Transferts thermiques dans les matériaux granulaires à faible conductivité thermique : vers un échange de chaleur efficace pour les applications agro-alimentaires

Arriver à réfrigérer efficacement la matière en grains représente un défi important en terme d’efficacité énergétique dans de nombreux secteurs de l’industrie agroalimentaire (ex: sucre, cacao, café…) et de la bioénergie (pellet de bois, boue granulée). Les procédés d’échange de type indirects assurent le transfert thermique par conduction indirecte entre un milieu granulaire en écoulement et une surface d’échange (tube, plaque) au sein duquel circule un fluide thermostaté et représentent une alternative intéressante aux voies directes (typiquement lits fluidisés) en raison de leur potentielle sobriété énergétique. Un nouvel échangeur à chaleur à lit mobile (MBHE) "Tube and drum" a été proposé récemment qui permet de maximiser le temps de transfert entre le matériau granulaire et le tube.

La caractérisation thermique et la maitrise de ce type de système n’est pas simple et nécessite notamment l’analyse des modes de transfert de l’énergie thermique dans des systèmes de particules biosourcées en mouvement qui peut nous permettre de proposer des voies technologiques plus efficaces en terme d’échange thermique.

Les particules de matériaux biosourcés présentent la particularité d’être à relativement faible conductivité thermique (particule/air) et dans ces conditions, le transfert d’énergie de grain à grain ou de grain à paroi ne se fait pas uniquement par contact physique intergranulaire mais fait intervenir l’air interstitiel dans l’espace entre particules d’une manière encore peu analysée.

Nous présenterons les principes du nouvel échangeur (MBHE) et les expériences qui sont menées pour analyser l’échange thermique à travers deux situations modèles: le transfert lors du contact d’une particule avec une plaque chauffante; (2) le transfert de l’impact d’une particule avec une plaque chauffante.

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