Vers une usine agro-alimentaire intelligente
Contexte et enjeux pour l’innovation des entreprises
Le développement du numérique et l’évolution des modes de production agricole et des demandes de consommateurs tendent à faire évoluer la conception des usines agro-alimentaires vers des unités de plus petite échelle, flexibles et pilotées en temps réel.
Cela se traduit notamment par la généralisation du recours aux capteurs ou la détection d’indicateurs pour le suivi en ligne, par une amélioration de l’interface homme produit ou homme machine, par la multiplication des outils d’aide à la décision, etc.
D’autre part, l’évolution des modes de production agricole liée aux demandes des consommateurs conduisent à une diminution de l’échelle de transformation alimentaire. L’évolution progressive des pratiques vers l’agroécologie et l’agriculture responsable, portée par la demande des consommateurs vers de nouveaux produits alimentaires plus durables, impliquent la transformation de lots de matières premières agricoles différentes (apparition de nouvelles espèces, de nouvelles variétés, de nouveaux modes de culture) ou plus variables (co-existence de différents systèmes de production, impact accru des stress biotiques et abiotiques…) voire hétérogènes. Cela nécessite d’éco-concevoir des chaînes de production capables d’intégrer des échelles plus petites tout en restant éco-efficientes (diminution des consommations d’eau ou d’énergie, diminution des pertes et utilisation optimisée des co-produits), et garantissant bien sûr la sécurité des aliments.
Apports du Carnot pour les accompagner dans leur évolution
L’expertise du réseau Qualiment® est au service du développement et de l’optimisation de procédés de transformation agroalimentaire pour intégrer ces évolutions, qu’il s’agisse d’opérations unitaires classiques (cuisson, panification, fermentations, etc.) ou innovantes (hautes pressions, séchage assisté par microonde, biopréservation, etc.). Les équipes du Carnot peuvent accompagner les entreprises dans l’organisation et l’optimisation des opérations unitaires et des procédés, la mise en place d’outils de qualification rapide des matières premières, des ingrédients ou des produits alimentaires, la conception de capteurs pertinents, l’identification des conséquences des procédés en termes de qualités sensorielle, fonctionnelle ou nutritionnelle des nouveaux produits alimentaires.
Domaines de compétences
Contexte à date
L’éco-efficience des ateliers de transformation agroalimentaire répond aujourd’hui à un double enjeu citoyen et économique pour les industries agro-alimentaires. Néanmoins, l’utilisation des ressources naturelles et/ou fossiles reste perfectible dans de nombreux ateliers, de conception et construction.
Enjeux pour l’innovation des entreprises
Les entreprises agroalimentaires disposent de plusieurs leviers d’action au niveau de leurs équipements et de leurs lignes de production pour optimiser leur éco-efficience :
- Optimiser les modes de conception et de conduite en considérant les performances techniques, environnementales et économiques des procédés (production et nettoyage) ainsi que les fonctions d’usage ciblées des produits (propriétés sanitaires, sensorielles, nutritionnelles, fonctionnelles) ;
- Identifier la bonne combinaison d’opérations unitaires dans l’organisation des ateliers pour éviter les gaspillages d’eau, d’énergie et de matières premières ;
- Intégrer de nouvelles solutions de stabilisation, transformation ou nettoyage plus efficaces et produisant moins de rejets, intensifier les procédés ;
- Éviter les gaspillages de matière première et valoriser au mieux les co-produits.
Apports du Carnot pour les accompagner dans leur évolution
Les équipes du Carnot Qualiment® peuvent aider les entreprises pour réaliser des analyses de cycle de vie, identifier les innovations de rupture ou incrémentales adaptées, proposer de nouveaux procédés de chauffage, surgélation, filtration, séchage, désinfection, nettoyage et en qualifier les impacts à la fois sur la ligne de fabrication ou le produit fini. Elles peuvent aussi proposer de nouvelles solutions pour l'utilisation des co-produits.
Contexte à date
L’adoption de procédés innovants dans les industries agro-alimentaires est complexe, surtout s’ils conduisent à des produits de rupture ou modifient sensiblement les propriétés sensorielles par rapport aux habitudes des consommateurs. Il existe cependant actuellement des procédés nouveaux qui permettent de mieux mettre en valeur la fraîcheur ou de préserver la naturalité des produits alimentaires, sans compter les innovations plus axées sur l’efficience des procédés.
