FR3119476A3

FR3119476A3 - dispositif de traçabilité d'un produit périssable stocké dans un emballage de transport

Info

Publication number: FR3119476A3
Application number: FR2109402A
Authority: FR
Inventors: Patrick Bacot
Original assignee: Alizent International SA
Current assignee: Alizent International SA
Priority date: 2021-09-08
Filing date: 2021-09-08
Publication date: 2022-08-05
Anticipated expiration: 2031-09-08
Also published as: FR3119476B3

Abstract

L’invention concerne un dispositif de traçabilité d'un produit périssable stocké dans un emballage de transport, le dispositif comportant au moins un capteur de température (1) de la surface externe de l'emballage, une source d'énergie électrique (4), une unité de commande (5) alimentée par la source d'énergie (4), une mémoire (2) agencée pour stocker des informations relatives à un modèle de comportement thermique du produit périssable. Figure d’abrégé : Fig. 1

Description

dispositif de traçabilité d'un produit périssable stocké dans un emballage de transport

La présente invention concerne un dispositif de traçabilité d'un produit périssable stocké dans un emballage de transport et procédé de surveillance de la température du produit périssable.

Afin de d’estimer la température d’un produit périssable de façon non intrusive, il est proposé un dispositif électronique de traçabilité installé dans l’emballage de transport du produit et reposant sur une prise de mesure de température de surface en un ou plusieurs points, combiné avec un calcul de propagation de la chaleur propre au produit périssable et à son conditionnement. Ce calcul repose sur un modèle thermocinétique de complexité réduite dont les paramètres sont associés au produit.

Le contrôle du respect de contraintes de température est une préoccupation constante dans la production, le stockage, et le transport de produits périssables. Afin d’assurer ce contrôle, la solution naturelle est d’effectuer une mesure de température, mais celle-ci pose plusieurs problèmes :

La prise de température de surface, qui est simple à mettre en œuvre n’est pas toujours pertinente dans la mesure où elle réagit trop rapidement aux expositions courtes à des températures trop élevées (lors par exemple une ouverture de porte ou d’emballage), qui en réalité n’ont pas d’impact significatif sur le produit à conserver, en particulier lorsque celui-ci est conditionné dans un emballage isolé.
La prise de température des points d’intérêt est difficile à opérer sans dispositif intrusif pouvant éventuellement contaminer le produit ou dégrader son aspect extérieur.
La température seule n’est qu’un des paramètres importants dans une chaîne logistique, la nature du produit, certaines caractéristiques, son origine etc. sont également des données qu’il est souhaitable d’avoir à disposition à diverses étapes, et si possible sous forme électronique.

Les solutions couramment utilisées pour la traçabilité des produits périssables se répartissent en deux catégories :

Enregistreurs de température assurant simplement la mise en mémoire de l’évolution de la température en fonction du temps. Ces enregistreurs sont relevés, par exemple à la fin d’une étape de transport pour vérifier que la température est restée à l’intérieur de certaines bornes. L’inconvénient de ces dispositifs est de mesurer une température en un point qui n’est pas toujours pertinent en matière de conservation du produit périssable.
Dispositifs témoins à base de matériau indicateur reposant sur des principes physico-chimiques, bien qu’efficaces, ces dispositifs ont été progressivement abandonnés du fait de leur coût et de leur usage unique, ils présentent également l’inconvénient de prendre une température qui n’est pas pertinente dans de nombreux cas, du fait d’une inertie thermique très faible. Par leur nature, ils ne permettent pas, contrairement aux enregistreurs, de déterminer à quel moment les conditions de transport n’ont pas été respectées.

La présente invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant un dispositif de traçabilité d'un produit périssable stocké dans un emballage de transport, le dispositif comportant au moins un capteur de température de la surface externe de l'emballage, une source d'énergie électrique, une unité de commande alimentée par la source d'énergie, une mémoire agencée pour stocker des informations relatives à un modèle de comportement thermique du produit périssable.

Un tel dispositif permet, avec un investissement modeste au niveau des emballages réutilisables, de sécuriser les chaînes logistiques et en particulier de contrôler le respect de la chaîne du froid, tout en s’insérant de façon fluide et automatique aux systèmes de gestion de production en amont et en aval.

L’invention concerne en outre un procédé de surveillance de la température d'un produit périssable stocké dans un emballage de transport, à l'aide d'un dispositif tel que décrit ci-dessus, le procédé comportant les étapes de :

stocker dans la mémoire, des informations relatives à la nature du produit périssable, notamment la température initiale du produit périssable au moment de son stockage dans l'emballage,
stocker dans la mémoire, un modèle de comportement thermique du produit périssable,
stocker dans la mémoire, une température minimale admise pour le produit périssable et une température maximale admise pour le produit périssable,
mesurer la température de la surface externe de l'emballage,
calculer une température d'intérêt à partir de la température mesurée et du modèle de comportement thermique du produit périssable,
déterminer si la température d'intérêt est comprise ou non, dans la plage des températures admises.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.

