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Rangées de graines.. © Inra, Elena Schweitzer © Fotolia

Nos résultats

Sommaire
  1. Introduction
  2. Recherches et Innovations 2018 - Pour l'Aliment et les Bioproduits
  3. Jambon sec : un simulateur de procédé permet de définir des itinéraires de fabrication conduisant à l’élaboration de produits moins salés
  4. La manière dont les protéines s’agrègent lors d’un traitement thermique module leur capacité sensibilisante
  5. Accroître la survie des probiotiques au séchage en stimulant leur adaptation aux stress
  6. Impact des traitements thermiques sur la digestion du lait maternel chez le nourrisson prématuré
  7. Recherches et Innovations 2017 - Pour l'Aliment et les Bioproduits
  8. Le pouvoir adhésif deLactococcus lactis: une histoire tirée par les « pili » ?
  9. Quand les biopolymères s'assemblent : un jeu d'énergie et d'entropie.
  10. Toute la digestion gastro-intestinale dans un laboratoire sur puce : le microdigesteur
  11. Dis, comment une goutte de lait devient-elle un grain de poudre ?
  12. Recherches et Innovations 2016 - Pour l'Aliment et les Bioproduits
  13. 13 minutes pour tout savoir sur la qualité des fromages et des recherches qu'elle implique
  14. Un nouveau procédé pour le bio-raffinage du végétal
  15. La membrane bactérienne sous la lumière UV du synchrotron SOLEIL
  16. L’ingénierie inverse ou la machine à remonter… le pain !
  17. Chimie verte : Améliorer la production de lipides chez la levure
  18. Des vins de qualité à teneur réduite en alcool acceptés par le consommateur
  19. Impact des procédés de fractionnement sur la distribution des mycotoxines dans le blé dur
  20. Pâtes aux légumineuses : comment la formule et le procédé confèrent à l’aliment ses qualités nutritionnelles
  21. Contrôler le brunissement des vins blancs par la sélection raisonnée de levures
  22. Des bactéries lactiques pour réduire l’allergénicité de certaines protéines du lait
  23. Eliminer les biofilms avec un détergent enzymatique : une alternative aux traitements à base de soude
  24. Néo-enzymes à façon pour la conception de vaccins antibactériens
  25. RMN : une méthode non destructive pour identifier et quantifier les molécules phosphorées
  26. Marché des viandes transformées : vers une méthode de référence ?
  27. Modélisation mécanique multi-échelle : de l’échelle nanométrique aux propriétés macroscopiques de la mie de pain
  28. Minimoulin : 500 g pour apprécier la valeur meunière des blés
  29. Production microbienne de lipides à usages énergétiques ou chimiques
  30. L'acide férulique, acteur discret mais universel de la construction des parois lignifiées
  31. Eco-conception de matériaux à base de co-produits du bois
  32. L'analyse des composés volatils pourrait permettre d'authentifier le système de production des poulets
  33. Des nanoparticules comme marqueurs de biopolymères en microscopie
  34. Pasteurisation, UHT, microfiltration... Tous les traitements n'ont pas le même impact sur la qualité nutritionnelle du lait
  35. Des rayons X pour caractériser les couches accumulées lors des opérations de filtration
  36. L'intégration des connaissances expertes appliquées à l'affinage des camemberts
  37. Maîtriser la perte de masse des fromages pendant l'affinage
  38. La mémoire de l'amidon
  39. Recherches et innovations 2015 - Pour l'Aliment et les Bioproduits
  40. Comportement des micelles de caséine lors de la filtration du lait
  41. Nouvelle enzyme de dégradation des pectines
  42. Digestion du nourrisson : un modèle permet d’étudier les allergènes alimentaires
  43. Digestion des protéines carnées
  44. Des émulsions modèles de la digestion révèlent l’effet protecteur des polyphénols
  45. Perception de l’astringence : un nouvel éclairage grâce à la spectrométrie de masse
  46. Hautes pressions : Nouvelles voies d'utilisation et de valorisation sur les aliments emballés
  47. Fours à injection de vapeur d’eau : jusqu'à 12% d’économie d’énergie
  48. Nouvelle méthode d’analyse rapide de la qualité des tomates et des abricots
  49. Jambon de Bayonne : des marqueurs de texture et d’arôme pour maîtriser la qualité
  50. Suraccumulation de lipides chez la levure S. cerevisiae : vers une production de biocarburants à usage aéronautique
  51. Fractionner la ventilation des hâloirs de fromagerie : 50% d’économie d’énergie
  52. Connaître la structure de l'amidon pour maîtriser ses applications
