Les traitements non thermiques : hautes pressions, champs électriques pulsés et UV-C

Page publiée le 7 septembre 2026

Trois procédés, un même but : obtenir sans chaleur ce que la chaleur obtenait. La pression isostatique, le champ électrique pulsé et le rayonnement ultraviolet à 254 nm tuent les formes végétatives des micro-organismes par des voies qui n’ont rien de thermique — la compression uniforme d’un liquide, la perforation d’une membrane par une différence de potentiel, l’absorption d’un photon par une base azotée. Aucun des trois ne cherche à élever la température du produit, et deux d’entre eux la font pourtant monter de quelques dizaines de degrés.

C’est ce qui explique leur place dans cette rubrique, parmi les opérations thermiques. Une opération unitaire se range par la fonction qu’elle remplit dans une ligne de fabrication, non par la nature du phénomène qu’elle exploite. Les traitements non thermiques occupent la case laissée par la pasteurisation : même position dans le procédé, même objectif d’abattement, même conséquence sur la durée de vie et sur la logistique du produit. Ils se substituent à un barème temps-température, et cette substitution est exactement ce qui les définit.

Leur intérêt tient à une dissociation. La chaleur agit sur tout à la fois : elle dénature les protéines microbiennes, mais elle isomérise les sucres, dégrade l’acide ascorbique et déclenche la réaction de Maillard. Ces procédés visent une cible plus étroite — la membrane, l’ADN, la structure quaternaire d’une protéine. En contrepartie, ils échouent là où la chaleur réussissait sans effort : sur les spores, sur certaines enzymes, et dans tout milieu qui protège les germes au lieu de les exposer. Leur difficulté commune tient en une phrase : la dose reçue par le produit ne se lit sur aucun thermomètre.

À quoi sert l’opération

La finalité première est l’allongement de la durée de vie d’un produit dont le barème thermique dégraderait une caractéristique qu’on veut vendre : la couleur d’un jus pressé, le parfum d’une purée de fruits, la texture d’un tartare de saumon. Ces traitements coûtent cher, et ne se justifient que si le produit obtenu se vend plus cher que le même produit pasteurisé, ou s’il atteint un marché que la version thermisée n’atteignait pas — une durée de vie réfrigérée de trente à soixante jours au lieu de cinq.

Les hautes pressions occupent la plus grande part du volume traité dans le monde, avec quatre familles de produits : les jus et boissons pressés à froid, eau de coco et smoothies ; les produits carnés prêts à consommer, jambon tranché et saucisses cuites, où le traitement s’applique après conditionnement et vise la recontamination de tranchage par Listeria monocytogenes ; les préparations végétales fraîches, guacamole, houmous, sauces ; les produits de la mer, tartares, huîtres et crustacés, où la pression sert aussi à décoquiller — le muscle adducteur se détache vers 250-300 MPa.

Les champs électriques pulsés se sont d’abord installés pour une raison étrangère à la conservation : ouvrir un tissu végétal avant de l’extraire, de le couper ou de le sécher. Les lignes de pommes de terre en frites et en chips traitent des dizaines de tonnes à l’heure pour quelques kilojoules par kilogramme, et l’effet recherché est mécanique — un tubercule électroporé se coupe avec moins d’effort et donne moins de fines. Le même principe s’applique aux cossettes de betterave avant diffusion, aux raisins avant cuvaison, aux pommes avant pressage. L’emploi conservateur, sur liquide pompé, demande dix à cinquante fois plus d’énergie.

L’ultraviolet germicide sert massivement là où le liquide est transparent : eaux de procédé et de rinçage, saumures recyclées, sirops de sucre clairs, air des salles blanches, surfaces d’emballage. Son emploi sur un aliment liquide coloré est un tout autre problème, et c’est la difficulté centrale du procédé. À ces finalités s’en ajoute une autre : la pression gélifie une protéine sans cuire et accélère une marinade, le champ pulsé améliore un rendement d’extraction, l’ultraviolet modifie une composition — la conversion de l’ergostérol en vitamine D d’un champignon exposé est le cas le mieux documenté. Ces emplois-là ne conservent rien : ce sont d’autres opérations, avec le même matériel.

