FR3130380A1

FR3130380A1 - Procédé d’estimation par un nez électronique de l’état de transformation d’un produit en cours de cuisson

Info

Publication number: FR3130380A1
Application number: FR2113438A
Authority: FR
Inventors: David HARBINE; Yanis Caritu
Original assignee: Aryballe SA
Current assignee: Aryballe SA
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2021-12-14
Publication date: 2023-06-16
Anticipated expiration: 2041-12-14
Also published as: FR3130380B1; WO2023110771A1

Abstract

L’invention porte sur un procédé d’estimation par un nez électronique d’un état de transformation d’un produit en cours de cuisson susceptible de se transformer par émission de composés organiques volatils, comportant les étapes suivantes : détermination, en cours de cuisson du produit, d’une signature des composés organiques volatils par le nez électronique ; détermination d’une variance associée aux valeurs de la signature ; détermination d’un écart de variance moyen, par comparaison de la variance obtenue à des valeurs issues d’une base de données ; identification de l’état du produit comme étant un premier état ou un deuxième état selon que la variance est respectivement supérieure ou inférieure à l’écart de variance moyen. Figure pour l’abrégé : Fig.1A

Description

Procédé d’estimation par un nez électronique de l’état de transformation d’un produit en cours de cuisson

Le domaine de l’invention est celui de l’estimation d’un état de transformation d’un produit en cours de cuisson, le produit étant susceptible de se transformer par émission de composés organiques volatils. A titre d’exemple, il peut s’agir de l’estimation de l’état de cuisson d’un produit alimentaire entre un premier état non cuit et un deuxième état cuit.

L’estimation de l’état de transformation est effectuée par un système d’estimation équipé d’un nez électronique, lequel comporte une surface fonctionnalisée adaptée à interagir par adsorption/désorption avec les composés organiques volatils.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

Certains produits sont susceptibles de se transformer en cours de cuisson par l’émission de composés organiques volatils. C’est le cas de produits par exemple alimentaires dans le cadre d’une cuisson alimentaire, comme de produits non alimentaires dans le cas d’une cuisson dite industrielle.

La cuisson correspond ici à une technique de chauffe d’un produit conduisant à une transformation de celui-ci. La cuisson du produit, situé dans un environnement gazeux, peut être effectuée entre autres par convection naturelle, par convection forcée, voire par micro-ondes. Le produit en cours de cuisson peut alors se transformer en émettant des composés organiques volatils, et changer d’état de transformation en passant d’un premier état (par exemple un état non cuit) à un second état (état cuit).

Le document WO2021/140303A1 décrit un exemple d’un procédé et un système d’estimation, au moyen d’un nez électronique, d’un état de transformation d’un produit par émission de composés organiques volatils, pour en déduire par exemple un état de fraîcheur ou de dégradation du produit. Le système d’estimation comporte un nez électronique qui permet de détecter notamment la quantité de composés organiques volatils présents dans un échantillon gazeux. Ce nez électronique est un dispositif d’identification d’odeurs utilisant la technique de détection par résonance plasmonique de surface (SPR, pourSurface Plasmon Resonance, en anglais), et plus précisément par imagerie SPR.

Cependant, il existe un besoin de disposer d’un procédé et d’un système d’estimation de l’état de transformation du produit en cours de cuisson, au moyen d’un nez électronique, pour connaître notamment le passage d’un premier état de transformation du produit (par exemple un état ‘non cuit’) à un deuxième état (par exemple l’état ‘cuit’).

L’invention a pour objectif de remédier au moins en partie aux inconvénients de l’art antérieur, et plus particulièrement de proposer un procédé d’estimation de l’état de transformation d’un produit en cours de cuisson, entre notamment un premier état de transformation et un deuxième état, au moyen d’un nez électronique adapté à détecter les composés organiques volatils qu’émet le produit en cours de cuisson, sans avoir à effectuer des mesures de la température interne du produit.

Pour cela, l’objet de l’invention est un procédé d’estimation d’un état de transformation d’un produit en cours de cuisson susceptible de se transformer par émission de composés organiques volatils et de passer ainsi à une température seuil T_thprédéfinie d’un premier état à un deuxième état, au moyen d’un système d’estimation, comportant une surface fonctionnalisée ayant K sites sensibles, avec K>1, avec lesquels les composés organiques volatils sont aptes à interagir par adsorption/désorption, et adapté à déterminer une information (Sn_(k))₁ _≤k≤Kdite signature formée de K valeurs représentatives des interactions d’adsorption/désorption des composés organiques volatils avec les sites sensibles.

Le procédé comporte les étapes suivantes :

fourniture d’une base de données comportant la température seuil T_th; et pour N produits similaires au produit P à cuire, dits produits-test, d’indice n allant de 1 à N avec N>1 : une évolution temporelle V_ref(n)(t) d’une variance dite de référence V_ref(n)associée à une signature (Sn_ref(k,n))₁ _≤k≤Kreprésentative des interactions d’adsorption/désorption de composés organiques volatils émis par le produit-test considéré avec une surface fonctionnalisée identique à celle du système d’estimation, obtenue lors d’une cuisson du produit-test ; et une valeur seuil V_ref,th(n)de la variance de référence V_ref(n)pour laquelle une température interne T_intdu produit-test (Pt_(n)) considéré est égale à la température seuil T_th;
cuisson du produit dans un four de cuisson porté à une température de consigne T_cau moins égale à ladite température seuil T_th, et exposition de la surface fonctionnalisée du système d’estimation à un échantillon gazeux provenant du four de cuisson et susceptible de contenir les composants organiques volatils ; au cours de laquelle sont effectuées les étapes suivantes :
a) détermination d’une signature (Sn_(k)(t_i))₁ _≤k≤K, par le système d’estimation, pour un instant de caractérisation, des composés organiques volatils contenus dans l’échantillon gazeux ;
b) détermination d’une valeur de variance V(t_i) associée à la signature (Sn_(k)(t_i))₁ _≤k≤Kdéterminée, et stockage de la valeur de variance V(t_i) obtenue pour obtenir une évolution temporelle V(t) de la variance V ;
c) détermination de N valeurs d’un écart de variance (ΔV_(n)(t_i))_1≤n≤Npar différence entre la valeur de variance V(t_i) déterminée et les N valeurs seuil (V_ref,th(n))_1≤n≤Ndes variances de référence V_ref(n);
d) détermination de N valeurs d’une similarité (SV_(n)(t_i))_1≤n≤Nentre l’évolution temporelle V(t) de la variance V et lesdites N évolutions temporelles (V_ref(n)(t))_1≤n≤Ndes variances de référence V_ref(n), pour l’instant de caractérisation ;
e) détermination d’une valeur d’un écart de variance moyen ΔV_moy(t_i), par calcul d’une moyenne des N valeurs de l’écart de variance (ΔV_(n)(t_i))_1≤n≤Npondérée par les N valeurs de similarité (SV_(n)(t_i))_1≤n≤N;
f) identification d’un état du produit comme étant le premier état ou le deuxième état, selon que la variance V(t_i) pour l’instant de caractérisation est respectivement supérieure ou inférieure à la valeur de l’écart de variance moyen ΔV_moy(t_i) ;
réitération des étapes suivantes a) à f) en incrémentant l’instant de caractérisation, au moins jusqu’à ce que le deuxième état soit identifié.

Certains aspects préférés mais non limitatifs de ce procédé d’estimation sont les suivants.

Lors de l’étape a) de détermination d’une signature, la signature peut être normalisée de sorte que ses K composantes varient entre 0 et 1.

L’étape d) de détermination de valeurs d’une similarité peut comporter les opérations suivantes :

calcul d’un paramètre intermédiaire (D_(n))₁ _≤n≤Ncomportant N composantes, chaque composante d’indice n étant une valeur moyenne, sur une période allant d’un instant initial de caractérisation à l’instant de caractérisation en cours, d’un écart en valeur absolue entre une dérivée V’(t) de l’évolution temporelle V(t) de la variance V avec une dérivée V’_ref(n)(t) de l’évolution temporelle V_ref(n)(t) de variance de référence V_ref(n);
calcul de la similarité (SV_(n)(t_i))_1≤n≤Ncomportant N composantes, chaque composante d’indice n étant l’inverse du carré du paramètre intermédiaire (D_(n))₁ _≤n≤Nconsidéré.

