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Groupe 4 - Livrable 1 - Séchoir solaire

Introduction

Les low-tech regroupent des technologies simples d’usage, durables et accessibles à tous. Contrairement aux high-tech, ces technologies cherchent à valoriser la simplicité, de la conception à la fin de vie de l’objet, afin de minimiser les impacts environnementaux, écologiques et sociaux liés à un bien ou un service qui répond à un besoin essentiel. Nous allons nous intéresser au déshydrateur solaire, en étudiant l’évolution de ses fonctions, ses usages et ses intérêts.

Partie 1 : Description du système

I. Historique du système

Dans le passé, la déshydratation était très utilisée par l’Homme afin de mieux conserver les aliments. Il s’agit d’une technique permettant de retirer les solvants, généralement l’eau, présents dans ces aliments afin de les assécher et ainsi augmenter leur durée de conservation. En effet, la réduction de l’eau libre limite grandement le développement des bactéries et des levures. Les aliments conservent en grande partie leurs qualités nutritives, ce qui permet de consommer des fruits et légumes hors-saison. D’un point de vue nutritif, la seule dégradation observée est la perte des vitamines A et C, qui ne sont pas retenues par les fruits déshydratés.

Ainsi, la déshydratation était un atout pour l’Homme afin d’augmenter ses chances de survie notamment durant les périodes difficiles et les pénuries de nourriture. En hiver, les faibles températures aident l’Homme à conserver facilement ses aliments et la faible présence des rayons solaires ne pose pas de problème. Par exemple, dans les climats gelés, l’Homme se servait tout simplement de la glace pour conserver ses aliments. Cependant, dans les climats secs, très ensoleillés et à températures élevées, l’Homme avait du mal à conserver sa nourriture : les produits récoltés moisissaient et pourrissaient. Pour faire face à cela, l’Homme s’est servi du soleil et de la convection à l’air libre dans le but de faire sécher les aliments.

Dans les temps anciens, le soleil et le vent étaient les seuls acteurs principaux de la déshydratation utilisés par l’Homme pour conserver les aliments. Les anciennes civilisations, notamment les cultures de l'Orient et du Moyen-Orient, se servaient de cette technique pour sécher les racines, les fruits, les légumes et éventuellement la viande afin de pouvoir se nourrir durant les hivers rudes. Cela permettait également de faciliter le transport des aliments en grande quantité car le solvant prélevé représente une charge en moins. La déshydratation par cette méthode consiste tout simplement à exposer les aliments en plein air sur une assez grande surface (nattes, toits, rochers plats...) au soleil. Cependant, cette méthode n’empêche pas la contamination des aliments par la poussière, les moisissures et les champignons en suspension dans l'air, les insectes, les rongeurs et d'autres animaux. De plus, le séchage à l'air libre n'est souvent pas possible dans les climats humides.

Au Moyen-Âge, l’Homme a donc inventé de nouvelles structures pour faire face à ces limitations. Des séchoirs fermés, comme les séchoirs traditionnels français (Annexe 1), les fours en terre ou les vigneaux (Annexe 2), ont été créés pour sécher les fruits, les légumes et les herbes dans les zones où il n'y avait pas assez de soleil pour le séchage. Ces structures sont ensoleillées ou exposées au vent comme les bâtiments à paroi claire-voie. Le feu était aussi utilisé pour créer la chaleur nécessaire au séchage des aliments.

Grâce à leurs évolutions, ces différents objets techniques ont amené l’apparition de la low-tech actuelle du séchoir solaire.

II. Description du système technique étudié

Le séchoir solaire, aussi appelé déshydrateur solaire, est composé d’un capteur absorbant le rayonnement du soleil ainsi que d’une chambre principale où les aliments sont placés afin d’être séchés.

Le capteur solaire a la forme d’une boîte rectangulaire ouverte à chaque extrémité. Tout d’abord, l’ouverture sur le bas permet de faire entrer de l’air frais ambiant dans le système. La face supérieure, orientée vers le soleil, est constituée d’une vitre transparente. Après la traversée de cette vitre, le rayonnement se concentre sur le fond noir du capteur. L'absorption du flux solaire entraîne l’échauffement de l’air. Celui-ci remonte ensuite par convection naturelle vers la chambre principale de séchage. Cette dernière est composée de différents niveaux où sont placés les aliments. L’air chaud venant du capteur franchit les étages avec un mouvement ascendant jusqu’à être chassé par l’ouverture sur le haut. C’est cette circulation d’air chaud autour des aliments qui permet leur déshydratation. Ensuite, l’absence d’air dans le système crée un déséquilibre qui se compense par l’aspiration d’air frais au niveau de la partie inférieure du capteur. Le cycle de séchage peut alors reprendre.

