure de la masse du produit à

intervalles réguliers, on obtiendra ce qu'on appelle courbe de vitesse de séchage. Sur la courbe

de la figure I.4, on distingue trois régions : a, b et c.

I.5.1 Période de mise en température (région a)

Quand un produit dont la température de surface Ts et la pression partielle de vapeur

d'eau Ps est brassé par un courant d'air chaud, des échanges de chaleur et de matière ont lieu

entre le produit à sécher et l'air asséchant. Pour être emportées sous forme de vapeur, les

quantités d'eau contenues dans le produit exigent un apport correspondant de l'énergie de

vaporisation, l'excès de chaleur fournie par l'air amène le produit à s'échauffer davantage ce

qui aboutit à un équilibre du bilan de chaleur, si par contre, la température de surface du

produit est trop élevée, le déficit énergétique entraînerait un refroidissement de produit. La

période de mise en température est courte et n'apparaît véritablement que si les produits sont

de grandes tailles, ou si la différence de température entre l'air et le produit est importante.

I.5.2 Période à allure constante (région b)

Cette période n'existe que si l'eau libre s'évapore en surface. L'évaporation s'effectue à,

la température de bulbe humide. L’activité de l'eau (aw) à la surface du produit est alors égale

à 1 et le séchage est dit isenthalpique. Pour cette période, le flux de chaleur entrant est égal

aux flux nécessaire à l'évaporation de l'eau sortant du produit.

Chapitre I Étude bibliographique

Page 7

I.5.3 Période de ralentissement (région c)

Cette période est caractérisée par une diminution de la vitesse de séchage, le

ralentissement de l'allure de séchage est expliqué par les phénomènes suivants :

Disparition de l'eau libre en surface de produit :

Ce phénomène correspond au début du ralentissement de l'allure de séchage. En

admettant que la migration de l'eau libre et de l'eau liée contenues dans le produit

s'effectuent consécutivement sous forme liquide et vapeur, il faut envisager l'existence d'un

front de vaporisation qui s'enfonce progressivement à l'intérieur du produit.

L'épaisseur du produit :

Si cette épaisseur est de plus en plus croissante, cela signifie que la vapeur d'eau doit

traverser un parcours plus long expliquant ainsi ce ralentissement de l'allure de séchage.

La diffusivité de l'eau dans le produit :

Elle varie avec la teneur du produit en eau, plus ce dernier est sec, moins il devient

perméable à l'eau.

La résistance mécanique des parois cellulaires intactes :

Les parois cellulaires intactes empêchent la vapeur d'eau de passer en grande quantité

à l'extérieur du produit.

Le croûtage :

Certains composés solubles notamment les sucres et les sels accompagnent l'eau

évaporée pendant la période à allure constante (région b) et son déposés à la surface. Ce

phénomène est appelé croûtage est à l'origine de fortes concentrations en surface de ces

composés solubles qui bouchent les pores du produit. L'accumulation et l'assèchement de ces

solutés imperméabilisent la surface du produit. On peut citer, ici, la pomme de terre.

Figure I.4: Périodes du séchage.

Chapitre I Étude bibliographique

Page 8

I.6 Domaines d’utilisation du séchage

Le séchage industriel est utilisé dans les industries chimiques et des matériaux. On

peut citer, par exemple, les applications suivantes :

Séchage du papier, sa fabrication passant par une étape de pulpe humide, séchage des

éponges cellulosiques dites « végétales », des latex…

Séchage des matériaux de construction : bois, briques, tuiles et céramiques avant cuisson,

carreaux et plaques de plâtre après moulage, isolants thermiques, pigments, colles issus de

procédé humides.

Séchage de produits chimiques obtenus à l’état solide, suite à des réactions en milieu

liquide, par précipitation, cristallisation, concentration, etc. : engrais granulés, lessives

granulées, NaCl, soude, sels minéraux, silice colloïdale, sachant que leur distribution sous

forme liquide reste souvent une option ;

Séchage de matières actives pharmaceutiques généralement en poudres, issues de

processus humides.

Séchage de textiles, après lavage, après teinture…

Séchage de boues d’épuration, et/ou de sous-produits industriels…

Mise en forme de poudres.

