Champ électrique pulsé

Pour améliorer l’extraction de solutés
des produits végétaux

Dans l’industrie agroalimentaire on fait appel à des traitements physiques, chimiques ou biologiques pour modifier les propriétés de la matière première dans le cadre de différentes chaînes de transformation. Ce travail bibliographique traite du développement d’un procédé d’extraction aqueuse de solutés des produits végétaux, assistée par champ électrique pulsé (CEP). Il vise à améliorer le rendement en solutés et la cinétique de leur extraction à température ambiante avec une faible consommation énergétique et sans dénaturation des autres constituants cellulaires. Ce traitement permet de faciliter l’extraction et de préserver la qualité de l’extrait obtenu ce qui simplifie les étapes de purification ultérieures souvent indispensables après une perméabilisation thermique à haute température.

Par Amine Moubarik & Kamal El-Belghiti (*)

Le monde végétal constitue la source d’un nombre important de bio-substances, souvent sous forme de solutés, utilisées, directement ou après transformation, par l’homme. Quand la séparation de ces solutés contenus dans les tissus végétaux (solides) se fait par de l’eau, on parle d’extraction aqueuse, largement utilisée en industrie alimentaire. La présence des membranes cellulaires semi-perméables dans la structure cellulaire vivante rend l’extraction directe, sans passer par un prétraitement, difficile et parfois même impossible (Aguilera et Stanley, 1999). Dans la pratique, on est toujours amené à procéder à une réduction de la taille des solides (découpage, broyage). Ensuite, les solides subissent un prétraitement permettant d’augmenter la perméabilité des membranes cellulaires pour faciliter la libération des solutés pendant l’extraction. Un traitement thermique est très souvent utilisé, il garantit une extraction satisfaisante en matière de rendement puisqu’il conduit à la perméabilisation totale des membranes cellulaires. Néanmoins, d’un point de vue qualitatif, le traitement thermique ne paraît pas être un traitement approprié à cause de la thermo-sensibilité de certains constituants cellulaires qui se dénaturent sous l’effet de la chaleur et passent dans le jus d’extraction, ce qui dégrade sa qualité. De ce fait, des étapes de purification ultérieures sont toujours utilisées pour obtenir une pureté raisonnable, ce qui complique le procédé d’extraction (Jemai, 1997). Outre ce problème qualitatif, le traitement thermique met en jeu une quantité d’énergie très élevée, ce qui augmente le coût de production (Jemai, 1997).
Pour remédier à ces problèmes, des méthodes de traitement chimique et enzymatique ont été proposées comme moyens permettant d’atteindre la perméabilisation cellulaire à température ambiante sans apport de chaleur et avec une faible consommation énergétique. Cependant, le déclenchement des réactions secondaires indésirables et la durée du traitement qui est relativement longue (1-24 h), réduisent le champ d’utilisation de ce type de traitements (Shah et al., 2005).
Récemment, il a été démontré que la perméabilisation cellulaire peut être atteinte à température ambiante (perméabilisation non thermique), contre une faible consommation énergétique, grâce aux techniques émergentes de traitement par champ électrique pulsé modéré (CEPM, 100-1500 V/cm). Ce dernier est notamment utilisé pour la débactérisation et la stérilisation froide des aliments. Depuis quelques années, le traitement par CEPM des tissus biologiques dans le but d’extraire le liquide cellulaire suscite un intérêt majeur de la part des industriels et de plusieurs équipes de recherches en génie des procédés.