Le procédé d’estimation peut comporter une étape de détermination de la base de données préalable à l’étape de fourniture, comportant les opérations suivantes :

cuisson des N produits-test de sorte que leur température interne T_int(n)soit au moins égale à la température seuil T_th;
au cours de la cuisson de chaque produit-test:
- mesure d’une évolution temporelle T_int(n)(t) d’une température interne T_int(n)du produit-test ;
- détermination d’une évolution temporelle Sn_ref(n)(t) d’une signature Sn_ref(n)représentative des interactions d’adsorption/désorption de composés organiques volatils émis par le produit-test considéré avec une surface fonctionnalisée identique à celle du système d’estimation ;
- détermination d’une évolution temporelle V_ref(n)(t) de la variance de référence V_ref(n)associée à l’évolution temporelle de la signature déterminée ;
- détermination d’une valeur seuil V_ref,th(n)de la variance de référence V_ref(n)pour laquelle la température interne T_int(n)est égale à la température seuil T_th.

L’invention porte également sur un système d’estimation d’un état de transformation d’un produit en cours de cuisson, susceptible de se transformer par émission de composés organiques volatils et de passer ainsi à une température seuil T_thprédéfinie d’un premier état à un deuxième état, comportant un nez électronique et un dispositif de gestion fluidique.

Le nez électronique comporte une surface fonctionnalisée ayant K sites sensibles, avec K>1, avec lesquels les composés organiques volatils sont aptes à interagir par adsorption/désorption. Il comporte une unité de traitement contenant une base de données comportant la température seuil T_th; et pour N produits similaires au produit P à cuire, dits produits-test, d’indice n allant de 1 à N avec N>1 : une évolution temporelle V_ref(n)(t) d’une variance dite de référence V_ref(n)associée à une signature (Sn_ref(k,n))₁ _≤k≤Kreprésentative des interactions d’adsorption/désorption de composés organiques volatils émis par le produit-test considéré avec une surface fonctionnalisée identique à celle du système d’estimation, obtenue lors d’une cuisson du produit-test ; et une valeur seuil V_ref,th(n)de la variance de référence V_ref(n)pour laquelle une température interne T_intdu produit-test considéré est égale à la température seuil T_th. Il est adapté à déterminer, pour différents instants de caractérisation successifs :

une signature (Sn_(k))₁ _≤k≤Kformée de K valeurs représentatives des interactions d’adsorption/désorption des composés organiques volatils avec les sites sensibles ;
une variance V associée à la signature (Sn_(k)(t_i))₁ _≤k≤K, laquelle est stockée pour obtenir une évolution temporelle V(t) de variance V aux différents instants de caractérisation successifs ;
un écart de variance (ΔV_(n)(t_i))_1≤n≤Nà partir de la valeur de variance V(t_i) et des N valeurs seuil (V_ref,th(n))_1≤n≤Ndes variances de référence V_ref(n);
une similarité (SV_(n)(t_i))_1≤n≤Nà partir de l’évolution temporelle V(t) de la variance V et des N évolutions temporelles (V_ref(n)(t))_1≤n≤Ndes variances de référence V_ref(n), pour l’instant de caractérisation (t_i) considéré ;
un écart de variance moyen ΔV_moy(t_i), à partir des N valeurs de l’écart de variance (ΔV_(n)(t_i))_1≤n≤Net des N valeurs de similarité (SV_(n)(t_i))_1≤n≤N;
un état du produit comme étant le premier état ou le deuxième état, à partir de la variance V(t_i) pour l’instant de caractérisation et de la valeur de l’écart de variance moyen ΔV_moy(t_i).

Le dispositif de gestion fluidique raccorde un four de cuisson destiné à assurer la cuisson du produit au nez électronique, et est adapté à prélever un échantillon gazeux du four de cuisson qui est susceptible de contenir les composés organiques volatils émis par le produit en cours de cuisson, à différents instants de caractérisation successifs, et à le transmettre au nez électronique.

Le dispositif de gestion fluidique peut comporter un piège à humidité disposé entre le four de cuisson et le nez électronique adapté à refroidir l’échantillon gazeux à une température constante inférieure à la température du four de cuisson et à retenir l’eau condensée issue de ce refroidissement.

Le nez électronique peut comporter un dispositif de mesure des interactions d’adsorption/désorption de type à résonance des plasmons de surface ou de type à interférométrie de Mach-Zehnder ou à anneau résonnant.

Le nez électronique peut comporter un dispositif de mesure des interactions d’adsorption/désorption de type résistif, piézoélectrique, mécanique ou acoustique.

D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
la est une vue schématique et partielle d’un système d’estimation selon un mode de réalisation, permettant d’estimer un état de transformation d’un produit en cours de cuisson ;
la illustre un exemple de sensorgrammes su_(k)(t) mesurés par le nez électronique, c’est-à-dire une évolution temporelle de signaux de mesure représentatifs des interactions des composés organiques volatils avec les récepteurs des différents sites sensibles du nez électronique, pour un instant de caractérisation t_i;
la illustre un exemple d’une signature déterminée par le nez électronique pour un instant de caractérisation t_i;
la est un organigramme illustrant les différentes étapes d’un procédé d’estimation selon un mode de réalisation ;
la illustre un exemple d’une évolution temporelle d’une signature S_(k)(t_i) déterminée pour différents instants de caractérisation t_idu produit en cours de cuisson ;
la illustre un exemple d’évolution temporelle d’une signature normalisée Sn_(k)(t_i) déterminée pour différents instants de caractérisation t_idu produit en cours de cuisson, obtenue à partir de l’évolution temporelle de la signature S_(k)(t_i) de la ;
la illustre un exemple d’une évolution temporelle de la variance V(t_i) pour différents instants de caractérisation t_iassociée à l’évolution temporelle de la signature normalisée Sn_(k)(t_i) de la ;
la est une vue schématique et partielle d’un système de caractérisation selon un mode de réalisation, permettant de constituer une base de données DB_Pqui sera ensuite utilisée dans le procédé d’estimation de la ;
la est un organigramme illustrant les différentes opérations d’une étape de détermination d’une base de données DB_Putilisée ensuite dans le procédé d’estimation de la .
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes références représentent les éléments identiques ou similaires. De plus, les différents éléments ne sont pas représentés à l’échelle de manière à privilégier la clarté des figures. Par ailleurs, les différents modes de réalisation et variantes ne sont pas exclusifs les uns des autres et peuvent être combinés entre eux. Sauf indication contraire, les termes « sensiblement », « environ », « de l’ordre de » signifient à 10% près, et de préférence à 5% près. Par ailleurs, les termes « compris entre … et … » et équivalents signifient que les bornes sont incluses, sauf mention contraire.

La est une vue schématique d’un système d’estimation 1 selon un mode de réalisation, raccordé ici fluidiquement à un four de cuisson 2 dans lequel un produit P à cuire est disposé. La illustre un exemple d’évolution temporelle de signaux de mesure su_(k)(t_i), pour un instant de caractérisation t_i, ces signaux étant représentatifs des interactions des COV avec les récepteurs des différents sites sensibles d’une surface fonctionnalisée du nez électronique 10. La illustre un exemple d’une signatureS(ti) = (S(k)(ti))1≤k≤K issues des signaux de mesure similaires à ceux de la , pour un instant de caractérisation ti.

Le système d’estimation est adapté à déterminer un état de transformation d’un produit en cours de cuisson, le produit émettant alors des composés organiques volatils (dans la suite de la description, on utilisera par simplicité le sigle COV). Il s’agit en particulier de déterminer le passage d’un premier état de transformation du produit à un deuxième état de transformation. Dans le cas d’un produit alimentaire, il peut ainsi s’agir du passage de l’état non cuit ou cru, à un état cuit.