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Figure 1 : Schéma du fonctionnement d'un séchoir solaire - Séchoir solaire indirect. [en ligne]. Disponible sur le wiki lowtechlab (Consulté le 25/10/2022)

Ce système convertit l’énergie solaire en énergie thermique pour déshydrater les aliments en utilisant des moyens simples et durables. Le besoin d’un tel usage prend sens lorsqu’on le compare à un séchage d’aliments dit “naturel”, qui consiste simplement à laisser les aliments sécher à l’air libre. Contrairement au séchage naturel, ce système permet de déshydratater une plus grande quantité de nourriture par unité de surface. Il est aussi beaucoup plus hygiénique car fermé et donc protégé des attaques de nuisibles.

III. Systèmes concurrents

1. Techniques concurrentes existantes

Le déshydrateur solaire, malgré un fonctionnement efficace et de nombreux atouts comme son très faible coût ou sa simplicité d’utilisation, doit faire face à certaines techniques concurrentes de séchage alimentaire.

L’un des premiers concurrents du séchoir solaire est son équivalent électrique. Cette technique repose sur le même principe que le séchoir : les aliments sont confinés dans un espace dont on chauffe l’air. La seule différence entre les deux processus est que l’air n’est plus chauffé par le rayonnement solaire mais grâce à une résistance électrique.

Cette technique possède plusieurs inconvénients. Tout d’abord, elle consomme de l’énergie électrique et non plus de l’énergie renouvelable. De plus, la structure est notamment réalisée avec des composants électriques ainsi que des éléments métalliques ou en plastique. Il y a donc plus de pollution générée lors du cycle de vie de cet appareil qu’au cours de celui d’un séchoir solaire. Enfin, si l’on prend le cas d’un particulier, cet appareil est stocké à l’intérieur et doit être suffisamment petit pour limiter l’encombrement. De ce fait, on peut généralement dessécher une quantité d’aliments moins importante par le biais de cette méthode.

Le principal avantage de cette technique est l’indépendance au rayonnement solaire. En effet, on peut dessécher des aliments toute l’année, sans se soucier des conditions météorologiques et sans avoir besoin d’un espace extérieur. Un autre avantage est basé sur la présence d'une ventilation électrique, générant de la convection forcée. Ce transfert de chaleur est plus efficace que la convection naturelle du séchoir solaire. Un déshydrateur électrique possède donc une efficacité supérieure, donc un temps de séchage plus faible. De plus, comme le chauffage est électrique, il est possible de contrôler la température de séchage à l’aide d’un thermostat et ainsi de l’adapter au type d’aliment.

Au niveau financier, le déshydrateur électrique reste abordable pour un particulier. On peut en trouver en grande surface ou sur internet avec une fourchette de prix allant de 30 € à quelques centaines d’euros.

Des méthodes plus traditionnelles et ne nécessitant pas d’investissement dans de nouveaux outils peuvent également faire concurrence au déshydrateur solaire.

En effet, des méthodes ancestrales peuvent toujours être utilisées dans certaines parties du monde, comme le séchage au soleil, le séchage à l’ombre ou le séchage à l’air libre. La méthode du séchage à l’ombre se rapproche de celle du séchage au soleil, mais les aliments que l’on souhaite conserver sont placés à l’ombre et sont séchés grâce à l’air circulant naturellement. Cette méthode est surtout pratique pour les herbes aromatiques, qui ne supportent pas le rayonnement direct du soleil. Le séchage naturel au soleil et à l’ombre, bien qu'avantageux en terme de prix, sont lents et ne sont faisables que dans les pays chauds ou en été (température minimale de 30 °C). Le séchage à l’air libre se fait dans une habitation grâce à la chaleur d’un poêle ou d’une cheminée. Cette technique ancestrale est particulièrement lente.

De plus, des objets déjà présents dans une bonne partie des habitations peuvent permettre de sécher des aliments. Un four domestique de cuisine, par exemple, peut tout à fait remplir cette fonction. Cependant, cette technique a quelques limitations : le four doit être à chaleur tournante, il doit pouvoir chauffer à une température de 40 à 50 °C, qui est trop basse pour la plupart des fours qui ne sont pas faits pour l’atteindre. Cette technique ne permet pas non plus de sécher les herbes aromatiques qui ne supportent pas cette température trop élevée pour elles. Il faut également bien surveiller la température du four, car si les aliments sont soumis à une température trop élevée, ils risquent d’être dégradés et de perdre leurs apports nutritifs en minéraux et vitamines. Cette technique est énergivore, contrairement au séchoir solaire, le four devant chauffer tout son volume afin de sécher les aliments en son sein. On peut enfin aussi utiliser un micro-ondes pour sécher des aliments. Cette technique offre un séchage très rapide (fruits séchés en 20 à 40 minutes, herbes en quelques minutes) mais ne fonctionne pour sécher qu’une petite quantité d’aliments. Le contrôle de la température à laquelle on sèche l’aliment peut aussi s’avérer difficile à contrôler avec cette technique.

