WO2020148418A1 - Procede de controle de la cuisson d'un produit alimentaire dans une enceinte a convection avec circulation de fluide - Google Patents

Procede de controle de la cuisson d'un produit alimentaire dans une enceinte a convection avec circulation de fluide Download PDF

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WO2020148418A1
WO2020148418A1 PCT/EP2020/051102 EP2020051102W WO2020148418A1 WO 2020148418 A1 WO2020148418 A1 WO 2020148418A1 EP 2020051102 W EP2020051102 W EP 2020051102W WO 2020148418 A1 WO2020148418 A1 WO 2020148418A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cooking
food product
enclosure
quality
product
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/051102
Other languages
English (en)
Inventor
Alain Kondjoyan
Pascal Tournayre
Stéphane PORTANGUEN
Jason SICARD
Original Assignee
Institut National De Recherche Pour L'agriculture, L'alimentation Et L'environnement
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut National De Recherche Pour L'agriculture, L'alimentation Et L'environnement filed Critical Institut National De Recherche Pour L'agriculture, L'alimentation Et L'environnement
Publication of WO2020148418A1 publication Critical patent/WO2020148418A1/fr

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C7/00—Stoves or ranges heated by electric energy
    • F24C7/08—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24C7/082—Arrangement or mounting of control or safety devices on ranges, e.g. control panels, illumination
    • F24C7/085—Arrangement or mounting of control or safety devices on ranges, e.g. control panels, illumination on baking ovens

Definitions

  • the present invention relates to the field of cooking food products in a convection chamber with fluid circulation.
  • the invention relates more specifically to controlling the cooking of the food product in the enclosure.
  • the meats are consumed in a multitude of different cookings with a color and a flavor which do not necessarily correspond to what the consumer is looking for and sometimes with little or no respect for microbial standards.
  • the present invention relates to a method of controlling the cooking of at least one food product in a convection chamber with circulation of fluid, characterized in that the operating programming instructions of the convection chamber are produced. by a computer on which are executed instructions relating to software implementing an algorithm for modeling the cooking of at least one food product, said method comprising at least the following steps:
  • the cooking quality of the food product can be made up of one or more of the following criteria:
  • the calculation of the programming instructions may further comprise a step of constructing a three-dimensional model of the food product, said model being for example composed of one or more parallelepipeds and / or one or more cylinders and / or one or more spheres.
  • At least one of the parallelepipeds and / or one of the cylinders and / or one of the spheres in particular models a part of the at least one food product having physical characteristics different from the other parallelepipeds and / or cylinders and / or spheres.
  • Heat and material transfer calculations can preferably be performed on a three-dimensional mesh of the model of the at least one food product by imposing boundary conditions defined between different media present in the convection chamber, on each of the faces of the parallelepiped (s) and / or of the cylinder (s), and / or of the sphere (s).
  • the heat transfer calculations are for example carried out in one dimension along each axis of an orthogonal reference mark of the model of the food product, one of the axes of which is parallel to an axis of elongation of said model of the au minus one food product, the boundary conditions defined for each axis being the limits of the faces of the model in intersection with each axis of the orthogonal coordinate system.
  • Said optimization can further comprise a minimization of a difference between a determined cooking quality and a cooking quality taken into account, until a quality difference corresponding to a previously admissible level is obtained. set for said quality deviation.
  • Said optimization may further comprise a comparison with a minimum value or a maximum value, said optimum determined cooking quality being respectively greater than said minimum value or less than said maximum value.
  • the optimization of the cooking quality can take into account one or more temporal criteria among: a cooking start time, an end of cooking time, an hour of consumption of the food product.
  • a model of the evolution of the cooking quality can implement different models among: a model of the evolution of the level of cooking of the food product, a model describing the color profiles in the product, a model of evolution juiciness, a model of the evolution of the nutritional quality of the at least one food product, a model of the evolution of microbiology, the toxicology of the at least one food product, a model of the evolution of the crust , said models being a function of the change in temperature and / or water content of the food product during cooking.
  • Said method takes into account the areas of evolution of the operating characteristics of the convection enclosure, said operating characteristics possibly corresponding to one or more of the following functions of the convection enclosure:
  • Said method can be adapted to a convection chamber comprising several cavities, said cavities being heated or cooled independently of one another.
  • Said method can be adapted to a convection chamber comprising a system for heating and / or cooling a support on which the product rests independently of the action of the fluid in said chamber.
  • said heat transfer calculations can take into account the heating and cooling phases.
  • said heat transfer calculations can take into account the heat transfers between the at least one product and the support and, between the support and the convection enclosure.
  • the method can further comprise the following steps: a. searching, in a database, of a set of data optimizing a degree of proximity for the cooking quality taken into account for the at least one food product and said convection chamber, said database comprising sets of data, each data set including:
  • the programming instructions applied to the convection enclosure are programming instructions interpolated with respect to programming instructions associated with the set of data optimizing the degree of proximity;
  • the step of calculating the programming instructions for the operation of the convection chamber by optimizing the cooking quality of the at least one food product is implemented. work, followed by the steps of extracting the operating characteristics of the convection enclosure and applying to the convection enclosure programming instructions corresponding to the operating characteristics of the enclosure in order to obtain the cooking quality optimal.
  • the database is built with a sample of cooking qualities of the food product, associated with physical characteristics defining the food product, said database being constructed according to the following steps:
  • the present invention also relates to a device for controlling at least one food product in a convection chamber with air circulation, characterized in that it comprises:
  • the device may further comprise a mobile terminal integrating said software interface.
  • the mobile terminal can integrate said computer.
  • the device may further comprise a data link for transmitting programming instructions to said enclosure, said programming instructions corresponding to the operating characteristics of the enclosure for obtaining the optimum cooking quality.
  • the convection enclosure can include said computer.
  • the invention uses a fast modeling algorithm making it possible to build databases of large size and to interact effectively with the user.
  • Another of the advantages of the invention is to allow energy savings in the cooking process due to better control of the exchanges carried out in the convection chamber during the cooking process to obtain a food. fulfilling one or more cooking quality criteria.
  • Figure 1 shows a general diagram of different steps of the method of controlling the cooking of a food product according to the invention
  • FIG. 2 represents several of the steps of the algorithm for optimizing the cooking of a food product
  • Figure 3a shows an example of a parallelepiped used to model a food product
  • Figure 3b shows a set of parallelepipeds, seen from the front, used to model a food product
  • Figure 4 shows an exemplary representation of an interface of a device according to the invention with a user allowing the user to choose a type of food product
  • FIG.5 shows an exemplary representation of an interface of the device according to the invention with a user allowing the user to choose cooking criteria, including the quality of the food product, represented by for example by a color gradient;
  • Figure 6 shows an example of presentation of an interface of the device according to the invention with a user during a calculation of instructions to be applied to the enclosure to obtain the selected quality of the food product at the end Cooking ;
  • Figure 7 shows an example of a presentation to a user, on a man-machine interface of the device according to the invention, the calculated setpoints to be applied to the enclosure.
  • the object of the present invention is in particular to provide a means of controlling a cooking device.
  • the control means can comprise at least one computer, and a man-machine interface with a user wishing to cook a food product.
  • the present invention can be applied in various fields such as: domestic cooking, community cooking, industrial cooking.
  • the invention can also be applied to all types of food products, at least two of whose dimensions are greater than three to four centimeters.
  • the description deals, only by way of example, the cooking of a piece of meat.
  • the present invention can be applied to other foods such as pieces of meat, fish or portions of fruits and vegetables.
  • cooking is meant any process making it possible to obtain a consumable food product such as: reheating an already cooked food product, defrosting a food product, or actual cooking of the food product.
  • the cooking of the food product comprises phases of heating the food product, phases of cooling the food product and optionally of maintaining the temperature of the food product.
  • the convection chamber with circulation of fluid can implement different physical processes such as: radiation infrared, heat exchange with the food by steam or by an air / steam mixture, or even by an air / water droplet mixture, contact with one or more hot surfaces such as a dish, a grill for example, or a wall surface of the convection chamber.