La est une représentation schématique d’un dispositif de traçabilité d'un produit périssable stocké dans un emballage de transport, selon l’invention ;

La est une représentation schématique d’un procédé de surveillance de la température d'un produit périssable stocké dans un emballage de transport selon l’invention.

Comme visible sur la , un dispositif de traçabilité repose sur plusieurs éléments insérés dans un emballage de transport réutilisable (container, caisse, caissette etc..) d’un produit périssable et coopérant pour assurer une traçabilité complète de ce produit (composition, conditions thermiques de conservation, …).

Le dispositif comprend une ou plusieurs sondes de température 1 permettent un échantillonnage périodique d’un vecteur température servant d’élément d’entrée pour un calcul de simulation thermique.

Le dispositif comporte en outre une mémoire 2 est utilisée pour stocker les éléments permettant d’enregistrer le contenu et de réaliser les simulations thermiques :

La nature du ou des produits ;
La quantité de produit ;
Le modèle thermique, constitué d’un ensemble de coefficients utilisés dans le calcul décrit ci-dessous ;
Des données de traçabilité (origine, date de production, date de péremption etc…).

Cette mémoire 2 peut comporter des circuits annexes permettant par exemple :

D’établir une communication radioélectrique avec l’extérieur, par exemple un terminal portable ou tout autre moyen électronique capable d’échanger des informations par voie radioélectrique avec la mémoire 2 ;
L’alimentation en énergie de l’ensemble du dispositif dans le cas où celui-ci est équipé d’une source d’énergie rechargeable, ceci pour éviter de remplacer des piles, ce qui facilite grandement l’installation du dispositif dans un conditionnement scellé parfaitement étanche (cette caractéristique étant importante pour des éléments très facilement soumis à des conditions de condensation ou à du givre).

Le dispositif comporte en outre un moyen de conversion radioélectrique 3 (ou antenne), de préférence utilisant une technologie radioélectrique de type NFC et coopérant avec la mémoire 2 pour le transfert des informations dans un sens comme dans l’autre.

Le dispositif comporte encore un circuit 5 assurant le séquencement des opérations de mesure et d’enregistrement, ce circuit pourra avantageusement être un microcontrôleur 5, qui dans certaines configurations pourra intégrer la mémoire 2, et également des fonctions désormais classiques comme une horloge calendrier permettant de cadencer et dater les événements.

Le dispositif comporte en outre une source d’énergie 4, de préférence rechargeable, telle qu’un accumulateur au lithium ou une supercapacité adaptée aux basses températures.

Optionnellement le dispositif comporte des moyens de signalement tel qu’une LED, ou un Buzzer, permettant de signaler que des conditions de stockage risquent de remettre en cause l’intégrité des produits périssables.

Le dispositif peut comporter des capteurs destinés à contrôler les conditions de transport en dehors des températures (par exemple accélérations, chocs, pression atmosphérique).

Comme visible sur la , le procédé de surveillance de la température du produit périssable est décrit ci-après. Le fonctionnement est décrit en suivant les étapes d’un transport de produit périssable de son installation dans l’emballage de transport, à sa réception et au contrôle a posteriori des conditions de transport.

Après le chargement du produit périssable dans l’emballage, les données sont chargées en mémoire 2 via l’antenne 3, à savoir :

La nature du produit, sa quantité, ses propriétés éventuelles, dont celles relatives à la traçabilité ;
La température du produit ;
La date de référence ;
Les températures minimales et maximales admises.
Le modèle de comportement thermique, c’est-à-dire les coefficients d’un calcul permettant d’établir à tout moment la ou les températures d’intérêt en fonction de la ou des températures mesurées, a priori, mais pas nécessairement, à la surface de l’emballage (le modèle utilisé résulte d’une formulation réduite optimale de l’équation de propagation de la chaleur donnée plus loin et tenant compte de la conductivité, et de la capacité calorifique du produit, et de toutes les caractéristiques géométriques).

Périodiquement, le microcontrôleur 5 procède aux opérations suivantes :

Mesure de la ou des q températures d’entrée 1 soit un vecteur Te(n) de dimension q, q sera typiquement limité à 6, à savoir une température par face de l’emballage pour un parallélépipède ;
Calcul des températures d’intérêt à partir d’un modèle thermique simplifié décrit ci-après ;
Vérification de non dépassement des limites par les températures d’intérêt calculées ;
Signalisation de l’éventuel dépassement sous forme visuelle ou acoustique, avec minimisation de la consommation induite.

