FR3091814A1 - Procédé de contrôle de la cuisson d’un produit alimentaire dans une enceinte à convection avec circulation de fluide - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne le domaine de la cuisson de produits alimentaires 5 dans une enceinte à convection avec circulation de fluide. L’invention porte plus précisément sur le contrôle du chauffage et du refroidissement du produit alimentaire 5 dans l’enceinte par un calcul de consignes de programmation 11 de l’enceinte, ledit calcul réalisant une optimisation 10 des paramètres de consignes de l’enceinte 11 pour répondre à des critères de qualité 3 définis par un utilisateur 1. Ladite optimisation réalise une simulation de la cuisson et du refroidissement notamment des transferts de chaleur et de matière entre le produit et l’enceinte. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1

Description

Procédé de contrôle de la cuisson d’un produit alimentaire dans une enceinte à convection avec circulation de fluide

La présente invention concerne le domaine de la cuisson de produits alimentaires dans une enceinte à convection avec circulation de fluide. L’invention porte plus précisément sur le contrôle de la cuisson du produit alimentaire dans l’enceinte.

État de la technique

L’évolution de l’utilisation des équipements de cuisson va dans le sens d’une exigence accrue du consommateur envers la qualité du produit une fois cuit.

Cependant, la cuisson des aliments est encore trop rarement maitrisée, surtout pour une majorité de la population qui n’est pas formée à une utilisation optimale d’une enceinte à convection comme un four.

Par exemple, les viandes sont consommées à une multitude de cuissons différentes avec une couleur et une saveur qui ne correspondent pas forcément à ce que recherche le consommateur et parfois avec des normes microbiennes peu ou pas respectées.

En ce qui concerne la restauration collective, les viandes sont volontairement sur-cuites pour assurer leur sécurité microbiologique, dans des conditions telles que la jutosité notamment, est laissée au hasard de la cuisson.

On voit ainsi apparaitre sur les fours par exemple une assistance de plus en plus poussée pour la réalisation des opérations de cuisson. L’utilisateur, à cette fin, peut avoir accès à des bases de données complexes couvrant une multitude de solutions potentielles et/ou à des algorithmes de résolution de systèmes complexes. En effet, les pièces alimentaires cuites dans une enceinte à convection avec circulation de fluide, par exemple d’air, peuvent avoir des formes géométriques complexes et leur évolution qualitative est également complexe à anticiper.

Les algorithmes de modélisation de tels systèmes complexes sont : soit peu précis pour gagner en rapidité de calcul, soit précis mais non exécutables en temps réel, ce qui pénalise l’ergonomie de leur utilisation dans un dispositif en interaction avec un utilisateur.

De plus, la diversité et la complexité grandissante du fonctionnement des fours et notamment des différentes configurations de cuissons possibles rendent la prise en compte des caractéristiques des fours par les algorithmes de modélisation très complexes.

Les technologies et les algorithmes existants se contentent généralement de suivre une cinétique d’évolution de la température au centre du produit au cours du chauffage sans anticiper l’effet de la phase de refroidissement sur l’évolution de la température dans le produit et de son effet sur sa qualité de cuisson.

La présente invention a pour objet un procédé de contrôle de cuisson d’au moins un produit alimentaire dans une enceinte à convection avec circulation de fluide, caractérisé en ce que des consignes de programmation de fonctionnement de l’enceinte à convection sont produites par un calculateur sur lequel s’exécute des instructions relatives à un logiciel mettant en œuvre un algorithme de modélisation de la cuisson de l’au moins un produit alimentaire, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes :

1. prise en compte de domaines d’évolution de caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à convection ;
2. prise en compte d’une qualité de cuisson de l’au moins un produit alimentaire ;
3. prise en compte de caractéristiques physiques définissant l’au moins un produit alimentaire ;
4. calcul des consignes de programmation du fonctionnement de l’enceinte à convection par optimisation de la qualité de cuisson du produit alimentaire, ladite optimisation mettant en œuvre une modélisation de ladite cuisson de l’au moins un produit alimentaire, ladite modélisation réalisant des calculs de transfert de chaleur et de matière au moins entre ladite enceinte et ledit au moins un produit alimentaire en fonction des caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à convection et des caractéristiques physiques définissant l’au moins un produit alimentaire, lesdits calculs de transfert produisant une modélisation de l’évolution de température et de teneur en eau de l’au moins un produit alimentaire, un modèle d’évolution d’un critère de qualité de cuisson déterminant ladite qualité de la cuisson en fonction de la modélisation de l’évolution de la température et de la teneur en eau de l’au moins un produit alimentaire au cours de la cuisson, la qualité de cuisson déterminée par la modélisation de la cuisson étant comparée à la qualité de cuisson prise en compte, jusqu’à l’obtention d’une qualité de cuisson optimale par rapport à la qualité de cuisson prise en compte, en faisant évoluer les caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à convection ;
5. extraction des caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à convection correspondant à l’obtention de la qualité de cuisson optimale ;
6. application à l’enceinte à convection des consignes de programmation correspondant aux caractéristiques de fonctionnement de consignes pour l’obtention de la qualité de cuisson optimale.

La qualité de cuisson du produit alimentaire peut être composée d’un ou plusieurs des critères suivants :

1. niveau de cuisson ;
2. gradient de couleur ;
3. niveau de jutosité ;
4. épaisseur de la croute ;
5. qualité nutritionnelle ;
6. niveau de sécurité sanitaire.

Le calcul des consignes de programmation peut comprendre en outre une étape de construction d’un modèle en trois dimensions du produit alimentaire, ledit modèle étant par exemple composé d’un ou plusieurs parallélépipèdes et/ou d’un ou plusieurs cylindres et/ou d’une ou plusieurs sphères.

Au moins un des parallélépipèdes et/ou un des cylindres et/ou une des sphères modélise notamment une partie de l’au moins un produit alimentaire ayant des caractéristiques physiques différentes des autres parallélépipèdes et/ou cylindres et/ou sphères.

Les calculs de transfert de chaleur et de matière peuvent préférentiellement être réalisés sur un maillage en trois dimensions du modèle de l’au moins un produit alimentaire en imposant des conditions aux limites définies entre différents milieux présents dans l’enceinte à convection, sur chacune des faces du ou des parallélépipèdes et/ou du ou des cylindres, et/ou de la ou des sphères.

Les calculs de transfert de chaleur sont par exemple réalisés en une dimension selon chaque axe d’un repère orthogonal du modèle du produit alimentaire, dont l’un des axes est parallèle à un axe d’élongation dudit modèle de l’au moins un produit alimentaire, les conditions aux limites définies pour chaque axe étant les conditions aux limites des faces du modèle en intersection avec chaque axe du repère orthogonal.

Ladite optimisation peut comprendre en outre une minimisation d’un écart entre une qualité de cuisson déterminée et une qualité de cuisson prise en compte, jusqu’à l’obtention d’un écart de qualité correspondant à un niveau d’admissibilité préalablement fixé pour ledit écart de qualité.

Ladite optimisation peut comprendre en outre une comparaison avec une valeur minimale ou une valeur maximale, ladite qualité de cuisson déterminée optimale étant respectivement supérieure à ladite valeur minimale ou inférieure à ladite valeur maximale.

L’optimisation de la qualité de cuisson peut prendre en compte un ou plusieurs critères temporels parmi : une heure de début de cuisson, une heure de fin de cuisson, une heure de consommation du produit alimentaire.

Un modèle d’évolution de la qualité de cuisson peut mettre en œuvre différents modèles parmi : un modèle d’évolution du niveau de cuisson du produit alimentaire, un modèle décrivant les profils de couleur dans le produit, un modèle d’évolution de la jutosité, un modèle d’évolution de la qualité nutritionnelle de l’au moins un produit alimentaire, un modèle d’évolution de la microbiologie, de la toxicologie de l’au moins un produit alimentaire, un modèle d’évolution de croute, lesdits modèles étant fonction de l’évolution de température et/ou de teneur en eau du produit alimentaire au cours de la cuisson.

Ledit procédé prend en compte des domaines d’évolution de caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à convection, lesdites caractéristiques de fonctionnement pouvant correspondre à une ou plusieurs des fonctionnalités suivantes de l’enceinte à convection :

1. une émission de vapeur ;
2. une émission d’air et de vapeur d’eau mélangés ;
3. une émission d’air pulsé chaud et/ou froid ;
4. une émission d’air tournant ;
5. une émission d’air à très grande vitesse ;
6. une émission d’air mélangé à des gouttelettes d’eau ;
7. un refroidissement par contact de l’air de l’enceinte avec un dispositif de refroidissement ;
8. un chauffage par contact de l’air de l’enceinte avec un dispositif de chauffage.

Ledit procédé peut être adapté à une enceinte à convection comprenant plusieurs cavités, lesdites cavités étant chauffées ou refroidies indépendamment les unes des autres.

Ledit procédé peut être adapté à une enceinte à convection comprenant un système permettant de chauffer et/ou de refroidir un support sur lequel repose le produit indépendamment de l’action du fluide dans ladite enceinte.

Lorsque l’enceinte à convection disposant de moyens de refroidissement, lesdits calculs de transferts de chaleur peuvent prendre en compte des phases de chauffage et de refroidissement.

Si le produit est en contact avec un support avec lequel il réalise des transferts de chaleur, lesdits calculs de transferts de chaleur peuvent prendre en compte les transferts de chaleur entre l’au moins un produit et le support et, entre le support et l’enceinte à convection.

Le procédé peut en outre comprendre les étapes suivantes :

1. recherche, dans une base de données d’un ensemble de données optimisant un degré de proximité pour la qualité de cuisson prise en compte pour l’au moins un produit alimentaire et ladite enceinte à convection, ladite base de données comprenant des ensembles de données, chaque ensemble de données comprenant :
   1. une qualité de cuisson du produit alimentaire,
   2. pour au moins un produit alimentaire défini par ses caractéristiques physiques et
   3. pour des caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à convection,
   4. associés à une ou plusieurs consignes de programmation de fonctionnement de l’enceinte à convection ;
2. si le degré de proximité optimisé est inférieur à un premier degré de proximité fixé, alors les consignes de programmation associées à l’ensemble de données optimisant le degré de proximité, sont appliquées à l’enceinte à convection ;
3. si le degré de proximité optimisé est supérieur au premier degré de proximité fixé et si le degré de proximité est inférieur à un deuxième degré de proximité fixé, supérieur au premier degré de proximité fixé, alors les consignes de programmation appliquées à l’enceinte à convection sont des consignes de programmation interpolées par rapport à des consignes de programmation associées à l’ensemble de données optimisant le degré de proximité ;
4. si le degré de proximité optimisé est supérieur au deuxième degré de proximité fixé alors l’étape de calcul des consignes de programmation du fonctionnement de l’enceinte à convection par optimisation de la qualité de cuisson de l’au moins un produit alimentaire est mise en œuvre, suivie des étapes d’extraction des caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à convection et d’application à l’enceinte à convection des consignes de programmation correspondant aux caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte pour l’obtention de la qualité de cuisson optimale.

