Caroline FRANCOLLE DE ALMEIDA : Nouveaux matériaux d'échangeurs de chaleur pour l’agroalimentaire

Résumé :
Dans cette thèse, des matériaux carbonés ont été étudiés à l’état brut, imprégné, greffé chimiquement ou encore revêtu, pour remplacer l’acier inoxydable dans les échangeurs de chaleur et réduire l’encrassement tout en améliorant l’efficacité énergétique. Différents matériaux ont été utilisés : (i) graphite et composites à base de graphite ; (ii) carbone vitreux avec une énergie de surface et une rugosité contrôlées pour devenir des bases de surfaces poreuses imprégnées de liquide glissant (Slippery Liquid-Infused Porous Surface : SLIPS), et traitées pour devenir superhydrophobes. En outre, des revêtements et des surfaces avec une texture imprimée en 3D à base de polymères ont également été préparés. Une fois ces surfaces caractérisées (composition, structure, propriétés de surface, conductivité thermique), elles ont été testées en termes de propriétés « anti-fouling » et « fouling-release » dans un pilote de pasteurisation à l’institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement in Villeneuve d'Ascq, France. Parmi tous ces matériaux, le graphite et le composite graphite-polytétrafluoroéthylène ainsi que les revêtements à base de PVDF (polyfluorure de vinylidène) et de PTFE ont montré de bonnes propriétés fouling-release. Le carbone vitreux est devenu superhydrophile après gravure ionique réactive, a pu être converti en SLIPS en introduisant de l’huile de canola, et est devenu superhydrophobe en lui greffant des chaînes de perfluorosilane. Les résultats des tests d’encrassement ont montré que plus la surface est hydrophobe, plus la masse d’encrassement est importante, mais qu’on peut en attendre de bonnes propriétés fouling-release si leur caractère superhydrophobe, ou le piégeage de l’huile pour les SLIPS, peuvent être maintenus dans le temps. D’autre part, les propriétés fouling-release dépendent fortement du produit utilisé et des conditions du procédé ainsi que des propriétés superficielles telles que la rugosité et l’énergie de surface.

Composition du jury :
> Rapporteurs :
- Anouk GALTAYRIES, Maître de Conférences, Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris, Institut de Recherche de Chimie de Paris (IRCP)
- Michel HAVET, Professeur, Ecole Nationale Vétérinaire, Agroalimentaire et de l’Alimentation Nantes Atlantique (ONIRIS), Génie des Procédés - Environnement- Agroalimentaire (GEPEA)
> Examinateurs :
- Maude JIMENEZ, Professeur, Université de LIlle, Unité Matériaux et Transformations (UMT)
- Nicolas BATISSE, Maître de Conférences, Université Clermont Auvergne, Institut de Chimie de Clermont Auvergne (ICCF)
- Vanessa FIERRO, DR CNRS, Institut Jean Lamour (Co-Directeur de thèse),
- Alain CELZARD, Professeur, Université de Lorraine, Institut Jean Lamour (Directeur de thèse).