Ainsi, plusieurs systèmes sont donc présents sur le marché du séchage alimentaire, faisant concurrence au séchoir solaire, pourtant très attractif. Ce marché, qui fait appel à certaines technologies récentes, est encore en constante évolution.

2. Technologies futures en développement

La plupart des déshydrateurs alimentaires actuellement sur le marché se basent sur les mêmes technologies, peu de recherches et de développement sont donc initiés. La majorité des projets en développement essaient de détourner l’énergie résiduelle issue de la géothermie afin de réchauffer l’air nécessaire à la déshydratation.

C’est le cas du groupe mexicain iiDEA, affilié à l'Université Nationale Autonome du Mexique (UNAM) et aux Centres Mexicains de l’Innovation en Énergie (CeMIE), qui a développé un prototype de déshydrateur alimentaire destiné à être utilisé à l’échelle industrielle. Leur innovation est actuellement testée dans la centrale géothermique de Domo de San Pedro. Le dispositif déshydrate les aliments en les chauffant par convection naturelle : 50 tonnes par heure d’eau chaude à 90 °C à pression atmosphérique chauffée par géothermie dans des tubes dans la paroi d’un conteneur dans lequel sont contenus les aliments. La chaleur nécessaire à la déshydratation de chaque aliment varie en fonction de son taux d’humidité et de sa structure moléculaire, mais le laboratoire a estimé une puissance moyenne de 10 kW/kg. Les derniers essais permettent de produire 2 kg de fruits déshydratés par jour. Le dispositif est en train d’être testé à l’échelle industrielle afin d’augmenter la production à un minimum de 600 kg par jour. Cette extension permettrait de créer environ 200 emplois locaux (directs et indirects) et d’économiser 20 000 litres de gaz par mois, soit 10 000,00 $ et 40 tonnes de dioxyde de carbone.

Des projets similaires sont testés dans d’autres centrales géothermiques : le complexe islandais de Ressource Park a notamment déjà mis en place l’utilisation de l’énergie géothermique à des fins de pasteurisation et de déshydratation de produits agricoles. Ce type de projet en cours de développement à échelle industrielle entre en concurrence avec un déshydrateur solaire low-tech à utilisation personnelle. Similairement aux technologies concurrentes présentées plus tôt, garder un fonctionnement industriel pour produire des aliments déshydratés reste plus acceptable pour les utilisateurs qui n’ont alors pas besoin de changer leurs habitudes.

Partie 2 : Enjeux locaux et globaux

L’alimentation est un enjeu global majeur du XXIe siècle. Une des façons pour réussir à nourrir tout le monde est de réduire le gaspillage alimentaire. Actuellement, un tiers de la production alimentaire mondiale est gaspillée. Dans le monde, 1,3 milliards de tonnes d’aliments sont gaspillées par an. En France, ce sont 10 millions de tonnes de nourriture jetées chaque année, ce qui représente 16 milliards d’euros. Plus précisément, ce sont les fruits et légumes qui sont le plus souvent jetés : 72,1 % de ces types d’aliments sont gaspillés, contre 13,7 % pour la viande et le poisson.

Pour lutter contre le gaspillage alimentaire, il est possible d’utiliser le séchage comme technique de conservation. Cela permet non seulement de rendre plus facile la conservation, mais aussi le stockage et le transport. Grâce à cette technique, il est possible de transporter des masses réduites jusqu’à 60 % par rapport au produit initial, mais aussi des volumes plus réduits, et ce tout en conservant les calories initiales. De plus, le séchage alimentaire par déshydrateur solaire utilise directement le rayonnement du soleil, donc aucune source d’électricité n’est nécessaire. L’énergie solaire est gratuite, et l’utiliser de cette manière ne contribue pas au réchauffement climatique.

Le séchoir solaire permet donc de répondre à plusieurs enjeux globaux, l’alimentation et la crise énergétique, mais il peut aussi répondre à des enjeux locaux.

Localement, le non-besoin d’une source d’électricité peut être utile dans des endroits encore non raccordés à l’électricité : par exemple, dans des pays en voie de développement ou dans des endroits isolés. Cela peut aussi rendre des particuliers ou des petites entreprises moins dépendants de l’énergie électrique et leur faire économiser de l’argent. Le séchoir solaire est un low-tech, donc il possède toutes ses qualités : il peut être facilement fabricable (dans le sens où des compétences techniques spécialisées ne sont pas requises), il ne coûte pas cher à fabriquer et il est facilement réparable. Ce sont donc des technologies qui sont accessibles, économiques et qui permettent d’être indépendants.