Le séchage artificiel avec apport d’énergie est actuellement très utilisé dans l’agriculture

et/ou l’industrie alimentaire, pour la fabrication de nombreux ingrédients ou comme une

transformation connexe accompagnant d’autres opérations (cuisson, congélation, stockage

température ordinaire, broyage).

Chapitre II:

Méthodologie

Chapitre II Méthodologie

Page 10

II. Méthodologie

II.1 Introduction

Dans le but d’étudier le phénomène du rétrécissement (shrinkage) des produits au cours de

leur séchage, l’investigation expérimentale a été menée sur deux fruits à savoir : la pomme et

la banane pour deux différentes méthodes de séchage qui sont : le séchage statique et le

séchage au soleil (traditionnel).

II.2 Matériels

II.2.1 Fruits

Des pommes et des bananes ont été achetées du marché local de la ville de Ouargla au

sud-est d’Alger, durant le printemps 2016. Pendant le séchage à l’étuve (séchage statique),

des tranches de pomme ont été utilisées avec un diamètre moyen de 5.71 cm et une épaisseur

moyenne de 0.60 cm. Des tranches de banane de diamètre moyen de 2.93 cm et d’épaisseur

moyenne de 0.67 cm ont été utilisées également.

Quant au séchage naturel, les pommes ont été coupées en tranches avec un diamètre

moyen de 5.86 cm et une épaisseur moyenne de 0.58 cm ; alors que des tranches de banane

ont été séchées avec 2.80 cm comme diamètre moyen et 0.66 cm comme épaisseur moyenne.

Le tableau II.1 résume les données qui concernent les dimensions des échantillons des

deux fruits utilisés lors de notre investigation expérimentale.

Afin d’obtenir un séchage uniforme en fin d’opération, une bonne préparation du produit

avant le procédé était quasiment nécessaire; d’où la prise en considération des étapes et des

mesures suivantes :

Achat d’un produit frais et homogène en respectant dimension, degré de maturation et

bonne morphologie externe.

Lavage de tout le fruit.

Egouttage du fruit lavé.

Découpage du fruit en tranches de même épaisseur et de même diamètre environ.

Elimination des parties hautes et basses des pommes.

Elimination de la peau des bananes.

Chapitre II Méthodologie

Page 11

Tableau II.1 : Dimensions des échantillons de la pomme et de la banane utilisés.

II.2.2 Appareils

Afin d’étudier expérimentalement le rétrécissement de la pomme et de la banane au

cours d’un séchage statique, l’étuve régulée montrée dans la figure II.1 a été utilisée.

L’étuve est utilisée au laboratoire pédagogique du département de Génie des Procédés

à l’Université de Ouargla. Le but est d’y sécher et stériliser des récipients en verre et en métal.

Les fabricants ont développé plusieurs types d’étuves a cette fin, les unes à convection

naturelle ou à convection forcée, les autres à convection par gravité. L’étuve fonctionne entre

la température ambiante et 350 °C. Les étuves sont appelées aussi fours a air Chaud.

L’étuve a une cuve interne et un caisson extérieur. La cuve interne est réalisée en acier

inoxydable ayant de très bonnes propriétés de transfert de la chaleur. Elle est équipée d’une

série d’étagères en fil d’acier inoxydable dont la conception permet à l’air chaud de circuler

librement autour des objets à sécher. Elle est isolée du caisson extérieur par un matériau

isolant qui maintient une température élevée a l’intérieur et retarde le transfert de chaleur vers

l’extérieur. Le caisson extérieur est réalisé en acier laminé recouvert d’un film protecteur de

peinture électrostatique. La chaleur est produite par une série de résistances électriques qui

transfèrent de l’énergie thermique à la cuve.

Pomme Banane

Diamètre (cm) Epaisseur (cm) Diamètre (cm) Epaisseur (cm)

Séchage statique

5.71

0.60

2.93

0.67

Séchage naturel

5.86

0.58

2.20

0.66

Chapitre II Méthodologie

Page 12

Figure II.1 : Photographie de l’étuve régulée utilisée.

