Effet du traitement CEP couplé ou non avec le chauffage ohmique

Afin d’examiner l’effet du traitement par CEP en continu et en dissociant le phénomène

de chauffage ohmique, des expériences de traitement de suspension de SPAN à 30 kV·cm

-1

ont

été réalisées pour deux bactéries indicatrices étudiées.

La Figure V-3 donne l’évolution de la température de la suspension SPAN traitée par

CEP avec ou sans chauffage ohmique. La température maximale a été maintenue inférieure à

55 °C pour le traitement avec chauffage ohmique et inférieure à 35 °C pour le traitement

considéré comme étant sans chauffage ohmique.

Figure V-3 Évolution des températures lors des traitement CEP couplés ou non avec le

chauffage ohmique (CO) à 30 kV·cm

-1

pour A) Ent. faecalis et B) E. coli.

La Figure V-4 présente les courbes d'inactivation du traitement par CEP à 30 kV·cm

-1

avec ou sans chauffage ohmique.

On peut en conclure que sans chauffage ohmique, le traitement par CEP avec un temps

de traitement court a une influence très limitée sur l'inactivation bactérienne. Des réductions de

seulement 0,5 et 3,7 log10 sont obtenues pour Ent. faecalis et E. coli respectivement. A

contrario, la présence d’un chauffage ohmique améliore de manière significative l'inactivation

des deux bactéries indicatrices (5,2 log10 et > 7,0 log10 respectivement) pour tCEP = 1 ms.

Il faut noter que les fractions survivantes des deux bactéries indicatrices arrivent à un

plateau (0,5 log10 pour Ent. faecalis après tCEP = 0,4 ms et 3,7 log10 pour E. coli après

tCEP = 0,6 ms) où aucune inactivation supplémentaire ne peut être obtenue malgré une durée de

traitement prolongée. Il est ainsi montré que l’effet combiné des CEP et du chauffage ohmique

permet d’améliorer très significativement les performances de pasteurisation et atteindre

l’hygiénisation du SPAN étudié.

Figure V-4 Cinétiques de réduction de la souche A) Ent. faecalis et B) E. coli dans la

suspension SPAN traitée par CEP avec ou sans chauffage ohmique (CO) à E =30 kV·cm

-1

.

Les symboles représentent l’inactivation observée expérimentalement dans SPAN; les barres

d'erreur représentent les écarts-types; les courbes en tirets représentent les résultats de la

modélisation à l'aide du modèle de Weibull.

V.3 Modélisation cinétique

Les cinétiques expérimentales ont été modélisées par le modèle de Weibull comme

indiqué dans l’Équation II-10. Les courbes d'inactivation modélisées à chaque intensité de

champ électrique pour les deux bactéries indicatrices avec ou sans chauffage ohmique sont

illustrées dans les Figures V-2 et V-4.

Comme indiqué au Chapitre II, le paramètre de forme de Weibull β est lié aux

comportements des bactéries étudiées et a peu de relation avec les conditions de traitement

externes. Par conséquent, lors de la modélisation des courbes dans la Figure V-2, nous avons

fixé les valeurs de β pour les deux bactéries indicatrices aux valeurs &̅, à savoir 1,50 pour

Ent. faecalis et 2,00 pour E. coli. Ces deux valeurs ont été déterminées sur la base du compromis

entre les premiers résultats de modélisation permettant d’obtenir la variation de β et la qualité

de modélisation correspondante en fixant β (R

2

ajusté le plus proche de 1 que possible, SSE et

RMSE les plus petits possibles).

Le Tableau V-1 présente les résultats et la qualité de la modélisation des cinétiques

d'abattement des deux bactéries indicatrices traitées par CEP avec ou sans chauffage ohmique.

On peut en conclure qu’en fixant les valeurs de β, les performances de modélisation sont

satisfaisantes au vu du R

2

ajusté et des faibles valeurs de SSE et RMSE.

Les valeurs 5-D calculées impliquent que, comme évoqué dans la Section V.1, le temps

estimé nécessaire à l'hygiénisation bactérienne du SPAN étudié pourrait être réduit de 3,56 ms

à 0,907 ms en augmentant l'intensité du champ de 15 à 25 kV·cm

-1

. Cependant, une légère

amélioration ne peut être constatée entre les valeurs 5-D des deux bactéries indicatrices lorsque

l’intensité du champ appliqué est portée de 25 à 30 kV·cm

-1

. La valeur 5-D pour Ent. faecalis

(c’est-à-dire le temps d’hygiénisation) avec l’effet couplé du chauffage ohmique (0,890 ms) est

24,5 fois inférieur à celui sans chauffage ohmique (21,8 ms). Avec chauffage ohmique, la valeur

5-D pour Ent. faecalis (« G+ ») est 2 fois supérieure à la valeur 5-D d’E. coli (« G– »). Cela

confirme la remarque précédente selon laquelle les bactéries « G+ » sont généralement plus

résistantes aux CEP que les bactéries « G– ».