La base de données est construite avec un échantillon de qualités de cuisson du produit alimentaire, associée à des caractéristiques physiques définissant le produit alimentaire, ladite base de données étant construite selon les étapes suivantes :

1. calcul des consignes de programmation du fonctionnement de l’enceinte à convection par optimisation de la qualité de cuisson du produit alimentaire, ladite optimisation mettant en œuvre une modélisation de ladite cuisson de l’au moins un produit alimentaire, ladite modélisation réalisant des calculs de transfert de chaleur et de matière au moins entre ladite enceinte et ledit au moins un produit alimentaire en fonction des caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à convection et des caractéristiques physiques définissant l’au moins un produit alimentaire, lesdits calculs de transfert produisant une modélisation de l’évolution de température et de teneur en eau de l’au moins un produit alimentaire, un modèle d’évolution d’un critère de qualité de cuisson déterminant ladite qualité de la cuisson en fonction de la modélisation de l’évolution de la température et de la teneur en eau de l’au moins un produit alimentaire au cours de la cuisson, la qualité de cuisson déterminée par la modélisation de la cuisson étant comparée à la qualité de cuisson prise en compte, ladite optimisation comprenant en outre une minimisation de l’écart entre la qualité de cuisson déterminée et la qualité de cuisson prise en compte jusqu’à l’obtention d’un écart de qualité correspondant à un niveau d’admissibilité préalablement fixé pour ledit écart de qualité, en faisant évoluer les caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à convection ;
2. extraction des caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à convection pour l’obtention de la qualité de cuisson optimale ;
3. enregistrement dans ladite base de données :
   1. des caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à convection extraite ;
   2. de ladite qualité de cuisson optimale du produit alimentaire,
   3. dudit produit alimentaire défini par ses caractéristiques physiques ;
   4. des caractéristiques de fonctionnement de ladite enceinte à convection pour l’obtention de la qualité de cuisson optimale.

La présente invention a également pour objet un dispositif de contrôle d’au moins un produit alimentaire dans une enceinte à convection avec circulation d’air, caractérisé en ce qu’il comprend :

1. une interface logicielle avec un utilisateur, ladite interface logicielle :
   1. proposant différentes qualités de cuisson de l’au moins un produit alimentaire ;
   2. transmettant une qualité de cuisson de l’au moins un produit alimentaire à un calculateur sur lequel s’exécute des commandes générées par un logiciel mettant en œuvre le procédé de cuisson d’au moins un produit alimentaire dans une enceinte à convection avec circulation d’air ;
2. ledit calculateur.

Le dispositif peut comprendre en outre un terminal mobile intégrant ladite interface logicielle.

Alternativement, le terminal mobile peut intégrer ledit calculateur.

Le dispositif peut comprendre en outre une liaison de données pour une transmission des consignes de programmation à ladite enceinte, lesdites consignes de programmation correspondant aux caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte pour l’obtention de la qualité de cuisson optimale.

Alternativement, l’enceinte à convection peut comprendre ledit calculateur.

Avantageusement, l’invention utilise un algorithme de modélisation rapide permettant de construire des bases de données de taille importante et d’interagir efficacement avec l’utilisateur.

Un autre des avantages de l’invention est de permettre une économie d’énergie dans le processus de cuisson du fait d’une meilleure maîtrise des échanges réalisés dans l’enceinte à convection au cours du processus de cuisson pour obtenir un aliment remplissant un ou plusieurs critères de qualité de cuisson.

Présentation des figures

D’autres avantages et particularités de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants :

La figure 1 représente un schéma général de différentes étapes du procédé de contrôle de la cuisson d’un produit alimentaire selon l’invention ;

La figure 2 représente plusieurs des étapes de l’algorithme d’optimisation de la cuisson d’un produit alimentaire ;

La figure 3a représente un exemple de parallélépipède utilisé pour modéliser un produit alimentaire ;

La figure 3b représente un ensemble de parallélépipèdes, vus de face, utilisés pour modéliser un produit alimentaire ;

La figure 4 représente un exemple de représentation d’une interface d’un dispositif selon l’invention avec un utilisateur permettant à l’utilisateur de choisir un type de produit alimentaire ;

La figure 5 présente un exemple de représentation d’une interface du dispositif selon l’invention avec un utilisateur permettant à l’utilisateur de choisir des critères de cuisson, dont la qualité du produit alimentaire, représentée par exemple par un gradient de couleur ;

La figure 6 représente un exemple de présentation d’une interface du dispositif selon l’invention avec un utilisateur pendant un calcul de consignes à appliquer à l’enceinte pour obtenir la qualité choisie du produit alimentaire en fin de cuisson ;

La figure 7 représente un exemple d’une présentation à un utilisateur, sur une interface homme-machine du dispositif selon l’invention, des consignes calculées à appliquer à l’enceinte.

Description détaillée

L’objet de la présente invention est notamment de proposer un moyen de contrôle d’un dispositif de cuisson. Le moyen de contrôle peut comprendre au moins un calculateur, et une interface homme-machine avec un utilisateur désirant réaliser la cuisson d’un produit alimentaire.

La présente invention peut s’appliquer dans différents domaines tels que : la cuisson domestique, la cuisson de collectivité, la cuisson industrielle. L’invention peut également s’appliquer à tous les types de produits alimentaires dont aux moins deux des dimensions sont supérieures à trois à quatre centimètres.

La description traite, uniquement à titre d’exemple, de la cuisson d’une pièce de viande. La présente invention peut s’appliquer à d’autres aliments comme des morceaux de viande, de poissons ou des portions de fruits et légumes.

Par cuisson, on entend tous procédés permettant d’obtenir un produit alimentaire consommable comme : le réchauffage d’un produit alimentaire déjà cuit, la décongélation d’un produit alimentaire, ou la cuisson proprement dite du produit alimentaire. La cuisson du produit alimentaire comprend des phases de chauffage du produit alimentaire, des phases de refroidissement du produit alimentaire et éventuellement de maintien de la température du produit alimentaire.

L’enceinte à convection avec circulation de fluide peut mettre en œuvre différents procédés physiques comme : un rayonnement infrarouge, un échange thermique avec l’aliment par vapeur ou par un mélange air/vapeur, ou encore par un mélange air/gouttelettes d’eau, un contact avec une ou plusieurs surfaces chaudes comme un plat, une grille par exemple, ou une surface de la paroi de l’enceinte à convection.

La circulation de fluide peut être une circulation forcée ou naturelle.

Le fluide peut être de l’air, de l’air mélangé à de la vapeur ou avec des gouttelettes d’eau, ou uniquement de la vapeur.

L’enceinte à convection peut avoir une ou plusieurs des fonctionnalités ou dispositifs suivants :

1. une émission de vapeur ;
2. une émission d’un mélange d’air et de vapeur ;
3. une émission d’un mélange d’air et de gouttelettes ;
4. une production d’un air pulsé froid et/ou chaud ;
5. une émission d’un air tournant chaud ou froid ;
6. une émission d’air à très grande vitesse, par exemple par un jet d’air ;
7. une résistance chauffante, ou tout autre moyen de chauffage de l’air, des parois de l’enceinte ;
8. un dispositif à induction ;
9. un refroidissement actif par exemple par circulation d’un fluide frigorigène dans des parois de l’enceinte, par écoulement d’air rapide et froid dans les parois de l’enceinte, par brumisation des parois, par ruissellement sur lesdites parois ;
10. une pulvérisation ou brumisation d’eau dans l’enceinte ;
11. un réchauffage ou refroidissement indépendamment dans plusieurs cavités situées dans l’enceinte ;
12. un réchauffage ou un refroidissement du support sur lequel peut reposer le produit alimentaire, indépendamment de l’action de l’air ou de la vapeur à l’intérieur de l’enceinte ;
13. un réchauffage ou un refroidissement des parois de l’enceinte, indépendamment de l’action de l’air ou de la vapeur à l’intérieur même de l’enceinte ;
14. un système de maintien à température du produit dans l’enceinte.

Une étape préalable à la mise en œuvre de l’invention peut être d’analyser les capacités du four dans lequel la cuisson va être réalisée. Les capacités du four sont d’une part déterminées par ses fonctionnalités et d’autre part par ses limites de fonctionnements. Les limites de fonctionnements d’un four ou d’une enceinte définissent le domaine d’évolution des caractéristiques dudit four ou enceinte. Par exemple : une température minimum et maximum de capacité de chauffage ; une courbe d’évolution de chauffage et de refroidissement en fonction du temps et de la température à atteindre ; la capacité ou non de refroidir les parois du four par des jets d’air froid ou par circulation interne d’eau ou de fluides frigorigènes dans lesdites parois du four ; la capacité, ou non, de refroidir la surface des aliments par brumisation d’eau ou par des jets d’air froid dirigés vers l’aliment.

Un four peut comprendre une ou plusieurs cavités, dans lesquelles peuvent être présents un ou plusieurs produits alimentaires différents. Chaque cavité peut disposer de moyens de cuisson indépendants des autres cavités et réglables individuellement.

Les capacités d’un four peuvent être connues d’après des informations provenant du constructeur du four. Cependant, chaque four peut présenter des différences par rapport aux capacités mentionnées par les constructeurs. Ainsi, il est possible expérimentalement d’évaluer ces différences en réalisant diverses expériences de cuisson. Il est aussi possible d’évaluer ainsi des capacités du four qui ne sont pas mentionnées par les constructeurs.

Les aliments sont quant à eux modélisés en trois dimensions de façon simplifiée en tenant compte de leurs éventuelles différences de composition physique et de forme.

Les échanges entre le four et les aliments sont de plusieurs types. Il existe tout d’abord trois modes de transferts de chaleur que sont la convection, la conduction et le rayonnement, qui interviennent de manière simultanée au cours de la cuisson. Ces échanges de chaleur sont couplés avec des échanges de matières complexes conduisant notamment à une évaporation sous humidité relative variable dans le four et à une formation d’une zone sèche, ou une formation de croute en surface du produit.

La modélisation des échanges entre le four et les aliments est réalisée au moyen de l’application de conditions aux limites sur la géométrie de l’aliment et notamment sur les faces de l’aliment, sur lesquelles ont lieu les échanges avec le milieu intérieur du four, ou avec un support comme une grille, plaque ou plat, ou encore une paroi du four, sur lesquels sont posés les aliments.

D’autres interfaces peuvent être imposées à l’intérieur du produit, pour modéliser des parties du produit de différentes caractéristiques physiques comme différentes épaisseurs ou une composition hétérogène par exemple, avec des teneurs en eau ou en matière grasse différentes selon les différentes parties du produit.

Une simplification de la géométrie est utilisée dans le procédé de contrôle de la cuisson selon l’invention. L’aliment est ainsi modélisé sous la forme d’un ensemble de parallélépipèdes et/ou d’un ensemble de cylindres et/ou d’un ensemble de sphères de tailles différentes. Le type de modélisation de l’aliment peut être fonction du type d’aliment.

Un utilisateur peut spécifier les dimensions de l’aliment à cuire en plus de son type via une interface avec le dispositif de contrôle selon l’invention. Les dimensions de l’aliment peuvent alternativement être reconnues par un système de traitement d’images par exemple si le four est équipé d’une caméra. Il est aussi possible d’utiliser d’autres systèmes de mesure de dimensions comme des moyens mécaniques ou en utilisant des ultrasons. L’utilisateur peut également spécifier un poids qui permet de connaitre par exemple la densité moyenne de l’aliment. Alternativement le poids peut être déterminé par un dispositif de pesée placé dans le four, ou encore déterminé en fonction de la taille et du type d’aliment en première approximation.