II.3 Analyse

II.3.1 Mesure des paramètres

Durant les expériences de séchage naturel des deux fruits : pomme et banane, la

température et l’humidité de l’air extérieur ont été mesurées respectivement, par un

thermocouple et un hygromètre. Un solarimètre digital a été utilisé pour la mesure du

rayonnement solaire.

Durant les deux types de séchage utilisés dans notre travail, nous avons suivi la perte de

masse du fruit au cours de son séchage, alors nous avons effectué les mesures chaque 60

minutes à l'aide d'une balance de précision 0.001g. Nous avons mesuré, également, le

diamètre et l’épaisseur chaque 60 minutes. Pour ce faire, un pied à coulisse qui est un

instrument de mesure de longueur composé essentiellement de deux parties coulissantes l'une

par rapport à l'autre, a été utilisé (voir figure II.2). Cet instrument est très utilisé en

mécanique, il permet de mesurer facilement les côtes extérieures d'une pièce ou le diamètre

d'un alésage. Il est également utilisé pour mesurer les diamètres des arbres (mécanique), avec

une ouverture pouvant dépasser 1 m, suivant le type.

Chapitre II Méthodologie

Page 13

Figure II.2 : Pied à coulisse à cadran utilisé.

II.3.2 Mesure de la masse humide

Le séchage au soleil des deux fruits a eu lieu sur deux journées pour la banane et sur une

seule journée pour la pomme. La variation de la masse humide du produit en fonction du

temps a été suivie à l’aide d’une balance électronique à affichage numérique de précision

0.001g.

II.3.3 Détermination de la masse sèche

La masse sèche de chacun des fruits a été déterminée en introduisant pendant 24 h la

masse humide finale à l’équilibre dans une étuve réglée à 105 °C (Enceinte climatique

BINDER – APT.line TM

KBF – ICH). Le produit est considéré complètement sec lorsque deux

pesées successives effectuées à une heure d’intervalle sont identiques.

II.3.4 Détermination de la teneur en eau instantanée

La teneur en eau en base sèche à un instant t est définie par:

h s

s

M ( ) - MX( ) =

M

tt

(II.1)

À t = 0 on détermine X0

À t = tf on détermine Xeq = Xf

II.3.5 Détermination de la teneur en eau à l’équilibre

La teneur en eau à l’équilibre de chacun du fruit, Xeq est calculée à partir de l’équation (II.2) :

Chapitre II Méthodologie

Page 14

(II.2)

II.3.6 Détermination du ratio d’humidité (Taux d’humidité réduit)

Le ratio d’humidité, XR, du fruit à l’instant t a été calculé en utilisant l’équation (II.3):

(II.3)

Le taux de séchage ou vitesse de séchage, DR, durant le processus a été déterminé en utilisant

l’équation (II.4):

(II.4)

Avec : Mh(t) : Masse humide instantanée (kg)

Ms : Masse sèche en (kg)

Mhf : Masse humide finale en (kg)

X0 : Teneur en eau initiale (kg d’eau/kg de matière sèche)

∆t : Pas de temps (h ou s)

II.3.7 Détermination du retrait

Sur la base que les échantillons des pommes est des bananes sont des disques et à l’aide des

deux équations suivantes, la surface extérieure et le volume ont été calculés.

(II.5)

(II.6)

Avec :

d est le diamètre de la tranche du fruit (m)

e est l’épaisseur de la tranche du fruit (m)

S est la surface extérieure du fruit (m2)

est le volume du fruit (m3)

Chapitre III :

Résultats et discussions

Chapitre III Résultats et discussions

Page 16

III. Résultats et discussions

III.1 Introduction

Dans ce chapitre, nous allons présenter les résultats de l’étude expérimentale du retrait

de la pomme et de la banane au cours de deux types de séchage, à savoir : le séchage statique

à l’étuve et le séchage naturel au soleil (voir chapitre II). En effet, l’effet du séchage sur les

dimensions de chacun des deux fruits choisis ainsi que l’influence de la température sur le

retrait lui-même ont été examinés. Pour plus de précision, les expériences ont été multipliées

et plusieurs échantillons de fruits ont été utilisés. Les résultats présentés ici sont à base de

valeurs moyennes et pour le séchage naturel, la vitesse de l’air ambiant a été négligée à cause

de ses très faibles valeurs enregistrées.