  • the circulation of fluid can be forced or natural circulation.
  • the fluid can be air, air mixed with steam or with water droplets, or only steam.
  • the convection enclosure can have one or more of the following features or devices:
  • an induction device i. active cooling, for example by circulation of a refrigerant fluid in the walls of the enclosure, by rapid flow of cold air in the walls of the enclosure, by misting the walls, by trickling onto said walls; j. spraying or misting of water in the enclosure;
  • a step prior to the implementation of the invention may be to analyze the capacities of the oven in which the cooking will be carried out.
  • the capacities of the furnace are on the one hand determined by its functions and on the other hand by its operating limits.
  • the operating limits of an oven or an enclosure define the range of changes in the characteristics of said oven or enclosure. For example: a minimum and maximum temperature of heating capacity; a heating and cooling evolution curve as a function of the time and the temperature to be reached; the ability or not to cool the walls of the furnace by jets of cold air or by internal circulation of water or refrigerants in said walls of the furnace; the ability, or not, to cool the surface of food by misting water or by jets of cold air directed towards the food.
  • An oven can include one or more cavities, in which one or more different food products can be present. Each cavity can have cooking means independent of the other cavities and individually adjustable.
  • the capacities of an oven can be known from information from the manufacturer of the oven. However, each furnace may differ from the capacities mentioned by the manufacturers. Thus, it is possible to experimentally evaluate these differences by performing various cooking experiments. It is also possible in this way to evaluate the capacities of the furnace which are not mentioned by the manufacturers. Foods are for their part modeled in three dimensions in a simplified manner taking into account their possible differences in physical composition and shape.
  • the exchanges between the oven and the food are of several types. First of all, there are three modes of heat transfer, namely convection, conduction and radiation, which occur simultaneously during cooking. These heat exchanges are coupled with exchanges of complex materials leading in particular to evaporation under variable relative humidity in the oven and to the formation of a dry zone, or the formation of a crust on the surface of the product.
  • the modeling of the exchanges between the oven and the food is carried out by means of the application of boundary conditions on the geometry of the food and in particular on the faces of the food, on which the exchanges with the food take place. interior of the oven, or with a support such as a rack, plate or dish, or an oven wall, on which the food is placed.
  • interfaces can be imposed inside the product, to model parts of the product with different physical characteristics such as different thicknesses or a heterogeneous composition for example, with different water or fat contents depending on the different parts of the product.
  • a simplification of the geometry is used in the cooking control method according to the invention.
  • the food is thus modeled in the form of a set of parallelepipeds and / or a set of cylinders and / or a set of spheres of different sizes.
  • the type of food modeling can be a function of the food type.
  • a user can specify the dimensions of the food to be cooked in addition to its type via an interface with the control device according to the invention.
  • the dimensions of the food can alternatively be recognized by an image processing system, for example if the oven is equipped with a camera. It is also possible to use other dimension measuring systems such as mechanical means or using ultrasound.
  • the user can also specify a weight which makes it possible to know for example the average density of the food. Alternatively, the weight can be determined by a weighing device placed in the oven, or else determined as a function of the size and type of food as a first approximation.
  • a succession of simplified geometries makes it possible to target areas of the food product of different dimensions.
  • the precise control of the cooking of a food requires a modeling of the cooking of the food in the enclosure.
  • This modeling consists in particular in solving heat and material transfer equations at least between the enclosure and the food as a function of the various cooking and cooling operations of the food before consumption.
  • the heat and material transfer equations can also take into account the presence or absence of a dish, a grid, a plate or other support of the food in the enclosure in order to account for the heat transfers and of material between the food and the support and between the support and the enclosure and with the enclosure itself if the food is in direct contact with a wall of the enclosure.
  • the objective of modeling is in particular to produce a three-dimensional representation of the change in temperature and in the water concentration in the different parts of the product during the cooking and cooling phases.
  • the modeling uses the different transfer equations applied to the different volumes present in the enclosure by applying boundary conditions on the different faces of the product.
  • boundary conditions applied on the different faces of the product.
  • the modeling consists in particular of combining different models of changes in the qualities of the food product during the cooking and cooling phases, which can be defined in particular as a function of the change in temperature and in the water concentration. of the food product.
  • the modeling is carried out iteratively as a function of the operating characteristics of the enclosure which evolve at each iteration in order to optimize the quality of the product so that said quality of the product approaches the desired quality and defined by the user, at the end of cooking.
  • the operating characteristics of the enclosure change during the various iterations of an optimization loop by setting new operating characteristics for each iteration from the previous ones.
  • the optimum operating characteristics of the enclosure are determined in order to obtain a quality close to the quality chosen by the user or consumer.
  • the optimal operating characteristics can be transformed into instructions to be applied to the enclosure either through the intermediary of the user, by presenting said instructions to him, or automatically if the computer has a data link allowing him to communicate.
  • a heat transfer model is combined with various models describing the evolution of the qualities sought in all the zones of the product as well as a model of material transfer.
  • FIG.l Figure 1 shows a general structure of the control method according to the invention.
  • a first step of the control method is a step during which a user 1 defines input data for the algorithm for calculating the optimum operating characteristics of the enclosure.
  • the various input data or conditions that can be taken into account are in particular the desired cooking quality criteria 3, a time criterion such as an end of cooking time, or a food consumption hour 5.
  • the desired cooking quality criteria 3 can be chosen by the user from among several proposed cooking quality criteria.
  • the cooking quality criteria offered to the user may have been predefined as a function of the capacities of the oven and of a first preliminary cooking simulation setting limits as to the different qualities that can be obtained for a given product or food.
  • the first simulation can also be carried out in real time to allow interaction with the user 1 in order to allow him to specify or modify his choices according to the possible qualities relative to the characteristics of the product, or to the capacities of the oven.
  • the different possible qualities can be stored in a database 4.
  • the database 4 is connected to a computer 12 which performs all the simulation calculations of the present invention.
  • the cooking quality criteria 7 the following can be proposed: a color of the product at the end of cooking, a flavor, a flavor, a nutritional composition, constraints on a health risk, a possible level of juiciness for the product selected by the 'user.
  • the user can also select a cooking mode of the enclosure which can be taken into account as an operating characteristic of the enclosure to the exclusion of other possible operating modes of said enclosure.
  • the cooking quality criteria can for example be defined in the database 4.
  • the user can be offered quality levels, or a distribution of qualities in the food such as a gradient. colors between different parts of the product.
  • the color gradient can represent different types of cooking for the baked product. For example a food product can be very cooked on the surface and less cooked in depth.
  • the database can include sets of data, each set of data grouping a cooking quality of the food product for at least one food product defined by its physical characteristics and, for operating characteristics of the convection chamber , associated with one or more operating programming instructions for the convection enclosure.
  • the choices offered to the user are offered by means of a man-machine interface connected to the computer.
  • the man-machine interface can be part of a software application installed on a mobile terminal having connection and data exchange capabilities with the computer, or be located directly on the oven, if the oven itself is equipped with of a calculator.
  • the calculation algorithm can be directly implemented by a computer of the mobile terminal when the latter has sufficient computing power to perform the simulation.
  • the user can use a software application implemented on the mobile terminal allowing, on the one hand, the user to indicate his preferences and on the other hand to implement the calculation algorithm.
  • a preferred cooking mode 2 chosen from among the possible heating and cooling modes of the enclosure.
  • user 1 can choose from: steam cooking, dry air cooking, injection of an air / steam or cold air mixture, possibly completed by misting of cold water or a jet of water. cold air for accelerated cooling.
  • the user can also choose one or more food products to be cooked.
  • the food product (s) can be defined by their dimensions, their types, their nature, their geometries, their weight, their compositions and optionally particular zones or irregularities in the geometry or the composition of the products such as zones of lesser thickness. For example, it is possible for the user to identify a particular zone on a representation of one of the foods on the man-machine interface. This information can be entered by the user via the man-machine interface, either directly or by means of a multiple choice for each item of information offered by the man-machine interface. It is also possible for the user to take a photo of the product (s) which will then be analyzed by image recognition software, for example, in order to deduce therefrom the information necessary for modeling the product (s).