Avantageusement, une succession de géométries simplifiées permet de cibler des zones du produit alimentaire de dimensions différentes.

Le contrôle précis de la cuisson d’un aliment, et notamment en fonction d’une ou plusieurs qualités définies par l’utilisateur, nécessite une modélisation de la cuisson de l’aliment dans l’enceinte. Cette modélisation consiste notamment à résoudre des équations de transfert de chaleur et de matière au moins entre l’enceinte et l’aliment en fonction des différentes opérations de cuisson et de refroidissement de l’aliment avant sa consommation. Les équations de transfert de chaleur et de matière peuvent également prendre en compte la présence ou non d’un plat, d’une grille, une plaque ou autre support de l’aliment dans l’enceinte afin de rendre compte des transferts de chaleur et de matière entre l’aliment et le support et entre le support et l’enceinte et avec l’enceinte elle-même si l’aliment est en contact direct avec une paroi de l’enceinte.

La modélisation a notamment pour objectif de produire une représentation en trois dimensions de l’évolution de la température et de la concentration en eau dans les différentes parties du produit au cours des phases de cuisson et de refroidissement.

La modélisation met en œuvre les différentes équations de transferts appliquées aux différents volumes présents dans l’enceinte en appliquant des conditions aux limites sur les différentes faces du produit. Ainsi la présence ou non d’un plat, d’une grille, d’une plaque, ou du fait que l’aliment soit directement en contact avec une surface de l’enceinte, ou autre support de l’aliment, a une conséquence directe sur les conditions aux limites appliquées sur les surfaces de l’aliment en contact avec le support.

Avantageusement, il est possible de mettre en œuvre une première résolution des équations très rapide et approximative qui peut permettre de préciser certaines conditions aux limites qui serviront ensuite pour une résolution plus précise.

Ensuite, la modélisation consiste notamment à combiner différents modèles d’évolution des qualités du produit alimentaire pendant les phases de cuissons et de refroidissement, qui peuvent être notamment définis en fonction de l’évolution de la température et de la concentration en eau du produit alimentaire.

La modélisation est réalisée de manière itérative en fonction de caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte qui évoluent à chaque itération afin d’optimiser la qualité du produit pour que ladite qualité du produit se rapproche de la qualité souhaitée et définie par l’utilisateur, en fin de cuisson. Les caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte évoluent au cours des différentes itérations d’une boucle d’optimisation en fixant à chaque itération de nouvelles caractéristiques de fonctionnement à partir des précédentes. Ainsi à la fin de l’optimisation, les caractéristiques optimales de fonctionnement de l’enceinte sont déterminées afin d’obtenir une qualité proche de la qualité choisie par l’utilisateur ou consommateur. Les caractéristiques optimales de fonctionnement peuvent être transformées en consignes à appliquer à l’enceinte soit par l’intermédiaire de l’utilisateur, en lui présentant lesdites consignes, soit de manière automatique si le calculateur dispose d’une liaison de données lui permettant de communiquer directement avec l’enceinte pour lui transmettre les consignes de programmation de fonctionnement déterminées en fonction des caractéristiques optimales de fonctionnement de l’enceinte déterminées.

Pour réaliser la modélisation et la simulation de la cuisson de l’aliment, un modèle de transfert thermique est combiné à différents modèles décrivant l’évolution des qualités recherchées dans l’ensemble des zones du produit ainsi qu’à un modèle de transfert de matière.

La figure 1 représente une structure générale du procédé de contrôle selon l’invention.

Une première étape du procédé de contrôle est une étape au cours de laquelle un utilisateur 1 définit des données d’entrée de l’algorithme de calcul des caractéristiques optimales de fonctionnement de l’enceinte.

Les différentes données d’entrée ou conditions qui peuvent être prises en compte sont notamment des critères de qualité de cuisson 3 souhaités, un critère temporel comme une heure de fin de cuisson, ou une heure de consommation d’un aliment 5. Les critères de qualité de cuisson 3 souhaités peuvent être choisis par l’utilisateur parmi plusieurs critères de qualité de cuisson proposés. Les critères de qualité de cuisson proposés à l’utilisateur peuvent avoir été prédéfinis en fonction des capacités du four et d’une première simulation de cuisson préalable fixant des limites quant aux différentes qualités pouvant être obtenues pour un produit donné ou aliment. La première simulation peut également être réalisée en temps réel pour permettre une interaction avec l’utilisateur 1 afin de lui permettre de préciser ou modifier ses choix en fonction des qualités possibles relativement aux caractéristiques du produit, ou aux capacités du four. Les différentes qualités possibles peuvent être stockées dans une base de données 4. La base de données 4 est connectée à un calculateur 12 qui réalise l’ensemble des calculs de simulation de la présente invention. Parmi les critères de qualité de cuisson 7, peuvent être proposés : une couleur du produit en fin de cuisson, une saveur, une flaveur, une composition nutritionnelle, des contraintes sur un risque sanitaire, un niveau de jutosité possible pour le produit sélectionné par l’utilisateur. L’utilisateur peut également sélectionnés un mode de cuisson de l’enceinte qui peut être pris en compte en tant que caractéristique de fonctionnement de l’enceinte à l’exclusion des autres éventuels modes de fonctionnement de ladite enceinte. Les critères de qualité de cuisson peuvent par exemple être définis dans la base de données 4. Pour chaque critère de qualité de cuisson peuvent être proposés à l’utilisateur des niveaux de qualité, ou une distribution des qualités dans l’aliment comme un gradient de couleurs entre différentes parties du produit. Le gradient de couleurs peut représenter des types de cuisson différents pour le produit cuit. Par exemple un produit alimentaire peut être très cuit en surface et moins cuit en profondeur.

La base de données peut comprendre des ensembles de données, chaque ensemble de données regroupant une qualité de cuisson du produit alimentaire pour au moins un produit alimentaire défini par ses caractéristiques physiques et, pour des caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à convection, associés à une ou plusieurs consignes de programmation de fonctionnement de l’enceinte à convection.

Les choix proposés à l’utilisateur le sont par l’intermédiaire d’une interface homme-machine connectée au calculateur. Ainsi différents choix peuvent être présentés à l’utilisateur sous forme d’images ou de critères de choix simples. L’interface homme-machine peut faire partie d’une application logicielle installée sur un terminal mobile ayant des capacités de connexions et d’échange de données avec le calculateur, ou se trouver directement sur le four, si le four est lui-même doté d’un calculateur. Alternativement, l’algorithme de calcul peut être directement mis en œuvre par un calculateur du terminal mobile lorsque celui-ci dispose d’une puissance de calcul suffisante pour réaliser la simulation. L’utilisateur pourra dans ce dernier cas utiliser une application logicielle mise en œuvre sur le terminal mobile permettant d’une part à l’utilisateur indiquer ses préférences et d’autre part de mettre en œuvre l’algorithme de calcul.

Il est également possible que l’utilisateur définisse un mode de cuisson préférentiel 2 choisi parmi les modes de chauffage et de refroidissement possibles de l’enceinte. Par exemple, l’utilisateur 1 peut choisir parmi : une cuisson vapeur, une cuisson à air sec, une injection d’un mélange air/vapeur ou d’air froid, éventuellement complétés par une brumisation d’eau froide ou un jet d’air froid pour un refroidissement accéléré.

L’utilisateur peut choisir également un ou plusieurs produits alimentaires objet de la cuisson. Le ou les produits alimentaires peuvent être définis par leurs dimensions, leurs types, leurs natures, leurs géométries, leurs poids, leurs compositions et éventuellement des zones ou des irrégularités particulières dans la géométrie ou la composition des produits comme des zones de moindre épaisseur. Par exemple il est possible à l’utilisateur d’identifier une zone particulière sur une représentation d’un des aliments sur l’interface homme-machine. Ces informations peuvent être saisies par l’utilisateur via l’interface homme-machine, soit directement, soit par l’intermédiaire d’un choix multiple pour chaque information proposé par l’interface homme-machine. Il est également possible à l’utilisateur de prendre une photo du ou des produits qui sera ensuite analysée par un logiciel de reconnaissance d’images par exemple afin d’en déduire les informations nécessaires à la modélisation du ou des produits. Alternativement, si le four est équipé d’un dispositif de capture d’image 9, les informations sur le produit peuvent être automatiquement déduites de l’image du ou des produits captée dans le four, par un logiciel de reconnaissance d’images. Le four peut être équipé d’autres capteurs 9 permettant de détecter des caractéristiques du ou des produits avant ou même pendant la cuisson.

Dans la suite et à titre d’exemple il est question d’un produit, l’invention pouvant s’appliquer de la même manière à plusieurs produits répartis dans l’enceinte, voire à plusieurs produits répartis dans plusieurs cavités de l’enceinte.

Lorsque les différents choix de l’utilisateur sont finalisés, une étape optionnelle du procédé de contrôle peut être de consulter la base de données 4 dans laquelle peuvent être stockées différentes consignes à appliquer notamment en fonctions de choix de qualité, de produits, des capacités de l’enceinte thermique ou enceinte à convection. Les données stockées dans la base de données 4 sont les résultats de simulations de cuisson ou d’optimisations précédentes. Il est possible par exemple d’alimenter régulièrement la base de données 4 avec les résultats obtenus par chaque simulation de cuisson.

La consultation 6 de la base de données 4 a pour objet de trouver une solution identique ou proche en termes de qualité de cuisson recherchée pour un type de produit défini et en fonction des capacités de l’enceinte utilisée. Un premier critère de proximité peut être prédéfini. Ainsi, si la différence entre la qualité recherchée pour le produit et l’enceinte donnés remplit le premier critère de proximité alors les consignes associées à la qualité, au produit et à l’enceinte, présentes dans la base de données sont transmises à l’utilisateur et/ou au four si le four est relié au calculateur.

Il est également possible de définir un deuxième critère de proximité tel que : si le premier critère de proximité n’est pas rempli mais que le deuxième critère de proximité l’est, une solution de consignes peut être interpolée en fonction des solutions les plus proches dans la base de données en matière de qualité de cuisson recherchée pour un produit donné et pour une enceinte donnée.

Avantageusement l’utilisation d’une telle base de données permet de réduire considérablement le temps de calcul nécessaire pour trouver des consignes de fonctionnement à appliquer pour optimiser les critères de qualité.

Alternativement et par exemple si aucune base de données n’a été construite, ou si aucun des critères de proximité ne peut être satisfait, il est possible d’utiliser directement un algorithme d’optimisation 10 de la cuisson avec comme données d’entrée : les critères de qualité choisis, le produit défini, l’enceinte utilisée et éventuellement un mode de cuisson préférentiel.

Ensuite des consignes de pilotage 11 du four, ou consignes de programmation du four, sont générées puis transmises par l’intermédiaire de l’interface homme-machine au consommateur 1 et/ou au four lui-même. Les consignes transmises peuvent être parmi :

1. une vitesse d’air ;
2. une température de l’air ;
3. un pourcentage et/ou une température de vapeur d’eau injectée pendant le chauffage ;
4. une température des parois ;
5. une humidité relative de l’air dans l’enceinte ;
6. une brumisation et ses caractéristiques, comme la température et la quantité du liquide à brumiser et la taille des gouttelettes ; ainsi que leur évolution dans le temps.