Le paramètre d'échelle de Weibull α en fonction de l'intensité du champ électrique

appliquée a été tracé sur la Figure V-5, indiquant que la « vitesse de réaction » (l'efficacité de

l’hygiénisation dans notre cas) est améliorée lors de l'application d'un champ plus élevé. La

courbe d’Ent. faecalis n’est pas réellement une droite. Il aurait été possible d’obtenir une

meilleure modélisation en utilisant une loi non linéaire. On note également qu’aucune

amélioration de l'efficacité n’est obtenue lorsque l'intensité du champ augmente de 25 à

30 kV·cm

-1

.

Tableau V-1 Résumé de paramètres du modèle de Weibull, paramètres caractérisant la qualité de la modélisation et valeurs du temps de réduction

de 5,0 log10 (valeurs de 5-D) estimés à différentes intensités du champ électrique pour Ent. faecalis et E. coli (moyenne ± écart-type) avec (+) ou

sans (O) chauffage ohmique.

Champ électrique (kV·cm-1) Chauffage ohmique Modèle de Weibull Valeurs α (ms) Valeurs !̅ (–) R2 ajustés (–) SSE (–) RMSE (–) 5-D (ms)

Enterococcus faecalis ATCC 19433

15 + 0,698 ± 0,007 1,50 0,894 ± 0,033 0,069 ± 0,022 0,099 ± 0,016 3,56 ± 0,04

20 + 0,261 ± 0,004 1,50 0,957 ± 0,009 0,403 ± 0,011 0,272 ± 0,021 1,33 ± 0,02

25 + 0,178 ± 0,000 1,50 0,930 ± 0,004 1,86 ± 0,06 0,515 ± 0,009 0,907 ± 0,003

30 + 0,175 ± 0,001 1,50 0,937 ± 0,007 2,41 ± 0,17 0,491 ± 0,018 0,890 ± 0,005

30 O 1,04 ± 0,05 0,806 ± 0,045 0,735 ± 0,067 0,062 ± 0,019 0,083 ± 0,013 21,8 ± 2,6

Escherichia coli ATCC 25922

15 + 0,405 ± 0,002 2,00 0,864 ± 0,001 1,13 ± 0,06 0,434 ± 0,011 1,38 ± 0,01

20 + 0,295 ± 0,001 2,00 0,988 ± 0,002 0,331 ± 0,058 0,217 ± 0,019 1,00 ± 0,00

25 + 0,126 ± 0,000 2,00 0,792 ± 0,046 5,51 ± 0,24 1,27 ± 0,16 0,429 ± 0,001

30 + 0,120 ± 0,002 2,00 0,873 ± 0,044 5,14 ± 2,31 1,00 ± 0,23 0,407 ± 0,007

Figure V-5 Régression linéaire et non-linéaire (modèle secondaire) du paramètre de l'échelle

de Weibull α en fonction de l'intensité du champ électrique (E) pour Ent. faecalis (rouge) et

E. coli (bleu). Courbes continues : modèle linéaire. Courbes pointillées : modèle non-linéaire.

Un modèle supplémentaire ayant une forme non-linéaire (Gompertz) a été également

utilisé pour la modélisation [292]. Un tel modèle permet de mieux représenter l’évolution de α

en fonction du champ électrique E. En particulier, le plateau entre 25 et 30 kV·cm

-1

est

correctement pris en compte. Pour valider ce type de modèle, il serait nécessaire de disposer de

plus de points que quatre (au moins huit).

Les équations de modèles sont montrées ci-dessous :

• Fonction linéaire :

Ent. faecalis α=–0,033·E+1,067 R

2

= 0,729

E. coli α =–0,020·E +0,698 R

2

= 0,911

• Fonction non-linéaire (Forme Gompertz) :

Ent. faecalis α = 0,172+276 e

–e ^" 0,050 · E + 1,08

R

2

= 0,999

Bien que la modélisation ne soit pas entièrement satisfaisante en raison probablement

d’un contrôle approximatif de la température de traitement et du maintien de la valeur #̅ à une

valeur fixée, une tendance d'évolution du paramètre α des deux bactéries indicatrices en

fonction de l'intensité du champ étudiée est observée entre 15 et 25 kV·cm

-1

sur la figure. Le

Chapitre IV a utilisé un modèle secondaire de type Arrhenius (équation log-linéaire) pour

prédire les valeurs de α. Dans la présente étude, ce dernier complique l'équation et n'améliore

pas la qualité de la modélisation (données non présentées).

Dans le document Hygiénisation par technologie électrique de déchets alimentaires en vue de leur méthanisation (Page 165-171)