  • the oven is equipped with an image capture device 9
  • the information on the product can be automatically deduced from the image of the product or products captured in the oven, by image recognition software.
  • the oven can be equipped with other sensors 9 making it possible to detect characteristics of the product (s) before or even during cooking.
  • an optional step of the control method can be to consult the database 4 in which can be stored various instructions to be applied in particular in terms of choice of quality, products, the capacities of the thermal enclosure or convection enclosure.
  • the data stored in the database 4 are the results of cooking simulations or previous optimizations. It is for example possible to regularly feed the database 4 with the results obtained by each cooking simulation.
  • the object of consulting 6 of the database 4 is to find an identical or similar solution in terms of cooking quality sought for a defined type of product and according to the capacities of the enclosure used.
  • a first proximity criterion can be predefined.
  • a second proximity criterion such as: if the first proximity criterion is not fulfilled but the second proximity criterion is, a setpoint solution can be interpolated according to the solutions the closest in the database in terms of cooking quality sought for a given product and for a given enclosure.
  • control instructions 11 of the oven or oven programming instructions, are generated and then transmitted via the man-machine interface to the consumer 1 and / or to the oven itself.
  • the instructions transmitted can be among:
  • vs. a percentage and / or a temperature of water vapor injected during the heating
  • misting and its characteristics such as the temperature and quantity of the liquid to be misted and the size of the droplets; as well as their evolution over time.
  • These instructions can be translated into instructions to be applied by the user to the enclosure or into operating instructions of the enclosure such as a frequency of rotation of the ventilator of the enclosure, an electrical power at the terminals of a resistor of the enclosure, according to the characteristics of the oven.
  • the method according to the invention allows, in normal operation of the enclosure, full control of the heating, cooling and possibly temperature maintenance operations, before they begin.
  • a corrective calculation of the operating instructions can be carried out in the event of brief breakdowns of the oven, incidents or untimely disturbances of the cooking such as the removal of the food from the oven, a cut in the heating, a door of the enclosure open.
  • the method according to the invention in order to be implemented again, requires the following input data measured after returning to the previous cooking conditions:
  • FIG. 2 represents the optimization algorithm 10 for the cooking of a food, used in order to determine the operating instructions of the enclosure to approach the quality desired by the consumer from that obtained for the product at the end of cooking.
  • the optimization algorithm notably implements one or more series of simulations of the heating of the food in the enclosure as well as of its cooling and possibly of maintaining it at temperature.
  • a first step 21 of the optimization algorithm 10 according to the invention is a step of converting the geometry of the food product (s) into elementary geometric shapes in three dimensions.
  • the elementary shapes can be parallelepipedal, cylindrical, spherical.
  • the elementary shapes define areas of the product which may have different characteristics when the product has irregularities, particular areas in terms of thickness and / or composition.
  • thermophysical properties of the product (s) are associated with the elementary forms according to their particular composition.
  • the thermo-physical properties depend in particular on the type or types of product.
  • the elementary shapes are then meshed in three dimensions in order to be able to apply a numerical calculation of heat-material transfer to them.
  • the dimension and the number of meshes are automatically optimized according to the size of the product (s), the proximity of each mesh to the surface of the product and the desired resolution levels.
  • the mesh can be finer near the interfaces of the various elementary shapes with one another or with the interior medium of the cooking chamber.
  • the meshes can be wider, for example inside the elementary shapes.
  • the levels of resolution of the mesh can also be adapted for example according to the speed of execution of the desired algorithm.
  • Boundary conditions are then applied to each of the meshes of the interfaces of the elementary shapes.
  • the boundary conditions depend in particular on the type of heated enclosure, its operating mode (s), the shape of the product (s), and the cooking configurations of the product (s), such as a type of support of the product (s), a location of the support (s) in the oven, of the product (s) in one of the cavities of the oven, a distribution of the product (s) on the support or on a oven wall.
  • Boundary conditions can also be applied to the interfaces of the elementary forms with one another, when they are individualized in order to take into account, for example, the difference in composition between two contiguous elementary product zones.
  • the boundary conditions can be expressed as a surface temperature according to Dirichlet, or as a boundary condition of Neumann.
  • An effective transfer coefficient taking into account the different modes of heat or material exchange can be used.
  • the various modes of exchange can be, for example: conduction by contact, convection, evaporation, condensation, radiation. Since radiation is a generally important mode of exchange in ovens, an angle or view factor can be defined to determine the quantity of radiation actually received by the food according to its position in the enclosure or in one of the cavities of the food. the enclosure. The view factor is directly introduced into the mathematical expression of the radiation.
  • the viewing angle is calculated numerically by using the surface mesh of the food but also a mesh of the walls of the oven or of any other object present in the oven which would be able to radiate, such as a dish or a plate.
  • the walls of the furnace can be considered as a set of flat rectangular surfaces. It is possible to establish analytical relations, or charts to define the view factors.
  • the view factor F SI , S 2 between the upper surface of the product Si, of length Li and width U, and the surface S2 of the vault, that is to say the upper part of the walls of the supposedly rectangular furnace, of length L 2 and width l 2 can be calculated from Si, from S 2 , from the distance D between the surfaces Si and S 2 , and with four parameters:
  • the application of the various boundary conditions on the geometries of the product (s) takes into account an analysis of the operation of the enclosure defining its different operating modes, the nature of the elements making up the walls of the enclosure and those serving. to the propulsion of a fluid such as dry air, pure steam, an air loaded with steam, droplets, in the enclosure.
  • the analysis of the operation of the enclosure makes it possible to determine all the characteristics of the enclosure.
  • the heated enclosure may also, but not necessarily, be equipped with temperature probes, humidity probes or even anemometers placed inside the enclosure, surrounding the food (s), and / or on the walls.
  • the response of the probes or sensors associated with the enclosure can be directly taken into account as a boundary condition on the different faces of the product in contact with the fluid contained in the enclosure.
  • the transfer calculation carried out on a first shape has repercussions on the boundary conditions of the adjacent shapes, that is to say - say having a common interface.
  • the criteria and the quality levels selected by the user are translated into values of temperature, color, juiciness, or minimum or maximum concentrations of vitamin-type compounds by example, or in numbers of microorganisms or parasites.
  • the criteria selected by the user can be translated globally for all of the product (s) or even as gradients or profiles to be achieved in the product (s). For example, a degree of cooking chosen by the user can be defined by a color gradient to be obtained for one or more slices of the product.
  • the color gradient can be translated into one, two or three dimensional matrices of maximum temperatures to be reached within certain areas of the product, for example at a central section of the product.
  • the correspondence matrices between the color images and the maximum temperatures to be reached in the product are the result of calculations and experiments carried out previously for each type of product.
  • the correspondence matrices can be stored in a database specific to the algorithm.
  • the database can be a non-volatile memory of the computer.
  • a third step is a step 23 of optimizing the parameters 24 applied to the enclosure during cooking in order to achieve maximum satisfaction of the quality criteria chosen by the user.
  • the parameters applied to the oven are restricted by the capacities of the enclosure.
  • the settings applied to the speaker can be divided into several categories to be optimized.
  • a first category 202 may relate to thermal and ventilation management of the enclosure. This first category includes: a change in the temperature of the walls of the enclosure as a function of time 203, a change in the temperature of the fluid surrounding the product or products as a function of time 204 and a change in the speed of the fluid surrounding the or products as a function of time 205.
  • the change in the temperature of the walls of the enclosure as a function of time 203 can be modeled by a law of the stationary type after a preheating phase of the enclosure, or by a law of the transient type comprising kinetics of rise and fall in temperature of the walls as the cooking progresses.
  • the change in the temperature of the air surrounding the product (s) as a function of time 203 follows a stationary law after a phase of preheating the enclosure or a transient law with kinematics of heating and cooling of the 'air.
