Modélisation d'un applicateur micro-ondes dédié à la pasteurisation de produits alimentaires liquides en écoulement
Résumé
Pour les produits alimentaires liquides tels que les produits laitiers ou les jus de fruits, le processus de pasteurisation permet de s'assurer que les microorganismes pathogènes et/ou les enzymes endogènes sont inactivés. Le traitement thermique conventionnel consiste souvent à utiliser un fluide caloporteur externe (principalement de la vapeur ou de l'eau chaude) pour atteindre des températures suffisamment élevées dans le produit de manière à inactiver les bactéries ou les enzymes responsables des pertes de qualité du produit lors du stockage. Le principal inconvénient de ces techniques conventionnelles réside dans la dégradation thermique des composés volatils et thermosensibles, ce qui peut entraîner une perte des attributs sensoriels et nutritionnels du produit. Le chauffage par micro-ondes est une alternative prometteuse qui peut réduire ces impacts négatifs tout en assurant une meilleure flexibilité du procédé de pasteurisation. Généralement, le chauffage volumique inhérent au procédé micro-ondes permet d'obtenir des produits de bonne qualité tout en assurant une efficacité énergétique accrue par rapport aux procédés thermiques conventionnels (Martins, Cavalcanti et al. 2019). Dans cette étude, la modélisation numérique est utilisée pour concevoir un applicateur hyperfréquence à 2,45 GHz dédié au traitement thermique d'un liquide en écoulement (Fig. 1). Le modèle construit sous COMSOL ® Multiphysics se compose d'un applicateur monomode (TE10) où le liquide s'écoule en continu à un débit variable au travers d'un tube quartz. Une modélisation précise de la cavité est proposée, incluant les différents matériaux et dispositifs en présence (adaptateur d'impédance, applicateur et piston de court-circuit). La distribution du champ électromagnétique est analysée dans le guide d'ondes rectangulaire en focalisant particulièrement sur le champ électrique dans l'applicateur. Les résultats montrent l'influence du débit du fluide sur la distribution du champ électromagnétique dans le tube quartz et permettent de prédire la cartographie thermique dans le fluide traité. Ces résultats préliminaires sont une base au développement de nouveaux applicateurs micro-ondes de géométries variées pour le traitement des produits liquides de caractéristiques physiques différentes.