III.2 Etude du retrait au cours du séchage statique

III.2.1 Cas du séchage statique de la pomme

La figure III.1 montre la variation du diamètre (d) de la tranche de pomme normé à sa

valeur initiale (d0) en fonction de la teneur en eau (X) normée à sa valeur initiale (X0) pour

trois températures différentes de l’air, à savoir : 50, 60 et 70 °C.

On remarque que toutes les courbes présentent la même allure linéaire (droite) et par

conséquent il n’y a pas d’influence de la température sur le retrait du fruit en termes de

diamètre. On remarque également que le diamètre de la tranche a diminué d’environ 30 %.

Figure III.1 : Variation du diamètre de la pomme au cours du séchage statique.

Chapitre III Résultats et discussions

Page 17

La figure III.2 montre la variation de l’épaisseur (e) de la tranche de pomme normée à

sa valeur initiale (e0) en fonction de la teneur en eau (X) normée à sa valeur initiale (X0) pour

trois températures différentes de l’air, à savoir : 50, 60 et 70 °C.

On remarque que toutes les courbes présentent la même allure linéaire (droite) et par

conséquent il n’y a pas d’influence de la température sur le retrait du fruit en termes

d’épaisseur. On remarque, également, que l’épaisseur de la tranche a diminué d’environ

75 %.

Figure III.2 : Variation de l’épaisseur de la pomme au cours du séchage statique.

La figure III.3 montre la variation du volume (V) de la tranche de pomme normé à sa

valeur initiale (V0) en fonction de la teneur en eau (X) normée à sa valeur initiale (X0) pour

trois températures différentes de l’air, à savoir : 50, 60 et 70 °C.

On remarque que toutes les courbes présentent la même allure linéaire (droite) et par

conséquent il n’y a pas d’influence de la température sur le retrait du fruit en termes de

volume. On remarque également que le volume de la tranche a diminué d’environ 80 %.

Puisque le retrait de la pomme au cours du séchage statique est indépendant de la

température alors une équation unique peut être utilisée.

Chapitre III Résultats et discussions

Page 18

Figure III.3 : Variation du volume de la pomme au cours du séchage statique.

La variation de la surface relative de la tranche de pomme en fonction de son volume

relatif est représentée sur la figure III.4. On remarque une autre fois le faible effet de la

température sur le retrait du fruit d’où l’indépendance entre le retrait et la température ; d’où

l’équation du retrait unique :

V/V0 = 0.8149 X/X0 + 0.1642 (R² = 0.9806) (III.1)

Comme pour le volume relatif de la pomme (valeur instantanée normé à la valeur

initiale), une relation linéaire peut lier la surface du fruit à son volume :

S/S0 = 0.4542 V/V0 + 0.5339 (R² = 0.9911) (III.2)

Figure III.4 : Variation de la surface de la pomme au cours du séchage statique.

Chapitre III Résultats et discussions

Page 19

III.2.2 Cas du séchage statique de la banane

La figure III.5 montre la variation du diamètre (d) de la tranche de banane normé à sa

valeur initiale (d0) en fonction de la teneur en eau (X) normée à sa valeur initiale (X0) pour

trois températures différentes de l’air, à savoir : 50, 60 et 70 °C.

On remarque que toutes les courbes présentent la même allure linéaire (droite) et par

conséquent il n’y a pas d’influence de la température sur le retrait du fruit en termes de

diamètre. On remarque, également, que le diamètre de la tranche a diminué d’environ 20 %.

Figure III.5 : Variation du diamètre de la banane au cours du séchage statique.

La figure III.6 montre la variation de l’épaisseur (e) de la tranche de banane normée à

sa valeur initiale (e0) en fonction de la teneur en eau (X) normée à sa valeur initiale (X0) pour

trois températures différentes de l’air, à savoir : 50, 60 et 70 °C.

On remarque que toutes les courbes présentent la même allure linéaire (droite) et par

conséquent il n’y a pas d’influence de la température sur le retrait du fruit en termes

d’épaisseur. On remarque, également, que l’épaisseur de la tranche a diminué d’environ

80 %.