Ces consignes peuvent être traduites en consignes à appliquer par l’utilisateur sur l’enceinte ou en instructions de fonctionnement de l’enceinte comme une fréquence de rotation du ventilateur de l’enceinte, une puissance électrique aux bornes d’une résistance de l’enceinte, selon des caractéristiques du four.

Le procédé selon l’invention permet, en fonctionnement normal de l’enceinte, un contrôle total des opérations de chauffage, de refroidissement et éventuellement de maintien à température, avant que celles-ci débutent.

Optionnellement, un calcul correctif des consignes de fonctionnement peut être réalisé en cas de pannes brèves du four, d’incidents ou de perturbations intempestives de la cuisson comme la sortie de l’aliment du four, une coupure du chauffage, une porte de l’enceinte ouverte. Dans de tels cas, le procédé selon l’invention, pour être à nouveau mis en œuvre, nécessite les données d’entrées suivantes mesurées après le retour aux conditions de cuisson précédentes :

1. un suivi des températures du fluide et des parois de l’enceinte, avant et après la panne, et la durée de l’interruption ;
2. éventuellement des informations d’hygrométrie mesurées dans l’enceinte avant et après l’incident, la perturbation ou la panne.

La figure 2 représente l’algorithme d’optimisation 10 de la cuisson d’un aliment, utilisé afin de déterminer des consignes de fonctionnement de l’enceinte pour approcher la qualité souhaitée par le consommateur de celle obtenue pour le produit en fin de cuisson.

L’algorithme d’optimisation met notamment en œuvre une ou plusieurs séries de simulations du chauffage de l’aliment dans l’enceinte ainsi que de son refroidissement et éventuellement de son maintien à température.

Une première étape 21 de l’algorithme d’optimisation 10 selon l’invention est une étape de conversion de la géométrie du ou des produits alimentaires en formes élémentaires géométriques en trois dimensions. Les formes élémentaires peuvent être parallélépipédiques, cylindriques, sphériques. Les formes élémentaires définissent des zones du produit qui peuvent avoir des caractéristiques différentes lorsque le produit présente des irrégularités, des zones particulières en termes d’épaisseur et/ou de composition.

Ensuite, les propriétés thermo-physiques du ou des produits sont associées aux formes élémentaires en fonction de leur composition particulière. Les propriétés thermo-physiques dépendent notamment du ou des types de produits.

Les formes élémentaires sont ensuite maillées en trois dimensions afin de pouvoir leur appliquer un calcul numérique de transfert de chaleur-matière. La dimension et le nombre de mailles sont optimisés automatiquement en fonction de la taille du ou des produits, de la proximité de chaque maille avec la surface du produits et des niveaux de résolution souhaités. Par exemple le maillage peut être plus fin à proximité des interfaces des différentes formes élémentaires entre elles ou avec le milieu intérieur de l’enceinte de cuisson. Les mailles peuvent être plus larges par exemple à l’intérieur des formes élémentaires. Les niveaux de résolution du maillage peuvent également être adaptés par exemple en fonction de la vitesse d’exécution de l’algorithme souhaitée.

Des conditions aux limites sont ensuite appliquées sur chacune des mailles des interfaces des formes élémentaires. Les conditions aux limites dépendent notamment du type d’enceinte chauffée, de son ou ses mode(s) de fonctionnement, de la forme du ou des produit(s), et des configurations de cuisson du ou des produit(s), comme un type de support du ou des produit(s), une localisation du ou des support(s) dans le four, du ou des produits dans une des cavités du four, une répartition du ou des produit(s) sur le support ou sur un paroi du four. Des conditions aux limites peuvent également être appliquées sur les interfaces des formes élémentaires entre elles, lorsqu’elles sont individualisées afin de prendre en compte par exemple la différence de composition entre deux zones élémentaires de produit contiguës.

Les conditions aux limites peuvent s’exprimer comme une température de surface selon Dirichlet, ou par une condition aux limites de Neumann. Un coefficient de transfert effectif tenant compte des différents modes d’échange de chaleur ou de matière peut être utilisé. Les différents modes d’échanges peuvent être par exemple : la conduction par contact, la convection, l’évaporation, la condensation, le rayonnement. Le rayonnement étant un mode d’échange généralement important dans les fours, un angle ou facteur de vue peut être défini pour déterminer la quantité de rayonnement réellement reçue par l’aliment en fonction de sa position dans l’enceinte ou dans une des cavités de l’enceinte.

Le facteur de vue est directement introduit dans l’expression mathématique du rayonnement.

L’angle de vue est calculé numériquement en utilisant le maillage surfacique de l’aliment mais aussi un maillage des parois du four ou de tout autre objet présent dans le four qui serait apte à rayonner, comme un plat, une plaque. Avantageusement, selon l’invention, les parois du four peuvent être considérées comme un ensemble de surfaces rectangulaires planes. Il est possible d’établir des relations analytiques, ou des abaques pour définir les facteurs de vue. Par exemple lorsque le produit est de forme parallélépipédique le facteur de vue F_{S 1 , S 2}, entre la surface supérieure du produit S₁, de longueur L₁et de largeur l₁, et la surface S₂de la voute, c’est-à-dire la partie supérieure des parois du four supposée rectangulaire, de longueur L₂et de largeur l₂peut être calculé à partir S₁, de S₂, de la distance D entre les surfaces S₁et S₂, et avec quatre paramètres :

par une formule analytique basée sur la somme et la différence de fonctions logarithmes et arctangentes faisant intervenir S₁, S ₂ , D et les quatre paramètres h, i, j, et k. Cette approche peut être étendue au cas où les parois du four présentent un rayon de courbure, en approximant les surfaces de la paroi à ces endroits par un ensemble de surfaces rectangulaires planes.

L’application des différentes conditions aux limites sur les géométries du ou des produits prend en compte une analyse du fonctionnement de l’enceinte définissant ses différents modes de fonctionnement, la nature des éléments composant les parois de l’enceinte et ceux servant à la propulsion d’un fluide comme un air sec, de la vapeur pure, un air chargé de vapeur, de gouttelettes, dans l’enceinte. L’analyse du fonctionnement de l’enceinte permet de déterminer l’ensemble des caractéristiques de l’enceinte.

L’enceinte chauffée peut en outre, mais pas obligatoirement, être équipée de sondes de température, de sondes d’humidité voire d’anémomètres placés à l’intérieur de l’enceinte, entourant le ou les aliments, et/ou sur les parois. La réponse des sondes ou capteurs associés à l’enceinte peut être directement prise en compte en tant que condition aux limites sur les différentes faces du produit en contact avec le fluide contenu dans l’enceinte. Ces conditions aux limites peuvent être directement introduites dans les modèles physiques de transferts.

Lorsque la géométrie d’un produit est irrégulière, qu’elle est représentée par un ensemble de formes élémentaires, le calcul de transfert réalisé sur une première forme se répercute sur les conditions aux limites des formes adjacentes, c’est-à-dire ayant une interface commune.

Ensuite au cours d’une deuxième étape 22, les critères et les niveaux de qualités sélectionnés par l’utilisateur sont traduits en valeurs de température, de couleur, de jutosité, ou en concentrations minimums ou maximums en composés de type vitamines par exemple, ou en nombres de microorganismes ou de parasites. Les critères sélectionnés par l’utilisateur peuvent être traduits de manière globale pour l’ensemble du ou des produit(s) ou encore comme des gradients ou profils à atteindre dans le ou les produit(s). Par exemple un degré de cuisson choisi par l’utilisateur peut être défini par un gradient de couleurs à obtenir pour une ou plusieurs tranches du produit. Le gradient de couleurs peut être traduit en matrices à une, deux ou trois dimensions de températures maximales à atteindre à l’intérieur de certaines zones du produit, par exemple au niveau d’une section centrale au produit. Les matrices de correspondance entre les images couleurs et les températures maximales à atteindre dans le produit sont le résultat de calculs et d’expérimentations menées préalablement pour chaque type de produit. Les matrices de correspondance peuvent être stockées dans une banque de données propre à l’algorithme. La banque de données peut être une mémoire non volatile du calculateur.

Une troisième étape est une étape d’optimisation 23 des paramètres appliqués 24 à l’enceinte pendant la cuisson pour parvenir à satisfaire au maximum les critères de qualité choisis par l’utilisateur.

Les paramètres appliqués au four sont restreints par les capacités de l’enceinte. Les paramètres appliqués à l’enceinte peuvent être divisés en plusieurs catégories à optimiser.

Une première catégorie 202 peut concerner une gestion thermique et aéraulique de l’enceinte. Cette première catégorie regroupe : une évolution de la température des parois de l’enceinte en fonction du temps 203, une évolution de la température du fluide environnant le ou les produits en fonction du temps 204 et une évolution de la vitesse du fluide environnant le ou les produits en fonction du temps 205.

L’évolution de la température des parois de l’enceinte en fonction du temps 203 peut être modélisée par une loi de type stationnaire après une phase de préchauffe de l’enceinte, ou par une loi de type transitoire comprenant des cinétiques de montée et de descente en température des parois au fur et à mesure de la cuisson.

L’évolution de la température de l’air environnant le ou les produits en fonction du temps 203 suit une loi stationnaire après une phase de préchauffage de l’enceinte ou une loi transitoire avec des cinématiques de chauffage et de refroidissement de l’air.

L’évolution de la vitesse de l’air environnant le ou les produits en fonction du temps 205 dépend des capacités de ventilation de l’enceinte en conditions de fonctionnement stationnaire et transitoire.

Une deuxième catégorie peut concerner une gestion environnementale du ou des produits à l’intérieur de l’enceinte 206 et peut comprendre : une évolution de la vapeur d’eau 207 présente dans l’enceinte définie par exemple par une humidité relative autour du ou des produits et une température de la vapeur, une brumisation 208 définie par une température de l’eau brumisée 209 et une quantité et une taille des gouttelettes d’eau brumisée 210.

Une troisième catégorie 211 peut concerner la gestion temporelle du fonctionnement de l’enceinte c’est-à-dire le temps de chauffage 212, le temps de refroidissement 213, et éventuellement un temps de maintien à température quasiment constante du ou des produits.

Différents ensembles de paramètres appliqués au four peuvent être optimisés, par exemple : les trois catégories 202, 206, 211 ensembles, ou la première 202 et la deuxième catégorie 206 ensembles, ou la deuxième 206 et la troisième catégorie 211 ensembles, ou la troisième catégorie 211 seule. Toute autre combinaison des paramètres optimisés est également possible.

Ce sont les paramètres appliqués à l’enceinte qui font l’objet de la boucle d’optimisation et donc ceux-ci varient selon un pas prédéfini propre à chaque paramètre, à chaque nouvelle itération de l’algorithme d’optimisation, pour atteindre un optimum de satisfaction des critères de qualité souhaités par l’utilisateur. Le niveau optimum peut être atteint par exemple lorsqu’un écart entre les critères de qualité souhaités et les critères de qualité obtenus est en deçà d’un niveau d’admissibilité prédéfini.

