DTU et Royal Greenland ont collaboré sur une nouvelle technologie qui peut mesurer l'épaisseur de la glace sur les crevettes congelées. Ceci est important à savoir pour que les crevettes restent fraîches et que les consommateurs obtiennent la bonne quantité de crevettes. La solution est basée sur les ondes térahertz, et la technologie peut être utilisée pour mesurer l'épaisseur d'innombrables matériaux.

Comment mesurer l'épaisseur d'une coquille d'œuf, une bande de route ou le glaçage d'une crevette ? Simon Lehnskov Lange, post-doctorant au DTU Fotonik, sait comment. Il dirige une équipe de recherche qui développe un appareil compact et peu coûteux pour la mesure rapide et efficace de l'épaisseur de toutes sortes de matériaux.

L'idée est d'utiliser un type spécifique d'ondes électromagnétiques appelées rayonnement térahertz. Ce rayonnement peut pénétrer de nombreuses substances différentes, et - à la transition entre deux matériaux différents - une partie du rayonnement est réfléchie et forme un petit écho. En mesurant l'écho, les chercheurs peuvent déterminer l'épaisseur du matériau avec une grande précision.

En 2017, Simon Lehnskov Lange a discuté avec des gens de DTU Food, et ils savaient que Royal Greenland avait besoin d'une méthode rapide et intelligente pour mesurer l'épaisseur de la couche de glace sur les crevettes glacées.

Au Royal Groenland, Le développeur de processus Niels Bøknæs explique pourquoi il est important d'assurer une couche uniforme de glace sur les crevettes congelées :

"Le glaçage protège les crevettes du rancissement, c'est-à-dire du dessèchement et des modifications chimiques indésirables. Tant que les crevettes sont congelées, il ne s'agit pas tant de sécurité alimentaire, mais plus sur la qualité. Le glaçage prolonge la durée de conservation, parce que, sans cela, les crevettes se dessécheraient et n'auraient pas très bon goût."

"Nous glaçons en pulvérisant de l'eau à partir de buses sur les crevettes surgelées. Nous avons découvert que 10 à 12% d'eau recouvre bien les crevettes. Mais dans le processus de glaçage industriel, le vitrage est réalisé avec des différences de paramètres de processus. Peut-être que l'eau des buses d'eau est légèrement trop chaude ou froide, et la taille des crevettes peut varier un peu. Cela signifie que l'épaisseur du vitrage n'est pas complètement constante, et c'est vraiment un défi de contrôler le contenu de vitrage dans la production pratique, " dit Niels Bøknæs.

Le poids de la glace ne doit pas être inclus

Les produits alimentaires glacés sont généralement vendus au poids, et ici le poids de la glace ne doit pas être inclus. Lorsqu'un consommateur achète un sac de 200 grammes de crevettes surgelées, il doit y avoir au moins 200 grammes de crevettes décongelées lorsque le glaçage est fondu. Les crevettes n'étant pesées qu'après glaçage pour des raisons techniques, il est, cependant, important pour le fabricant de connaître exactement la quantité de glace utilisée. Autrement, les consommateurs auront trop ou trop peu de crevettes.

Aujourd'hui, Royal Greenland vérifie manuellement le pourcentage de vitrage à l'aide d'une méthode longue et peu pratique. L'entreprise préfère disposer d'un système dans lequel l'épaisseur du vitrage est mesurée en continu, permettant le réglage automatique du vitrage en temps réel. Si trop de glace est utilisée, les buses d'eau peuvent être légèrement baissées et vice versa. Royal Greenland possède cinq grandes usines de crevettes au Groenland et au Canada, et chacun d'eux peut recevoir 80 tonnes de crevettes crues par jour et les transformer en 27 tonnes de surgelées, crevettes décortiquées. Il y a donc beaucoup d'argent à économiser en étant capable de mesurer avec précision.

Ici, les chercheurs du DTU Fotonik pourraient peut-être aider Royal Greenland.

« Nous avons mené un petit projet pilote dans lequel nous avons glacé des crevettes, et nous avons découvert que nous pouvions mesurer l'épaisseur de la glace, qui est typiquement comprise entre un demi-millimètre et un millimètre, " dit Simon Lehnskov Lange et poursuit :

« Nous avons donc convenu de l'essayer à une échelle légèrement plus grande. Nous avons apporté un système à l'usine de Royal Greenland à Aalborg, où nous avons validé la technologie et démontré que nous pouvons mesurer des crevettes de toutes tailles et de tous types, également dans les conditions prévalant dans une telle usine, où, par exemple, il fait assez froid. Nous déposons désormais un brevet sur la méthode de mesure des épaisseurs de glaçage sur les aliments, " dit Simon Lehnskov Lange à propos des résultats du projet de recherche, qui s'appelle GLAZE.

Concentration principale sur les aliments

La mesure de l'épaisseur de la glace sur les crevettes n'est qu'une des applications possibles de la technologie. Le rayonnement térahertz est arrêté par les métaux, eau liquide, et de la vapeur d'eau, mais il peut autrement pénétrer et mesurer l'épaisseur d'une grande variété de matériaux. Par conséquent, la technologie est également utilisable dans de nombreuses industries différentes, par exemple pour un contrôle continu de la qualité des traitements de surface. Mais d'abord, la technologie doit être développée de manière à ce qu'elle soit abordable pour les entreprises.

