Améliorer la qualité des pâtes industrielles grâce à la simulation

Améliorer les pâtes grâce à la simulation

La production de pâtes n’est pas différente de tout autre système de production automatisé ou semi-automatisé dans la mesure où elle est réalisée par le biais d’une chaîne d’opérations automatisées fonctionnant toutes en séquence.

Les pâtes sont produites en mélangeant du blé moulu, de l'eau et d'autres ingrédients facultatifs. La plupart des presses à pâtes modernes sont équipées d'une chambre à vide qui élimine les bulles d'air de la pâte avant l'extrusion. Si ce procédé échoue, de petites bulles se forment à l'intérieur des pâtes, ce qui réduit la qualité du produit fini en diminuant sa résistance mécanique et en lui donnant un aspect blanc crayeux.

La pâte est ensuite pétrie et acheminée directement vers la phase d'extrusion, où une extrudeuse à vis sans fin de grande capacité, équipée de diverses filières qui déterminent la forme des pâtes, produit les formes souhaitées. La vis sans fin s'insère dans un cylindre d'extrusion rainuré et achemine la pâte vers la phase d'extrusion, générant une chaleur importante due à la pression et aux forces de frottement. Afin de dissiper cette chaleur, les cylindres d'extrusion sont munis d'une chemise de refroidissement à eau qui maintient une température d'extrusion constante.

Après l'extrusion, les pâtes sont séchées. Ce processus permet de réduire leur teneur en humidité d'environ 31 % à 12-13 %. Le produit fini est donc dur, conserve sa forme et peut être entreposé sans s'abîmer. Finalement, les pâtes sont conditionnées.

L'objectif de ce travail était de simuler l'ensemble du processus de production de pâtes, en particulier nous avons :

• étudié les aspects rhéologiques des ingrédients pour vérifier la dépendance de la pâte à divers paramètres tels que la température, la mouture du blé et l'eau
• simulé l'ensemble du processus de mélange/extrusion pour obtenir la meilleure qualité et la meilleure apparence des pâtes
• Assurer un débit de pâte uniforme à travers l'extrudeuse et la filière tout au long du processus. Les variations de débit entraîneront des vitesses d'extrusion variables et des pâtes de taille irrégulière, ce qui entraînera une augmentation des coûts de production, ces pâtes devant être retraitées ou jetées.
• reproduit la pression de travail de l'extrudeuse ce qui nous a permis d'effectuer une analyse structurelle FEM afin de vérifier les contraintes et les déformations sur l'extrudeuse et la filière
• La forme de l'extrudeuse et de la filière a été optimisée pour limiter la recirculation de la pâte. Les zones « mortes » dans le flux provoquent une solidification locale de la pâte, ce qui entraîne des coûts d'entretien plus élevés et un produit fini de mauvaise qualité.
• Nous avons simulé le cycle de séchage afin de contrôler la durée, la température, la teneur en humidité, ainsi que la dureté et la forme finales des pâtes. Durant cette phase, il est important de s'assurer que les morceaux de pâtes ne collent pas entre eux et de contrôler les gradients d'humidité de la surface vers l'intérieur. Un séchage trop rapide des pâtes les fissurera. Par contre, un séchage trop lent les gâtera et formera des moisissures avant même de sécher.

Toutes les phases du processus ont été étudiées, simulées et optimisées dans un cadre d'optimisation. Un essai physique a été réalisé pour chaque phase dans une usine de pâtes afin de valider le modèle de simulation élaboré. Ce modèle, qui combine les fonctionnalités de modeFRONTIER, ANSYS, Ls-Dyna, CFX et Magma, offre un environnement de simulation personnalisable pour répondre aux besoins spécifiques de chaque fabricant de pâtes.