Un produit à cuire P est disposé dans un four de cuisson 2. Il peut s’agir d’un produit alimentaire (une viande, un pain, etc…) ou un produit non alimentaire. Il est adapté à se transformer en cours de cuisson par l’émission de COV, c’est-à-dire de composés contenant au moins l'élément chimique carbone, et un ou plusieurs des éléments chimiques suivants : hydrogène, halogènes, oxygène, soufre, phosphore, silicium ou azote (à l'exception des oxydes de carbone et des carbonates et bicarbonates inorganiques). Ils sont des composés chimiques émis par le produit P en cours de cuisson, et sont aptes à interagir avec les récepteurs d’une surface de mesure fonctionnalisée du nez électronique 10.

Le four de cuisson 2 comporte une enceinte 3 de préférence étanche dans laquelle est situé le produit P à cuire. La cuisson consiste ici, d’une manière générale, à chauffer un produit de sorte que sa température interne T_intsoit portée à une valeur seuil T_thprédéfinie. La température interne T_intdu produit P peut être la température à l’intérieur du produit, par exemple en son centre, voire une température moyenne de plusieurs valeurs mesurées à l’intérieur du produit. La cuisson peut être de différents types, par exemple par convection naturelle ou par convection forcée, par rayonnement (par exemple par micro-ondes), entre autres. A titre d’exemple, la cuisson du produit P consiste ici à porter l’enceinte 3 du four 2 à une température de consigne T_cde sorte que la température interne T_intdu produit P atteigne une valeur au moins égale à la valeur seuil prédéfinie T_th.

Le système d’estimation 1 est raccordé de manière fluidique à l’enceinte 3 du four de cuisson 2, et est adapté pour recueillir, pour chaque instant de caractérisation t_i, un échantillon gazeux E(t_i) issu de l’enceinte 3 du four 2 et susceptible de contenir des COV émis par le produit P en cours de cuisson. Il est également adapté à déterminer, pour chaque instant de caractérisation t_iet donc pour chaque échantillon gazeux prélevé E(t_i), une signatureSn(t_i) des COV contenus dans l’échantillon gazeux E(t_i).

Ensuite, le système d’estimation est adapté à déterminer, pour chaque instant de caractérisation t_i, plusieurs paramètres, à partir de la signature déterminéeSn(t_i) et d’une base de données DB_Ppréenregistrée, pour en déduire si le produit P en cours de cuisson présente le premier ou le deuxième état de transformation. Pour cela, le système d’estimation comportea minimaun dispositif de caractérisation 10, appelé nez électronique, et un dispositif de gestion fluidique 20 raccordant l’enceinte 3 du four de cuisson 1 au nez électronique 10.

Le nez électronique 10 est adapté à caractériser les COV contenus dans l’échantillon gazeux E(t_i) prélevé, c’est-à-dire à obtenir une information représentative (i.e. une signature) de leurs interactions d’adsorption/désorption avec des récepteurs de plusieurs sites sensibles d’une surface de mesure fonctionnalisée du nez électronique 10. Cette informationS(t_i) (ouSn(t_i)) est un vecteur dont chaque composante est une information d’interaction des COV avec l’un des sites sensibles de la surface de mesure. Elle forme dont une ‘signature’ des COV, et peut être représentée par exemple sous forme d’histogramme ou d’un diagramme en radar.

Aussi, la surface de mesure du nez électronique 10 comporte K sites sensibles distincts, de sorte que la signatureS(t_i), également notée (S_(k)(t_i))_1≤k≤K, des COV pour l’instant de caractérisation t_iest un vecteur de dimension K formé par les informations scalaires représentatives de l’interaction de chaque site sensible avec les COV. A chaque site sensible est associé un indicateur k allant de 1 à K, avec K>1.

Les récepteurs (ligands, en anglais) sont des éléments fixés aux sites sensibles et qui présentent une capacité d’interaction avec les COV à détecter, bien que les affinités chimique et/ou physique, notées k_A, entre les COV et les récepteurs ne soient pas initialement connues. Les récepteurs des différents sites sensibles présentent des propriétés physico-chimiques différentes, qui impactent leur capacité à interagir avec les COV, et définissent ainsi les différents sites sensibles. Il peut s’agir, à titre d’exemples, des acides aminés, des peptides, des nucléotides, des polypeptides, des protéines, des polymères organiques, entre autres.

A titre d’illustration, le nez électronique 10 utilise la technologie de mesure optique par technologie interférométrique, par exemple en photonique sur silicium, ou par résonance plasmonique de surface (SFR). Le nez électronique 10 à imagerie SPR peut être identique ou similaire à ceux décrits notamment dans le document Brenet et al. intituléHighly-Selective Optoelectronic Nose based on Surface Plasmon Resonance Imaging for Sensing Gas Phase Volatile Organic Compounds, Anal. Chem. 2018, 90, 16, 9879-9887 ainsi que dans le document WO2020/141281A1. Par ailleurs, dans le cas de la technologie interférométrique, le nez électronique 10 peut être identique ou similaire à ceux décrits dans le document EP3754326A1 et dans la demande de brevet FR2106153 déposée le 10 juin 2021. Le dispositif de mesure peut ainsi comporter des interféromètres de Mach-Zehnder ou des anneaux résonnants.

En variante, d’autres technologies de mesure du nez électronique 10 peuvent être mises en œuvre, telles que la mesure par résonateurs électromagnétiques de type MEMS ou NEMS (par exemple, décrit dans le document EP3184485). Plus largement, la technologie de mesure peut être de type résistif, piézoélectrique, mécanique, ou acoustique. Dans le cas des techniques de mesure de la fréquence de résonance d’un microrésonateur NEMS ou MEMS, le signal de mesure peut être un signal électrique représentatif de la vibration d’une micropoutre ou équivalent.

Dans la suite de la description, à titre illustratif, le nez électronique 10 repose sur la technologie à imagerie SPR et présente les caractéristiques de la configuration dite de Kretschmann, connue de l’homme du métier, sans que l’invention ne soit toutefois limitée à cette configuration. Il comporte alors une source optique, et au moins un détecteur optique qui peut être un capteur d’image ou une matrice de photodétecteurs. L’intensité du signal de mesure détecté dépend de la valeur de l’indice de réfraction local du site sensible considéré, lequel est représentatif des interactions entre les composés organiques volatils à détecter et les récepteurs. Ces éléments sont identiques ou similaires à ceux décrits dans le document WO2020/141281A1, et ne sont donc détaillés à nouveau ici.

Ainsi, le dispositif de mesure optique comporte une source lumineuse adaptée à transmettre un signal optique primaire en direction des sites sensibles, et à générer des plasmons de surface au niveau du support de mesure. La source lumineuse peut être formée d’une diode électroluminescente, dont le spectre d’émission présente un pic d’émission centré sur une longueur d’onde centrale λ_c. Différents éléments optiques (lentilles, polariseur…) peuvent être disposés entre la source lumineuse et le support de mesure.

Le dispositif de mesure optique comporte en outre un capteur optique, et ici un capteur d’image, c’est-à-dire un capteur optique matriciel adapté à collecter ou détecter une image du signal optique provenant des sites sensibles en réponse au signal optique primaire. Le capteur d’image est un photodétecteur matriciel, par exemple un capteur CMOS ou CCD. Il comporte donc une matrice de pixels dont la résolution spatiale est telle que, de préférence, plusieurs pixels acquièrent le signal optique de mesure provenant d’un même site sensible.

Le nez électronique 10 comporte ici une chambre de mesure 11 destinée à recevoir un échantillon gazeux E(t_i) issu de l’enceinte 3 du four de cuisson 2 pour chaque instant de caractérisation t_i, qui comporte la surface de mesure fonctionnalisée aux K sites sensibles. Les sites sensibles sont distincts les uns des autres, dans le sens où ils comportent des récepteurs différents, en termes d’affinité chimique et/ou physique vis-à-vis des composants organiques volatils à caractériser, et sont donc destinés à fournir une information d’interaction différente d’un site sensible à l’autre. Les sites sensibles sont des zones distinctes de la surface de mesure fonctionnalisée, et peuvent être accolés ou espacés les unes des autres. Le nez électronique 10 peut en outre comporter plusieurs sites sensibles identiques, dans le but par exemple de détecter une éventuelle dérive de mesure et/ou de permettre l’identification d’un site sensible défectueux.