Enjeux pour l’innovation des entreprises
Dans ce contexte, le développement de nouveaux procédés plus respectueux de l’aliment, plus économes en eau / énergie (hautes pressions – pascalisation, fermentation, chauffage ohmique, biopréservation, ultrasons, microondes, champs électriques pulsés, etc.), ou mieux adaptés aux demandes de naturalité et de proximité des consommateurs est un enjeu de taille
Apports du Carnot pour les accompagner dans leur évolution
Le Carnot Qualiment® peut proposer de nouvelles opérations unitaires ou des combinaisons innovantes d’opérations unitaires à différents stades de la transformations agroalimentaires. Les équipes du Carnot comptent aussi des spécialistes du génie des procédés capables d’avancer avec les entreprises sur le développement et l’optimisation de procédés innovants ainsi que de qualifier leur impact sensoriel ou nutritionnel.
Contexte à date
Les exigences actuelles envers les industries agro-alimentaires demandent une flexibilité accrue alliée à une traçabilité sans faille. En effet, le développement de nouveaux modes de production agricole (agriculture biologique, pratiques agro-écologiques, mais aussi stress biotiques et abiotiques accrus) conduisent à une plus grande variabilité des matières premières agricoles tandis que les consommateurs exigent des produits « naturels », recourant à peu d’additifs, personnalisés, de proximité et traçables.
Enjeux pour l’innovation des entreprises
Le digital et la numérisation des données sont des outils qui deviennent indispensables pour organiser les moyens de production et rendre les usines agro-alimentaires plus agiles, plus efficaces et compétitives. Cette interconnection des données en temps réel exige à la fois une collecte de données via des capteurs pertinents, une structuration des données via des outils de modélisation et de simulation, et le développement d’interfaces pour une prise en compte appropriée par les opérateurs.
Apports du Carnot pour les accompagner dans leur évolution
Les équipes du Carnot Qualiment® peuvent apporter leur expertise des procédés et des filières agro-alimentaires pour identifier des capteurs pertinents pour la qualification des qualités fonctionnelles des produits en cours de transformation, pour l’exploitation des données issues des analyses en ligne, pour la modélisation et la simulation des étapes unitaires, jusqu’à l’intégration de connaissances expertes.
Contexte à date
Deux logiques sont mobilisables au niveau industriel pour répondre à la demande de « naturalité » des consommateurs, avec d’une part l’identification d’alternatives d’origine naturelle pour la reformulation des produits (par exemple des antioxydants ou colorantes extraits de plantes), et d’autre part l’analyse des interactions produit-procédé pour valoriser les fonctionnalités intrinsèques des matières premières.
Enjeux pour l’innovation des entreprises
L’une des problématiques essentielles dans la réponse aux demandes des consommateurs est d’identifier des solutions « naturelles » sans risquer de confondre le consommateur.
Apports du Carnot pour les accompagner dans leur évolution
Les équipes du Carnot Qualiment® disposent des expertises pour permettre l’intégration d’opérations unitaires ou de conditions spécifiques des procédés en vue obtenir des produits avec les mêmes caractéristiques organoleptiques ou nutritionnelles.
Les chercheurs peuvent également proposer la mise au point de procédés d’extraction « verts » pour des molécules naturelles avec des fonctionnalités antioxydantes, colorantes, aromatisantes, etc.
Contexte à date
Avec la demande de proximité et l’évolution de l’agriculture vers des productions agro-écologiques, une plus grande variété et variabilité de matières premières est attendue.
Sur le volet de la variété, des rotations agricoles plus longues peuvent conduire à une offre de produits jusqu’alors peu étudiés pour les transformations, avec l’exemple emblématique des légumineuses pour l’alimentation humaine, mais aussi de certaines pseudo-céréales (quinoa, sarrasin, etc.).
En termes de variabilité, l’évolution des conditions climatiques et des systèmes de culture, comme l’introduction de variétés résistantes et la diminution des intrants, pourrait conduire pour un même produit agricole à des lots moins homogènes.
Enjeux pour l’innovation des entreprises
L’enjeu est double : détecter cette variabilité et adapter les procédés agro-alimentaires et les opérations unitaires pour des produits alimentaires répondant aux attentes des consommateurs. Détecter la variabilité implique la mise en place de méthodes d’analyse rapide, de capteurs pour mieux suivre en temps réel la composition et les caractéristiques physico-chimiques des matières premières agricoles et des produits intermédiaires.
Ces nouvelles approches demandent la mise en place de bases de données et surtout une modélisation pour les exploiter et prévoir les différentes évolutions des produits en cours de transformation.
La demande de proximité et la plus grande variabilité peuvent conduire à des changements d’échelle, avec la mise en place d’atelier plus petits et flexibles.
Apports du Carnot pour les accompagner dans leur évolution
Pour répondre à ces enjeux, le Carnot Qualiment® met à profit son expertise en modélisation et intégration des connaissances, et sa connaissance des procédés agro-alimentaires et des opérations unitaires, y compris des procédés innovants tels les hautes pressions, chauffage ohmique, etc. La gestion du changement d’échelle et la conception de capteurs sont aussi parmi ses expertises.
Quelques projets phares