Traitement par champ électrique pulsé
Le domaine d’application du CEP en industrie agroalimentaire reste actuellement étroit : il s’agit essentiellement de la destruction des micro-organismes à basse température en utilisant des CEP de hautes intensités (champ électrique pulsé à haut voltage, CEPH, 20-30 kV/cm) (Heinz et al., 2001 ; Knorr et al., 2001), déshydratation osmotique (Ade-Omowaye et al., 2001) et de l’extraction de constituants cellulaires des végétaux en utilisant des CEP de moyennes intensités (champ électrique pulsé modéré : CEPM, 0,1-1,5 kV/cm) (Bazhal, 2001 ; Bouzrara, 2001 ; Bouzrara et Vorobiev, 2001 ; 2003 ; Jemai et Vorobiev, 2003 ; Lebovka et al., 2004 ; El Belghiti et Vorobiev 2004).
Que ce soit dans le cas des micro-organismes ou celui des tissus végétaux, la théorie de base de l’electroporation est la même. Ce sont les membranes cellulaires qui sont visées par l’effet du CEP et qui perdent leur perméabilité sélective après traitement.
Mécanisme d’électroperméabilisation
Plusieurs modèles décrivant le mécanisme de création des pores au niveau des membranes cellulaires, sous l’effet d’un champ électrique, ont été proposés. Citons tout d’abord l’approche stochastique qui propose que la formation des pores est basée sur la théorie de l’état métastable des membranes (Weaver et Chizmadzhev, 1996). Puis le modèle électroréologique qui modélise les pores par la mise en parallèle d’un ressort (caractérisant l’élasticité de la membrane), d’un amortisseur (caractérisant la viscosité du liquide dans les pores) et d’un patin (Pawlowski et al., 1998) et enfin le modèle proposé par Zimmermann (1986) le plus utilisé dans les travaux appliqués en agro-industrie. Barbosa-Canovas et al., (1999) affirment que lorsque la cellule est placée dans un milieu extérieur où la constante diélectrique est élevée, il se produit une présence de charges de signes opposés de part et d’autre de la membrane (figure I.a). L’application d’un champ électrique (E) engendre l’accumulation de charges sur les surfaces membranaires (figure I.b), et l’augmentation du potentiel transmembranaire de la membrane cellulaire (Um, en V). Lorsque le champ électrique appliqué dépasse une valeur critique (E>Ecr), la force électrocompressive devient supérieure à la force élastique, on assiste à l’apparition de pores et/ou élargissement de ceux existant au niveau de la membrane (figure I.c); l’électroporation est supposée être encore réversible. Une augmentation de l’amplitude du champ électrique et/ou de la durée de son application provoque une intensification de la perméabilisation et une destruction irréversible de la membrane cellulaire (figure I.d).
Visualisation de la permeabilisation membranaire
Lors d’une étude sur la perméabilisation cellulaire, Fincan (2003) a réussi à obtenir la photographie des cellules végétales, perméabilisées par CEP (figure II). La visualisation sous microscope électronique des cellules traitées confirme que le CEP perméabilise les membranes cellulaires et n’influence presque pas les parois cellulaires.
D’autres études notamment sur un tissu de pomme, effectuées par Bazhal et al., (2001) ont montré un changement significatif de la structure après une perméabilisation électrique combinée au pressage. La figure III montre un tissu de pomme a) intact ; b) après un pressage à 3 bars et c) un traitement combiné par pressage à 3 bars et un CEP de 500 V/cm. On voit qu’après le pressage simple une grande partie de cellules restent intactes (Figure III.b). La perméabilisation de la membrane cellulaire permet l’expulsion de jus cellulaire aboutissant à un compactage des cellules.
En conclusion, cette revue bibliographique a montré que l’application du CEP à température ambiante permet de perméabiliser les membranes cellulaires et augmente essentiellement la quantité du jus extrait. Grâce à une sélectivité du traitement, le CEP ne s’attaque qu’aux membranes, sans endommager les parois ou d’autres composants cellulaires. La durée très courte du traitement ne permet pas le réchauffement du tissu. Par conséquent, la qualité du jus extrait est nettement supérieure à celle du jus extrait par des méthodes traditionnelles nécessitant un préchauffage.

(*) A, Moubarik & K, El-Belghiti sont membres de l’Equipe Technologies Agro-Industrielles – UMR 6067 Unité Génie des Procédés Industriels – Département Génie Chimique – Université de Technologie de Compiègne – Centre de Recherche de Royallieu – France

ENCADRE

Petit lexique technique

Les explications ci-dessous permettront de mieux saisir les sens de l’article. Question d’initier nos amis lecteurs au langage, pas si compliqué que ça, de nos amis chercheurs.
Le lexique.

