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Contexte

Le caractère global des impacts de la production alimentaire (santé, sanitaire, environnement, économie, société) et la rapidité des changements sociétaux réclament une nouvelle approche quantitative de l’ensemble des questions liées à l’ingénierie des systèmes de production, de transformation et de distribution alimentaire (éco-conception, durabilité, agilité). La recherche en ingénierie doit être prospective et permettre l’exploration rapide et à moindre coût de modes de production alternatifs.

Avec la croissance continue des capacités de calcul, de stockage et d’Internet, la modélisation et la simulation peuvent provoquer et accompagner la recherche scientifique et les changements attendus à tous les niveaux de la société. Les modèles sont devenus des outils essentiels à la compréhension des phénomènes (transferts, transformations, réactions) et à la gestion et résolution de leurs couplages à toutes les échelles. Ils peuvent en outre être utilisés à différentes fins : redéfinition du procédé ou de l’opération unitaire, combinaison raisonnée d’opérations, aide à la conception d’emballages et optimisation multicritère.

Mots-clés

Modélisation mécanistique, modélisation moléculaire, simulation, analyse de sensibilité, identification paramétrique, commande automatique, optimisation multicritère, transferts de chaleur, transferts de matière, mécanique des fluides, génie des (bio) procédés, génie des réactions, chémiométrie

Questions de recherche

Nous souhaitons répondre à un double défi, scientifique et opérationnel :

1. En développant des modèles mécanistiques permettant de :

• Comprendre des interactions entre phénomènes élémentaires intervenant à différentes échelles d’espace et de temps
• Mettre en évidence des phénomènes élémentaires même dans le cas où ils sont fortement couplés
• Prédire le comportement et la structure de matériaux à partir de leur composition et de leur histoire thermomécanique subie pendant les procédés visant à les transformer
• Modéliser des relations structures-propriétés aux échelles atomiques, moléculaire et supramoléculaire

2. En utilisant les modèles pour la conception et l’ingénierie :

• Appuyer la règlementation européenne pour les matériaux au contact des aliments
• Evaluer les risques (chimique, microbiologique)
• Aider la conception et l'optimisation des substances, matériaux, d’emballages, de filières (sûres et éco-conçues)
• Aider la conception de procédés propres et sobres
• Accompagner rationnellement la démarche de changement d’échelle
• Flexibiliser, intensifier les procédés
• Aider la prise de décision
• Assurer le transfert vers le monde socio-économique

Collaboration formelle

• Accord de collaboration avec la FDA : sur l’évaluation des risques sanitaires des aliments emballés après un évènement
• Unité Mixte Technologique SafeMat « matériaux sûrs » entre AgroParisTech et le LNE (Laboratoire National de métrologie et d’ESSAIS):

Outils disponibles

• Logiciels de calcul scientifique : Matlab, Octave, R, Comsol Multiphysics, LAMMPS, Materials Studio, LabView, Gromacs (modélisation moléculaire),
• Autres logiciels: VisualStudio 2019 Entreprise, SQL Server, MicroPython, Exoptim (estimation de paramètres pour modèle physico-chimique, et planification préparatoire)
• Projets open-source actifs portés : client/serveur SFPP3, FMECAengine 1D (risque chimique), 2D (écoulement) et 3D (éco-conception)
• Grille de calcul (> 1000 cœurs, 15 nœuds dont un nœud EPYC massivement parallèle, 256 cœurs, 1TB RAM)
• Outils expérimentaux : microbalance de cosorption (deux solutés), caméras (VIS, UV, rapide), systèmes d’acquisition pour l’instrumentation et la commande de procédés