En fin de cycle d’utilisation, l’emballage réutilisable est placé contre un support, un rack ou un convoyeur disposant de dispositifs de charge inductive en mesure de charger rapidement la batterie 4, par exemple en quelques minutes. La charge peut se faire en utilisant l’antenne 3 prévue pour la communication de données ou une autre antenne ou bobine inductive dédiée utilisant par exemple une fréquence plus basse et une puissance plus élevée tel que celles mises en œuvre dans la technologie « Qi » utilisée couramment pour la charge des terminaux portables. Le choix entre les deux approches dépend d’une optimisation technico économique.

Le transfert d’énergie via l’antenne de communication n’entraîne quasiment aucun surcoût, mais limite de fait la puissance transférable à quelques dizaines de mW. En fonction du temps de charge envisageable dans la chaîne logistique, une méthode ou l’autre sera choisie.

Le calcul de propagation de la chaleur, sans changement de phase, est décrit ci-après.

Le calcul de la température du produit conservé, en un ou plusieurs points représentatifs, résulte directement de la résolution de l’équation de la chaleur en trois dimensions dans l’ensemble du produit et de son emballage. Reposant sur une équation aux dérivées partielle relativement simple, il requiert, si on veut faire une résolution directe de type « éléments finis », une quantité de calcul non compatible avec l’application. Cependant, il est démontré expérimentalement, que dans les cas pratiques, en l’absence de changement de phase (congélation décongélation), des modèles très simplifiés « semi théoriques », donnent une représentation satisfaisante des phénomènes et permettent des calculs fortement accélérés.

Les documents « Accurate Temperature Estimation for Efficient Thermal Management », de Shervin Sharifi, publié en 2008 et «A Modal Identification Method to Reduce a High Order Model: Application to Heat Conduction Modelling », de D. Petit, R. Hachette, et D. Veyret, publié en 2016, précisent que l’évolution des températures d’intérêt Ts(t) peut être calculée en fonction des températures mesurées Te(t) (représentatives des températures extérieures influençant la propagation de la chaleur) en résolvant l’équation différentielle matricielle suivante :

dX(t) / dt = A.X(t) + B.Te(t)

Ts(t) = C.X(t), avec une condition initiale X(0) connue.

Où :

X est un vecteur d’état est constitué de p réels, p étant la dimension du modèle, p est d’autant plus grand que l’on souhaitera un modèle précis rendant compte finement du comportement du système en régime transitoire. En pratique un modèle de faible dimension avec p compris entre 3 et 10 est largement suffisant.
A est une matrice pxp ; B une matrice pxq ; C une matrice rxp.
A, B, C et X(0) représentent l’ensemble des paramètres du modèle, tous ces paramètres peuvent être établis par différentes méthodes aussi bien expérimentalement, par identification, qu’à partir d’une simulation thermique complète reposant par exemple sur un calcul par éléments finis.
r est ici le nombre de températures d’intérêt, souvent limité à 1.

Pratiquement, la résolution se fait simplement par pas de temps discrétisé et se ramène à chaque pas de temps aux étapes suivantes :

Mesure de la ou des q températures d’entrée [1] soit un vecteur Te(n) de dimension q, q sera typiquement limité à 6, à savoir une température par face de l’emballage pour un parallélépipède ;
Calcul du vecteur d’état X(n) = A.X(n-1) + B.Te(n).Δt. ;
Calcul du vecteur de température des points d’intérêt Ts(n) = C.X(n).

Le calcul de propagation de la chaleur, avec changement de phase, est décrit ci-après.

Dans le cas où des changements de phase sont à prendre en compte dans le calcul thermique, des modèles simplifiés peuvent être appliqués, comme le montre le document « Inverse method for the simultaneous estimation of the Thermophysical properties of foods at freezing temperatures », de I. Cornejo, publié en 2016. Dans ce cas, les matrices A et B sont une fonction de la température.

Claims

Dispositif de traçabilité d'un produit périssable stocké dans un emballage de transport, le dispositif comportant au moins un capteur de température (1) de la surface externe de l'emballage, une source d'énergie électrique (4), une unité de commande (5) alimentée par la source d'énergie (4), une mémoire (2) agencée pour stocker des informations relatives à un modèle de comportement thermique du produit périssable.
Procédé de surveillance de la température d'un produit périssable stocké dans un emballage de transport, à l'aide d'un dispositif selon la revendication précédente, le procédé comportant les étapes de :
stocker dans la mémoire (2), des informations relatives à la nature du produit périssable, notamment la température initiale du produit périssable au moment de son stockage dans l'emballage,

stocker dans la mémoire (2), un modèle de comportement thermique du produit périssable,

stocker dans la mémoire (2), une température minimale admise pour le produit périssable et une température maximale admise pour le produit périssable,

mesurer la température de la surface externe de l'emballage,

calculer une température d'intérêt à partir de la température mesurée et du modèle de comportement thermique du produit périssable,

déterminer si la température d'intérêt est comprise ou non, dans la plage des températures admises.