S'ils réussissent à développer un système économique capable de mesurer - plusieurs fois par seconde - l'épaisseur de la glace des crevettes passant sur un tapis roulant, Royal Greenland est un client sûr. Et d'autres producteurs suivront alors, Simon Lehnskov Lange espère :

« Nous envisageons d'abord l'inspection des aliments, où nous avons commencé à étudier d'autres usages, par exemple en mesurant l'épaisseur des coquilles d'œufs."

Une coquille d'œuf épaisse signifie un œuf solide qui peut supporter le voyage jusqu'au consommateur ou qui peut protéger le fœtus jusqu'à l'éclosion du poulet. Beaucoup d'œufs sont perdus parce que la coquille est trop fine.

Traditionnellement, les producteurs d'œufs ont mesuré l'épaisseur des coquilles d'œufs en cassant l'œuf et en utilisant une vis micrométrique. Il existe également des méthodes où vous n'avez pas à gaspiller l'œuf, mais où l'épaisseur de la coque est mesurée à l'aide de méthodes acoustiques. Vous pouvez obtenir une mesure de l'épaisseur de la coquille en frappant l'œuf et en mesurant sa fréquence de résonance, ou vous pouvez utiliser des ultrasons pour une mesure plus directe.

Cependant, ces méthodes de mesure nécessitent un contact direct avec l'œuf, et ils prennent du temps, et sont encombrants. Avec un rayonnement térahertz, vous obtenez un plus rapide, solution de haute technologie qui fonctionne sans contact direct entre l'instrument de mesure et l'œuf.

Le prix doit baisser

Mais il faudra un certain temps avant que la technologie de DTU soit prête pour le marché, dit Simon Lehnskov Lange.

"Nous avons commencé avec un système qui a coûté 1,5 million de couronnes danoises. Si nous voulons utiliser la technologie dans l'industrie alimentaire, le prix de notre système térahertz doit baisser beaucoup. Nous avons donc examiné si nous pouvions produire une version moins chère en remplaçant les composants les plus chers par des versions moins chères basées sur la technologie des semi-conducteurs bien connue, " dit Simon Lehnskov Lange, qui élabore :

"Nous travaillons maintenant sur un modèle de démonstration beaucoup plus petit et conçu pour le rendre rentable pour les entreprises si nous pouvons produire la technologie en série. Nous espérons avoir un tel modèle prêt à être testé d'ici la fin de 2021."

En route vers une version moins chère et plus compacte, les chercheurs sont aidés par FORCE Technology, où le rôle du Centre for Applied Photonics consiste à assurer la commercialisation du danois, technologie basée sur la photonique.

Simon Lehnskov Lange se souvient encore de la première rencontre à FORCE Technology, qui, après avoir entendu parler de l'idée des mesures térahertz, lui a lancé un défi, à savoir mesurer l'épaisseur d'une bande de roulement :

"Je suis rentré chez moi avec un bout de route, complet avec asphalte et bande de route! Dans le laboratoire, Je l'ai passé sous notre laser et j'ai découvert que nous pouvions mesurer l'épaisseur de la bande de roulement – ​​le rayonnement térahertz pouvait pénétrer le matériau. En réalité, nous avons pu mesurer à la fois l'épaisseur de la bande et l'asphalte en dessous."

Système sur puce

Cela a convaincu FORCE Technology que les chercheurs du DTU étaient sur quelque chose.

"Nous avons vu une technologie avec un potentiel énorme qui peut être utilisé au profit de l'industrie, pas seulement au Danemark, mais dans le monde entier, " dit Henrik Mertz, qui dirige le centre de FORCE Technology.

"Nous avons l'expérience et les connaissances nécessaires pour développer des prototypes. Nous ne sommes pas des spécialistes de l'optique comme les chercheurs universitaires extrêmement compétents, mais nous comprenons le monde et les problèmes à traiter. Et nous pouvons transformer les connaissances et les idées des chercheurs en quelque chose d'opérationnel et orienté vers l'application, " il continue.

Les ingénieurs de FORCE Technology décortiquent le système DTU et identifient les composants qui peuvent être optimisés pour le rendre plus compact et, surtout, Moins cher. Les chercheurs du DTU reçoivent une aide au développement commercial et de bons conseils sur la façon dont un produit final doit être composé et documenté pour être approuvé à la vente, y compris le marquage CE. En outre, FORCE Technology dispose d'un vaste réseau d'entreprises pouvant utiliser la technologie pour créer de nouvelles applications.

Bien qu'un modèle de démonstration entièrement fonctionnel puisse être prêt dès cette année, il reste encore un long chemin à parcourir avant que l'instrument de mesure de haute technologie ne soit prêt pour la production en série. Mais Simon Lehnskov Lange est optimiste, et son ambition est que la solution finisse par être un « système sur une puce » :

"Nous espérons qu'à long terme, nous pourrons faire descendre le prix en dessous de 1, 000 euros. Et nous continuerons à développer le système pour le rendre si compact qu'il ne soit pas plus gros qu'un ongle, avec toute la technologie intégrée dans une seule puce."