Champ électrique pulsé : C’est une technique qui permet d’atteindre la perméabilisation cellulaire grâce à un effet purement électrique.
Déshydratation osmotique : C’est un procédé basé sur la mise en contact de fruits entiers ou découpés en morceaux, avec des solutions fortement concentrées. Ceci donne lieu essentiellement à deux transferts de matière simultanés à contre courant : un important départ d’eau, du fruit vers la solution et un transfert de soluté, de la solution vers le fruit.
Electroporation : C’est l’application d’impulsions électriques contrôlées sur des cellules vivantes afin de perméabiliser la membrane cellulaire.
Extraction : Dans le lexique de la physique et de la chimie, l’extraction signifie la séparation d’une substance quelconque du composé dont elle fait partie. Appelée aussi séparation solide liquide, elle consiste à séparer une phase liquide contenue dans une autre solide.
Potentiel transmembranaire : Représente la tension de la membrane lorsqu’elle est soumise à un champ électrique extérieur.

La pantonisation

i- PRINCIPE DE LA PANTONISATION

Selon Paul Pantone, l’inventeur du système de Pantonisation, le principe repose sur la création d’une chambre à vide, qui favoriserait la dissociation des molécules du carburant en changeant réellement leur structure dans une réaction plasmatique pour produire un mélange très fin de particules de gaz combustible comprenant de l’hydrogène, de l’azote et de l’oxygène.

En effet, cette dissociation est rendue possible par la pression négative créée par le vide, permettant ainsi de réorganiser la structure des atomes pour donner lieu à des produits plus légers comme le méthanol ou l’hydrogène. La réaction plasmatique se produit dans un tube où loge une tige métallique sensée être accordée sur une fréquence de résonance qui provoque la réaction de fracture.
Partant de cette analyse, le système pantone permettrait d’augmenter la volatilité des gaz d’admission, de réduire la consommation des carburants par l’ajout d’eau, de réduire l’émission de polluants ainsi que la possibilité d’utiliser des carburant alternatifs.

II- LA PANTONISATION : UNE CONTREVERSE
D’autres analystes expliquent la réduction de la consommation, résultant de la pantonisation, par une technologie déjà connue dans le domaine de la combustion industrielle. Il s’agit de la combustion en milieu humide. Le principe de cette technologie repose sur le fait que l’augmentation de l’humidité des gaz d’admission permet d’atteindre facilement le point de rosée. Ceci permet de limiter la vaporisation, et donc la perte d’énergie sous forme de chaleur latente de vaporisation. En plus, le passage des gaz d’échappement dans l’eau permet de récupérer quelques particules de combustible imbrûlées. Ce qui améliore le rendement de la combustion.

Conclusion
Bien que plusieurs expérimentateurs affirment que la Pantonisation permet de réduire la consommation des moteurs a combustion, celle-ci n’a pas encore été validée à l’échelle industrielle. Et même si cette technologie présente l’avantage de réduire la consommation en combustibles conventionnels, ses répercussions sur les différentes parties du moteur peuvent s’avérer dangereuses, surtout que l’augmentation de l’humidité augmente le risque de corrosion et par voie de conséquence, les coûts de la maintenance.

Le métier de l’éolien dans toutes ses dimensions

Notre objectif est aujourd’hui de se développer sur le Maroc
et sur les autres pays émergents surtout le Brésil et l’Inde.

Entretien
M. Mohamed Habbal
Vice Président Exécutif de Théolia-Emerging Markets

La société française d’énergies renouvelables Théolia a créé sa filiale Théolia Emerging Markets, qui est basée à Casablanca. Cette nouvelle filiale envisage de développer, de construire et d’exploiter des centrales solaires et éoliennes en Inde, au Brésil et en Afrique et d’en assurer le pilotage à partir du Maroc. De cette nouvelle entité, ses projets et sa vision future nous parle ici, son Vice Président Exécutif M. Mohamed Habbal. Entretien.