  53. L’IRM pondérée en diffusion : un outil générique pour la micro-imagerie des lipides dans les matrices alimentaires
  54. Caractérisation d’un gène majeur de la biosynthèse des anthocyanes dans la baie de raisin
  55. Nouveaux détecteurs d’activités enzymatiques à base de nanocouches semi-réflectives de biopolymères
  56. Vers la connaissance de la structure de la micelle de caséine
  57. Le chauffage du lait semble favoriser le développement de l’allergie chez les nourrissons
  58. Mieux comprendre le pouvoir moussant des protéines en étudiant leur comportement aux interfaces eau-air
  59. Nouveau modèle d’organisation en 3D de la membrane de globules gras du lait
  60. Comment les protéines alimentaires s’auto-assemblent en objets micrométriques
  61. Une nouvelle méthode de séparation permet de déterminer la structure complète de biopolymères
  62. Intérêt des métabolites volatils des produits carnés pour révéler les contaminations des animaux d’élevage aux micropolluants environnementaux
  63. SensinMouth quand le goût fait sens
  64. Un logiciel d’aide au choix d’un emballage pour la filière Fruits et Légumes frais construit sur une démarche d’ingénierie des connaissances
  65. SOLEIL nous éclaire sur la structure des protéines stabilisatrices des réserves lipidiques de plantes oléagineuses
  66. Un zoom sur le processus d’assemblage multi-échelle des protéines 
  67. Maîtrise du séchage de produits laitiers infantiles par la prise en compte des interactions eau-constituants
  68. Maîtriser l’acidité du vin par un procédé électro-membranaire : une nouvelle pratique œnologique autorisée en Europe et dans les pays viticoles du nouveau monde
  69. Stratégies de réduction du taux de sodium dans les aliments
  70. Pour une meilleure persistance de Lactococcus lactis dans le tractus digestif
  71. L’allergie alimentaire au blé : une histoire d’épitopes
  72. Des essais sur un modèle de souris allergiques révèlent le fort potentiel allergisant d’un procédé alimentaire : la désamidation du gluten de blé
  73. Protéger les lipides omega-3 de l’oxydation : le rôle clé des émulsifiants
  74. Quel impact de la cuisson sur la qualité des viandes ? Des images aux modèles mathématiques.
  75. Comment améliorer le pouvoir moussant des protéines ?
  76. Une cellule d’observation sous cisaillement de gels, mousses, pâtes et autres systèmes complexes
  77. Vers une compréhension des mécanismes impliqués dans la synthèse de tanins astringents
  78. Fractionnement du lait : des procédés membranaires éco-performants
  79. Qualité des vins : de l'oxygène un peu, beaucoup, ... pas du tout ?
  80. Obtenir des émulsions très stables sans tensioactifs grâce à des nanocristaux de polysaccharides issus de la biomasse.
  81. Découverte de nouvelles enzymes de dégradation des polysaccharides végétaux dans le microbiome intestinal humain
  82. La cutine de la peau des tomates pour de nouveaux polymères
  83. La texture des fruits : phénotypage et chémotypage de déterminants histologiques et pariétaux
  84. Simulation de la fragmentation orale d'aliments céréaliers fragiles ... Scrountch !
  85. La déglutition, un carrefour physiologique clé pour libérer les arômes 
  86. Un nouveau procédé de cuisson des viandes sous dioxyde de carbone pour réduire l'apparition de composés indésirables
  87. Dénaturation thermique des protéines musculaires par microspectroscopie FT IR localisée couplée au rayonnement synchrotron
  88. Des résines époxy biosourcées, sans bisphénol A, à partir de polyphénols naturels
  89. Structure d'un colloïde naturel : la micelle de caséine du lait
  90. Identification d'une souche d'Aspergillus qui améliore de 20% le rendement en glucose de la biomasse en conditions industrielles
  91. Une enzyme impliquée dans la polymérisation de la cutine
  92. Une farine de blé dur adaptée à la fabrication de baguettes traditionnelles
  93. Le virtuel pour guider la construction d’enzymes « sur mesure »
  94. Jusqu’où est-il possible de réduire la teneur en sel dans les charcuteries cuites ?
  95. Diffusion des molécules organiques dans les matériaux polymères : retour sur les lois connues
  96. Mousse intelligente : différentes manières de détruire une mousse sur demande !
  97. La Datte, riche en tanins et pourtant ni amère ni astringente
  98. Réduire la teneur en sel des aliments
  99. Recherches et innovations 2014