Le nez électronique 10 est adapté à caractériser l’échantillon gazeux E(t_i), c’est-à-dire à quantifier les interactions des composés organiques volatils avec les récepteurs, pour chaque site sensible, ici en mesurant l’intensité d’un signal optique de mesure provenant du site sensible considéré, ce signal optique étant ici une partie réfléchie d’un signal optique primaire émis par une source optique. L’intensité du signal optique de mesure détecté par le capteur optique est directement corrélée notamment aux interactions d’adsorption/désorption des composés organiques volatils avec les récepteurs.

L’unité de traitement 12 comporte ici au moins un calculateur 13 et au moins une mémoire. Elle permet la mise en œuvre des opérations de traitement du procédé d’estimation décrit plus loin. Elle est connectée ici au capteur d’image. Elle comporte un processeur programmable apte à exécuter des instructions enregistrées sur un support d’enregistrement d’informations. Elle comporte en outre au moins une mémoire contenant les instructions nécessaires à la mise en œuvre du procédé d’estimation. La mémoire est également adaptée à stocker les informations calculées pour chaque instant de caractérisation t_i, et comporte ici une base de données DB_P.

Le dispositif de gestion fluidique 20 est adapté à prélever régulièrement un échantillon gazeux E(t_i) pour chaque instant de caractérisation t_ià partir de l’enceinte 3 du four de cuisson 2, et à le diriger vers la chambre de mesure 11. Dans cet exemple, il est en outre adapté à envoyer un gaz neutre de référence dans la chambre de mesure 11. L’échantillon gazeux E(t_i) diffère du gaz de référence essentiellement en ce qu’il comporte les COV à détecter. Un ou plusieurs gaz additionnels peuvent être présents, mais sont inodores au sens où ils n’induisent sensiblement pas de réponse de la part du nez électronique 10.

Dans cet exemple, il comporte un conduit de prélèvement 21 s’étendant à partir l’enceinte 3 du four de cuisson 2 et ici une vanne trois voies 23. Sur ce conduit est disposé un piège à humidité 22 permettant de diminuer la température de l’échantillon gazeux E(t_i) prélevé jusqu’à une température ambiante constante et de piéger l’eau condensée issue de ce refroidissement. Par ailleurs, un autre conduit 24 est prévu pour amener le gaz de référence dans la chambre de mesure 11. La vanne 23 est ensuite raccordée à la chambre de mesure 11 du nez électronique 10. D’autres configurations fluidiques sont bien entendu possibles.

La illustre donc un exemple d’évolution temporelle de signaux de mesure su_(k)(t_i), également appelés sensorgrammes, pour un instant de caractérisation t_i, ces signaux étant représentatifs des interactions des COV de l’échantillon E(t_i) avec les récepteurs des différents sites sensibles d’une surface fonctionnalisée du nez électronique 10.

Ainsi, pour chaque instant de caractérisation t_i, un échantillon gazeux E(t_i) est prélevé de l’enceinte 3 du four de cuisson 2 et introduit dans la chambre de mesure 11 du nez électronique 10. Ce dernier acquiert alors des sensorgrammes pour ensuite déterminer une signatureS(t_i) du produit P. Chaque sensorgramme est ici un signal de mesure s_(k)(t) acquis sur une durée de mesure Δt et associé à un site sensible de rang k_,et l’information qui en est issue est associée à l’instant de caractérisation t_i. Dans le cas de la technologie de mesure par imagerie SPR, un sensorgramme correspond à l’évolution temporelle de la variation de la réflectivité Δ%R_k(Δt) associée à chacun des sites sensibles.

Lors d’une première phase Ph1, un gaz de référence est amené au contact de la surface de mesure. Ce gaz de référence est généralement identique au gaz porteur de l’échantillon gazeux mais ne contient pas de COV, ni d’éléments chimiques susceptibles d’interagir avec les récepteurs. Lors d’une deuxième phase Ph2, l’échantillon gazeux E(t_i) prélevé de l’enceinte 3 du four de cuisson 2 est amené au contact de la surface de mesure. Cet échantillon gazeux E(t_i) est donc formé d’un gaz porteur et des composés organiques volatils. Une troisième phase Ph3 de purge est ensuite effectuée, dans laquelle le gaz de référence seul est à nouveau injecté dans la chambre de mesure 11, de manière à dissocier les composés organiques volatils des récepteurs, et à les évacuer hors de la chambre de mesure 11.

La phase initiale Ph1 permet d’acquérir la valeur de référence s_(k)i(baseline) qui est destinée à être ensuite soustraite aux signaux de mesure s(_k)(t) pour obtenir des signaux utiles su_(k)(t) : ∀k, su_(k)(t) = s_(k)(t) – s_(k)i. Comme indiqué précédemment, cette phase d’injection fluidique Ph2 est effectuée de sorte que les sensorgrammes mettent en évidence la présence d’un régime transitoire d’assimilation Ph2a suivi d’un régime stationnaire d’équilibre Ph2b. Lorsque ce régime stationnaire d’équilibre Ph2b est atteint, les valeurs d’équilibre (stationnaires) su_(k)fdes signaux utiles su_(k)(t) sont extraites par l’unité de traitement, et définissent la signatureS(t_i) = (S_(k)(t_i))₁ _≤k≤K= (su_(k)f)₁ _≤k≤Kdes composés organiques volatils pour l’instant de caractérisation t_i. A ce titre, la illustre un exemple d’une signatureS(ti) = (S(k)(ti))1≤k≤K issues de signaux de mesure su(k)(t) similaires à ceux de la , pour un instant de caractérisation ti.

Ainsi, le procédé d’estimation prévoit de déterminer une signatureS(t_i) de l’échantillon gazeux E(t_i) prélevé pour différents instants de caractérisation t_isuccessifs, à une fréquence d’acquisition prédéfinie, pour obtenir une évolution temporelleS(t) de la signatureSau cours de la cuisson du produit P, jusqu’à ce que le passage du premier état de transformation du produit au deuxième état soit identifié. Comme indiqué plus loin, le système d’estimation 1 détermine plus précisément une évolution temporelleSn(t) d’une signature normaliséeSndont les composantes varient entre 0 et 1. Aussi, il est possible de comparer les différentes signatures normaliséesSn(t_i) acquises au cours de la cuisson aux différents instants de caractérisation t_i, et notamment d’en déterminer la variance V(t_i).

Or, il apparaît que les courbes d’évolution temporelle V(t) de la variance V associée à la signature normaliséeSnprésentent une certaine similarité avec les courbes d’évolution temporelle T_int(t) de la température interne T_intdu produit P en cours de cuisson. Aussi, les inventeurs ont développé un procédé d’estimation de l’état de transformation du produit en cours de cuisson, permettant de déterminer le passage d’un premier état de transformation à un deuxième état sans qu’il soit nécessaire de mesurer la température interne du produit P en cours de cuisson, mais en se basant sur l’analyse de l’évolution temporelle V(t) de la variance V. De plus, pour tenir compte d’une dispersion des valeurs de variance entre différents produits P identiques ou similaires, le procédé d’estimation a recours à une base de données qui comporte l’évolution temporelle de la variance associée à la signature pour différents produits-test Pt_(n)identiques ou similaires au produit P à cuire.

La illustre un organigramme d’un procédé d’estimation d’un état de transformation d’un produit selon un mode de réalisation, au moyen d’un système d’estimation 1 identique ou similaire à celui de la , et plus précisément d’estimation du passage d’un premier état de transformation à un deuxième état.

Les figures 3A à 3C illustrent des exemples de l’évolution temporelleS(t) de la signatureSdes composés organiques volatils émis par le produit P en cours de cuisson ( ), de l’évolution temporelleSn(t) de la signature normalisée Sn ( ), et enfin de l’évolution temporelle V(t) de la variance V associée à la signature normalisée Sn ( ).

Lors d’une étape 10, on fournit au système d’estimation 1 une base de données DB_Passociée à N produits-test Pt_(n)identiques au produit P à cuire. Cette base de données DB_Pa été déterminée préalablement, et un exemple d’une étape de détermination de cette base de données DB_Pest décrite en détail plus loin en référence aux et 4B. Les produits-test Pt_(n)sont des produits identique au produit P, ou similaires par exemple en termes de compositions chimiques et de taille, et présentent tous un passage du premier état au deuxième état à la même valeur de la température seuil T_th.