Parlez-nous d’abord de Théolia et Théolia Maroc. Comment présentez-vous l’entreprise ?
Théolia est une entreprise spécialisée dans les énergies renouvelables, elle a démarré il y a près de six ans mais de manière générale, tous les groupes et les sociétés des ER ont un âge relativement jeune. Theolia a démarré en France pour prendre, ensuite le contrôle d’une grosse filiale Allemande, puis elle a commencé à se développer en Espagne, en Italie, en Grèce et en Belgique où elle par ailleurs regroupé toute l’activité non-éolienne.
Théolia avait aussi des filiales au Brésil, en Inde et en Europe de l’Est. Ensuite elle acheté la ferme éolienne du Maroc et en 2007, Theolia a décidé de regrouper tous les pays émergents dans une sous holding qui s’appelle « Théolia  Emerging Markets » qui est localisée à Casablanca. Celle-ci est vouée à avoir une autonomie financière et humaine assez rapidement pour gérer ses filiales dans les pays émergents.
D’ailleurs, autant dans les pays européens, Theolia est essentiellement dans l’éolien, autant dans les pays émergents elle est dans l’éolien bien sûr, parce que c’est le secteur le plus mature, mais elle s’intéresse aussi au solaire et aux biocarburants de deuxième génération. En plus, dans TEM, il y a une filiale qui est spécialisée dans le trading des crédits Carbone, qui est aussi un autre métier très jeune et prometteur avec des caractéristiques spécifiques.
Voilà donc pour l’organisation, il y a une équipe qui est constituée pour le Maroc regroupant des ingénieurs, des développeurs, des responsables… etc. Pour le Maroc, il y a Théolia – Maroc, comme filiale de Theolia Emerging Markets, puis en dessous de Théolia Maroc il y a la ferme du Nord CED, il y aurait Tarfaya incha Allah…et toutes les autres fermes éventuelles… Mais le Maroc est aussi l’incubateur des projets dans l’Afrique du Nord et le Moyen Orient en attendant la constitution de filiales dédiées. Le Maroc est une tête de ponte…

Et quelle est aujourd’hui sa relation avec CED Compagnie éolienne du Détroit ?
CED est une filiale de Theolia à 100% qu’on gère directement, totalement au Maroc mais il s’agit d’une entité autonome, une structure à part. En Fait, dans l’éolien chaque ferme éolienne est une structure juridique à part…

Avec la loi des 10 ou 20 Mégawatt, ça permettra donc de court-circuiter les contraintes ?
CED est une concession qui ne rentre pas dans le cadre des 10, 20 ou 50 Mégawatt, du programme énergiepro. C’est une concession et toute l’énergie est vendue à l’ONE qui, dans tous les cas, reste l’acheteur unique du marché. Sur CED nous sommes en train de travailler sur l’extension du parc pour la valorisation du gisement dans lequel se trouve CED.

Comment se situe le Maroc, pour Théolia en matière de production d’énergie éolienne ?
Pour Theolia, le Maroc est une position stratégique très importante. Nous travaillons sur CED pour développer ce parc de 50 à 500 Mégawatt en exploitation et nous travaillons sur Tarfaya pour une capacité de 300 Mégawatt. C’est quelque 800 Mégawatt. C’est énorme ! 800 Mégawatt pour un investissement de 1,6 millions d’Euros le Mégawatt ! Le coût global avoisinera un milliard 280 millions d’Euros, est très important comme investissement et comme impact.

Qu’entendez-vous par concession, s’agit-il de simple gestion et exploitation ou ça implique-t-il aussi l’investissement ?
En effet, le terme concession dans ces cas recouvre autant la gestion, l’exploitation et la maintenance que l’investissement. Si, par exemple, pour CED nous avons acheté une ferme qui existait déjà, pour Tarfaya, il va falloir concevoir et réaliser l’investissement. Le métier de Theolia, c’est d’être opérateur et producteur d’énergie électrique d’origine éolienne et de réaliser les investissements y afférents. Dans le métier de l’éolien il y a trois dimensions importantes. La première est technique et technologique. Elle consiste en le dimensionnement du site, le choix des éoliennes, leur positionnement, les mesures du vent… etc. La deuxième est le financement. Vu l’importance capitalistique de l’investissement, le financement est quelque chose de primordial. Chaque investissement/parc est un cas particulier, donc il faut monter une ingénierie financière qui est assez poussée et qu’il faudrait adapter à chaque cas. La troisième, et dernière dimension est la partie réseau et relationnel. C’est la phase des contacts avec les responsables, les autorités, les banques … Là aussi, c’est très important parce que c’est ce qui permet d’aller vite et permet aussi de nouer une relation de confiance avec les partenaires… L’essentiel de la valeur ajoutée est créé dès le début dans la conception du projet et son montage financier. C’est à partir de là que soit on gagne de l’argent, soit on en perd… Lorsqu’on a bien négocié son contrat d’achat d’électricité, et qu’on a bien étudié l’investissement, c’est sûr qu’on peut s’attendre à une valeur ajoutée substantielle… Après, bien sûr, dans la maintenance, dans l’exploitation selon les choix qu’on a fait, il faut aussi assurer une grande disponibilité des machines. Sur ça, Theolia a beaucoup d’expérience dans ce domaine notamment à travers sa filiale en France ou en Allemagne… Les Allemands ont d’ailleurs beaucoup d’avance sur les autres pays européens …

