L’industrie agroalimentaire doit intégrer aujourd’hui la dimension environnementale dans la conception de ses procédés. Des approches systémiques d’écoconception, développées pour les procédés chimiques et pétrochimiques, combinent modélisation et optimisation multiobjectif, ce qui permet d’obtenir des solutions de compromis où plusieurs critères sont considérés simultanément. L’application de ces approches aux procédés agroalimentaires est freinée par un manque de connaissances des impacts du procédé sur les caractéristiques du produit alimentaire (et vice-versa) et dans la modélisation des procédés.
Dans ce contexte, ce travail de recherche consiste à développer un cadre méthodologique d’écoconception de procédés agroalimentaires combinant modélisation, optimisation multiobjectif et analyse multicritère, avec pour support l’exemple du procédé d’évaporation du lait. Le procédé d’évaporation fait en effet partie des procédés les plus énergivores du secteur laitier, représente un fort potentiel d’optimisation, et pour lequel les démarches systémiques d’écoconception sont peu nombreuses dans la littérature. Dans une première partie du travail, un simulateur de procédés commercial a été adapté à la modélisation des évaporateurs traitant du lait : des modèles de propriétés du produit et de coefficient d’échange ont été sélectionnés dans la littérature et intégrés au simulateur. Des données recueillies sur plusieurs procédés d’évaporation de lait, couvrant des échelles variées (du pilote à l’installation industrielle), ont permis de fournir un regard critique sur l’utilisation de ces modèles. Une seconde partie a consisté à développer un outil simplifié de calcul des inventaires d’une séquence de nettoyage, afin de l’intégrer dans la démarche d’écoconception. Cet outil prédit la durée de nettoyage efficace et les consommations associées à partir des conditions opératoires du nettoyage, selon un modèle empirique. Des critères économiques et environnementaux peuvent ainsi être calculés pour optimiser et analyser les solutions de conception du procédé selon plusieurs objectifs du développement durable. L’optimisation multiobjectif est réalisée à l’aide d’un algorithme génétique, et une méthode d’aide à la décision permet d’identifier les meilleures solutions de compromis.
Pour illustrer ses potentialités, le cadre méthodologique est utilisé dans une première étude où trois solutions de conception d’un évaporateur sont analysées selon différents critères, puis dans l’appui au choix stratégique d’un combustible en vue de la production d’énergie sur site, et enfin dans la recherche de la conduite opératoire optimale du nettoyage par optimisation multiobjectif. Les travaux réalisés permettent d’envisager l’écoconception de la chaîne de production de poudre de lait dans son ensemble, avec l’ajout de modèles des autres étapes de concentration (opérations à membranes, séchage), le couplage avec des méthodes d’intégration énergétique, et enfin la prise en compte de la qualité du produit, grâce à une modélisation des propriétés du produit.