Au cours de la première itération les paramètres appliqués au four sont par exemple initialisés en utilisant des caractéristiques moyennes de fonctionnement du four, ou des valeurs qui existent dans la base de données pour des situations voisines, lorsque celles-ci sont disponibles, et en prenant en compte un éventuel préchauffage.

Ensuite, et pour chaque ensemble de paramètres, ceux-ci sont convertis en conditions aux limites appliquées à la géométrie du produit et du plat au cours d’une quatrième étape 25. Des exemples de détermination de conditions aux limites sont notamment décrits dans le cas de l’utilisation d’air sec dans les publications suivantes : (1) KONDJOYAN A., ROUAUD O., McCANN M., HAVET M., FOSTER A., SWAIN M., DAUDIN, J.D. (2006). Modelling coupled heat-water transfers during a decontamination treatment of the surface of solid food products by a jet of hot air - I. Sensitivity analysis of the model and first validations of product surface temperature under constant air temperature conditions, J. Food Eng., 76, 53-62; (2) KONDJOYAN A., McCANN M., ROUAUD O., HAVET M., FOSTER A., SWAIN M., DAUDIN, J.D. (2006). Modelling coupled heat-water transfers during a decontamination treatment of the surface of solid food products by a jet of hot air – II. Validations of product surface temperature and water activity under fast transient air temperature conditions. J. Food Eng., 76, 63-69.

Ainsi, pour les parties du produit en contact avec par exemple un air sec de l’enceinte, les conditions aux limites peuvent s’exprimer ainsi :

avec :

h_effest le coefficient de transfert effectif dont la valeur évolue au cours du temps, λ la conductivité thermique du produit, T_maxla plus grande des températures T_airet T_rad, T_airla température de l’air dans l’enceinte, T_radla température moyenne rayonnée par les surfaces entourant le produit, dont les surfaces de l’enceinte et du support du produit, T_sla température en surface du produit, h le coefficient de transfert convectif de chaleur, ε l’émissivité du produit, σ la constante de Stefan-Boltzmann, k le coefficient de transfert de masse, ΔH la chaleur latente d’évaporation de l’eau, a_wl’activité de l’eau, P_Tla pression de vapeur d’eau saturée à la température T, x la distance entre la surface du produit et un point à l’intérieur du produit, T_dewle point de rosée et F le facteur de vue.

Lorsque l’on est en présence de plusieurs produits, il est possible de considérer que chaque produit rayonne et que ce rayonnement est reçu par les autres produits. Il est ainsi possible d’introduire un facteur de vue pour chaque produit. Le facteur de vue se défini d’une surface vers une autre surface.

En ce qui concerne le facteur de vue F_{S 1 ,S 2}, de la surface de l’aliment S₁vers celle du four S₂, il peut être calculé ainsi dans le cadre de la présente invention :

Dans le cas d’un air sec et/ou de mélange air/vapeur, et contrairement à ce qui est décrit dans les publications citées précédemment, il peut être tenu compte de l'existence d'un film d'eau en surface du produit, lié à l'expulsion mécanique du jus en surface du produit. Le film d'eau s'évapore progressivement pour disparaitre ensuite. Dans ce cas, l'activité de l'eau est considérée comme restant toujours égale à un, durant de l'existence du film d’eau. Lorsque le film d'eau s'est évaporé l'activité de l'eau diminue progressivement du fait de l'assèchement de la surface du produit par l'air sec.

En ce qui concerne h le coefficient de transfert convectif de chaleur, il peut être déterminé expérimentalement et par exemple tel que décrit dans la publication suivante : (3) GHISALBERTI, L. and KONDJOYAN, A. (1999). Convective heat transfer coefficients between air flow and a short cylinder - Effect of air velocity and turbulence. Effect of body shape, dimensions and position in the flow, J. Food Eng., 42, 33-44.

Lorsque le chauffage est effectué dans la vapeur ou dans un mélange d’air et de vapeur, la valeur de h_effpeut être mesurée expérimentalement et par exemple tel que décrit dans la publication suivante : (4) KONDJOYAN, A., OILLIC, S., PORTANGUEN, S., GROS, J.-B., (2013). Combined heat transfer and kinetic models to predict cooking loss during heat treatment of beef meat. Meat Science, 95(2), 336–344.

De même lorsque le transfert de chaleur est dû à de la convection libre ou à un chauffage par contact, la valeur de h peut être estimée à partir des connaissances de la littérature ou par des expériences adéquates.

Dans tous les cas, il est avantageusement possible d'encadrer la valeur de h_effgrâce à une série de calculs ou d’expériences préalables dont les résultats sont stockés dans la base de données 4.

La cinquième étape 26 est une étape de résolution des équations transferts de chaleur et de matière entre le produit et l’enceinte, en prenant éventuellement en compte le support du produit dans l’enceinte. La cinquième étape 26 met en œuvre un algorithme de simulation de la cuisson du produit dans le four.

L’algorithme de simulation reproduit l’évolution dans le temps des températures et de la teneur en eau du produit présent dans l’enceinte au fur et à mesure de sa cuisson.

Pour ce faire, les équations relatives aux échanges de chaleur par conduction et transfert de matière, comme du jus, dans le produit sont appliquées sur le maillage de chaque forme géométrique représentant le ou les produit(s).

Pour résoudre les équations liées au transfert de chaleur, il est possible d’utiliser une simple équation de conduction comme l’équation de Fourrier :

dans laquelle T est la température, D la diffusion thermique, et Δ le Laplacien. La diffusion thermique D peut dépendre de la composition locale du produit et de sa température à chaque instant.

Un modèle de transfert de jus peut être une simple équation dans laquelle la valeur de diffusivité est constante. Alternativement, il est possible d’utiliser des modèles où la diffusivité varie avec la concentration en eau comme décrits dans les articles (1) et (2).

Cependant les résultats obtenus par ce type de modèles de diffusion ne sont pas satisfaisant pour l’algorithme selon l’invention, tant en terme de vitesse de résolution que de précision des résultats obtenus.

L’invention propose de remplacer avantageusement ces modèles de diffusion par des modèles tels ceux décrits à titre d’exemple pour les produits carnés dans la publication (4).

Pour d’autres produits que les produits carnés, les paramètres du modèle de transfert de jus précédent peuvent être déterminés expérimentalement en suivant la procédure décrite dans la publication citée.

L’équation de transfert de matière peut être exprimée sous la forme suivante, la teneur en eau étant exprimée selon une base en matière sèche par :

avec X la concentration en eau en un point à l’intérieur du produit, X_eqla concentration en eau à l’équilibre en ce point, d la distance la plus courte du point à la surface du produit et T la température qui varie en fonction du temps t.

k_exp(T,d) varie localement en fonction de T et de d au travers des relations :

avec E_al'énergie d'activation en J.mol^-1et R la constante universelle des gaz parfait et

avec A, et B des paramètres déterminés expérimentalement selon le type de produit.

La résolution du système d’équations de transfert peut s’effectuer en trois dimensions grâce à une technique numérique de calcul de types aux éléments finis ou aux volumes finis. Préférentiellement, la résolution du système d’équations de transfert est basée sur des résolutions de systèmes aux différences finies réalisées en une dimension puis combinées par la suite pour obtenir une solution en trois dimensions.

En appliquant cette méthode de résolution de systèmes sur des formes géométriques maillées simples, les calculs s’en trouvent accélérés par rapport aux autres méthodes existantes de résolutions de tels systèmes. Avantageusement, cette méthode permet de conserver une résolution en trois dimensions suffisamment précise pour prédire l’évolution des différentes dimensions de la qualité du produit. Cette résolution rapide permet non seulement de déterminer des consignes à appliquer au four pour obtenir une qualité très proche de celle souhaitée par l’utilisateur mais permet également une interaction avec l’utilisateur sans temps de latence entre une interrogation du serveur de calcul et la réponse dudit serveur de calcul comprenant le calculateur mettant en œuvre le procédé selon l’invention.

L’utilisateur peut également chercher à obtenir une certaine épaisseur de croute colorée. L’apparition et le développement d’une croute colorée au cours de la cuisson sont notamment calculés en fonction :

1. des paramètres d’environnement tels que la température de l’air de l’enceinte, la température du rayonnement, l’humidité relative dans l’enceinte ;
2. d’une valeur de coefficient de transfert tel que décrit dans la publication (3) ou est déterminée expérimentalement ;
3. de la température de surface de l’aliment, en utilisant par exemple des équations de transfert simplifiées et linéarisées à partir de la publication expérimentale (6) PORTANGUEN, S., IKONIC, P., CLERJON, S., KONDJOYAN, A. (2014). Mechanisms of crust development at the surface of beef meat subjected to hot air: an experimental study.Food and Bioprocess Technology, 7(11), 3308-3318.

Le calcul de l’évolution dans le produit cuit d’autres qualités alimentaires du produit comme la teneur en composés ciblés désirables ou indésirables, peut être réalisé par l’application de modèles décrits dans les publications suivantes : (7) KONDJOYAN, A., CHEVOLLEAU, S., GREVE, E., GATELLIER, P., SANTE-LHOUTELLIER, V., BRUEL, S., TOUZET, C., PORTANGUEN, S., DEBRAUWER, L. (2010a). Formation of Heterocyclic Amines in slices ofLongissimus thoracisbeef muscle subjected to jets of superheated steam, Food Chemistry, 119(1), 19-26; (8) KONDJOYAN, A. CHEVOLLEAU, S., GREVE, E., GATELLIER, P., SANTE-LHOUTELLIER, V., BRUEL, S., TOUZET, C., PORTANGUEN, S., DEBRAUWER, L. (2010b). Modelling of the formation of Heterocyclic Amines in slices of longissimus thoracis and semi membranosus beef muscles subjected to jets of hot air, Food Chemistry, 123(3), 659-668; (9) KONDJOYAN, A., PORTANGUEN, S., DUCHENE, C., MIRADE, P.S., GANDEMER, G. (2018). Predicting the loss of vitamins B3 (Niacin) and B6 (Pyridoxamine) in beef during cooking.J. Food Engineering, 238, 44-53.

Les composés ciblés désirables comprennent des composés d’intérêt nutritionnel comme les vitamines ou le fer par exemple. Les composés ciblés indésirables peuvent notamment être des composés toxiques qui pourraient se former pendant la cuisson.

Il est également envisagé d’utiliser des modèles d’inactivation et de croissance de bactéries, de virus, ou de parasites pour assurer la sécurité sanitaire du produit au cours de sa cuisson, de son refroidissement et éventuellement de son maintien en température.

Ces modèles de calcul d’évolutions des autres qualités de cuisson du produit sont appliqués en tous points du maillage du produit, ou en moyenne sur l’ensemble du produit, ou encore en des points particuliers du produit par exemple : le plus chaud, le plus froid. Les résultats obtenus par ces modèles sont ensuite comparés aux qualités de cuisson à atteindre.

Un exemple simplifié de fonctionnement de l’algorithme de transfert de chaleur et de matière sur une forme simple de type parallélépipédique est décrit ci-après. Cet exemple est également transposable à des formes cylindriques finies.