  • the change in the speed of the air surrounding the product or products as a function of time 205 depends on the ventilation capacities of the enclosure under stationary and transient operating conditions.
  • a second category may relate to environmental management of the product (s) inside the enclosure 206 and may include: a change in the water vapor 207 present in the enclosure defined for example by a relative humidity around of the product (s) and a temperature of the steam, a misting 208 defined by a temperature of the mist water 209 and a quantity and size of the mist water droplets 210.
  • a third category 211 may relate to the temporal management of the operation of the enclosure, that is to say the heating time 212, the cooling time 213, and possibly a time for maintaining the almost constant temperature of the one or more. products.
  • Different sets of parameters applied to the oven can be optimized, for example: the three categories 202, 206, 211 sets, or the first 202 and the second category 206 sets, or the second 206 and the third category 211 sets, or the third category 211 alone. Any other combination of the optimized parameters is also possible.
  • parameters applied to the enclosure which are the subject of the optimization loop and therefore they vary according to a predefined step specific to each parameter, at each new iteration of the optimization algorithm, to achieve optimum satisfaction of the quality criteria desired by the user.
  • the optimum level can be reached for example when a difference between the desired quality criteria and the obtained quality criteria is below a predefined eligibility level.
  • the parameters applied to the furnace are for example initialized using average operating characteristics of the furnace, or values which exist in the database for similar situations, when these are available, and taking into account any preheating.
  • boundary conditions applied to the geometry of the product and of the plate during a fourth step 25.
  • boundary conditions are described in particular. in the case of the use of dry air in the following publications: (1) KONDJOYAN A., ROUAUD O., McCANN M., HAVET M., FOSTER A., SWAIN M., DAUDIN, JD (2006). Modeling 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.
  • the boundary conditions can be expressed as follows:
  • he ff is the effective transfer coefficient, the value of which changes over time, l the thermal conductivity of the product, T m a x the greater of the temperatures T air and T raci , T air the temperature of the air in the enclosure, T raci the average temperature radiated by the surfaces surrounding the product, including the surfaces of the enclosure and of the product support, T s the surface temperature of the product, h the convective heat transfer coefficient, e the emissivity of the product, s the Stefan-Boltzmann constant, k the mass transfer coefficient, DH the latent heat of evaporation of water, a w the activity of water, PT the vapor pressure d 'saturated water at temperature T, x the distance between the surface of the product and a point inside the product, T of w the dew point and F the view factor.
  • each product radiates and that this radiation is received by the other products. It is thus possible to introduce a view factor for each product.
  • the view factor is defined from one surface to another surface.
  • convective heat transfer coefficient it can be determined experimentally and for example as described in the following publication: (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.
  • h eff When the heating is carried out in steam or in a mixture of air and steam, the value of h eff can be measured experimentally and for example as described in the following publication: (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 meatus. Meat Science, 95 (2), 336-344.
  • the fifth step 26 is a step for solving the heat and material transfer equations between the product and the enclosure, optionally taking into account the support of the product in the enclosure.
  • the fifth step 26 implements an algorithm for simulating the cooking of the product in the oven.
  • the simulation algorithm reproduces the change over time in the temperatures and in the water content of the product present in the enclosure as it is cooked.
  • the equations relating to heat exchanges by conduction and transfer of matter, such as juice, in the product are applied to the mesh of each geometric shape representing the product (s).
  • T is the temperature
  • D the thermal diffusion
  • D the Laplacian
  • a juice transfer model can be a simple equation in which the diffusivity value is constant. Alternatively, it is possible to use models where the diffusivity varies with the water concentration as described in articles (1) and (2).
  • the invention proposes to advantageously replace these distribution models by models such as those described by way of example for meat products in publication (4).
  • the parameters of the above juice transfer model can be determined experimentally by following the procedure described in the cited publication.
  • the material transfer equation can be expressed in the following form, the water content being expressed on a dry matter basis by:
  • the resolution of the system of transfer equations can be carried out in three dimensions using a digital technique for calculating types with finite elements or finite volumes.
  • the resolution of the system of transfer equations is based on resolutions of finite difference systems carried out in one dimension and then combined thereafter to obtain a three-dimensional solution.
  • this method makes it possible to maintain a three-dimensional resolution that is sufficiently precise to predict the evolution of the various dimensions of the quality of the product.
  • This rapid resolution not only makes it possible to determine the instructions to be applied to the oven in order to obtain a quality very close to that desired by the user but also allows interaction with the user without latency between an interrogation of the calculation server and the response. of said calculation server comprising the computer implementing the method according to the invention.
  • the user can also seek to obtain a certain thickness of colored crust.
  • the appearance and development of a colored crust during cooking is calculated in particular as a function of: a. environmental parameters such as the temperature of the air in the enclosure, the temperature of the radiation, the relative humidity in the enclosure; b. a transfer coefficient value as described in publication (3) or is determined experimentally; vs. of the surface temperature of the food, using for example simplified and linearized transfer equations from the experimental publication (6) PORTANGUEN, S., IKONIC, P., CLERJON, S., KONDJOYAN, A. ( 2014). Mechanisms of crust development at the surface of meat meat subjected to hot air: an experimental study. Food and Bioprocess Technology, 7 (11), 3308- 3318.
  • GREVE E., GATELLIER, P., SANTE-LHOUTELLIER, V., BRUEL, S., TOUZET, C., PORTANGUEN, S., DEBRAUWER, L. (2010a). Formation of Heterocyclic Amines in slices of Longissimus thoracis beef muscle subjected to jets of superheated steam, Food Chemistry, 119 (1), 19-26;
  • KONDJOYAN A. CHEVOLLEAU, S., GREVE, E., GATELLIER, P., SANTE-LHOUTELLIER, V., BRUEL, S., TOUZET, C., PORTANGUEN, S., DEBRAUWER, L. (2010b ).
  • Desirable targeted compounds include compounds of nutritional interest such as vitamins or iron for example.
  • the undesirable target compounds may be toxic compounds which could form during cooking.
  • the calculations are carried out in one dimension successively over three rectangular domains each constituted by a face 31, 32 and 33 of the parallelepiped 30 and according to the respective directions and dimensions: vector O x and ei for a first face 31 of the parallelepiped 30, vector O y and e2 for a second face 32 of the parallelepiped 30, and vector O z and e3 for a third face 33 of parallelepiped 30, the directions being O x, O y, O z those of the coordinate system of the orthogonal space of FIG. 3A, the three direction vectors of which are:
  • the parallelepiped 30 further comprises three other faces: a fourth face 36 opposite to the first face 31, a fifth face 34 opposite to the second face 32 and a sixth face 35 opposite to the third face 33.
  • the boundary conditions present on the second and fifth faces 32 and 34 of the parallelepiped 30 are applied.
  • the boundary conditions present on the third and sixth faces are applied. 33 and 35 of the parallelepiped 30.
  • the boundary conditions present on the first and fourth faces 31 and 36 of the parallelepiped 30 are applied. The boundary conditions may be different on each of the faces of the parallelepiped 30.
  • Newman's formula written using reduced coordinates is of the following form, described by (10) Bimbenet and Loncin in the “Bases of Food Process Engineering” published in 1995:
  • U is the three-dimensional solution calculated from U x , U y , U z , the values of which are respectively the solutions obtained according to the directions of the vectors or axes O x , O y , O z .
  • Newman's formula is usually used in stationary cases; it is not used for transient conditions for which it is considered to be of lesser precision.
  • the use of this formula leads to an error of one to two degrees, which is sufficient for the calculations carried out within the framework of the invention.
  • the use of this formula in the context of the invention makes it possible to obtain better results in terms of precision compared to the precision that could be obtained by using calculations in one or two dimensions only or even in three. dimensions but with very simplified boundary conditions, for example by not taking into account radiation or evaporation at the surface of the product.
  • the same calculation is therefore reproduced three times with different boundary conditions. This allows simplicity and speed of execution of the algorithm for solving the system of transfer equations.
  • FIG. 3b represents an example of a product 300 whose geometry is modeled by three parallelepipeds 37, 38, 39.
