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Champs Electriques Pulsés (CEP)

Le traitement par champs électriques pulsés est un traitement non-thermique sélectif de très courte durée, généralement de quelques microsecondes à quelques millisecondes.

Le mécanisme d’action des champs électriques pulsés est basé sur la théorie de l’électrocompression de la membrane cellulaire. Selon cette théorie, lorsque la cellule est placée dans un milieu extérieur, des charges de signes opposés apparaissent de part et d’autre de la membrane cellulaire. L’application d’un champ électrique pulsé d’une intensité E engendre l’accumulation de charges sur les surfaces membranaires, et l’augmentation du potentiel transmembranaire de la membrane cellulaire. L’attraction entre les charges de signes opposés accumulées de part et d’autre de la membrane cellulaire provoque une compression de cette dernière, une force élastique tend à s’opposer à cette électrocompression. Lorsque les champs électriques pulsés appliqués dépassent une valeur critique Ecr, la force électrocompressive devient supérieure à la force élastique, on assiste alors à l’apparition de pores au niveau de la membrane cellulaire, l’électroporation est supposée être encore réversible. Mais au-delà d’une intensité de champs électriques pulsés encore plus grande, ainsi que pour de longues durées de traitement, on assiste à une intensification de la perméabilisation et une destruction irréversible de la membrane cellulaire. Les champs électriques pulsés peuvent améliorer considérablement l’efficacité des procédés et la qualité des produits du fait de l’impact sur les membranes cellulaires.

 

Domaines d’application au sein du laboratoire TAI:

1- Compréhension des mécanismes d’électroporation : Développement de modèles physiques/électriques à différentes échelles (macroscopique au microscopique)

2- Augmentation des transferts de matières, intensification des procédés

  • Intensification du pressage des jus à partir de diverses matrice végétales (pommes, betteraves,…)
  • Intensification de l’extraction des biomolécules pour la valorisation de diverses matrices végétales (marc de raisin, résidu de l’industrie de la papeterie…)
  • Intensification du séchage (pomme de terre, betterave rouge …)
  • Intensification de la congélation (pomme de terre…)
  • Amélioration des procédés de fermentation (électrostimulation des levures)

 

 

 

Générateur laboratoire de de champs électriques pulsés (1.5 kV ; 20 A)

Ce générateur de champs électriques pulsés a été conçu par le service électronique de l’Université de Technologie de Compiègne (Compiègne, France). L’appareil est couplé à une enceinte de protection et à un ordinateur.

Ce générateur est équipé d’un inverseur d’impulsions qui change la polarité des trains après chaque série d’impulsions (train). L’utilisation de l’inverseur permet d’éviter les phénomènes d’électrolyse pendant les traitements de longue durée à faible tension.

 

Caractéristiques du champ électrique fourni par le générateur 1.5 kV ; 20 A.

Tension (U)

Intensité du courant (A)

Nombre d’impulsions par train (n)

Durée de chaque impulsion (di)

Période (Pe)

Nombre de trains (N)

Temps de repos entre chaque train

Résistance inter-électrode

0-1500 V (précision ± 1 V)

0-20 A

1-10000

10 - 1000μs (précision ± 2 μs)

1 - 100 ms (précision ± 0,1 ms)

1 - 10000

1 - 3600 s

0 - 1000 Ω

 

 

Générateur pilote de champs électriques pulsés 5 kV ; 1 kA

Le générateur de champs électriques pulsés a été conçu par la société Hazemeyer (Saint Quentin, France) avec la participation de la région Picardie. Il s’agit d’un pilote délivrant une tension et une intensité maximale de 5000 V et 1000 A respectivement. Ce générateur est contrôlé par un poste de commande relié à une interface de contrôle. Le poste de commande permet de contrôler et la masse et la température grâce à un logiciel d’acquisition des données.

Le système peut générer un nombre d’impulsions fini (entre 1 et 65000) ou bien infini (génération continue) de forme rectangulaires monopolaires.

 

Caractéristiques du champ électrique fourni par le générateur 5 kV ; 1 kA.

Tension (U)

Intensité du courant (A)

Nombre d’impulsions par train (n)

Durée de chaque impulsion (di)

Période (Pe)

Nombre de trains (N)

Temps de repos entre chaque train

0-5000 V (précision ± 2 V)

0-1000 A

0 (en continu) et 1-65000 (Discontinu)

20 - 100μs (précision ± 2 μs)

5 - 100 ms (précision ± 0,1 ms)

1 - 10000

1 - 3600 s

 

 

 

Générateur de champs électriques pulsés de haute tension (40 kV ; 10 kA)

Le générateur de haute tension a été conçu et développé par l’Université Polytechnique de Tomsk (Russie). Ce générateur peut fournir une puissance crête allant jusqu’à 4.105 kW. Ce générateur a été conçu initialement pour faire des traitements par décharge électrique de haute tension (DEHT), mais il peut également servir de générateur de champs électriques pulsés, avec des impulsions exponentielles. L’énergie moyenne d’une impulsion électrique, fournie par le générateur, est de 160 J/impulsion. La génération d’impulsions avec une fréquence de 0,5 Hz, s’effectue grâce à deux condensateurs en parallèle. Un système d’acquisition des données sous interface HPVEE 4.01 développé par le Service Electronique de l’UTC permet de faire l’enregistrement du temps de traitement, la tension et le courant ainsi que l’énergie consommée lors des impulsions.

 

Caractéristiques du champ électrique fourni par le générateur 40 kV ; 10 kA.

Tension (U)

Intensité du courant (A)

Nombre d’impulsions par train (n)

Durée de chaque impulsion (di)

Période (Pe)

40 kV

10 kA

continu

10 μs

2 s

 

Générateur de chauffage ohmique et de champs électriques pulsés 15kW (400 V ; 38 A)

Ce générateur est utilisé pour deux applications différentes ; le chauffage ohmique d’une part et les champs électriques pulsés d’autre part.

Il est capable de générer un courant alternatif impulsionnel d’intensité maximale de 38A (crête) et d’une tension maximale de 400V (crête). Il fournit des impulsions rectangulaires bipolaires. Ce générateur est constitué d’une alimentation programmable 400V-38A (SORENSEN SGA) suivie d’un système de « hachage » constitué principalement d’un pont de quatre transistors IGBT (fonctionnant en mode tout ou rien) dont le rôle est d’inverser périodiquement le branchement de la charge aux bornes de l’alimentation et d’assurer la conduction pendant l’application des impulsions. Un condensateur électrolytique, branché en parallèle avec la sortie de l’alimentation constitue une réserve de charge qui permet de ralentir les variations de courant vu par l’alimentation et donc de réduire la baisse transitoire de tension au moment de chaque génération d’impulsion.

 

Caractéristiques du champ électrique fourni par le générateur 400 V ; 38 kA.

 

Tension (U)

Intensité du courant (A)

Nombre d’impulsions par train (n)

Durée de chaque impulsion (di)

Période (Pe)

0 – 400 V

0 – 38 A

1 - 9999

10 µs – Pe/2

20 µs à 10 ms (precision ± 1µs)

 

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