Cependant, cette technologie n’est utilisable qu’à un niveau artisanal. En effet, la puissance déployée par un séchoir solaire moyen (140 W) est environ 7 fois moins importante que celle d’un séchoir électrique (1 kW). On ne peut pas vraiment imaginer de nouveauté technologique permettant de rendre le séchoir solaire compétitif. Il est donc restreint à un usage de petite intensité correspondant à de petites exploitations agricoles. Son usage dans une entreprise à grande échelle est difficilement envisageable du fait de sa faible efficacité, et ce malgré son faible coût et sa facilité de mise en service.

Partie 3 : Organisation de l'équipe

Afin d’assurer le bon fonctionnement de l’équipe tout au long de l’année, nous avons défini et réparti les missions essentielles. Nous procéderons donc de cette manière :

Rôles Responsables
Réservation des salles de travail Claire
Surveillance du forum et récolte d’informations pertinentes Luisa et Céline
Rappel des deadlines du livrable et des revues Max
Recherches, rédaction et relecture Tous
Corrections François, Luisa, Max et Yanis
Mise en page du livrable et du carnet de bord Julie et Pierre-Louis
Rendu visuel (diaporama) Claire

Bien entendu, cette organisation n’est pas absolue et pourra être remaniée si le besoin s’en fait sentir, notamment à la lumière de l’avancée du projet aux différentes échéances.

En ce qui concerne le livrable 1, nous avons réparti les différents objectifs en fonction des envies et affinités de chaque étudiant dans l’optique d’optimiser le temps de travail (voir Annexe 3).

Pour finir, nous avons utilisé plusieurs ressources documentaires pour mener nos recherches : en particulier des articles de journaux, des revues universitaires, des blogs, Techniques de l’Ingénieur, Zotero, Wikipédia, et la quantité impressionnante de documents disponibles à la BMC.

Bibliographie

  • Déshydrateur séchoir. Histoire de la déshydratation en ligne

  • SOLAR BROTHER. All about the solar dryer [en ligne]. 2021. en ligne (Consulté le 11/10/2022).

  • C. Desfemmes. Comment faire sécher les aliments ? [en ligne]. 2016. en ligne (Consulté le 11/10/2022).

  • R. Link, A.Seitz. How to Dehydrate Food : Methods, Benefits, Tips, and More [en ligne]. 2022. en ligne . (Consulté le 11/10/2022).

  • EARTHEASY. A Beginner’s Guide to Dehydrating Food en ligne (Consulté le 11/10/2022).

  • O. Robbins. Guide to Dehydrating Food : Methods, Foods to Try, and recipes en ligne (Consulté le 11/10/2022).

  • Eugénie Dumas et Marianne Pasquier . « En France, le gaspillage alimentaire en chiffres ». Le Monde [en ligne]. 7 juin 2018. en ligne. (Consulté le 18/10/2022).

  • Philippe Gautier. « Les fruits et légumes, toujours au top du gaspillage alimentaire » en ligne (Consulté le 18/10/2022).

  • Wikipédia. “Séchage (cuisine)” en ligne (Consulté le 18/10/2022).

  • “Séchoir industriel alimentaire ST6-100 pour industrie agroalimentaire et coopérative agricole.” en ligne (Consulté le 18/10/2022).

  • Joseph Chauffrey, Permaculture design, “Séchoir solaire, le déshydrateur alimentaire lowtech” en ligne (Consulté le 18/10/2022).

  • Low Tech Lab. “How to dehydrate fruits and vegetables ? - Solar Dryer - DIY Tutorial" [YOUTUBE]. 3 septembre 2022. en ligne.

  • RAAD Anis, A. R. & RABEHI Hicham, H. R. (2021). Réalisation d’un déshydrateur solaire pour fruits : Mémoire de Fin d’étude En vue de l’obtention d’un diplôme master académique en Electromécanique. Université A/Mira de Bejaia. en ligne (Consulté le 18/10/2022).

  • Philippe Bihouix. L’âge des low tech. Paris : Éd. du Seuil, DL 2014, 330 p.

Annexes

Annexe 1 : Séchoir traditionnel

Séchoir. en ligne. (Consulté le 25/10/2022)

Annexe 2 : Vigneau

Vigneau. en ligne. (Consulté le 25/10/2022)

Annexe 3 : Organisation spécifique pour le livrable 1

Tâches Responsables
Description du système et ses fonctions Ethan et François
Historique du système Ghita et Yanis
Techniques concurrentes actuelles Luisa et Max
Technologies futures en développement Claire
Enjeux locaux et globaux Julie et Sacha
Organisation de l’équipe Céline et Pierre-Louis

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