  • FIG. 3b makes it possible to illustrate a situation in which transfers are calculated simultaneously on several elementary forms linked by conjugate boundary conditions. This situation can apply in particular to two cases.
  • a first case may correspond to separate foods placed on one or at most two layers in the same cavity of the enclosure and which touch each other.
  • a second case may be that of a food with an irregular shape modeled for example by several elementary shapes.
  • the case of an irregular shape can be the case of a roast 300 with a main part 37 and a tapered tip 38, 39.
  • the problem is then dealt with by performing a calculation for the three elementary shapes 37, 38, 39 but by applying to each of the elementary forms at the level of the interfaces (37-38), (37-39), (38-39) conjugate boundary conditions which vary over time according to the calculations carried out on the other forms elementary.
  • the boundary conditions on the interfaces (37-38), (37-39), (38-39) are initialized with the temperature of the product by using the boundary conditions of Dirichlet.
  • this temperature is recalculated as being equal to the average of the temperatures at the level of the second cell of the product towards the interior of the product on both sides one of the interfaces (37-38), (37-39), (38-39). This operation is repeated at the next time step of the cooking simulation algorithm.
  • a result of the fifth step 26 for solving the heat and material transfer equations is a set of matrices corresponding to each time step to the temperature and to the water content at each point of the mesh along the three directions from space.
  • a sixth step 27 is a step of converting the matrices corresponding to each time step to the temperature and to the water content at each point of the mesh in the three directions of space, into quality matrices obtained for the product, namely in levels of juiciness, colors, and / or target compounds in the product, and / or pathogenic organisms, and / or toxic compounds, at each point of the mesh of the product and at each time step.
  • a seventh step 28 is a comparison step making it possible to evaluate the difference between the qualities obtained and the objectives set, through the use of a cost function.
  • the cost function is established on the basis of the qualities sought by the user. It can include several terms relating to the different qualities desired by the user and / or a set of inequalities with respect to thresholds to be exceeded or, on the contrary, not to be exceeded.
  • the cost function is an algebraic expression each term of the expression can be weighted according to a hierarchy between the various criteria of desired qualities. This prioritization can be performed by the user.
  • the objective function makes it possible to determine a distance between the qualities sought by the user and the qualities obtained for each of the sets of parameters describing the characteristics of the enclosure and its operation, which may vary according to the characteristics. thermal and aeraulic management optimization loops of enclosure 202, environmental management of the product (s) inside enclosure 206 and temporal management of the operation of enclosure 211.
  • the objective of the algorithm Optimization of cooking is to obtain at the end of cooking an optimal distance, for example the smallest possible with the objective. It is thus possible to define a set of parameters and solutions making it possible to know whether the objective can be achieved and if so by which sets of parameters, which can then be considered as optimal.
  • the quality criteria can be represented by functions C z .
  • the functions C z make it possible to calculate a simulated value S for a criterion Z at each point of the preceding mesh of coordinate i, j, k or of a simplified mesh and in a volume or an elementary form V of the product, such as
  • the volume V considered can be equal either to the entire volume of the product, or to part of the product.
  • the objective to be achieved by the optimization can be a maximum value or a minimum value not to be exceeded for a quality criterion Z:
  • the objective function can be calculated through a distance between the sought profile and the simulated profile, the objective also being to minimize the distance between the desired profile and the simulated profile.
  • This distance can also take account of a spatial distribution of C z, for example in the case where the objective is a color gradient.
  • a distance d can be a sum of the squares of the differences between the simulated values and the objective values.
  • the objective function is the sum of the distances d z :
  • P being a weighting factor defining the importance or the relative priority of the various criteria with respect to one another.
  • An objective may for example be to minimize the distance d for certain criteria while ensuring a maximum or minimum value for the other criteria in a volume of the product considered. In this case, it is possible to simultaneously use the relations [Math. 17] and [Math. 18].
  • the optimization algorithm 10 thus defines the conditions and the duration of the heating and possibly cooling treatments to be applied in order to minimize the value of the function of. cost using conventional methods such as secant and / or gradient descent methods.
  • the optimization algorithm 10 can be implemented before the start of the cooking / cooling operation, when the operating parameters of the oven corresponding to the quality criteria desired for the product:
  • the correspondence matrices between color images and maximum temperatures to be reached are the result of the optimization algorithm implemented beforehand and whose data of inputs and the output data have been saved in said database 4.
  • the method according to the invention can select from the database 4, once the latter has been created, the suitable heating and cooling conditions when these correspond to the consumer's choice or that they are very close to them according to a first criterion or degree of proximity defined beforehand. It is also possible to calculate new target matrices by interpolation between target matrices stored in database 4 if none of the solutions existing in database 4 are sufficiently close to the consumer's choices according to the first criterion or degree close but sufficiently close according to a second criterion or degree.
  • level of juiciness it can be based both on water concentration levels calculated in the whole volume of the product and on simulated water content differences in different areas of the product, for example between the center of the product and its periphery.
  • the creation of the database 4 comprises a step of classifying the data in said database 4.
  • the classification is based on an interpretation of the quality data simulated as a function of the characteristic data of the furnace, of the product and of the choices of. user quality criteria.
  • the interpretation of the simulated quality data can be carried out at the sensory, nutritional, or health level. For example, two color gradient profiles or two calculated juiciness levels are considered to belong to the same class if the consumer can perceive them as the same or similar.
  • nutrient or micronutrient compositions such as vitamins and iron are considered to belong to the same class if their impacts on the consumer's nutritional needs are equivalent depending on the variability observed on the raw and then cooked product. .
  • Two cooking treatments can be considered to have the same level of microbiological and toxicological safety when a combination between a calculated inactivation value and a variability of an initial contamination leads to a similar level of contamination or a hazard on the cooked product. .
  • the database 4 generated from the transfer / reaction models can be based on a data table which, after construction contains for example all or part of the following fields: cooking / cooling modes, operating configurations of the furnaces used, the types of products considered, possibly a variation in the composition of the product (s), possible product shapes, different dimensions linked to this shape, the durations of different cooking and cooling steps, oven control variables used for each of the cooking steps cooking and cooling such as the speed and temperature of the air, the temperature of the walls, the humidity in the enclosure and the quality classes or levels obtained for each simulated case as well as each of the quality dimensions considered among the sensory, nutritional and health dimensions.
  • the optimization algorithm 10 can also return an indication of the impossibility of calculating the operating parameters of the furnace if, for the quality criteria selected by the user, the optimization algorithm cannot converge towards a solution, for example within a maximum period that can be fixed.
  • the operating parameters of the corresponding oven are transmitted in the form of instructions to the user for him to apply them to the oven or else they are transmitted directly to the oven itself. if a communication interface exists between the oven and the computer executing the optimization algorithm 10 according to the invention.
  • the device for implementing the method according to the invention, it comprises at least one computer comprising a processor associated with a non-volatile memory, as well as a link to an interface with a user.
  • the device can also include a database linked to the computer.
  • the user has a mobile interface terminal with the computer allowing him to enter the information necessary for implementing the method according to the invention.
  • the mobile terminal itself comprises a link with the computer.
  • the link can be wired, or wireless, for example by cellular network or by any other wireless network.
  • the computer and possibly the database can be integrated into said mobile terminal.
  • FIGS. 4 to 7 give an example of the use of a software application interface with a user, running on a mobile terminal within the framework of the implementation of the method according to the invention.
  • the computer program implementing the instructions specific to the method for controlling the cooking of at least one food product is executed on a computer of a remote server comprising a communication interface with a terminal mobile available to the user and a database.
  • the mobile terminal includes a man-machine interface software application, or HMI, allowing a dialogue between the remote server and the user.
  • the user can, by means of this HMI, provide information on the product to be baked in the oven and on the desired baking qualities. Then, this information is transmitted to the computer of the remote server which implements the algorithm for optimizing the operating parameters of the oven for the food in question and the desired cooking qualities.
  • Figure 4 shows a first window displayed on I ⁇ HM and allowing to select the product to be cooked.