Eco-conception de matériaux à base de co-produits du bois

La prise en compte de critères d’impact environnemental dans la conception préliminaire de semi-produits ou d’unités fonctionnelles complètes préoccupe de plus en plus les entreprises. L’éco-conception suppose la recherche de compromis entre performances techniques et profil environnemental. On s’appuie pour cela sur des indicateurs de cycle de vie comme les ACV (Analyse du Cycle de Vie) et d’outils d’optimisation prenant en compte ces objectifs multiples, économiques et environnementaux, pour établir «l’optimum de Pareto». En économie, un optimum de Pareto est un état dans lequel on ne peut pas améliorer le bien-être d’un individu sans détériorer celui d’un autre. Dans la transposition à la conception de matériaux et procédés, chaque propriété recherché devient un objectif à atteindre.

Mis à jour le 17/06/2013
Publié le 11/06/2013
Mots-clés :

Des "bois-plastiques" pour valoriser les co-produits du bois

L’utilisation des co-produits des industries de transformation du bois en association avec des polymères permet de développer des applications nouvelles, comme les «bois plastiques» qui représentent un marché en extension.
Leur utilisation en menuiserie extérieure permettrait de substituer en partie le PVC, de même que les applications en terrasse ou platelage extérieur éviteraient les traitements chimiques, souvent lessivables, appliqués au bois massif dans ces utilisations. Ces matériaux rentrent donc dans une démarche de développement durable (substitution de ressources fossiles par des ressources renouvelables), mais posent néanmoins des questions d’un point de vue environnemental : bilan énergétique, destruction en fin de vie.
Ici nous nous sommes focalisé sur le sous-système fabrication du produit, considéré comme indépendant des autres. Notre approche est de type prospective qui permet d'élargir l’espace de recherche. Elle peut être utilisée pour rechercher un optimum environnemental dans un espace contraint par un cahier des charges fonctionnelles, où pour une optimisation multi-objectifs. Le cas étudié est celui de l’optimisation multi-objectifs des profils technique et environnemental d’un platelage extérieur en bois polymère. Les matières premières considérées ont été des polymères thermoplastiques, biopolymères et fibres végétales (bois ou fibres annuelles). Les objectifs étaient de valoriser les coproduits de l’industrie du bois (sciures) et les essences peu durables (Pin, Sapin), de développer un produit durable pour application extérieure et d'optimiser son profil environnemental en maintenant son profil technique.

Intégrer l'analyse du cycle de vie pour concevoir de nouveaux matériaux

L’analyse du cycle de vie (ACV) a aujourd’hui valeur de norme internationale pour l’évaluation de tels impacts. Le fait que l’ACV suppose une connaissance précise de toutes les étapes de la vie du produit, depuis la production des matières premières jusqu’à sa destination en fin de vie  rend cependant délicate son utilisation en conception préliminaire.
 
Figure 1 : Cycle de vie d'un produit. © Inra
Figure 1 : Cycle de vie d'un produit © Inra

La principale difficulté a été de tenir compte du caractère contradictoire des objectifs : l'accroissement de la fraction massique de bois améliore la rigidité du matériau, mais accroît fortement la fragilité (résistances statique et dynamique), à l’inverse, le thermoplastique améliore la résistance à l’eau et la stabilité dimensionnelle, mais contribue pour 88% à la consommation d’énergies non renouvelables et accroît la déformation différée (fluage) du composite. L’indicateur effet de serre pour une unité fonctionnelle de platelage, mesuré par le biais d’une ACV est évidemment très sensible à l'évolution du ratio polymère/fibre.
Les objectifs scientifiques étaient de construire une méthodologie générique d’éco-conception basée sur une approche d’optimisation multi-objectifs, développer et valider un outil logiciel permettant d’appliquer la méthode et produire des connaissances nouvelles sur les performances mécaniques et environnementales de composites à renforts lignocellulosiques

Le challenge : concevoir un produit optimum sur le plan environnement et performant sur le plan technique

Pour améliorer le profil environnemental tout en maintenant le profil technique, nous avons envisagé les deux pistes suivantes : la modification chimique des fibres  et l’utilisation de thermoplastique (PEHD) recyclé et/ou l’incorporation d’amidon de maïs (PLA) en mélange avec le PEHD. La modification chimique des fibres par acétylation permet de rendre les fibres hydrophobes et donc de réduire la quantité de thermoplastique sans altérer la résistance à l’eau du composite. Son efficacité anti-gonflement est directement liée à l’intensité du greffage, qui devient une variable de conception. L’utilisation de PEHD recyclé et/ou l’incorporation PLA en mélange avec le PEHD permet de réduire sensiblement l'impact environmental du composite.
Dans un contexte où les objectifs visés peuvent être conflictuels, l’optimisation multi-objectifs par essaim particulaire (MO-PSO) fourni un cadre plus adapté en raison de son efficacité reconnue pour résoudre des problèmes d’optimisation complexe. Une telle démarche, appliquée à l’optimisation simultanée des profils technique et environnemental d’un platelage en bois polymère, offre une plus grande liberté de choix de conception par une exploration plus large de l’espace de recherche. Elle permet l’obtention d’un ensemble de solutions Pareto-optimales en conception préliminaire.