Chapitre III Résultats et discussions

Page 20

Figure III.6 : Variation de l’épaisseur de la banane au cours du séchage statique.

La figure III.7 montre la variation du volume (V) de la tranche de banane normé à sa

valeur initiale (V0) en fonction de la teneur en eau (X) normée à sa valeur initiale (X0) pour

trois températures différentes de l’air, à savoir : 50, 60 et 70 °C.

On remarque que toutes les courbes présentent la même allure linéaire (droite) et par

conséquent il n’y a pas d’influence de la température sur le retrait du fruit en termes de

volume. On remarque également que le volume de la tranche a diminué d’environ 87 %.

Puisque le retrait de la pomme au cours du séchage statique est indépendant de la température

alors une équation unique peut être utilisée :

V/V0 = 0.9471 X/X0 + 0.0513 (R² = 0.9932) (III.3)

Figure III.7 : Variation du volume de la banane au cours du séchage statique.

Chapitre III Résultats et discussions

Page 21

La variation de la surface relative de la tranche de banane en fonction de son volume

relatif est représentée sur la figure III.8. On remarque une autre fois le faible effet de la

température sur le retrait du fruit d’où l’indépendance entre le retrait et la température, comme

pour le cas de la pomme.

De même que pour le volume, la surface peut être exprimée en une relation linéaire

qui la lie au volume :

S/S0 = 0.7009 V/V0 + 0.303 (R² = 0.9978) (III.4)

Figure III.8 : Variation de la surface de la banane au cours du séchage statique.

III.3 Etude du retrait au cours du séchage naturel

Les variations des paramètres extérieurs essentiels concernant les journées typiques du

séchage naturel sont représentées sur la figure III.9. En effet, le rayonnement solaire atteint

des valeurs maximales voisines de 900 W/m2 et des valeurs journalières moyennes dépassant

les 700 W/m2. Les températures maximale et moyenne de l’air ambiant sont voisines de 45 °C

et 36 °C respectivement. Quant à l’humidité relative, elle était faible pendant les journées de

séchage à l’exception de la deuxième journée dans le cas de la pomme où la valeur a dépassé

les 24 %. En moyenne, l’humidité relative de l'air était comprise entre 13 % et 34%.

La figure III.9 montre, également, que la température ambiante est faible au début et à

la fin de la journée ; elle est significative à midi et est directement proportionnelle au

rayonnement solaire. L'humidité relative étant inversement proportionnelle à la température

de l'air et au rayonnement solaire. En outre les valeurs de la température de l'air ambiant

Chapitre III Résultats et discussions

Page 22

variaient de 25°C à 40°C. Tous ces résultats sont en bon accord avec la théorie et avec les

travaux antérieurs.

Une exception a été remarquée durant la journée du 18/04/2016 durant laquelle on a

enregistré le passage de quelques nuages entre 11 et 12 h et entre 13 au 15 h où le

rayonnement solaire a eu des abaissements.

Chapitre III Résultats et discussions

Page 23

Figure III.9 : Variation des paramètres extérieurs pendant

le séchage naturel de la pomme et de la banane.

Chapitre III Résultats et discussions

Page 24

III.3.1 Cas du séchage naturel de la pomme

La figure III.10 montre les variations du diamètre et de l’épaisseur relatifs de la

tranche de pomme en fonction de la teneur en eau relative (X/X0), au cours du séchage naturel

au soleil à Ouargla.

On constate que les deux variations sont différentes ce qui veut dire que le retrait de la

pomme est anisotrope c'est-à-dire que le diamètre et l’épaisseur du fruit ne diminuent pas de

la même façon.

Sur la même figure, on peut lire un retrait d’environ 25 % en termes de diamètre, et un

retrait d’environ 76 % en termes d’épaisseur.

Figure III.10 : Effet du séchage statique sur les dimensions de la pomme.

