Laboratoire commun d’innovations en dispersion-mélange et structuration de systèmes alimentaires et non alimentaires – MIXILAB

Ce projet de laboratoire commun « MIXI-LAB » concerne l’ETI VMI (Vendée Mécanique Industrie) et ONIRIS-UMR CNRS 6144 GEPEA. Il vise au développement de solutions innovantes de dispersion/mélange. VMI est un des acteurs majeurs en mélange au niveau mondial alors que l’UMR GEPEA (A+ AERES/2011) possède une expérience en génie des procédés. Le mélange et la structuration de systèmes à base d’ingrédients liquides et solides (poudres), pose des problèmes particuliers que l’on retrouve en agroalimentaire, pharmaceutique, cosmétiques, etc. Un mélangeur est constitué d’un contenant (réacteur) et d’un ou plusieurs outils qui vont assurer une mise en circulation des éléments (solide, liquides, gazeux), les mettre en contact et les structurer. La conception du couple réacteur-outil est souvent basée sur l’expérience associée à une démarche intuitive. Différentes contraintes physico-chimiques sont impliquées tels que cisaillement, l’élongation, affinités solide-solide et solide-liquide, solubilisation des solides, réactions chimiques…. L’énergie et la dissipation visqueuse résulte des interactions outil/réacteur/produit. Dans cette industrie traditionnelle, l’utilisation de capteurs est minimale, et se limite souvent à des données globales (énergie), à des capteurs hors ligne. La fin de process est souvent liée à l’appréciation de l’opérateur.

MIXI-LAB vise aux objectifs suivants :
1°) Mise en place d’une démarche scientifique autours de modèles physiques permettant l’optimisation et la mise à l’échelle d’équipements de mélange continus et batch. Ce développement sera supporté par une base de données (associant modèles et données issues de tests) qui sera mise en place et enrichie par les données expérimentales collectées sur des protocoles d’essais types avec produits modèles et réels. L’objectif finale est de thésauriser le savoir faire et de développer des outils d’extrapolation pour renforcer son développement et son expertise clients.
2°) Développement d’un panel de capteurs. L’objectif est d’améliorer la supervision, d’optimiser l’énergie apportée ce en regard de données précises déterminant le degré d’achèvement d’une opération de dispersion/mélange. Différentes technologies et approchent devraient permettre le contrôle en ligne (systèmes continus) et en opération batch (approche « capteur-logiciel »).
3°) Le développement d’une étude de fond sur les interactions volume de tête réacteur / matière en mélange. Cette approche portera en particulier i) sur la consommation de certains gaz (oxygène, autre) en vue de piloter l’apport gazeux en cours de mélange, ii) sur le développement de technologies de rupture visant à l’introduction d’ingrédients minoritaires (améliorants, agents de charge, plastifiants…), et iii) sur des modes d’incorporation innovant des phases liquides. La stratégie d’incorporation d’ingrédients minoritaires est un verrou en particulier sur un système continu.
4°) L’optimisation et l’extrapolation des couples réacteur-outil avec deux cibles. Les systèmes batch en adoptant des techniques multi outil afin de mieux contrôler le cisaillement et les systèmes de type mélangeur-pétrin continu afin de mieux comprendre les phénomènes mise en jeu et de développer une gamme de pétrin ayant des propriétés extrusion-foisonnement. On vise à plus long terme la préparation d’autres pâtes alimentaires et non alimentaires ainsi que le développement d’outils de co-extrusion pour le matriçage de matrices 2D-3D et l’alimentation de technologie de type imprimante 3D.
Deux domaines d’application sont ciblés : boulangerie (M1 à 36) et non alimentaire (cosmétique, biotech) aaprès les 36 mois. L’enjeu majeur pour VMI est de basculer vers une démarche scientifique de conception des équipements, de réussir la mutation vers les systèmes continus et de développer une offre de pilotage des process basés sur une instrumentation et des capteurs de pointe.