  • the mobile terminal can be equipped with a touch screen.
  • the first window can present a list of products from which the user can select the product to be cooked.
  • two products are shown, associated with a photo for each of the products: a roast beef and a roast pork. It is of course possible to envisage a larger number of products. The user therefore selects the product he wishes to cook. Once the product has been selected, a second window appears.
  • FIG. 5 represents the second window which allows the user to enter several types of information necessary for cooking optimization.
  • the user has selected a roast beef.
  • the user is then asked to enter information concerning the size of the roast: its length in cm, its width in cm and its height in cm.
  • the geometry of the food is parallelepipedic.
  • the user is also prompted to enter a meal time.
  • the cooking quality offered at the user's choice is a degree of cooking of the product.
  • Most consumers judge the degree of doneness of beef by visual appreciation of the color profile obtained on the slices of the roast at the end of cooking.
  • the second window therefore presents the user with possible color gradient options in product slices using images representing several types of cooking: blue, rare, medium, well done.
  • a first image of blue meat shows two zones of different degrees of doneness 50, 51 between which a color gradient is shown.
  • a first peripheral zone 50 corresponds to a color of well-cooked meat while a second central zone 51 corresponds to a color of rare meat.
  • the first peripheral zone 50 is larger in size than on the first image, the second central zone 51 is then reduced.
  • the first peripheral zone 50 is larger in size than in the second image, and the second central zone 51 is therefore smaller in size than in the second image.
  • the fourth image of well-cooked meat has a single coloring corresponding to the first peripheral zone 50 in the other figures, that is to say the color of well-cooked meat.
  • the second central zone corresponding to rare meat is non-existent in the image of well-cooked meat.
  • this involves controlling the cooking / cooling time necessary for the consumer to obtain the desired degree of cooking in the slice located in the center of the roast, said cooking / cooling time as well as information on the number of cooked or rare slices obtained at the end of cooking.
  • the capacities and characteristics of the furnace were previously analyzed and determined. Still in the context of the example, the oven used operates under stationary conditions, after a period of preheating.
  • a bank or database of images has been created beforehand to visually represent different degrees of cooking which are reproduced on the second window for a central slice in the roast.
  • Each of the images is linked in the database with a color gradient, itself associated with a matrix of maximum temperatures to be reached at the end of the heat treatment in the slice located in the middle of the roast.
  • the parameters entered by the user are transmitted to the remote server by the interface software application or HMI of the mobile terminal.
  • the HMI software application can transmit the information for example using a Web Service or any other suitable communication mode.
  • the computer of the remote server then implements the cooking optimization algorithm.
  • a third window is displayed on the mobile terminal as shown in FIG. 6.
  • This third window indicates that the calculations are in progress and displays all the elements previously entered by the user including the length: 10cm, the width: 6cm, the height 6cm, of the roast as well as the meal time: 12:30 and the image selected: Well done.
  • the HMI software application waits for the results of the algorithm optimization by cyclically polling the Web Service.
  • the Web Service delivers the results as soon as the remote server has completed these calculations.
  • the user can then either validate the result or modify the parameters which he has previously specified to obtain, for example, a different cooking time, a number of rare or different cooked slices.
  • the user validates the cooking parameters, they can be transmitted to the oven automatically if the oven has a data exchange interface with the remote calculation server, or the mobile terminal.
  • each of the means of the device according to the invention described above can comprise at least one computer, a central or computing unit, an analog electronic circuit (preferably dedicated), a digital electronic circuit (preferably dedicated), and / or a microprocessor (preferably dedicated), and / or software means.

Landscapes

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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.

Description

Description
Titre de l'invention : Procédé de contrôle de la cuisson d'un produit alimentaire dans une enceinte à convection avec circulation de fluide
[0001] [Domaine technique
[0002] 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.
[0003] État de la technique
[0004] 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.
[0005] Cependant, la cuisson des aliments est encore trop rarement maîtrisée, surtout pour une majorité de la population qui n'est pas formée à une utilisation optimale d'une enceinte à convection comme un four.
[0006] 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.
[0007] 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.
[0008] On voit ainsi apparaître 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.
[0009] 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.
[0010] 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.
[0011] 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.
[0012] Résumé de l'invention
[0013] 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 oeuvre un algorithme de modélisation de la cuisson de l'au moins un produit alimentaire, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes :
a. prise en compte de domaines d'évolution de caractéristiques de fonctionnement de l'enceinte à convection ; b. prise en compte d'une qualité de cuisson de l'au moins un produit alimentaire ;
c. prise en compte de caractéristiques physiques définissant l'au moins un produit alimentaire ; d. 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 oeuvre 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 ; e. extraction des caractéristiques de fonctionnement de l'enceinte à convection correspondant à l'obtention de la qualité de cuisson optimale ;
f. 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. [0014] La qualité de cuisson du produit alimentaire peut être composée d'un ou plusieurs des critères suivants :
a. niveau de cuisson ;
b. gradient de couleur ;
c. niveau de jutosité ;
d. épaisseur de la croûte ;
e. qualité nutritionnelle ;
f. niveau de sécurité sanitaire.
[0015] 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.
[0016] 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.
[0017] 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.
[0018] 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.
[0019] 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.
[0020] 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.
[0021] 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.
[0022] Un modèle d'évolution de la qualité de cuisson peut mettre en oeuvre 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 croûte, lesdits modèles étant fonction de l'évolution de température et/ou de teneur en eau du produit alimentaire au cours de la cuisson.
[0023] 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 :
a. une émission de vapeur ; b. une émission d'air et de vapeur d'eau mélangés ; c. une émission d'air pulsé chaud et/ou froid ;
d. une émission d'air tournant ;
e. une émission d'air à très grande vitesse ;
f. une émission d'air mélangé à des gouttelettes d'eau ;
g. un refroidissement par contact de l'air de l'enceinte avec un dispositif de refroidissement ;
h. un chauffage par contact de l'air de l'enceinte avec un dispositif de chauffage.
[0024] Ledit procédé peut être adapté à une enceinte à convection comprenant plusieurs cavités, lesdites cavités étant chauffées ou refroidies indépendamment les unes des autres.
[0025] 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.
[0026] 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.
[0027] 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.
[0028] Le procédé peut en outre comprendre les étapes suivantes : a. 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 :
i. une qualité de cuisson du produit alimentaire, ii. pour au moins un produit alimentaire défini par ses caractéristiques physiques et
iii. pour des caractéristiques de fonctionnement de l'enceinte à convection, iv. associés à une ou plusieurs consignes de programmation de fonctionnement de l'enceinte à convection ;
b. 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 ;
c. 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 ;
d. 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 oeuvre, 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.
[0029] 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 :
a. 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 oeuvre 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 ;
b. extraction des caractéristiques de fonctionnement de l'enceinte à convection pour l'obtention de la qualité de cuisson optimale ; c. enregistrement dans ladite base de données :
i. des caractéristiques de fonctionnement de l'enceinte à convection extraite ; ii. de ladite qualité de cuisson optimale du produit alimentaire, iii. dudit produit alimentaire défini par ses caractéristiques physiques ;
iv. des caractéristiques de fonctionnement de ladite enceinte à convection pour l'obtention de la qualité de cuisson optimale.
[0030] 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 :
a. une interface logicielle avec un utilisateur, ladite interface logicielle :
i. proposant différentes qualités de cuisson de l'au moins un produit alimentaire ; ii. 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 oeuvre le procédé de cuisson d'au moins un produit alimentaire dans une enceinte à convection avec circulation d'air ;
b. ledit calculateur.
[0031] Le dispositif peut comprendre en outre un terminal mobile intégrant ladite interface logicielle.
[0032] Alternativement, le terminal mobile peut intégrer ledit calculateur.
[0033] 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.
[0034] Alternativement, l'enceinte à convection peut comprendre ledit calculateur. [0035] 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.
[0036] 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.