La figure III.11 représente la variation du volume relatif (V/V0) de la tranche de

pomme séchée naturellement en fonction de sa teneur en eau relative (X/X0). Comme pour le

séchage statique à l’étuve d’une tranche de pomme, l’évolution est linéaire soit une droite. En

effet, on propose l’équation suivante qui reliant les deux paramètres :

V/V0 = 0.766 X/X0 + 0.1303 (R² = 0.9646) (III.5)

Chapitre III Résultats et discussions

Page 25

Figure III.11 : Variation du volume de la pomme au cours du séchage naturel.

La figure III.12 représente la variation de la surface relative (S/S0) de la tranche de

pomme séchée naturellement en fonction de son volume relatif (V/V0). L’évolution est

quasiment linéaire et par conséquent l’équation suivante est proposée :

S/S0 = 0.578 V/V0 + 0.463 (R² = 0.9568) (III.6)

Figure III.12 : Variation de la surface de la pomme au cours du séchage naturel.

Chapitre III Résultats et discussions

Page 26

III.3.2 Cas du séchage naturel de la banane :

La figure III.13 montre les variations du diamètre et de l’épaisseur relatifs de la

tranche de pomme en fonction de la teneur en eau relative (X/X0), au cours du séchage naturel

au soleil à Ouargla.

On constate que les deux variations sont différentes ce qui veut dire que le retrait de la

pomme est anisotrope c'est-à-dire que le diamètre et l’épaisseur du fruit ne diminuent pas de

la même façon.

Sur la même figure, on peut lire un retrait d’environ 20 % en termes de diamètre, et un

retrait d’environ 63 % en termes d’épaisseur.

Figure III.13 : Effet du séchage statique sur les dimensions de la banane.

La figure III.14 représente la variation du volume relatif (V/V0) de la tranche de

banane séchée naturellement en fonction de sa teneur en eau relative (X/X0). Comme pour le

séchage statique à l’étuve d’une tranche de banane, l’évolution est linéaire soit une droite. En

effet, on propose l’équation suivante qui reliant les deux paramètres :

V/V0 = 0.9392 X/X0 + 0.0372 (R² = 0.9943) (III.7)

Chapitre III Résultats et discussions

Page 27

Figure III.14 : Variation du volume de la banane au cours du séchage naturel.

La figure III.15 représente la variation de la surface relative (S/S0) de la tranche de

banane séchée naturellement en fonction de son volume relatif (V/V0). L’évolution est

quasiment linéaire et par conséquent l’équation suivante est proposée :

S/S0 = 0.6318 V/V0 + 0.375 (R² = 0.9994) (III.8)

Figure III.15 : Variation de la surface de la banane au cours du séchage naturel.

Chapitre III Résultats et discussions

Page 28

III.4 Cinétiques de séchage

III.4.1 Cas du séchage statique

Le tableau III.1 rassemble toutes les données concernant le séchage statique de la

pomme et de la banane, et ce en termes de teneurs en eau initiale (X0) et d’équilibre (Xeq) en

termes de durée de séchage.

Tableau III.1 : Données concernant le séchage statique de la pomme et de la banane.

Type de séchage Séchage statique de la pomme

Température (durée) 50 °C (12 h) 60 °C (9 h) 70 °C (7 h)

ech 1 ech 2 ech 3 ech 1 ech 2 ech 3 ech 1 ech 2 ech 3

x0 (kg d’eau/kg m.s) 8.20 7.90 7.00 4.70 4.90 4.60 4.80 5.00 5.20

xeq (kg d’eau/kg m.s) 0.13 0.12 0.1 0.09 0.09 0.09 0.09 0.08 0.09

Type de séchage Séchage statique de la banane

Température (durée) 50 °C (12 h) 60 °C (10 h) 70 °C (7 h)

ech 1 ech 2 ech 3 ech 1 ech 2 ech 3 ech 1 ech 2 ech 3

x0 (kg d’eau/kg m.s) 3.20 3.20 3.20 3.40 3.50 3.60 3.40 3.50 3.50

xeq (kg d’eau/kg m.s) 0.15 0.19 0.14 0.19 0.26 0.29 0.22 0.24 0.24 ech : échantillon

Les courbes obtenues expérimentalement X/X0 = f(t) (Figures III.16 et III.17)

expriment l’évolution de la teneur en eau relative des deux fruits choisis dans notre étude en

fonction du temps de séchage et ce pour trois températures 50, 60 et 70 °C.