Pour un parallélépipède 30, de dimensions e1, e2, e3, tel que représenté sur la figure 3a, les calculs sont réalisés en une dimension successivement sur trois domaines rectangulaires constitués chacun par une face 31, 32 et 33 du parallélépipède 30 et selon les directions et les dimensions respectives : vecteur Ox et e1 pour une première face 31 du parallélépipède 30, vecteur Oy et e2 pour une deuxième face 32 du parallélépipède 30, et vecteur Oz et e3 pour une troisième face 33 du parallélépipède 30, les directions étant Ox, Oy, Oz celles du repère de l’espace orthogonal de la figure 3A dont les trois vecteurs directeurs sont :

Le parallélépipède 30 comprend en outre trois autres faces : une quatrième face 36 opposée à la première face 31, une cinquième face 34 opposée à la deuxième face 32 et une sixième face 35 opposée à la troisième face 33.

Selon la direction du vecteur O_xsont appliquées les conditions aux limites présentes sur les deuxième et cinquième faces 32 et 34 du parallélépipède 30. Selon la direction du vecteur O_ysont appliquées les conditions aux limites présentes sur les troisième et sixième faces 33 et 35 du parallélépipède 30. Selon la direction du vecteur O_zsont appliquées les conditions aux limites présentes sur les première et quatrième faces 31 et 36 du parallélépipède 30. Les conditions aux limites peuvent être différentes sur chacune des faces du parallélépipède 30.

Ensuite, il est possible grâce à la formule de Newman de recréer une solution en trois dimensions à partir des solutions trouvées selon chacune des directions des axes ou vecteurs O_x, O_y, O_z.

La formule de Newman écrite selon des coordonnées réduites est de la forme suivante, décrite par (10) Bimbenet et Loncin dans les «Bases du Génie des procédés alimentaires» publié en 1995 :

dans laquelle U est la solution en trois dimensions calculée à partir de U_x, U_y, U_zdont les valeurs sont respectivement les solutions obtenues selon les directions des vecteurs ou axes O_x, O_y, O_z.

La formule de Newman est usuellement utilisée dans des cas stationnaires, elle n’est pas utilisée pour des conditions transitoires pour lesquelles elle est considérée comme de moindre précision. Cependant, les inventeurs ont constatés que dans des conditions transitoires de cuisson en four, l’utilisation de cette formule conduit à une erreur de un à deux degrés ce qui est suffisant pour les calculs réalisés dans le cadre de l’invention. Avantageusement l’utilisation de cette formule dans le cadre de l’invention permet d’obtenir de meilleurs résultats en termes de précision par rapport à la précision que l’on pourrait obtenir en utilisant des calculs en une ou deux dimensions uniquement ou encore en trois dimensions mais avec des conditions aux limites très simplifiées, par exemple en ne prenant pas en compte le rayonnement ou l’évaporation en surface du produit.

Avantageusement, le même calcul est donc reproduit trois fois avec des conditions aux limites différentes. Ceci permet une simplicité et une rapidité d’exécution de l’algorithme de résolution du système d’équations de transfert.

La figure 3b représente un exemple d’un produit 300 dont la géométrie est modélisée par trois parallélépipèdes 37, 38, 39.

Le fait de pouvoir réaliser les calculs de manière simple et rapide permet de contrôler la cuisson d’aliments distincts disposés dans une même enceinte, ainsi que dans plusieurs cavités de la même enceinte.

La figure 3b permet d’illustrer une situation dans laquelle des transferts sont calculés simultanément sur plusieurs formes élémentaires liées par des conditions aux limites conjuguées. Cette situation peut s’appliquer notamment à deux cas.

Un premier cas peut correspondre à des aliments distincts disposés sur une ou au plus deux couches dans une même cavité de l’enceinte et qui se touchent. Un deuxième cas peut être celui d’un aliment à la forme irrégulière modélisée par exemple par plusieurs formes élémentaires.

Le cas d’une forme irrégulière peut être le cas d’un rôti 300 avec une partie principale 37 et une pointe effilée 38, 39. Le problème est alors traité en réalisant un calcul pour les trois formes élémentaires 37, 38, 39 mais en appliquant sur chacune des formes élémentaires au niveau des interfaces (37-38), (37-39), (38-39) des conditions aux limites conjuguées qui varient au cours du temps en fonction des calculs effectués sur les autres formes élémentaires. Au début des calculs, les conditions aux limites sur les interfaces (37-38), (37-39), (38-39) sont initialisées avec la température du produit en utilisant les conditions aux limites de Dirichlet. Puis au pas de temps suivant de l’algorithme de simulation de la cuisson, cette température est recalculée comme étant égale à la moyenne des températures au niveau de la deuxième maille du produit en direction de l’intérieur du produit de part et d’autre d’une des interfaces (37-38), (37-39), (38-39). Cette opération est répétée au pas de temps suivant de l’algorithme de simulation de la cuisson.

Un résultat de la cinquième étape 26 de résolution des équations de transferts de chaleur et de matière est un ensemble de matrices correspondant à chaque pas de temps à la température et à la teneur en eau en chaque point du maillage suivant les trois directions de l’espace.

Une sixième étape 27 est une étape de conversion des matrices correspondant à chaque pas de temps à la température et à la teneur en eau en chaque point du maillage suivant les trois directions de l’espace, en matrices de qualités obtenues pour le produit à savoir en niveaux de jutosité, de couleurs, et/ou composés cibles dans le produit, et/ou en organismes pathogènes, et/ou en composés toxiques, en chaque point du maillage du produit et à chaque pas de temps.

Une septième étape 28 est une étape de comparaison permettant d’évaluer l’écart entre les qualités obtenues et les objectifs fixés, au travers de l’utilisation d’une fonction de coût. La fonction de coût est établie à partir des qualités recherchées par l’utilisateur. Elle peut comprendre plusieurs termes relatifs aux différentes qualités souhaitées par l’utilisateur et/ou un ensemble d’inégalités par rapport à des seuils à dépasser ou au contraire à ne pas dépasser. Lorsque la fonction de coût est une expression algébrique chaque terme de l’expression peut être pondéré en fonction d’une hiérarchisation entre les différents critères de qualités souhaités. Cette hiérarchisation peut être réalisée par l’utilisateur.

La fonction objectif, ou fonction de coût, permet de déterminer une distance entre les qualités recherchées par l’utilisateur et les qualités obtenues pour chacun des jeux de paramètres décrivant les caractéristiques de l’enceinte et son fonctionnement qui peuvent varier selon les boucles d’optimisation de gestion thermique et aéraulique de l’enceinte 202, de gestion environnementale du ou des produits à l’intérieur de l’enceinte 206 et de gestion temporelle du fonctionnement de l’enceinte 211. L’objectif de l’algorithme d’optimisation de la cuisson est d’obtenir à la fin de la cuisson une distance optimale, par exemple la plus faible possible avec l’objectif. Il est ainsi possible de définir un ensemble de paramètres et de solutions permettant de savoir si l’objectif peut être atteint et si oui par quels jeux de paramètres, qui peuvent alors être considérés comme optimaux.

Les critères de qualité peuvent être représentés par des fonctions C_z. Les fonctions C_zpermettent de calculer une valeur simulée S pour un critère Z en chaque point du maillage précédent de coordonnée i, j, k ou d’un maillage simplifié et dans un volume ou une forme élémentaire V du produit, telle que

Le volume V considéré peut être égal soit à la totalité du volume du produit, soit à une partie du produit.

L’objectif à atteindre par l’optimisation peut être une valeur maximale ou une valeur minimale à ne pas dépasser pour un critère de qualité Z :

Lorsqu’il s’agit de se rapprocher d’une valeur cible, la fonction objectif peut être calculée au travers d’une distance entre le profil recherché et le profil simulé, l’objectif étant également de minimiser la distance entre le profil recherché et le profil simulé. Cette distance peut également tenir compte d’une répartition spatiale de C_zpar exemple dans le cas où l’objectif est un gradient de couleur.

Une distance d peut être une somme des carrés des écarts entre les valeurs simulées et des valeurs objectifs

pour chaque critère de qualité en tous les points du maillage :

Lorsque l’on ne considère qu’un seul critère de qualité alors :

Lorsqu’une répartition de plusieurs critères est à prendre en compte, alors la fonction objectif est la somme des distances d_z:

P étant un facteur de pondération définissant l’importance ou la priorité relative des différents critères les uns par rapport aux autres.

Un objectif peut être par exemple de minimiser la distance d pour certains critères tout en assurant une valeur maximale ou minimale pour les autres critères dans un volume du produit considéré. Dans ce cas, il est possible d’utiliser simultanément les relations [Math. 17] et [Math. 18].

Ainsi lorsque la cuisson est considérée comme terminée et que les critères de qualité obtenus dans le produit cuit ne sont pas optimaux 200, les paramètres de cuisson sont modifiés et l’algorithme d’optimisation est réitéré à partir de la troisième étape 24, et ce jusqu’à ce que les critères de qualités obtenus soit optimaux ou jusqu’à ce que l’algorithme d’optimisation renvoi une indication selon laquelle aucune solution optimale ne peut être trouvée.

Par exemple, il peut être important d’obtenir un profil de couleur dans une tranche de produit tout en assurant une concentration microbienne inférieure à une valeur plafond au centre du produit, ou encore d’obtenir un profil de couleur donné et une jutosité maximale en moyenne dans le produit où dans une zone du produit considérée.

L’algorithme d’optimisation 10 définit ainsi les conditions et la durée des traitements de chauffage et éventuellement de refroidissement à appliquer pour minimiser la valeur de la fonction de coût en utilisant des méthodes classiques comme les méthodes de la sécante et/ou de descente de gradient.

Du fait des choix de l’utilisateur, certains critères de qualité peuvent ne pas être intégrés dans la fonction de coût mais ils peuvent être évalués par la suite et retournés à l’utilisateur à titre d’information.

L’algorithme d’optimisation 10 peut être mis en œuvre avant le lancement de l’opération de cuisson/refroidissement, lorsque les paramètres de fonctionnement du four correspondant aux critères de qualité souhaités pour le produit :

1. ne sont pas présent dans la base de données 4, si la base de données 4 a été préalablement créée ;
2. ne peuvent être déterminés par interpolation à partir des solutions existantes présentes dans la base de données 4, si la base de données 4 a été préalablement créée ;
3. pour créer la base de données 4 elle-même ;
4. en l’absence de ladite base de données 4.

Dans le cas de la création de la base de données 4, les matrices de correspondance entre des images de couleurs et des températures maximums à atteindre, sont le résultat de l’algorithme d’optimisation préalablement mis en œuvre et dont les données d’entrées et les données de sortie ont été sauvegardées dans ladite base de données 4. Le procédé selon l’invention peut sélectionner dans la base de données 4, une fois celle-ci créée, les conditions de chauffage et de refroidissement éventuel adéquates lorsque celles-ci correspondent aux choix du consommateur ou qu’elles en sont très proches selon un premier critère ou degré de proximité préalablement défini. Il est aussi possible de calculer de nouvelles matrices cibles par interpolation entre des matrices cibles stockées dans la base de données 4 si aucune des solutions existant dans la base de données 4 ne sont suffisamment proches des choix du consommateur selon le premier critère ou degré de proximité mais suffisamment proche selon un deuxième critère ou degré.