[0037] Présentation des figures
[0038] D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en oeuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants :
[0039] [Fig.l] La figure 1 représente un schéma général de différentes étapes du procédé de contrôle de la cuisson d'un produit alimentaire selon l'invention ;
[0040] [Fig.2] La figure 2 représente plusieurs des étapes de l'algorithme d'optimisation de la cuisson d'un produit alimentaire ;
[0041] [Fig.3a] La figure 3a représente un exemple de parallélépipède utilisé pour modéliser un produit alimentaire ;
[0042] [Fig.3b] La figure 3b représente un ensemble de parallélépipèdes, vus de face, utilisés pour modéliser un produit alimentaire ;
[0043] [Fig.4] 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 ;
[0044] [Fig.5] 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 ; [0045] [Fig.6] 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 ;
[0046] [Fig.7] 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.
[0047] Description détaillée
[0048] 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.
[0049] 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.
[0050] 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.
[0051] 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.
[0052] L'enceinte à convection avec circulation de fluide peut mettre en oeuvre 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.
[0053] La circulation de fluide peut être une circulation forcée ou naturelle.
[0054] 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.
[0055] L'enceinte à convection peut avoir une ou plusieurs des fonctionnalités ou dispositifs suivants :
a. une émission de vapeur ; b. une émission d'un mélange d'air et de vapeur ; c. une émission d'un mélange d'air et de gouttelettes ;
d. une production d'un air pulsé froid et/ou chaud ;
e. une émission d'un air tournant chaud ou froid ;
f. une émission d'air à très grande vitesse, par exemple par un jet d'air ; g. une résistance chauffante, ou tout autre moyen de chauffage de l'air, des parois de l'enceinte ;
h. un dispositif à induction ; i. 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 ; j. une pulvérisation ou brumisation d'eau dans l'enceinte ;
k. un réchauffage ou refroidissement indépendamment dans plusieurs cavités situées dans l'enceinte ; L . 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 ;
m. 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 ;
n. un système de maintien à température du produit dans l'enceinte.
[0056] Une étape préalable à la mise en oeuvre 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.
[0057] 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.
[0058] 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. [0059] 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.
[0060] 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 croûte en surface du produit.
[0061] 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.
[0062] 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.
[0063] 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.
[0064] 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 connaître 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.
[0065] Avantageusement, une succession de géométries simplifiées permet de cibler des zones du produit alimentaire de dimensions différentes.
[0066] 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.
[0067] 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.
[0068] La modélisation met en oeuvre 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.
[0069] Avantageusement, il est possible de mettre en oeuvre 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.
[0070] 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.
[0071] 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. [0072] 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.
[0073] [Fig.l] La figure 1 représente une structure générale du procédé de contrôle selon l'invention.
[0074] 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.
[0075] 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.
[0076] 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.
[0077] 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 oeuvre 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 oeuvre sur le terminal mobile permettant d'une part à l'utilisateur indiquer ses préférences et d'autre part de mettre en oeuvre l'algorithme de calcul. [0078] 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.
[0079] 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.
[0080] 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. [0081] 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.
[0082] 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.
[0083] 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.
[0084] 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.
[0085] 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.
[0086] 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 :
a. une vitesse d'air ;
b. une température de l'air ;
c. un pourcentage et/ou une température de vapeur d'eau injectée pendant le chauffage ;
d. une température des parois ;
e. une humidité relative de l'air dans l'enceinte ;
f. 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.
[0087] 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.
[0088] 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.
[0089] 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 oeuvre, nécessite les données d'entrées suivantes mesurées après le retour aux conditions de cuisson précédentes :
a. un suivi des températures du fluide et des parois de l'enceinte, avant et après la panne, et la durée de l'interruption ;
b. éventuellement des informations d'hygrométrie mesurées dans l'enceinte avant et après l'incident, la perturbation ou la panne.
[0090] [Fig.2] 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.
[0091] L'algorithme d'optimisation met notamment en oeuvre 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.
[0092] 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.
[0093] 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.
[0094] 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.
[0095] 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.
[0096] 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. [0097] Le facteur de vue est directement introduit dans l'expression mathématique du rayonnement.
[0098] 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 FSI,S2, entre la surface supérieure du produit Si, de longueur Li et de largeur U, et la surface S2 de la voûte, c'est-à-dire la partie supérieure des parois du four supposée rectangulaire, de longueur L2 et de largeur l2 peut être calculé à partir Si, de S2, de la distance D entre les surfaces Si et S2, et avec quatre paramètres :
[0099] [Math. 1]
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[0101] par une formule analytique basée sur la somme et la différence de fonctions logarithmes et arctangentes faisant intervenir Si, S2, 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.
[0102] 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. [0103] 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.
[0104] 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.
[0105] 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. [0106] 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.
[0107] 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.
[0108] 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.
[0109] 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.
[0110] 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.
[0111] 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.
[0112] 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.
[0113] 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.
[0114] 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.
[0115] 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.
[0116] 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.
[0117] 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 température under constant air température 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 température and water activity under fast transient air température conditions. J. Food Eng., 76, 63-69.
[0118] 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 :
[0119] [Math. 2]
Figure imgf000030_0001
[0124] heff est le coefficient de transfert effectif dont la valeur évolue au cours du temps, l la conductivité thermique du produit, Tmax la plus grande des températures Tair et Traci, Tair la température de l'air dans l'enceinte, Traci la température moyenne rayonnée par les surfaces entourant le produit, dont les surfaces de l'enceinte et du support du produit, Ts la température en surface du produit, h le coefficient de transfert convectif de chaleur, e l'émissivité du produit, s la constante de Stefan-Boltzmann, k le coefficient de transfert de masse, DH la chaleur latente d'évaporation de l'eau, aw l'activité de l'eau, PT la 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, Tdew le point de rosée et F le facteur de vue.
[0125] 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.
[0126] En ce qui concerne le facteur de vue FSI,S2, de la surface de l'aliment Si vers celle du four S2, il peut être calculé ainsi dans le cadre de la présente invention :
[0127] [Math. 4]
Figure imgf000031_0001
[0128] [Math. 5]
[0129] avec S1 = 2 L1 * 2 ll h = L1 + L2, i = —L1 + L2,j = l± + l2, k =— 1± + l2.
[0130] 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 disparaître 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.
[0131] 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.
[0132] Lorsque le chauffage est effectué dans la vapeur ou dans un mélange d'air et de vapeur, la valeur de heff peut 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 méat. Méat Science, 95(2), 336-344.
[0133] 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.
[0134] Dans tous les cas, il est avantageusement possible d'encadrer la valeur de heff grâce à une série de calculs ou d'expériences préalables dont les résultats sont stockés dans la base de données 4.
[0135] 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 oeuvre un algorithme de simulation de la cuisson du produit dans le four.
[0136] 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. [0137] 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).
[0138] Pour résoudre les équations liées au transfert de chaleur, il est possible d'utiliser une simple équation de conduction comme l'équation de Fourrier :
[0139] [Math. 6]
[0140] ^ = ADT
[0141] dans laquelle T est la température, D la diffusion thermique, et D le Laplacien. La diffusion thermique D peut dépendre de la composition locale du produit et de sa température à chaque instant.
[0142] 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).
[0143] 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.
[0144] 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).
[0145] 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. [0146] 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 :
[0147] [Math. 7]
[0148] dX/dt = —kexp(T, d)(X— Xeq (T)); tant que X > Xeq (T)
[0149] avec X la concentration en eau en un point à l'intérieur du produit, Xeq la 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.
[0150] kexp(T,d) varie localement en fonction de T et de d au travers des relations :
[0151] [Math. 8]
Figure imgf000034_0001
[0153] avec Ea l'énergie d'activation en J. mol 1 et R la constante universelle des gaz parfait et
[0154] [Math. 9]
[0155] k0 = A - d~B
[0156] avec A, et B des paramètres déterminés expérimentalement selon le type de produit.
[0157] 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.
[0158] 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 oeuvre le procédé selon l'invention.