Le front de Pareto : améliorer un objectif sans en altérer un autre

La stratégie d'optimisation choisie a été de rechercher dans l’espace des objectifs de conception l’ensemble des solutions Pareto-optimales (front de Pareto). Ces solutions sont telles que l’on ne peut pas améliorer un objectif sans en altérer au moins un autre. La méthode choisie est la méthode MO-PSO, ou "optimisation multi-objectifs par essaim particulaire". Des fonctions objectifs pour les propriétés mécaniques (fluage et gonflement) et la propriété environnementale, limitée à la consommation d’énergie non renouvelable, ont été établies. Chaque fonction objectif dépend de variables de conception identifiées suite à une étude analytique, statistique, ou qualitative. Les fonctions objectifs sont liées par des variables de conception communes.
Nos travaux ont permis la mise au point d’une méthodologie générique d’éco-conception basée sur un algorithme d’optimisation multi-objectifs (l’optimum de Pareto), puis le développement et la validation d’un outil logiciel Ted permettant d’appliquer la méthode et de produire des connaissances nouvelles sur les performances mécaniques et environnementales de composites à renforts lignocellulosiques.
Le logiciel Ted traite tous types de composites pour des applications nécessitant des compromis entre plusieurs objectifs et se trouve ainsi particulièrement adapté aux problématiques d’éco-conception.L’évolution du front de Pareto est visualisée graphiquement. A la fin du processus, les coordonées des solutions Pareto-optimales sont enregistrées dans un fichier au format texte.
L'analyse du front de Pareto et le choix de formulations de compromis intéressantes pour une application industrielle, étant influencés par des contraintes technico-économiques, toutes les solutions optimales sont proposées. Si nous considérons comme principal critère de choix la consommation d’énergies non renouvelables, les compromis favorables se situent dans la zone bleue de du graphe b ci-dessous, dans la partie centrales du front.
Des solutions Pareto-optimales mettant en œuvre différentes teneurs en PLA ou en remplaçant totalement le PEHD vierge par du PEHD recyclé ont été fabriqués par le partenaire industriel et les tests mécaniques sont en cours.
 
Représentations graphiques du front de Pareto (a et b). © Inra
Représentations graphiques du front de Pareto (a et b) © Inra

De nouvelles formulations de remplacement du plastique

Des formulations inédites de remplacement du plastique de synthèse par un biopolymère ont été réalisées par un partenaire industriel spécialisé dans la fabrication de bois composite. Les tests de qualification du produit montrent que les performances (durabilité) sont légèrement altérées, mais que le profil environnemental est nettement meilleur.
Cette approche s'applique aux problèmes d'optimisation multiobjectif à variables quantitatives et/ou qualitatives pour trouver l'ensemble des solutions Pareto-optimales de conception au sens large de produits issus de l'agriculture.
Un logiciel multi-platteforme (Windows, Linux, Mac OS) a été développé Une interface utilisateur permettant de saisir simplement ses fonctions objectifs est en cours de développement.

Partenaires

Ce travail est issu du projet soutenu par l'Agence Nationale de la Recherche : ANR-PRECODD EcoComposite. il a rassemblé un industriel, un institut technique et l'Institut de Mécanique et d’Ingénierie – Bordeaux I2M, CNRS UMR 5295

En savoir plus

  • Michaud, F., P. Castéra, C. Fernandez and A. Ndiaye (2009). "Meta-heuristic methods applied to the design of wood-plastic composites, with some attention to environmental aspects." Journal of composite material, 43(5): 533-548.
  • Castéra, P., A. Ndiaye, C. Fernandez and F. Michaud (2008). "L'optimisation par essaim particulaire appliquée à la conception de composites à renforts lignocellulosiques." Revue des composites et matériaux avancés,  18(2): 185-190.
  • Ndiaye, A., F. Michaud, P. Castéra and C. Fernandez (2007). Metaheuristic methods applied to the environmentally concious optimization of wood-plastic composite. Twenty-second Technical Conference, Seattle, WA, September 17-19, 2007. CD-ROM(Issue): 11 pp., American Society for Composites.