La base de données DB_Pest formée des informations suivantes : DB_P= { T_th; (V_ref(n)(t))_1≤n≤N; (V_ref,th(n))_1≤n≤N}. Elle comporte ainsi une température seuil T_thprédéfinie de passage du premier état au deuxième état du produit en cours de cuisson. Cette valeur seuil sera utile uniquement pour régler correctement la température de consigne du four de cuisson 2. En revanche, elle ne sera pas utilisée pour estimer l’état de transformation du produit P en cours de cuisson dans la mesure où le système d’estimation 1 n’est pas équipé d’une sonde pour mesurer la température interne T_intdu produit P. A titre d’exemple, le produit à cuire P peut être un gâteau, et la température seuil T_thpeut être égale à 150°C.

La base de données DB_Pcomporte également, pour chacun des produits-test Pt_(n)identiques au produit P à cuire, d’indice n allant de 1 à N avec N>1, une évolution temporelle V_ref(n)(t) d’une variance dite de référence V_ref(n)associée à une signatureSn _ref(n) = (Sn_ref(k,n))₁ _≤k≤Kreprésentative des interactions d’adsorption/désorption de composés organiques volatils émis par le produit-test Pt_(n)considéré avec une surface fonctionnalisée identique à celle du système d’estimation, obtenue lors d’une cuisson du produit-test Pt_(n). La base de données DB_Pcomporte donc les N évolutions temporelles (V_ref(n)(t))_1≤n≤Ndes variances de référence V_ref(n).

Autrement dit, comme décrit en détail plus loin, lors d’une étape de détermination de la base de données DB_P, on a procédé à la cuisson des N produits-test Pt_(n). Pour chaque produit-test Pt_(n), un système de caractérisation a déterminé la signatureSn _ref _(n)(t_i) des COV émis par le produit-test Pt_(n)d’indice n pour différents instants de caractérisation t_isuccessifs, puis la variance de référence associée V_ref(n)(t_i). On a ainsi obtenu l’évolution temporelle V(t) de la variance de référence V_ref(n)pour chacun des N produits-test Pt_(n), et l’on note (V_ref(n)(t))_1≤n≤Ncette pluralité N d’évolutions temporelles des variances de référence.

La base de données DB_Pcomporte enfin, pour chacun des N produits-test Pt_(n), une valeur seuil V_ref,th(n)de la variance de référence V_ref(n)associée à la signatureSn _ref(n) du produit-test Pt_(n)considéré pour laquelle la température interne T_int(n)(t_i) du produit-test Pt_(n)en cours de cuisson est égale à la valeur seuil T_th. Ainsi, au cours de la cuisson de chaque produit-test Pt_(n), la température interne T_int(n)(t_i) est mesurée et enregistrée pour chaque instant de caractérisation t_i. Lorsque la température interne T_int(n)atteint la valeur seuil T_th, on identifie la valeur de la variance de référence V_ref(n)correspondante. On obtient donc ces N valeurs seuils (V_ref,th(n))_1≤n≤Ndes variances de référence V_ref(n), qui sont stockées dans la base de données DB_P.

Lors de l’étape 20, on procède à la cuisson du produit P dans le four de cuisson 2. Pour cela, la température de consigne T_cdu four de cuisson est réglée pour être au moins égale à T_th. Ainsi, la température interne T_intdu produit P va augmenter progressivement pour atteindre la valeur seuil T_th, après une durée qui n’est pas connue a priori. De plus, la température interne T_intn’est pas mesurée au cours de la cuisson.

Les étapes 31 à 36 de la phase de mesure et d’estimation de l’état de transformation du produit P sont effectuées de manière itérative, pour plusieurs instants de caractérisation t_isuccessifs, jusqu’à ce que le deuxième état de transformation du produit P soit identifié. La fréquence de caractérisation peut être adaptée en fonction du produit à cuire, et peut être par exemple de 1 caractérisation par minute, pour une durée totale estimée de cuisson de 20 à 30min.

Lors d’une étape de mesure 31, on caractérise les COV émis par le produit P pour l’instant de caractérisation t_i, c’est-à-dire qu’on détermine une signatureS(t_i) = (S_(k)(t_i))₁ _≤k≤Kde l’échantillon gazeux E(t_i) pour l’instant de caractérisation t_i.

Pour cela, dans le cadre d’un nez électronique 10 de type SPR, le dispositif de gestion fluidique 20 effectue tout d’abord une injection d’un gaz de référence dans la chambre de mesure 11 : il s’agit de la phase d’injection fluidique Ph1 mentionnée précédemment. Le gaz de référence ne contient donc pas de COV. Il peut toutefois comporter des espèces chimiques, mais qui n’ont pas d’interactions de type adsorption/désorption avec les récepteurs des sites sensibles.

Le dispositif de gestion fluidique 20 effectue ensuite l’injection de l’échantillon gazeux E(t_i) dans la chambre de mesure 11 : il s’agit de la phase d’injection fluidique Ph2 mentionnée précédemment. L’échantillon gazeux E(t_i) pour l’instant de caractérisation t_ipeut comporter des COV en concentration c(t_i). Il peut comporter également d’autres espèces chimiques qui n’ont pas d’interactions d’adsorption/désorption avec les récepteurs. Aussi, seuls les COV présents dans l’échantillon gazeux E(t_i) et émis par le produit P en cours de cuisson induisent une variation du signal de mesure s_(k)(t), avec t variant sur une durée de mesure Δt associée à l’instant de caractérisation t_i. Ainsi, la durée de mesure peut avoir lieu pour t allant de t_ià t_i+Δt.

En parallèle de l’injection du gaz de référence puis de l’échantillon gazeux E(t_i), le nez électronique 10 détermine les signaux de mesure (s_(k)(t))₁ _≤ _k _≤Kassociés aux sites sensibles, avec k un indice associé à chaque site sensible allant de 1 à K, K>1. Ces signaux de mesure (s_(k)(t))₁ _≤ _k _≤Ksont donc représentatifs des interactions des COV avec les récepteurs.

L’unité de traitement 12 détermine ensuite la valeur de référence s_(k)i(baseline) associée au gaz de référence lors de la phase d’injection Ph1, et on la soustrait à la valeur stationnaire s_(k)fdu signal de mesure s_(k)(t) lors de la phase d’injection Ph2. On obtient ainsi une signature su_(k)f(t_i) formée des K valeurs su_(k)f= s_(k)f– s_(k)ides sites sensibles, associée à l’échantillon gazeux E(t_i) pour l’instant de caractérisation t_i, de sorte que l’on note la signature :S(t_i) = (S_(k)(t_i))₁ _≤k≤K= (su_(k)f)₁ _≤k≤K.

La signatureS(t_i) obtenue est alors stockée dans la mémoire de l’unité de traitement 12. On obtient ainsi, au cours des instants de caractérisation t_isuccessifs, une évolution temporelle de la signatureS(t). A ce titre, la illustre un exemple d’évolution temporelleS(t) = (S(k)(t))1≤k≤K de la signature S associée à un produit P en cours de cuisson pour différents instants de caractérisation ti successifs.

De préférence, l’unité de traitement 12 normalise ensuite la signatureS(t_i) obtenue pour obtenir une signature normaliséeSn(t_i) dont les K composantes varient alors entre 0 et 1. Autrement dit, on détermine les composantes de la signature normaliséeSnà partir de la relation suivante : ∀k=[1, K], Sn_(k)= S_(k)– min_k(S_(k)) ] / [ max_k(S_(k)) – min_k(S_(k)) ].

L’unité de traitement 12 stocke la signature normaliséeSn(t_i) dans la mémoire pour chacun des instants de caractérisation t_isuccessifs. On obtient ainsi une évolution temporelleSn(t) de la signature normaliséeSnassociée au produit P en cours de cuisson pour différents instants de caractérisation t_isuccessifs. A ce titre, la illustre un exemple d’évolution temporelleSn(t) = (Sn(k)(t))1≤k≤K d’une signature normalisée Sn associée à un produit P en cours de cuisson. On remarque que les composantes de la signature normalisée Sn varient temporellement en restant comprises entre 0 et 1.