Sur chacune de ces deux figures, on peut lire le phénomène du séchage. En effet la

teneur en eau du fruit diminue continuellement au cours du temps pour atteindre une valeur

finale.

Chapitre III Résultats et discussions

Page 29

Figure III.16 : Variation de la teneur en eau de la pomme au cours du séchage statique.

Figure III.17 : Variation de la teneur en eau de la banane au cours du séchage statique.

Chapitre III Résultats et discussions

Page 30

Les courbes - dX/dt = f(t) des figures III.18 et III.19 représentent la variation

temporelle de la vitesse de séchage pour la pomme et la pour banane.

On remarque la présence de la phase de séchage à vitesse décroissante précédée d’une

courte phase de mise en température dans le cas de la banane. Dans le cas du séchage statique

de la pomme, les trois phases classiques de séchage sont présentes.

Figure III.18 : Variation de la vitesse du séchage statique de la pomme.

Figure III.19 : Variation de la vitesse de séchage statique de la banane.

Chapitre III Résultats et discussions

Page 31

En effet, les courbes de Krischer des deux fruits qui sont montrées sur

les figures III.20 et III.21 confirment toutes les remarques précédentes. Chacune de ces deux

dernières est, en réalité, la variation de la vitesse du séchage statique d’une tranche de pomme

et d’une tranche de banane en fonction de leurs teneurs en eau respectives, mais tout en

prenant en compte la variation de la surface extérieure des deux fruits au cours du processus.

La figure III.22 représente la variation de la vitesse de séchage statique à l’étuve d’une

tranche de pomme en fonction de sa teneur en eau, mais cette fois-ci, sans tenir compte de

l’évolution de la surface c'est-à-dire sans que le phénomène du rétrécissement (ou retrait) du

fruit soit pris en compte au cours du processus. On remarque bien l’importance de la prise en

compte d’un tel phénomène. En effet, sur cette figure il n’y a que la phase à vitesse

décroissante qui apparait après une courte phase de mise en température alors en réalité, il y a

trois phases de séchage.

Une observation à faire sur les six dernières figures (III.16 - III.21), est l’influence

remarquable de la température de l’air de séchage sur les cinétiques de séchage. En effet,

lorsque la température est élevée la vitesse de séchage augmente et par conséquent la durée du

processus diminue. Ces constatations ont concerné toutes les expériences réalisées sur les

tranches de pommes ainsi que sur les tranches de banane.

Figure III.20 : Courbe de Krischer du séchage statique de la pomme.

Chapitre III Résultats et discussions

Page 32

Figure III.21 : Courbe de Krischer du séchage statique de la banane.

Figure III.22 : Courbe –dX/dt = f(X) (séchage statique de la pomme).

Chapitre III Résultats et discussions

Page 33

III.4.1 Cas du séchage naturel

Le tableau III.2 rassemble toutes les données concernant le séchage statique de la

pomme et de la banane, et ce en termes de teneurs en eau initiale (X0) et d’équilibre (Xeq) en

termes de durée de séchage.

Tableau III.2 : Données concernant le séchage naturel de la pomme et de la banane.

Type de séchage Séchage naturel de la pomme

Température (durée) Jour 1 (9 h) Jour 2 (11 h) Jour 3 (10 h)

ech 1 ech 2 ech 3 ech 1 ech 2 ech 3 ech 1 ech 2 ech 3

x0 (kg d’eau/kg m.s) 8.20 8.20 8.20 8.20 8.20 9.80 8.20 8.20 8.20

xeq (kg d’eau/kg m.s) 0.22 0.35 0.20 0.09 0.08 0.34 0.18 0.16 0.03

Type de séchage Séchage naturel de la banane

Température (durée) Jour 1 (14 h) Jour 2 (12 h) Jour 3 (12 h)

ech 1 ech 2 ech 3 ech 1 ech 2 ech 3 ech 1 ech 2 ech 3

x0 (kg d’eau/kg m.s) 3.50 3.50 3.50 3.50 3.50 3.50 2.10 3.50 3.50

xeq (kg d’eau/kg m.s) 0.4 0.6 0.63 0.56 0.51 0.69 0.42 0.65 0.65 ech : échantillon

La courbe expérimentale X/X0 = f(t) de la figure III.23 exprime l’évolution de la

teneur en eau relative de la pomme en fonction du temps de séchage. Sur cette figure, on lit le

phénomène de séchage. En effet la teneur en eau du fruit diminue continuellement au cours du

temps pour atteindre une valeur d’équilibre finale.

