Lorsque les pales du rotor d'un ventilateur tournent, un vent constant se crée. Ce phénomène est connu dans la vie quotidienne, et nous utilisons donc le ventilateur pendant les chaudes journées d'été pour nous rafraîchir. Un effet secondaire indésirable est la sensation désagréable dans les yeux, qui deviennent de plus en plus secs à cause du vent généré artificiellement. L'industrie alimentaire profite de cet effet depuis longtemps : Les fruits et légumes sont de préférence séchés dans l'industrie sans apport de chaleur, car la chaleur détruit les nutriments et les arômes.

Le séchage convectif non thermique des aliments à l'aide de grands ventilateurs présente toutefois un inconvénient : le processus de séchage nécessite beaucoup de temps et d'énergie. C'est pourquoi l'industrie recherche depuis longtemps une méthode plus efficace sur le plan énergétique. Une des technologies est basée sur le vent dit "ionique". Bien que cette méthode fonctionne déjà à petite échelle, elle n'a pas encore réussi à passer à l'échelle industrielle. Les chercheurs de l'Empa ont maintenant développé un système de séchage plus efficace sur le plan énergétique, basé sur le vent ionique, qui convient aux applications industrielles.

Les fruits sèchent plus rapidement et plus uniformément. Image: Empa

Un vent ionique n'est pas généré par les pales rotatives d'un ventilateur ; il est créé en connectant un fil métallique ou une aiguille à une source de haute tension ayant une tension positive de 10 000 à 30 000 volts. Cela charge positivement le fil et ionise l'air ambiant. L'air "normal" est constitué de divers gaz tels que l'oxygène (O₂), l'azote (N₂) ou le dioxyde de carbone (CO₂). Chacune de ces molécules est constituée d'atomes, eux-mêmes constitués de particules élémentaires chargées positivement - les protons - et d'électrons chargés négativement – les électrons. Les électrons sont attirés par le fil chargé positivement, tandis que les protons beaucoup plus lourds sont repoussés par le fil. Ces forces électrostatiques finissent par provoquer la "séparation" des électrons des molécules de gaz, les molécules restantes sont alors chargées positivement - ou "ionisées". Les ions positifs entrent en collision avec d'autres molécules d'air en s'éloignant du fil vers le collecteur situé en dessous, jusqu'à le heurter. Cette impulsion, ou plutôt le mouvement des particules qu'elle déclenche, crée ensuite le vent ionique, également appelé airflow électrohydrodynamique.

La collision entre les ions et les particules d'air neutre crée un vent dit ionique, qui peut être utilisé pour sécher les tranches de fruits sur la maille. Illustration: Empa

Les chercheurs ont essayé d'utiliser ce vent ionique avec différentes approches pour le séchage industriel des aliments - mais jusqu'à présent sans succès remarquable, car il n'était pas possible de passer à l'échelle supérieure. Le chercheur de l'Empa Thijs Defraeye du département "Membranes et textiles biomimétiques" et son équipe ont approfondi l'idée en faisant varier divers paramètres de processus. Tout d'abord, les chercheurs n'ont pas placé les aliments à sécher dans une assiette comme c'était le cas auparavant, mais ont utilisé une grille à la place. "Ce n'est pas un changement fondamentalement complexe, mais jusqu'à présent personne n'a envisagé cette adaptation pour le séchage par vent ionique", explique le chercheur de l'Empa.

Ce qui semble être un petit changement fait une énorme différence : l'eau peut maintenant s'évaporer de tous les côtés des fruits ou des légumes. Ainsi, le vent ionique sèche les aliments deux fois plus vite que sur une surface imperméable. Mais surtout, le vent ionique sèche les fruits et légumes de manière plus uniforme sur la grille. Contrairement aux méthodes de séchage électrohydrodynamique utilisées jusqu'à présent, la nouvelle conception est également plus facile à mettre à l'échelle - et est donc aussi extrêmement intéressante pour l'industrie.

Pour affiner leur nouveau concept, les chercheurs de l'Empa se sont appuyés sur des simulations informatiques complexes. Cela permet de simuler virtuellement divers autres ajustements et leur influence sur le processus de séchage. De cette façon, l'usine peut être optimisée "in silico" sans avoir à construire physiquement une nouvelle structure à chaque fois.

Mais les calculs informatiques peuvent-ils être transférés avec succès dans le monde réel? Est-il vraiment possible d'optimiser le processus de cette manière ? En coopération avec des chercheurs de l'université canadienne "Dalhousie University", un premier prototype de la nouvelle installation de séchage a été construit dans le laboratoire de cette université. Les premiers tests ont en effet montré des améliorations considérables : Le séchage par vent ionique est beaucoup plus rapide et consomme moins de la moitié de l'énergie requise par les procédés classiques. En outre, les aliments sont séchés plus uniformément et les nutriments sont mieux conservés. Enfin, et ce n'est pas le moins important, le processus peut être mis à l'échelle industrielle assez facilement. Thijs Defraeye et son équipe travaillent actuellement avec un détaillant suisse pour développer le concept.