Lors d’une étape 32, l’unité de traitement 12 détermine la variance V(t_i) pour l’instant de caractérisation t_iassociée à la signature normaliséeSn(t_i) déterminée, c’est-à-dire la variance associée aux K valeurs de la signature normalisée (Sn_(k)(t))₁ _≤k≤K. Il ne s’agit donc pas de la variance associée à l’évolution temporelle d’une valeur de signature, mais de la variance associée aux valeurs instantanées de la signature déterminée à l’instant d’acquisition t_i. Il s’agit ici de la variance mais tout autre paramètre équivalent (écart-type…) représentatif de la dispersion des valeurs peut être utilisé. L’unité de traitement 12 stocke ensuite la valeur déterminée de la variance V(t_i) dans la mémoire. On obtient ainsi une évolution temporelle de la variance V(t) à plusieurs instants de caractérisation t_isuccessifs. A ce titre, la illustre un exemple d’évolution temporelle d’une variance V(t) associée à la signature normaliséeSn(t) d’un produit P en cours de cuisson. On remarque que la variance V diminue progressivement au cours du temps, avec une pente forte aux premiers instants de caractérisation puis une pente qui diminue progressivement en valeur absolue.

Notons ici que le procédé d’estimation repose dans son principe sur le traitement de l’évolution temporelle V(t) de la variance V associée à la signature des COV au cours du temps, dans la mesure où il a été observé que la variance V présente une évolution temporelle V(t) du même type que l’évolution temporelle T_int(t) de la température interne T_intdu produit en cours de cuisson. Ainsi, la détermination et l’analyse de l’évolution temporelle V(t) de la variance V au cours du temps, et en particulier de sa comparaison avec les évolutions temporelles V_ref(n)(t) des variances de référence V_ref(n), permet de s’affranchir de la mesure de la température interne T_intdu produit.

Lors d’une étape 33, l’unité de traitement 12 détermine un paramètre d’écart de varianceΔV(t_i) pour l’instant de caractérisation t_i, dont les N composantes sont déterminées par différence de la variance V(t_i) pour l’instant de caractérisation t_iavec chacune des N valeurs seuils (V_ref,th(n))_1≤n≤Ndes variances de référence V_ref(n). Autrement dit, on calcule : ∀n=[1, N], ΔV_(n)(t_i) = V(t_i) - V_ref,th(n). On obtient doncΔV(t_i) = (ΔV_(n)(t_i))₁ _≤n≤N.

Lors d’une étape 34, l’unité de traitement 12 détermine un paramètre de similaritéSV(t_i) pour l’instant de caractérisation t_i, dont les N composantes sont déterminées en comparant l’évolution temporelle V(t) de la variance V pour l’instant de caractérisation t_iavec les N évolutions temporelles (V_ref(n)(t))_1≤n≤Ndes variances de référence V_ref(n)au même instant de caractérisation t_i.

Plusieurs définitions de ce paramètre de similarité sont possibles. Ainsi, on peut comparer la dérivée V’(t_i) de l’évolution temporelle V(t) pour l’instant de caractérisation t_ià la dérivée (V’_ref(n)(t_i))_1≤n≤Nde chacune des N évolutions temporelles (V_ref(n)(t))_1≤n≤Nau même instant de caractérisation t_i. Autrement dit, on détermine le paramètre de similarité par la relation suivante : ∀n=[1, N], SV_(n)(t_i) = V’(t_i) – V’_ref(n)(t_i). On obtient doncSV(t_i) = (SV_(n)(t_i))₁ _≤n≤N.

L’unité de traitement 12 peut également comparer la valeur moyenne de l’écart en valeur absolue entre l’évolution temporelle V(t) et chaque évolution temporelle (V_ref(n)(t))_1≤n≤Nentre l’instant initial t₀et l’instant de caractérisation t_i. Autrement dit, on détermine le paramètre de similarité par la relation suivante : ∀n=[1, N], ( SV_(n)(t_i) )_1≤n≤N= mean( |V(t) – ( V_ref(n)(t) )_1≤n≤N| ), pour t ∈ [t₀, t_i].

Dans notre exemple, l’unité de traitement 12 calcule la valeur moyenne de l’écart en valeur absolue entre la dérivée V’(t) de l’évolution temporelle V(t) avec celle de chaque évolution temporelle (V_ref(n)(t))_1≤n≤Ndes variances de référence V_ref(n)entre l’instant initial t₀et l’instant de caractérisation t_i. Autrement dit, on calcule un paramètre intermédiaire (D_(n))₁ _≤n≤Ncomportant N composantes, chaque composante d’indice n étant une valeur moyenne, sur une période allant d’un premier instant de caractérisation à l’instant de caractérisation en cours, d’un écart en valeur absolue entre une dérivée V’(t) de l’évolution temporelle V(t) de la variance V avec une dérivée V’_ref(n)(t) de l’évolution temporelle V_ref(n)(t) de variance de référence V_ref(n): ∀n=[1, N], D_(n)(t_i) = mean( |V’(t) - V’_ref(n)(t) | ), pour t ∈ [t₀, t_i].

Puis on définit le paramètre de similarité comme étant égal à l’inverse du carré de cette valeur moyenne obtenue. Autrement dit, le paramètre de similarité (SV_(n)(t_i))₁ _≤n≤Ncomporte N composantes, chaque composante d’indice n étant l’inverse du carré du paramètre intermédiaire considéré : ∀n=[1, N], SV_(n)(t_i) = 1 / D² _(n)(t_i). On obtient doncSV(t_i) = (SV_(n)(t_i))₁ _≤n≤N.

Lors d’une étape 35, l’unité de traitement 12 détermine un paramètre d’écart de variance moyen ΔV_moy(t_i) pour l’instant de caractérisation t_i. Pour cela, on détermine une moyenne des N composantes du paramètre d’écart de varianceΔV(t_i) pondérées par les N composantes du paramètre de similaritéSV(t_i). Autrement dit, on détermine le paramètre d’écart de variance moyen ΔV_moy(t_i) par la relation suivante :

Lors d’une étape 36, l’unité de traitement 12 compare la valeur de la variance V(t_i) à celle du paramètre d’écart de variance moyen ΔV_moy(t_i). Si la variance V(t_i) est supérieure au paramètre d’écart de variance moyen ΔV_moy(t_i) : V(t_i) > ΔV_moy(t_i), on en déduit que le produit P en cours de cuisson présente le premier état de transformation.

Aussi, on peut réitérer les étapes 31 à 36 en réitérant l’instant de caractérisation qui passe alors de t_ià t_i+1et avec un nouvel échantillon gazeux E(t_i+1). Notons ici que la valeur de la différence V(t_i) – ΔV_moy(t_i) entre la variance V(t_i) et celle du paramètre d’écart de variance moyen ΔV_moy(t_i) peut être vue comme un paramètre représentatif du temps de cuisson restant pour que le produit atteigne le deuxième état de transformation.

En revanche, si la variance V(t_i) est inférieure ou égale au paramètre d’écart de variance moyen ΔV_moy(t_i) : V(t_i) ≤ ΔV_moy(t_i), on en déduit que le produit P en cours de cuisson présente alors le deuxième état de transformation. Il est alors passé du premier état au deuxième état de transformation. On passe alors à l’étape 40, et le procédé itératif peut être stoppé. On peut alors envoyer un signal d’information à l’utilisateur, l’invitant à stopper la cuisson du produit P et à le retirer du four de cuisson 2.

Ainsi, le procédé d’estimation selon l’invention permet d’estimer l’état de transformation d’un produit en cours de cuisson, et plus précisément son passage d’un premier état et à un deuxième état, sans qu’il soit nécessaire de mesurer la température interne T_intdu produit au cours de la cuisson. On remplace ainsi une mesure intrusive, qui peut être soit délicate techniquement à effectuer, soit non souhaitée pour des raisons par exemple d’hygiène alimentaire, par une technique de mesure non invasive.