Chapitre III Résultats et discussions

Page 34

Figure III.23 : Variation de la teneur en eau de la pomme au cours du séchage naturel.

La courbes - dX/dt = f(t) de la figure III.24 représente la variation temporelle de la

vitesse de séchage d’une tranche de pomme. Dans le cas du séchage naturel d’une tranche de

pomme, les trois phases classiques de séchage sont ainsi présentes.

Enfin la courbe de Krischer de la pomme est montrée sur la figure III.25 qui n’est, en

réalité, que la variation de la vitesse du séchage statique d’une tranche de pomme en fonction

de sa teneur en eau en prenant compte de la variation de la surface extérieure du fruit au cours

du processus.

La courbe expérimentale X/X0 = f(t) de la figures III.26 montre l’évolution de la

teneur en eau relative de la banane en fonction du temps de séchage. Sur cette figure, la

teneur en eau du fruit diminue continuellement au cours du temps pour atteindre une valeur

finale.

Chapitre III Résultats et discussions

Page 35

Figure III.24 : Variation de la vitesse du séchage naturel de la pomme.

Figure III.25 : Courbe de Krischer du séchage naturel de la pomme.

Chapitre III Résultats et discussions

Page 36

Figure III.26 : Variation de la teneur en eau de la banane au cours du séchage naturel.

La courbe - dX/dt = f(t) de la figure III.27 représente la variation temporelle de la

vitesse de séchage pour la banane. Dans le cas du séchage naturel d’une tranche de banane, on

remarque la présence de la phase de séchage à vitesse décroissante précédée d’une courte

phase de mise en température ;

La courbe de Krischer de la banane est enfin sur la figure III.28 où la variation de la

vitesse du séchage statique rapportée à l’unité de surface d’une tranche de banane en fonction

de sa teneur en eau est clairement montrée.

Chapitre III Résultats et discussions

Page 37

Figure III.27 : Variation de la vitesse de séchage naturel de la banane.

Figure III.28 : Courbe de Krischer du séchage naturel de la banane.

Conclusion générale

Conclusion générale

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Conclusion générale

Après une investigation expérimentale sur le séchage statique à l’étuve et naturel au

soleil de deux fruits à savoir la pomme et la banane, il s’avère que le retrait d’une tranche de

fruit au cours du processus a lieu d’une manière remarquable. En effet l’effet du séchage en

question sur les dimensions des deux fruits est important et les principales conclusions

peuvent être résumées comme suit :

Au cours du séchage statique d’une tranche de pomme, le diamètre a diminué de 30 %,

l’épaisseur de 75 % et le volume d’environ 80 %.

Au cours du séchage statique d’une tranche de banane, le diamètre a diminué de 20 %,

l’épaisseur de 80 % et le volume d’environ 87 %.

Au cours du séchage naturel d’une tranche de pomme, le diamètre a diminué de 25 %,

l’épaisseur de 76 % et le volume de 83 %.

Au cours du séchage naturel d’une tranche de banane, le diamètre a diminué de 20 %,

l’épaisseur de 63 % et le volume de 77 %.

Le séchage de la pomme et de la banane présente chacun un retrait anisotrope.

La température n’a pas d’influence sur le retrait de chacun des fruits étudiés en termes de

diamètre, d’épaisseur, de surface et de volume.

Pour chaque fruit, une équation de retrait unique est proposée au cours du séchage

statique et du séchage naturel.

Les courbes de Krischer mettent bien en évidence l’importance de la prise en

considération de l’évolution de la surface des fruits au cours de leurs séchages.

Références

Références

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[17] Philippe Dudez avec la collaboration de André Thémelin et Max Reynes (CIRAD). Le

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