En ce qui concerne le niveau de jutosité, il peut être basé à la fois sur des niveaux de concentrations en eau calculés dans l’ensemble du volume du produit et sur des différences de teneur en eau simulées dans différentes zones du produit, par exemple entre le centre du produit et sa périphérie.

La création de la base de données 4 comprend une étape de classification des données dans ladite base de données 4. La classification repose sur une interprétation des données de qualité simulées en fonction des données caractéristiques du four, du produit et des choix de critères de qualité de l’utilisateur. L’interprétation des données de qualité simulées peut être réalisée au niveau sensoriel, nutritionnel, ou sanitaire. Par exemple, deux profils de gradients de couleur ou deux niveaux de jutosité calculés sont considérés comme appartenant à une même classe si le consommateur peut les percevoir comme identiques ou similaires. De la même manière, les compositions en nutriments ou en micronutriments comme les vitamines et le fer, sont considérés comme appartenant à une même classe si leurs impacts sur les besoins nutritionnels du consommateur sont équivalents en fonction de la variabilité observée sur le produit cru puis cuit. Deux traitements de cuisson peuvent être considérés comme ayant un même niveau de sécurité microbiologique et toxicologique lorsqu’une combinaison entre une valeur d’inactivation calculée et une variabilité d’une contamination initiale conduit à un niveau de contamination ou un danger similaire sur le produit cuit.

La base de données 4 générée à partir des modèles de transfert/réaction peut reposer sur une table de données qui, après construction contient par exemple tout ou partie des champs suivants : des modes de cuisson/refroidissement, des configurations de fonctionnement du four utilisées, des types de produits considérés, éventuellement une variation de la composition du ou des produit(s), des formes de produit possibles, différentes dimensions liées à cette forme, des durées de différentes étapes de cuisson et de refroidissement, des variables de contrôle du four utilisées pour chacune des étapes de cuisson et de refroidissement comme la vitesse et la température de l’air, de la température des parois, l’humidité dans l’enceinte et des classes ou niveaux de qualité obtenus pour chaque cas simulé ainsi que chacune des dimensions de qualités considérées parmi les dimensions sensorielles, nutritionnelles, sanitaires.

L’algorithme d’optimisation 10 peut également renvoyer une indication d’impossibilité de calculer des paramètres de fonctionnement du four si, pour les critères de qualité sélectionnés par l’utilisateur, l’algorithme d’optimisation ne peut converger vers une solution, par exemple dans un délai maximum qui peut être fixé.

Si les critères de qualité sont considérés comme atteints alors les paramètres de fonctionnement du four correspondant sont transmis sous la forme de consignes à l’utilisateur pour qu’il les applique au four ou bien ils sont transmis directement au four lui-même si une interface de communication existe entre le four et le calculateur exécutant l’algorithme d’optimisation 10 selon l’invention.

En ce qui concerne le dispositif de mise en œuvre du procédé selon l’invention, il comprend au moins un calculateur comprenant un processeur associé à une mémoire non volatile, ainsi qu’une liaison vers une interface avec un utilisateur. Le dispositif peut en outre comprendre une base de données en liaison avec le calculateur.

Dans une version du dispositif selon l’invention, l’utilisateur dispose d’un terminal mobile d’interface avec le calculateur lui permettant de saisir les informations nécessaires à la mise en œuvre du procédé selon l’invention. Le terminal mobile comprend lui-même une liaison avec le calculateur. La liaison peut être filaire, ou sans fil par exemple par réseau cellulaire ou par tout autre réseau sans fil. Alternativement, le calculateur et éventuellement la base de données peuvent être intégrés audit terminal mobile.

Les figures 4 à 7 donnent un exemple d’utilisation d’une interface d’application logicielle avec un utilisateur, s’exécutant sur un terminal mobile dans le cadre de la mise en œuvre du procédé selon l’invention.

Dans l’exemple présenté, le programme d’ordinateur implémentant les instructions propres au procédé de contrôle de cuisson d’au moins un produit alimentaire, est exécuté sur un calculateur d’un serveur distant comprenant une interface de communication avec un terminal mobile à la disposition de l’utilisateur et une base de données. Le terminal mobile comprend une application logicielle d’interface homme-machine, ou IHM, permettant un dialogue entre le serveur distant et l’utilisateur. L’utilisateur peut, au moyen de cette IHM, renseigner des informations sur le produit à cuire dans le four et sur les qualités de cuisson recherchées. Ensuite, ces informations sont transmises au calculateur du serveur distant qui met en œuvre l’algorithme d’optimisation des paramètres de fonctionnement du four pour l’aliment en question et les qualités de cuisson recherchées.

La figure 4 représente une première fenêtre affichée sur l’IHM et permettant de sélectionner le produit à cuire. Le terminal mobile peut être équipé d’un écran tactile. La première fenêtre peut présenter une liste de produits parmi lesquels l’utilisateur peut sélectionner le produit à cuire. Dans l’exemple représenté sur la figure 4, deux produits sont présentés, associés à une photo pour chacun des produits : un rôti de bœuf et un rôti de porc. Il est bien entendu possible d’envisager un nombre de produits plus important. L’utilisateur sélectionne donc le produit qu’il désire mettre à cuire. Une fois le produit sélectionné, une deuxième fenêtre apparait.

La figure 5 représente la deuxième fenêtre qui permet à l’utilisateur de renseigner plusieurs types d’informations nécessaires à l’optimisation de la cuisson. Dans l’exemple représenté sur la figure 5, l’utilisateur a sélectionné un rôti de bœuf. L’utilisateur est alors amené à saisir des informations concernant la taille du rôti : sa longueur en cm, sa largeur en cm et sa hauteur en cm. Dans l’exemple présenté, on considère que la géométrie de l’aliment est parallélépipédique. L’utilisateur est également invité à saisir une heure du repas.

Sur l’exemple représenté, la qualité de cuisson proposée au choix de l’utilisateur est un degré de cuisson du produit. La plupart des consommateurs jugent du degré de cuisson d’une viande de bœuf par une appréciation visuelle du profil de couleurs obtenu sur les tranches du rôti en fin de cuisson. La deuxième fenêtre présente donc à l’utilisateur des options de gradients de couleurs possibles dans des tranches de produit à l’aide d’images représentant plusieurs types de cuisson : bleu, saignant, à point, bien cuit. Une première image de viande bleue montre deux zones de degrés de cuisson différentes 50, 51 entre lesquelles un gradient de couleurs est représenté. Une première zone périphérique 50 correspond à une couleur de viande bien cuite alors qu’une deuxième zone centrale 51 correspond à une couleur de viande saignante. Sur la deuxième image de viande saignante, la première zone périphérique 50 est de taille plus importante que sur la première image 51, la deuxième zone centrale 50 s’en trouve alors réduite. Sur la troisième image de viande à point, la première zone périphérique 50 est de taille plus importante que sur la deuxième image, et la deuxième zone centrale 50 est donc de taille plus réduite que sur la deuxième image. La quatrième image de viande bien cuite présente une seule coloration correspondant à la première zone périphérique 50 sur les autres figures, c’est-à-dire de la couleur d’une viande bien cuite. La deuxième zone centrale correspondant à une viande saignante est inexistante sur l’image de la viande bien cuite.

Il s’agit, dans l’exemple présenté, de contrôler la durée de cuisson/refroidissement nécessaire pour que le consommateur obtienne le degré de cuisson désiré dans la tranche localisée au centre du rôti, ladite durée de cuisson/refroidissement ainsi que des informations sur le nombre de tranches cuites ou saignantes obtenues en fin de cuisson.

Dans le cadre de l’exemple présenté, les capacités et caractéristiques du four ont été préalablement analysées et déterminées. Toujours dans le cadre de l’exemple, le four utilisé fonctionne dans des conditions stationnaires, après une période de préchauffage. Une banque ou base de données d’images a été préalablement constituée pour représenter visuellement différents degrés de cuisson qui sont reproduits sur la deuxième fenêtre pour une tranche centrale dans le rôti. Chacune des images est mise en relation dans la base de données avec un gradient de couleurs, lui-même associé à une matrice de températures maximales à atteindre à la fin du traitement thermique dans la tranche localisée au milieu du rôti.

L’utilisateur sélectionne une image selon la cuisson désirée : cette dernière s’affiche comme image sélectionnée.

Une fois l’ensemble des paramètres saisis, l’utilisateur sélectionne le bouton « Lancer la cuisson ».

Sur cette action les paramètres saisis par l’utilisateur sont transmis au serveur distant par l’application logicielle d’interface ou IHM du terminal mobile. L’application logicielle d’IHM peut transmettre les informations par exemple en utilisant un Service Web ou tout autre mode de communication adéquat. Le calculateur du serveur distant met alors en œuvre l’algorithme d’optimisation de la cuisson.

Pendant l’exécution de l’algorithme d’optimisation de la cuisson sur le calculateur du serveur distant, une troisième fenêtre s’affiche sur le terminal mobile tel que représenté sur la figure 6. Cette troisième fenêtre indique que les calculs sont en cours et affiche tous les éléments précédemment renseignés par l’utilisateur dont la longueur : 10cm, la largeur : 6cm, la hauteur 6cm, du rôti ainsi que l’heure du repas : 12:30 et l’image sélectionnée : Bien Cuit. L’application logicielle d’IHM se met, par exemple, en attente des résultats de l’algorithme d’optimisation en interrogeant cycliquement le Service Web. Le Service Web délivre les résultats dès que le serveur distant a terminé ces calculs.

La figure 7 représente les résultats de l’algorithme d’optimisation de la cuisson sur une quatrième fenêtre. Sur cette quatrième fenêtre sont indiqués :
- le temps de cuisson : 52 min ;
- l’heure recommandée pour enfourner le rôti, calculée notamment en fonction de l’heure prévue pour le repas : 11:30 ;
- la moyenne de différence de températures entre les différentes parties du rôti : 0 ;
- le nombre de tranches saignantes : 0 ;
- le nombre de tranches bien cuites : 10.

L’utilisateur peut alors soit valider le résultat, soit modifier les paramètres qu’il a précédemment spécifiés pour obtenir, par exemple, un temps de cuisson différent, un nombre de tranches saignantes ou bien cuites différent.

Il est ainsi possible de définir à quel moment lancer la cuisson pour passer à table à l’heure souhaitée ou encore de lancer la cuisson et maintenir le produit chaud sans évolution de sa couleur ni du degré de cuisson jusqu’au moment de passer à table.

Lorsque l’utilisateur valide les paramètres de cuisson, ceux-ci peuvent être transmis au four automatiquement si le four dispose d’une interface d’échange de données avec le serveur de calcul distant, ou le terminal mobile.

Dans l’exemple considéré, le calcul des consignes est réalisé sans passer par l’utilisation d’une base de données, en réalisant une simulation directe : le calcul des consignes à appliquer au four pour la présente cuisson dure quelques dizaines de secondes. Avantageusement, il est ainsi possible de mettre en œuvre une interaction entre l’utilisateur et le serveur distant pour réaliser plusieurs calculs à la suite.