La est une vue schématique et partielle d’un système de caractérisation 4 adapté à déterminer une base de données DB_Pà utiliser lors du procédé d’estimation.

Le système de caractérisation 4 est similaire au système d’estimation 1 décrit précédemment en référence à la , et en diffère essentiellement en ce qu’il est équipé d’une sonde de température 30 pour mesurer la température interne de N produits tests, et en ce que l’unité de traitement 31 comporte une base de données DB_Pà déterminer. De plus, l’unité de traitement 31 n’est pas nécessairement en mesure d’effectuer les calculs des étapes 33 à 36 du procédé d’estimation de la .

Ainsi, le système de caractérisation 4 comporte un dispositif de caractérisation 10 (nez électronique) adapté à déterminer une signature des COV contenu dans un échantillon gazeux E(t_i), pour différents instants de caractérisation t_isuccessifs, et un dispositif de gestion fluidique 20 raccordant l’enceinte 3 du four de cuisson 2 au dispositif de caractérisation 10. Ces éléments sont similaires à ceux décrits en référence au système d’estimation de la , et ne sont donc pas décrits à nouveau ici en détail. Il comporte également une sonde de température 30 connectée à l’unité de traitement 31, adaptée à mesurer la température interne T_intdu produit-test Pt_(n)en cours de cuisson. La figure représente également les N produits-test Pt utilisés par le système de caractérisation 4 pour déterminer la base de données DB_P.

La illustre un organigramme d’un exemple de procédé de détermination d’une base de données DB_Prelative au produit P à cuire utilisées dans le procédé d’estimation décrit précédemment de l’état de transformation du produit P au cours de sa cuisson, et plus précisément son passage d’un premier état de transformation à un deuxième état.

Lors d’une étape 11, on considère le produit P dont l’état de transformation est destiné à être estimé, et on fournit la valeur seuil T_thde sa température interne T_intpour laquelle on considère qu’il passe du premier état (par ex. l’état non cuit) au deuxième état (par ex. l’état cuit). La valeur seuil T_thest enregistrée dans la base de données DB_P.

Lors d’une étape 12, on procède à la cuisson des produits-test Pt_(n), et les étapes 13 à 16 sont effectuées pour différents instants de caractérisation t_isuccessifs, avec une fréquence d’acquisition prédéterminée. Lorsque la caractérisation d’un produit-test Pt_(n)est terminée et que les données correspondantes (évolution temporelle de la variance de référence associée à la signature, et évolution temporelle de la température interne) ont été enregistrées dans la base de données DB_P, cette même caractérisation est effectuée à nouveau pour un autre produit-test Pt_(n+1). Ainsi, N produits tests Pt_(n), avec N>1, identiques ou similaires au produit P à cuire sont caractérisés.

Lors d’une étape 13, le nez électronique 10 détermine la signature ici normaliséeSn _ref(n) des COV émis par le produit-test Pt_(n)d’indice n (n allant de 1 à N) pour différents instants de caractérisation t_isuccessifs. Cette étape est ici identique à l’étape 31 décrite précédemment en référence à la , et n’est pas détaillée à nouveau. L’unité de traitement 31 stocke la signature normaliséeSnref(n)(ti) dans la mémoire pour chacun des instants de caractérisation ti successifs. On obtient ainsi une évolution temporelle Snref(n)(t) de la signature normalisée Snref(n) associée au produit-test Pt(n) d’indice n en cours de cuisson pour différents instants de caractérisation ti successifs.

Lors d’une étape 14, l’unité de traitement 31 détermine la variance de référence V_ref(n)(t_i) pour chaque instant de caractérisation t_iassociée à la signature normaliséeSn _ref(n) (t_i) déterminée, c’est-à-dire la variance associée aux K valeurs de la signature normaliséeSn _ref(n) (t_i). Elle stocke ensuite la variance de référence V_ref(n)(t_i) déterminée dans la mémoire. On obtient ainsi une évolution temporelle de la variance de référence V_ref(n)(t) à plusieurs instants de caractérisation t_isuccessifs. Cette étape est identique à l’étape 32 décrite précédemment en référence à la .

Lors d’une étape 15, la sonde de température mesure la valeur de la température interne T_int(t_i) pour chaque instant de caractérisation t_i, et stocke la valeur dans la mémoire de l’unité de traitement 31. On obtient ainsi une évolution temporelle de la température interne T_int(n)(t) du produit-test Pt_(n)d’indice n à plusieurs instants de caractérisation t_isuccessifs.

Lors d’une étape 16, l’unité de traitement 31 compare la valeur de la température interne T_int(n)(t_i) par rapport à la valeur seuil T_th. Lorsque la température interne T_int(n)(t_i) est inférieure à T_th, les étapes 13 à 16 sont réitérées à un instant de caractérisation suivant. En revanche, lorsque la température interne T_int(n)(t_i) est égale à T_th, on passe à l’étape 17.

Lors de l’étape 17, l’unité de traitement 31 détermine la valeur seuil V_ref,th(n)de la variance de référence V_ref(n)pour laquelle la température interne T_int(n)est égale à la température seuil T_th. Ensuite, l’unité de traitement 31 stocke dans la DB_Pl’évolution temporelle de la variance de référence V_ref(n)(t) qui a été déterminée, ainsi que la valeur seuil V_ref,th(n)de la variance de référence V_ref(n).

Les étapes 12 à 17 sont ensuite réitérées pour chaque des N produits-test Pt_(n), de manière à obtenirin finela base de données DB_P. Celle-ci peut ainsi s’écrire DB_P= { T_th; (V_ref(n)(t))_1≤n≤N; (V_ref,th(n))_1≤n≤N}, et comporte donc la valeur de la température seuil T_th, les N évolutions temporelles des variances de référence (V_ref(n)(t))_1≤n≤N, et les N valeurs seuil (V_ref,th(n))_1≤n≤Ndes variances de référence V_ref(n). La base de données DB_Ppeut donc être utilisée dans le procédé d’estimation décrit précédemment.

Notons que N n’a pas besoin d’être très élevé pour que la qualité de l’estimation du passage du premier état de transformation au deuxième état soit particulièrement élevée. Aussi, une valeur de N de l’ordre de 5 à 10 peut être suffisante.

Des modes de réalisation particuliers viennent d’être décrits. Différentes variantes et modifications apparaîtront à l’homme du métier. Ainsi, on a utilisé ici la variance associée à la signature mesurée à l’instant d’acquisition, mais tout autre paramètre représentatif de la dispersion des valeurs de la signature peut être utilisé, tel que l’écart-type entre autres.

Claims

Procédé d’estimation d’un état de transformation d’un produit (P) en cours de cuisson susceptible de se transformer par émission de composés organiques volatils et de passer ainsi à une température seuil T_thprédéfinie d’un premier état à un deuxième état,
au moyen d’un système d’estimation (1), comportant une surface fonctionnalisée ayant K sites sensibles, avec K>1, avec lesquels les composés organiques volatils sont aptes à interagir par adsorption/désorption, et adapté à déterminer une information (Sn_(k))₁ _≤k≤Kdite signature formée de K valeurs représentatives des interactions d’adsorption/désorption des composés organiques volatils avec les sites sensibles ;

le procédé comportant les étapes suivantes :

fourniture d’une base de données (DB_P) comportant la température seuil T_th; et pour N produits similaires au produit P à cuire, dits produits-test, d’indice n allant de 1 à N avec N>1 :

une évolution temporelle V_ref(n)(t) d’une variance dite de référence V_ref(n)associée à une signature (Sn_ref(k,n))₁ _≤k≤Kreprésentative des interactions d’adsorption/désorption de composés organiques volatils émis par le produit-test (Pt_(n)) considéré avec une surface fonctionnalisée identique à celle du système d’estimation, obtenue lors d’une cuisson du produit-test (Pt_(n)) ;

une valeur seuil V_ref,th(n)de la variance de référence V_ref(n)pour laquelle une température interne T_intdu produit-test (Pt_(n)) considéré est égale à la température seuil T_th;

