Dégradation par voies photochimiques de l’éthylène produit lors de la conservation des fruits

• Main Author: Lafossas, Claire
• Other Authors: Toulouse 3
• Language: fr
• Published: 2016
• Subjects: Photochimie; Photcatalyse; Ethylène; Fruits; Plan d’expérience; Génie des procédés
• Online Access: http://www.theses.fr/2016TOU30280

L’évolution des modes de consommation impose aux professionnels du secteur fruitier de fournir des fruits de bonne qualité tout au long de l’année. Dans ce contexte, il est essentiel de ralentir le processus de maturation des fruits. A cet effet, les fruits sont conservés à basse température, dans des atmosphères contrôlées, très pauvres en oxygène, riches en dioxyde de carbone et à forte humidité relative. Les fruits dits climactériques, tels que les pommes, produisent de l’éthylène, hormone qui catalyse tous les changements physiologiques (texture, odeur, saveur) lors de la maturation. Sa concentration dans les atmosphères de stockage doit être également maitrisée. Cette thèse a pour objectif d’étudier la dégradation de l’éthylène par voies photochimiques dans les conditions réelles du stockage des fruits. Deux méthodes photochimiques ont été étudiées : la photocatalyse à base de TiO2 et la photolyse. Concernant la photocatalyse sur TiO2, l’étude a été réalisée à l’échelle du laboratoire sur des effluents gazeux synthétiques, représentatifs des conditions de stockage. Le réacteur annulaire continu est garni d’un lit de bâtonnets de quartz recouverts de TiO2. Grâce à la mise en œuvre de plans d’expérience (matrice factorielle fractionnaire, réseaux de Doehlert) et à la réalisation d’une étude cinétique, il a été possible (i) de valider les potentialités de la photocatalyse dans les conditions particulières de stockage des fruits, (ii) de comprendre l’influence des paramètres de conservation et les interactions entre ces différents paramètres. Un pilote de photolyse a été conçu et mis en œuvre à l’échelle semi-industrielle, dans une chambre de stockage contenant 17 tonnes de pommes. En utilisant un plan d’expérience (réseau de Doelhert), son fonctionnement a été étudié, notamment pour quantifier l’influence du débit de passage et de la puissance de la lampe sur les performances obtenues. Un fonctionnement séquentiel a été finalement choisi afin de maintenir la concentration en éthylène en dessous de la valeur seuil fixée par les industriels tout en optimisant les conditions de fonctionnement (puissance de la lampe et durée des cycles d’irradiation). Enfin, une étude cinétique de la dégradation de l’éthylène par photolyse a été réalisée, permettant d’une part de modéliser le comportement dynamique du système composé de la chambre de stockage et du réacteur de photolyse et d’autre part d’accéder à une compréhension plus fine des mécanismes réactionnels mis en œuvre. === The improvement of the postharvest life has become more and more important in the last years in order to supply high quality fruits, in any seasons, and at reasonable costs. To extend the product shelf life, their metabolisms have to be slowed down and the ripening process postponed. For that, storage under controlled atmosphere conditions (0.8-2% O2, 0.8-5% CO2, 90-95% humidity, 0-5 °C) is classically used. Moreover, climacteric fruits are very sensitive to the presence of ethylene, which acts as a natural ripening hormone and plays an autocatalytic regulatory role. It is thus necessary to control the ethylene concentration in fruits storage rooms. The main goal of this work is to study the ethylene degradation by two photochemical processes, namely TiO2 photocatalysis, and photolysis. TiO2 photocatalysis has been performed at laboratory scale in a continuous flow reactor packed with TiO2 coated quartz pellets and using synthetic gas mixtures representative from the real fruit storage atmosphere. Using two experimental designs (fractional factorial matrices, and Doehlert design) and a kinetic study, this work (i) has confirmed that ethylene was efficiently degraded by photocatalysis in the extreme conditions of fruit storage, and (ii) has pointed out the relative influence of conservation parameters and the possible effect of the various interactions. Concerning ethylene photolysis, a semi-industrial prototype has been used in an experimental apple storage room. The efficiency of this process has been investigated through an experimental design (Doehlert design). From this study, (i) optimized conditions in terms of electric power of the lamp and time of irradiation have been pointed out, and (ii) a sequential operation mode to keep ethylene concentration above the industrial limit has been chosen. Eventually, a kinetic study of the ethylene degradation has been performed, in order to model the performance of the entire system (photolysis reactor and storage room) on the one hand, and to better understand the photolysis mechanisms on the other hand.