Typiquement, chacun des moyens du dispositif selon l’invention précédemment décrits peut comprendre au moins un ordinateur, une unité centrale ou de calcul, un circuit électronique analogique (de préférence dédié), un circuit électronique numérique (de préférence dédié), et/ou un microprocesseur (de préférence dédié), et/ou des moyens logiciels.

Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention.

Claims (22)

1. Procédé de contrôle de cuisson d’au moins un produit alimentaire (5) dans une enceinte à convection avec circulation de fluide, caractérisé en ce que des consignes de programmation (11) de fonctionnement de l’enceinte à convection sont produites par un calculateur (12) sur lequel s’exécute des instructions relatives à un logiciel mettant en œuvre un algorithme de modélisation de la cuisson de l’au moins un produit alimentaire, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes :

   1. prise en compte de domaines d’évolution de caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à convection ;
   2. prise en compte d’une qualité de cuisson (4) de l’au moins un produit alimentaire (5) ;
   3. prise en compte de caractéristiques physiques définissant l’au moins un produit alimentaire ;
   4. calcul des consignes de programmation (11) du fonctionnement de l’enceinte à convection par optimisation (10) de la qualité de cuisson du produit alimentaire (5), ladite optimisation (10) mettant en œuvre une modélisation de ladite cuisson de l’au moins un produit alimentaire (5), ladite modélisation réalisant des calculs de transfert de chaleur et de matière au moins entre ladite enceinte et ledit au moins un produit alimentaire (5) en fonction des caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à convection et des caractéristiques physiques définissant l’au moins un produit alimentaire (5), lesdits calculs de transfert produisant une modélisation de l’évolution de température et de teneur en eau de l’au moins un produit alimentaire, un modèle d’évolution d’un critère de qualité de cuisson déterminant ladite qualité de la cuisson en fonction de la modélisation de l’évolution de la température et de la teneur en eau de l’au moins un produit alimentaire au cours de la cuisson, la qualité de cuisson déterminée par la modélisation de la cuisson étant comparée à la qualité de cuisson prise en compte, jusqu’à l’obtention d’une qualité de cuisson optimale par rapport à la qualité de cuisson prise en compte, en faisant évoluer les caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à convection ;
   5. extraction des caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à convection correspondant à l’obtention de la qualité de cuisson optimale ;
   6. application à l’enceinte à convection des consignes de programmation correspondant aux caractéristiques de fonctionnement de consignes pour l’obtention de la qualité de cuisson optimale.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la qualité de cuisson du produit alimentaire est composée d’un ou plusieurs des critères suivants :

   1. niveau de cuisson ;
   2. gradient de couleur ;
   3. niveau de jutosité ;
   4. épaisseur de la croute ;
   5. qualité nutritionnelle ;
   6. niveau de sécurité sanitaire.
3. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le calcul des consignes de programmation comprend une étape de construction d’un modèle en trois dimensions du produit alimentaire, ledit modèle étant composé d’un ou plusieurs parallélépipèdes et/ou d’un ou plusieurs cylindres et/ou d’une ou plusieurs sphères.
4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’au moins un des parallélépipèdes et/ou un des cylindres et/ou une des sphères modélise une partie de l’au moins un produit alimentaire ayant des caractéristiques physiques différentes des autres parallélépipèdes et/ou cylindres et/ou sphères.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les calculs de transfert de chaleur et de matière sont réalisés sur un maillage en trois dimensions du modèle de l’au moins un produit alimentaire en imposant des conditions aux limites définies entre différents milieux présents dans l’enceinte à convection, sur chacune des faces du ou des parallélépipèdes et/ou du ou des cylindres, et/ou de la ou des sphères.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les calculs de transfert de chaleur sont réalisés en une dimension selon chaque axe d’un repère orthogonal du modèle du produit alimentaire, dont l’un des axes est parallèle à un axe d’élongation dudit modèle de l’au moins un produit alimentaire, les conditions aux limites définies pour chaque axe étant les conditions aux limites des faces du modèle en intersection avec chaque axe du repère orthogonal.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite optimisation comprend en outre une minimisation d’un écart entre une qualité de cuisson déterminée et une qualité de cuisson prise en compte, jusqu’à l’obtention d’un écart de qualité correspondant à un niveau d’admissibilité préalablement fixé pour ledit écart de qualité.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite optimisation comprend en outre une comparaison avec une valeur minimale ou une valeur maximale, ladite qualité de cuisson déterminée optimale étant respectivement supérieure à ladite valeur minimale ou inférieure à ladite valeur maximale.
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’optimisation de la qualité de cuisson prend en compte un ou plusieurs critères temporels parmi : une heure de début de cuisson, une heure de fin de cuisson, une heure de consommation du produit alimentaire.
10. Procédé selon l’une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu’un modèle d’évolution de la qualité de cuisson mets en œuvre différents modèles parmi : un modèle d’évolution du niveau de cuisson du produit alimentaire, un modèle décrivant les profils de couleur dans le produit, un modèle d’évolution de la jutosité, un modèle d’évolution de la qualité nutritionnelle de l’au moins un produit alimentaire, un modèle d’évolution de la microbiologie, de la toxicologie de l’au moins un produit alimentaire, un modèle d’évolution de croute, lesdits modèles étant fonction de l’évolution de température et/ou de teneur en eau du produit alimentaire au cours de la cuisson.
11. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il prend en compte des domaines d’évolution de caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à convection, lesdites caractéristiques de fonctionnement correspondant à une ou plusieurs des fonctionnalités suivantes de l’enceinte à convection :

    1. une émission de vapeur ;
    2. une émission d’air et de vapeur d’eau mélangés ;
    3. une émission d’air pulsé chaud et/ou froid ;
    4. une émission d’air tournant ;
    5. une émission d’air à très grande vitesse ;
    6. une émission d’air mélangé à des gouttelettes d’eau ;
    7. un refroidissement par contact de l’air de l’enceinte avec un dispositif de refroidissement ;
    8. un chauffage par contact de l’air de l’enceinte avec un dispositif de chauffage.
12. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est adapté à une enceinte à convection comprenant plusieurs cavités, lesdites cavités étant chauffées ou refroidies indépendamment les unes des autres.
13. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est adapté à une enceinte à convection comprenant un système permettant de chauffer et/ou de refroidir un support sur lequel repose le produit indépendamment de l’action du fluide dans ladite enceinte.
14. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’enceinte à convection disposant de moyens de refroidissement, lesdits calculs de transferts de chaleur prennent en compte des phases de chauffage et de refroidissement.
15. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le produit étant en contact avec un support avec lequel il réalise des transferts de chaleur, lesdits calculs de transferts de chaleur prennent en compte les transferts de chaleur entre l’au moins un produit et le support et, entre le support et l’enceinte à convection.
16. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend en outre les étapes suivantes :

    1. recherche, dans une base de données d’un ensemble de données optimisant un degré de proximité pour la qualité de cuisson prise en compte pour l’au moins un produit alimentaire et ladite enceinte à convection, ladite base de données comprenant des ensembles de données, chaque ensemble de données comprenant :
       1. une qualité de cuisson du produit alimentaire
       2. pour au moins un produit alimentaire défini par ses caractéristiques physiques et
       3. pour des caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à convection,
       4. associés à une ou plusieurs consignes de programmation de fonctionnement de l’enceinte à convection ;
    2. si le degré de proximité optimisé est inférieur à un premier degré de proximité fixé, alors les consignes de programmation associées à l’ensemble de données optimisant le degré de proximité, sont appliquées à l’enceinte à convection ;
    3. si le degré de proximité optimisé est supérieur au premier degré de proximité fixé et si le degré de proximité est inférieur à un deuxième degré de proximité fixé, supérieur au premier degré de proximité fixé, alors les consignes de programmation appliquées à l’enceinte à convection sont des consignes de programmation interpolées par rapport à des consignes de programmation associées à l’ensemble de données optimisant le degré de proximité ;
    4. si le degré de proximité optimisé est supérieur au deuxième degré de proximité fixé alors l’étape de calcul des consignes de programmation du fonctionnement de l’enceinte à convection par optimisation de la qualité de cuisson de l’au moins un produit alimentaire est mise en œuvre, suivie des étapes d’extraction des caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à convection et d’application à l’enceinte à convection des consignes de programmation correspondant aux caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte pour l’obtention de la qualité de cuisson optimale.
17. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la base de données est construite avec un échantillon de qualité de cuisson du produit alimentaire, associée à des caractéristiques physiques définissant le produit alimentaire, ladite base de données étant construite selon les étapes suivantes :

    1. calcul des consignes de programmation du fonctionnement de l’enceinte à convection par optimisation de la qualité de cuisson du produit alimentaire, ladite optimisation mettant en œuvre une modélisation de ladite cuisson de l’au moins un produit alimentaire, ladite modélisation réalisant des calculs de transfert de chaleur et de matière au moins entre ladite enceinte et ledit au moins un produit alimentaire en fonction des caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à convection et des caractéristiques physiques définissant l’au moins un produit alimentaire, lesdits calculs de transfert produisant une modélisation de l’évolution de température et de teneur en eau de l’au moins un produit alimentaire, un modèle d’évolution d’un critère de qualité de cuisson déterminant ladite qualité de la cuisson en fonction de la modélisation de l’évolution de la température et de la teneur en eau de l’au moins un produit alimentaire au cours de la cuisson, la qualité de cuisson déterminée par la modélisation de la cuisson étant comparée à la qualité de cuisson prise en compte, ladite optimisation comprenant en outre une minimisation de l’écart entre la qualité de cuisson déterminée et la qualité de cuisson prise en compte jusqu’à l’obtention d’un écart de qualité correspondant à un niveau d’admissibilité préalablement fixé pour ledit écart de qualité, en faisant évoluer les caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à convection ;
    2. extraction des caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à convection pour l’obtention de la qualité de cuisson optimale ;
    3. enregistrement dans ladite base de données :
       1. des caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à convection extraite ;
       2. de ladite qualité de cuisson optimale du produit alimentaire,
       3. dudit produit alimentaire défini par ses caractéristiques physiques ;
       4. des caractéristiques de fonctionnement de ladite enceinte à convection pour l’obtention de la qualité de cuisson optimale.
18. Dispositif de contrôle de cuisson d’au moins un produit alimentaire dans une enceinte à convection avec circulation d’air, caractérisé en ce qu’il comprend :

    1. une interface logicielle avec un utilisateur, ladite interface logicielle :
       1. proposant différentes qualités de cuisson de l’au moins un produit alimentaire ;
       2. transmettant une qualité de cuisson de l’au moins un produit alimentaire à un calculateur sur lequel s’exécute des commandes générées par un logiciel mettant en œuvre le procédé de cuisson d’au moins un produit alimentaire dans une enceinte à convection avec circulation d’air selon l’une quelconque des revendications 1 et 17 ;
    2. ledit calculateur.
19. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce qu’il comprend un terminal mobile intégrant ladite interface logicielle.
20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que le terminal mobile intègre ledit calculateur.
21. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 18 à 20, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une liaison de données pour une transmission des consignes de programmation à ladite enceinte, lesdites consignes de programmation correspondant aux caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte pour l’obtention de la qualité de cuisson optimale.
22. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 18 et 19, caractérisé en ce que l’enceinte à convection comprend ledit calculateur.