[0159] L'utilisateur peut également chercher à obtenir une certaine épaisseur de croûte colorée. L'apparition et le développement d'une croûte colorée au cours de la cuisson sont notamment calculés en fonction : a. des paramètres d'environnement tels que la température de l'air de l'enceinte, la température du rayonnement, l'humidité relative dans l'enceinte ; b. d'une valeur de coefficient de transfert tel que décrit dans la publication (3) ou est déterminée expérimentalement ; c. 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 méat subjected to hot air: an experimental study. Food and Bioprocess Technology, 7(11), 3308- 3318.
[0160] 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 of Longissimus thoracis beef 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 Fleterocyclic 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.
[0161] 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.
[0162] 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.
[0163] 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.
[0164] 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. [0165] [Fig.3a] Pour un parallélépipède 30, de dimensions ei, 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 ei 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 :
[0166] [Math. 10]
[0167] ( Oc, Og, Oz )
[0168] 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.
[0169] Selon la direction du vecteur Ox sont appliquées les conditions aux limites présentes sur les deuxième et cinquième faces 32 et 34 du parallélépipède 30. Selon la direction du vecteur Oy sont appliquées les conditions aux limites présentes sur les troisième et sixième faces 33 et 35 du parallélépipède 30. Selon la direction du vecteur Oz sont 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.
[0170] 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 Ox, Oy, Oz. [0171] 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 :
[0172] [Math. 11]
[0173] U = Ux - Uy - Uz
[0174] dans laquelle U est la solution en trois dimensions calculée à partir de Ux, Uy, Uz dont les valeurs sont respectivement les solutions obtenues selon les directions des vecteurs ou axes Ox, Oy, Oz.
[0175] 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.
[0176] 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.
[0177] [Fig.3b] La figure 3b représente un exemple d'un produit 300 dont la géométrie est modélisée par trois parallélépipèdes 37, 38, 39.
[0178] 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.
[0179] 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.
[0180] 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.
[0181] 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.
[0182] 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. [0183] 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.
[0184] 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.
[0185] 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. [0186] Les critères de qualité peuvent être représentés par des fonctions Cz. Les fonctions Cz permettent 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
[0187] [Math. 12]
[0188] (¾¾,)„
[0189] Le volume V considéré peut être égal soit à la totalité du volume du produit, soit à une partie du produit.
[0190] 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 :
[0191] [Math. 13]
Figure imgf000041_0001
[0193] 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 Cz par exemple dans le cas où l'objectif est un gradient de couleur.
[0194] Une distance d peut être une somme des carrés des écarts entre les valeurs simulées et des valeurs objectifs
[0195] [Math. 14]
Figure imgf000041_0002
[0200] Lorsque l'on ne considère qu'un seul critère de qualité alors :
[0201] [Math. 16]
[0202] dz = d
[0203] Lorsqu'une répartition de plusieurs critères est à prendre en compte, alors la fonction objectif est la somme des distances dz :
[0204] [Math. 17]
[0205] d = åz Pdz
[0206] P étant un facteur de pondération définissant l'importance ou la priorité relative des différents critères les uns par rapport aux autres.
[0207] 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].
[0208] 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.
[0209] 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.
[0210] 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.
[0211] 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.
[0212] L'algorithme d'optimisation 10 peut être mis en oeuvre 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 :
a. ne sont pas présent dans la base de données 4, si la base de données 4 a été préalablement créée ;
b. 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 ;
c. pour créer la base de données 4 elle-même ;
d. en l'absence de ladite base de données 4.
[0213] 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 oeuvre 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.
[0214] 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.
[0215] 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.
[0216] 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.
[0217] 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.
[0218] 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.
[0219] En ce qui concerne le dispositif de mise en oeuvre 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.
[0220] 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 oeuvre 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.
[0221] 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 oeuvre du procédé selon l'invention.
[0222] 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 oeuvre l'algorithme d'optimisation des paramètres de fonctionnement du four pour l'aliment en question et les qualités de cuisson recherchées.
[0223] [Fig.4] La figure 4 représente une première fenêtre affichée sur IΊHM 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 apparaît.
[0224] [Fig.5] 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.
[0225] 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, la deuxième zone centrale 51 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 51 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.
[0226] 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.
[0227] 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.
[0228] L'utilisateur sélectionne une image selon la cuisson désirée : cette dernière s'affiche comme image sélectionnée.
[0229] Une fois l'ensemble des paramètres saisis, l'utilisateur sélectionne le bouton « Lancer la cuisson ».
[0230] 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 oeuvre l'algorithme d'optimisation de la cuisson.
[0231] [Fig.6] 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.
[0232] [Fig.7] 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.
[0233] 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.
[0234] 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.
[0235] 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.
[0236] 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 oeuvre une interaction entre l'utilisateur et le serveur distant pour réaliser plusieurs calculs à la suite. [0237] 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.
[0238] 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

Revendications
[Revendication 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 :
a. prise en compte de domaines d’évolution de caractéristiques de
fonctionnement de l’enceinte à convection ;
b. prise en compte d’une qualité de cuisson (4) de l’au moins un produit alimentaire (5) ;
c. prise en compte de caractéristiques physiques définissant l’au moins un produit alimentaire ;
d. 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 ; e. extraction des caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à convection correspondant à l’obtention de la qualité de cuisson optimale ; f. 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 ;
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, et 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.
[Revendication 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 :
a. niveau de cuisson ;
b. gradient de couleur ;
c. niveau de jutosité ;
d. épaisseur de la croûte ;
e. qualité nutritionnelle ;
f. niveau de sécurité sanitaire.
[Revendication 3] 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.
[Revendication 4] Procédé selon la revendication 3, 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.
[Revendication 5] 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.
[Revendication 6] 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.
[Revendication 7] 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.
[Revendication 8] Procédé selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, 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 croûte, lesdits modèles étant fonction de l’évolution de
température et/ou de teneur en eau du produit alimentaire au cours de la cuisson.
[Revendication 9] 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 :
a. une émission de vapeur ; b. une émission d’air et de vapeur d’eau mélangés ;
c. une émission d’air pulsé chaud et/ou froid ;
d. une émission d’air tournant ;
e. une émission d’air à très grande vitesse ;
f. une émission d’air mélangé à des gouttelettes d’eau ;
g. un refroidissement par contact de l’air de l’enceinte avec un dispositif de refroidissement ;
h. un chauffage par contact de l’air de l’enceinte avec un dispositif de
chauffage.
[Revendication 10] 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.
[Revendication 11] 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.
[Revendication 12] 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.
[Revendication 13] 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.
[Revendication 14] Procédé selon l’une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend en outre les étapes suivantes : a. 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 : i. une qualité de cuisson du produit alimentaire
ii. pour au moins un produit alimentaire défini par ses
caractéristiques physiques et
iii. pour des caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à
convection,
iv. associés à une ou plusieurs consignes de programmation de
fonctionnement de l’enceinte à convection ;
b. 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 ;
c. 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 ;
d. 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.
[Revendication 15] 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 :
a. 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 oeuvre 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 ;
b. extraction des caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à
convection pour l’obtention de la qualité de cuisson optimale ; c. enregistrement dans ladite base de données :
i. des caractéristiques de fonctionnement de l’enceinte à convection extraite ;
ii. de ladite qualité de cuisson optimale du produit alimentaire, iii. dudit produit alimentaire défini par ses caractéristiques physiques ;
iv. des caractéristiques de fonctionnement de ladite enceinte à
convection pour l’obtention de la qualité de cuisson optimale.
[Revendication 16] 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 :
a. une interface logicielle avec un utilisateur, ladite interface logicielle : i. proposant différentes qualités de cuisson de l’au moins un produit alimentaire ;
ii. 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 oeuvre 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 15 ;
b. ledit calculateur.
[Revendication 17] Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce qu’il comprend un terminal mobile intégrant ladite interface logicielle.
[Revendication 18] Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que le terminal mobile intègre ledit calculateur.
[Revendication 19] Dispositif selon l’une quelconque des revendications 16 à 18, 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.
[Revendication 20] Dispositif selon l’une quelconque des revendications 16 et 17, caractérisé en ce que l’enceinte à convection comprend ledit calculateur.
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