Entre temps, entretenez-vous des contacts, cherchez-vous à élargir votre réseau clientèle face au sursaut énergétique qui marque cette période, notamment avec les cimentiers ?
Il y a des contacts et nous sommes même très avancés avec quelques uns. Par exemple, sur le projet des 500 Mégawatt, nous ne pensons pas avoir de problèmes de débouchées insurmontables, ni de problèmes de clients parce que nous pensons aussi que l’export est possible. Il y a des difficultés dans l’export mais il demeure très possible …

Et quels moyens faut-il exploiter pour rentabiliser d’avantage les ressources énergétiques et en bénéficier ?
En énergie, il ne faut pas oublier que les pics d’énergie ne sont pas tous les mêmes au Maroc, en Europe ou ailleurs… Ce qu’il faut comprendre, pour le Maroc est que cette source d’énergie est éphémère…
Le vent est là puis il passe. Donc soit on l’a capté pour en faire une énergie, soit il part… Si on l’a capté qu’on en a fait une énergie qu’on a exporté et qu’on a amené des Devises, c’est qu’il a été valorisé. Si par contre, on l’a laissé passer pour une raison ou une autre c’est qu’il n’a pas été exploité à bon escient… Au fait, ici il ya deux choses éphémères en ce qui est des énergies renouvelables : le vent et l’intérêt de l’investisseur. Pourquoi l’intérêt de l’investisseur ? Il est sur que le Maroc est stratégiquement très important, sa situation est très intéressante pour les investisseurs… Sa proximité de l’Europe… Mais un investisseur qui rencontre des difficultés et que ça dure des années, finit par plier bagage et aller vers d’autres marchés où il y a moins de difficultés… Ces difficultés qui sont de différentes natures : la lenteur administrative, la situation de l’infrastructure du réseau électrique marocain, l’absence de priorité, et de vision commune et unifiée, la diversité des intervenants et la divergence des points de vue… Pour ce qui nous concerne, nous persévérons dans nos efforts au Maroc et essayons d’œuvrer au mieux pour les intérêts de notre société et de notre pays.

En terme de développement de la filiale Energies renouvelables et vu les potentialités du Maroc en matière d’éolien, solaire et biocarburants, quelle est la vision de Théolia ?
La vision de Théolia, si ça ne tenait qu’à elle, est que le Maroc dispose d’énormes potentialités qui ne demandent qu’à être exploitées, les investisseurs sont prêts à prendre le risque de l’exploitation. Je pense donc qu’il faudrait investir pour lever les contraintes d’infrastructures en vue de permettre à cette richesse d’émerger et de se concrétiser. Il s’agit d’un choix stratégique du pays de dire oui on y croit et on fonce tout en laissant le privé agir au lieu de vouloir tout réaliser… C’est dire qu’il faut une vision globale partagée et une réelle conviction et une grande foi dans les ER.

