Caractérisation d’un four de cuisson haute température pour pains libanais
Le pain libanais, communément appelé pain pita, est un pain rond et plat à deux couches, formé lorsqu’un morceau de pâte aplati se sépare en deux couches distinctes pendant la cuisson. Le procédé de cuisson du pain libanais est caractérisé par des temps très courts, généralement inférieurs à 10 s, et de hautes températures de fours comprises entre 600 et 700 °C. Pour parvenir à des pains pita de qualité, l’expérience a montré que seuls les fours tunnels équipés de brûleurs à flamme directe sont adaptés. Ils sont constitués d’un convoyeur composé de plaques métalliques se déplaçant à l’intérieur d’un tunnel constitué de briques réfractaires.
Une récente campagne de mesure, menée sur les recommandations du ministère libanais de l’économie, a montré que seulement 18% de l’énergie consommée était utilisée pour la cuisson du pain, les 82% restant correspondant donc à des pertes énergétiques. D’autre part, d’un point de vue économique, les coûts énergétiques représentaient environ 45% du coût total de production du pain. Ces constatations rendent prépondérantes les études visant à améliorer l’efficacité énergétique de tels procédés.
L’objectif de ce travail est de caractériser les transferts thermiques au sein du pain libanais au cours d’un procédé de cuisson. Pour cela, dans un premier temps, un four instrumenté a été entièrement développé afin de caractériser les éventuelles hétérogénéités de chauffage et les flux de chaleur caractéristiques de ce procédé. L’étude expérimentale est couplée avec une simulation numérique pour permettre la caractérisation complète du four.
Le four continu développé possède une chambre de cuisson à l’échelle 1, constituée de briques thermiques réfractaires et un chauffage assuré par un brûleur simple à flamme directe alimenté en diesel avec une puissance thermique nominale de 130 kW. Une grille de 9 thermocouples est disposée à l’intérieur de la chambre pour mesurer la température de l’ambiance, suivant le plan central longitudinal (3 x 3). Un dispositif particulier de mesure de flux a également été développé pour mesurer les flux de chaleur suivant différentes positions (3) et différents angles à l’intérieur de la chambre de cuisson. Ce dispositif permet de quantifier les flux de chaleur potentiellement reçus par le pain qui, au cours de la cuisson, passe d’une géométrie plane à une géométrie sphérique. Les résultats montrent une forte hétérogénéité des températures à l’intérieur du four (entre 600 et 900°C au niveau de la flamme) et des flux de chaleur variables en fonction des positions. Le flux de chaleur par conduction issu du convoyeur varie entre 6,5 et 7,5 kW/m2 alors que le flux radiatif et convectif peut varier entre 8 et 30 kW/m2 suivant les orientations et la position à l’intérieur de la chambre de cuisson. La simulation numérique de l’ensemble du système, opérée avec la suite de logiciel Ansys et en intégrant la combustion, est confrontée aux résultats expérimentaux. L’écart entre résultats numériques et expérimentaux étant inférieur à 10%, le modèle développé pourra être utilisé comme outil prédictif et d’optimisation.
Work In Progress