cuisson du produit (P) dans un four de cuisson (2) porté à une température de consigne T_cau moins égale à ladite température seuil T_th, et exposition de la surface fonctionnalisée du système d’estimation (1) à un échantillon gazeux (E(t_i)) provenant du four de cuisson (2) et susceptible de contenir les composants organiques volatils ; au cours de laquelle sont effectuées les étapes suivantes :

a) détermination d’une signature (Sn_(k)(t_i))₁ _≤k≤K, par le système d’estimation (1), pour un instant de caractérisation (t_i), des composés organiques volatils contenus dans l’échantillon gazeux (E(t_i)) ;

b) détermination d’une valeur de variance V(t_i) associée à la signature (Sn_(k)(t_i))₁ _≤k≤Kdéterminée, et stockage de la valeur de variance V(t_i) obtenue pour obtenir une évolution temporelle V(t) de la variance V ;

c) détermination de N valeurs d’un écart de variance (ΔV_(n)(t_i))_1≤n≤Npar différence entre la valeur de variance V(t_i) déterminée et les N valeurs seuil (V_ref,th(n))_1≤n≤Ndes variances de référence V_ref(n);

d) détermination de N valeurs d’une similarité (SV_(n)(t_i))_1≤n≤Nentre l’évolution temporelle V(t) de la variance V et lesdites N évolutions temporelles (V_ref(n)(t))_1≤n≤Ndes variances de référence V_ref(n), pour l’instant de caractérisation (t_i) ;

e) détermination d’une valeur d’un écart de variance moyen ΔV_moy(t_i), par calcul d’une moyenne des N valeurs de l’écart de variance (ΔV_(n)(t_i))_1≤n≤Npondérée par les N valeurs de similarité (SV_(n)(t_i))_1≤n≤N;

f) identification d’un état du produit (P) comme étant le premier état ou le deuxième état, selon que la variance V(t_i) pour l’instant de caractérisation (t_i) est respectivement supérieure ou inférieure à la valeur de l’écart de variance moyen ΔV_moy(t_i) ;

réitération des étapes suivantes a) à f) en incrémentant l’instant de caractérisation (t_i), au moins jusqu’à ce que le deuxième état soit identifié.
Procédé d’estimation selon la revendication 1, dans lequel, lors de l’étape a) de détermination d’une signature, la signature est normalisée de sorte que ses K composantes varient entre 0 et 1.
Procédé d’estimation selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’étape d) de détermination de valeurs d’une similarité comporte les opérations suivantes :
calcul d’un paramètre intermédiaire (D_(n))₁ _≤n≤Ncomportant N composantes, chaque composante d’indice n étant une valeur moyenne, sur une période allant d’un instant initial (t₀) de caractérisation à l’instant de caractérisation (t_i) en cours, d’un écart en valeur absolue entre une dérivée V’(t) de l’évolution temporelle V(t) de la variance V avec une dérivée V’_ref(n)(t) de l’évolution temporelle V_ref(n)(t) de variance de référence V_ref(n);

calcul de la similarité (SV_(n)(t_i))_1≤n≤Ncomportant N composantes, chaque composante d’indice n étant l’inverse du carré du paramètre intermédiaire (D_(n))₁ _≤n≤Nconsidéré.
Procédé d’estimation selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comportant une étape de détermination de la base de données (DB_P) préalable à l’étape de fourniture, comportant les opérations suivantes :
cuisson des N produits-test (Pt_(n)) de sorte que leur température interne T_int(n)soit au moins égale à la température seuil T_th;

au cours de la cuisson de chaque produit-test (Pt_(n)):

mesure d’une évolution temporelle T_int(n)(t) d’une température interne T_int(n)du produit-test (Pt_(n)) ;

détermination d’une évolution temporelle Sn_ref(n)(t) d’une signature Sn_ref(n)représentative des interactions d’adsorption/désorption de composés organiques volatils émis par le produit-test (Pt_(n)) considéré avec une surface fonctionnalisée identique à celle du système d’estimation ;

détermination d’une évolution temporelle V_ref(n)(t) de la variance de référence V_ref(n)associée à l’évolution temporelle de la signature déterminée ;

détermination d’une valeur seuil V_ref,th(n)de la variance de référence V_ref(n)pour laquelle la température interne T_int(n)est égale à la température seuil T_th.
Système d’estimation (1) d’un état de transformation d’un produit (P) en cours de cuisson, susceptible de se transformer par émission de composés organiques volatils et de passer ainsi à une température seuil T_thprédéfinie d’un premier état à un deuxième état, comportant :
un nez électronique (10)

comportant une surface fonctionnalisée ayant K sites sensibles, avec K>1, avec lesquels les composés organiques volatils sont aptes à interagir par adsorption/désorption ;

comportant une unité de traitement (11) contenant une base de données (DB_P) comportant la température seuil T_th; et pour N produits similaires au produit P à cuire, dits produits-test (Pt_(n)), d’indice n allant de 1 à N avec N>1 : une évolution temporelle V_ref(n)(t) d’une variance dite de référence V_ref(n)associée à une signature (Sn_ref(k,n))₁ _≤k≤Kreprésentative des interactions d’adsorption/désorption de composés organiques volatils émis par le produit-test (Pt_(n)) considéré avec une surface fonctionnalisée identique à celle du système d’estimation, obtenue lors d’une cuisson du produit-test (Pt_(n)) ; et une valeur seuil V_ref,th(n)de la variance de référence V_ref(n)pour laquelle une température interne T_intdu produit-test (Pt_(n)) considéré est égale à la température seuil T_th;

adapté à déterminer, pour différents instants de caractérisation (t_i) successifs :

une signature (Sn_(k))₁ _≤k≤Kformée de K valeurs représentatives des interactions d’adsorption/désorption des composés organiques volatils avec les sites sensibles ;

une variance V associée à la signature (Sn_(k)(t_i))₁ _≤k≤K, laquelle est stockée pour obtenir une évolution temporelle V(t) de variance V aux différents instants de caractérisation (t_i) successifs ;

un écart de variance (ΔV_(n)(t_i))_1≤n≤Nà partir de la valeur de variance V(t_i) et des N valeurs seuil (V_ref,th(n))_1≤n≤Ndes variances de référence V_ref(n);

une similarité (SV_(n)(t_i))_1≤n≤Nà partir de l’évolution temporelle V(t) de la variance V et des N évolutions temporelles (V_ref(n)(t))_1≤n≤Ndes variances de référence V_ref(n), pour l’instant de caractérisation (t_i) considéré ;

un écart de variance moyen ΔV_moy(t_i), à partir des N valeurs de l’écart de variance (ΔV_(n)(t_i))_1≤n≤Net des N valeurs de similarité (SV_(n)(t_i))_1≤n≤N;

un état du produit (P) comme étant le premier état ou le deuxième état, à partir de la variance V(t_i) pour l’instant de caractérisation (t_i) et de la valeur de l’écart de variance moyen ΔV_moy(t_i) ;

un dispositif de gestion fluidique (20), raccordant un four de cuisson (2) destiné à assurer la cuisson du produit (P) au nez électronique (10), adapté à prélever un échantillon gazeux (E(t_i)) du four de cuisson et susceptible de contenir les composés organiques volatils émis par le produit (P) en cours de cuisson, à différents instants de caractérisation (t_i) successifs, et à le transmettre au nez électronique (10).
Système d’estimation selon la revendication 5, dans lequel le dispositif de gestion fluidique (20) comporte un piège à humidité (20) disposé entre le four de cuisson (2) et le nez électronique (10) adapté à refroidir l’échantillon gazeux (E(t_i)) à une température constante inférieure à la température du four de cuisson et à retenir l’eau condensée issue de ce refroidissement.
Système d’estimation selon l’une quelconque des revendications 5 ou 6, dans lequel le nez électronique (10) comporte un dispositif de mesure des interactions d’adsorption/désorption de type à résonance des plasmons de surface ou de type à interférométrie de Mach-Zehnder ou à anneau résonnant.
Système d’estimation selon l’une quelconque des revendications 5 ou 6, dans lequel le nez électronique (10) comporte un dispositif de mesure des interactions d’adsorption/désorption de type résistif, piézoélectrique, mécanique ou acoustique.