Encadré
Des fermes existantes et autres…
Au Maroc il y a la ferme de « Koudia El Beida » de la CED, une ferme de 50,4 Mégawatt, et qui appartient aujourd’hui à Théolia, il y a une ferme de 10 mégawatt qui appartient à Lafarge, il y a aussi une ferme de 60 mégawatt de l’ONE, à Essaouira qui a déjà démarré et qui est en train d’atteindre sa vitesse de production de croisière. Voilà pour ce qui est des fermes existantes et opérationnelles.
A celles-ci s’ajouteront des projets tels celui de 140 mégawatt de l’ONE et qui est en cours de construction à Tanger et Lafarge qui lance un autre parc de 10 mégawatt. Pour le reste, il n’y a pas encore beaucoup de concret dans les différents projets proposés par différents intervenants, des études de faisabilité en cours leur permettront de valider ou non leur choix d’investir…

Pétrole

La politique d’ouverture comme issue

Personne n’ignore l’importance des ressources énergétiques dans le développement économique et social. Selon les prévisions de l’Agence Internationale de l’Énergie en 2007, les besoins mondiaux en énergie primaire augmenteront de 55 % entre 2005 et 2030, à un taux annuel moyen de 1,8 %. Une des plus importantes ressources demeure, sans conteste, le pétrole. Le Maroc, n’étant pas encore producteur, opte pour une politique pétrolière qui prêche l’ouverture et la rationalisation, afin de transiter vers un système énergétique plus sûr et à des tarifs compétitifs.

La commercialisation de l’énergie pétrolière au Maroc relevait auparavant de la compétence d’un opérateur en situation de monopole : la Société Anonyme Marocaine de l’Industrie du Raffinage (Samir), qui desservait ainsi presque 90% du territoire national, le reste étant desservi par des entreprises locales de distribution. Cependant un évènement majeur a démontré aux pouvoirs publics la nécessité de diversifier les sources d’importation et d’approvisionnement en produis pétroliers. Les installations de la Samir ont en effet été ravagées par un incendie en 2002. A cette occasion, les pouvoirs publics marocains se sont rendu compte que l’existence d’un seul raffineur constitue un risque menaçant la sécurité d’approvisionnement du consommateur marocain.
Le secteur énergétique marocain s’est ainsi orienté vers une stratégie d’ouverture pour son développement. Cette stratégie d’ouverture avait déjà commencé par la politique de privatisation qui s’était traduite par la cession de 67% du capital de la Samir au groupe saoudien Corral Petroleum, en 1997. Les détracteurs de la privatisation de la Samir estimaient que cette mesure avait causé à court terme la suppression d’emplois et avait amplifié le dumping social, mais certains responsables de la Samir déclarent, que la privatisation a permis de sauver l’outil de raffinage et a eu des effets positifs.
Vient ensuite le démantèlement des droits de douanes. Face au sinistre de 2002, le gouvernement a rapidement décidé de supprimer les droits de douane sur l’importation du gasoil, de l’essence super, de l’ordinaire, du fuel et du bitume. Cette décision, qui a encouragé les investissements des distributeurs dans la logistique imports et a précipité l’érosion des parts de marché de la Samir (passage de 82% en 2001 à 65% en 2007), visait à diversifier les sources énergétiques pour assurer la sécurité de l’approvisionnement du marché local.
L’incendie de 2002 a aussi relancé le débat sur la libéralisation totale du secteur énergétique. Le résultat est que l’ouverture du secteur à la concurrence, amorcée en 2002, sera complétée le 1er janvier 2009, ce qui signifie que tous les distributeurs auront la possibilité d’importer et de distribuer le carburant de leurs choix. Les travaux empiriques montrent que la libéralisation qui se manifeste par la réduction des barrières tarifaires et non tarifaires a un impact positif sur les investissements directs étrangers. En effet, la réduction de ces barrières se traduit par la baisse des coûts de production et permet en conséquence d’améliorer l’attractivité du pays. C’est ainsi que la politique d’ouverture du marché pétrolier semble être un facteur d’attractivité du Maroc pour d’autres compagnies pétrolières. L’ouverture du marché énergétique constitue donc un changement sans précédent dans un secteur dominé depuis longtemps par le monopole de la Samir. L’investissement direct étranger dans le secteur énergétique aura des effets positifs pour le consommateur marocain à travers la réduction des prix de consommation, en bénéficiant d’un rapport qualité-prix et d’un ap
approvisionnement plus sûr.