Ce que ces procédés laissent intact se décrit à l’échelle de la molécule, et rien de plus. Sous 600 MPa, les liaisons covalentes ne sont pas rompues : esters et terpènes de l’arôme, acides aminés, sucres, acide ascorbique et caroténoïdes gardent leur structure. Ce qui résiste est tout aussi net : les enzymes tiennent souvent mieux que les micro-organismes — la pectine-méthylestérase des agrumes est réputée barorésistante, et le champ pulsé n’en inactive quasiment aucune aux énergies employées pour l’abattement. Un jus dont les enzymes restent actives évolue en rayon : le trouble se sépare, la couleur brunit. C’est pourquoi ces produits restent réfrigérés, et pourquoi certains procédés couplent une pression à 45-60 °C ou un court passage thermique.

Le phénomène physique

Les hautes pressions : l’isostaticité et le volume

Un produit déjà emballé est immergé dans l’eau d’une enceinte fermée, et cette eau est comprimée. Le principe de Pascal veut que la pression s’établisse instantanément et identiquement en tout point du fluide. Trois conséquences en découlent, qui font toute la singularité du procédé.

Le traitement est indépendant du volume et de la forme. Une barquette de 200 g et une pièce de 3 kg reçoivent la même pression au même instant. Il n’y a ni point froid, ni gradient, ni temps de pénétration : la notion de « centre du produit », qui gouverne tout le dimensionnement d’un barème thermique, disparaît, et un barème de pression se transpose d’un format à l’autre sans recalcul.

Le traitement s’applique après conditionnement. Le produit est scellé en emballage souple puis pressurisé dans cet emballage : toute recontamination postérieure est impossible tant qu’il est intact. C’est l’argument sanitaire décisif pour les charcuteries tranchées, où le risque n’est pas dans la masse mais dans les lames, les mains et l’air de l’atelier.

Le traitement est discontinu. On charge, on ferme, on remplit d’eau, on monte en pression, on maintient, on décomprime, on décharge. Ce cycle interdit tout couplage direct avec une ligne continue et fixe la cadence de l’atelier.

Ce qui tue, dans cette séquence, n’est pas la pression mais le déplacement d’équilibre qu’elle impose. Le principe de Le Chatelier énonce qu’un système soumis à une augmentation de pression évolue vers l’état de plus petit volume : toute transformation dont la variation de volume molaire est négative est favorisée. C’est le volume d’activation qui gouverne la cinétique, comme l’énergie d’activation la gouverne en thermique.

Les liaisons covalentes ont une variation de volume associée de quelques centimètres cubes par mole au plus : 600 MPa n’apportent pas de quoi les rompre. Les interactions faibles, elles, cèdent. Les interactions hydrophobes, qui maintiennent le cœur apolaire d’une protéine globulaire, ont une variation de volume nettement négative quand elles se défont, parce que l’eau venue hydrater un résidu apolaire s’ordonne autour de lui et occupe moins de place que l’eau libre ; les liaisons ioniques subissent le même sort par électrostriction. Les liaisons hydrogène, presque insensibles à la pression, expliquent que la structure secondaire survive alors que les structures tertiaire et quaternaire se défont.

L’effet biologique en découle. Les oligomères se dissocient dès 100-200 MPa, les protéines globulaires se déplient au-delà de 300 MPa, les ATPases membranaires s’arrêtent. Surtout, la membrane cellulaire change d’état : la bicouche, dont la phase fluide occupe plus de volume que la phase gel, se rigidifie sous pression et sa perméabilité devient incontrôlée. La cellule ne meurt pas d’un choc, elle meurt de ne plus tenir ses gradients. Levures et moisissures cèdent vers 200-400 MPa, bactéries végétatives vers 400-600 MPa.

Les spores échappent à tout cela : leur cœur est déshydraté, immobilisé par le dipicolinate de calcium, et il n’y a ni membrane fonctionnelle à déranger, ni eau libre pour porter l’effet. On sait en revanche déclencher leur germination par une pression modérée de 100 à 300 MPa, ce qui les rend ensuite sensibles ; les procédés qui exploitent cela — deux cycles successifs, ou une pression élevée appliquée à 90-110 °C — sortent du domaine non thermique et restent hors des pratiques courantes en Europe.

Les champs électriques pulsés : l’électroporation

Une cellule placée dans un champ électrique se comporte comme un condensateur : le cytoplasme et le milieu extérieur sont conducteurs, la membrane, épaisse de 5 nm environ et très peu conductrice, est le diélectrique. Les charges s’accumulent de part et d’autre en quelques centaines de nanosecondes et créent une différence de potentiel transmembranaire.

Cette différence est proportionnelle au rayon de la cellule, et c’est le fait le plus utile du procédé : une cellule végétale de 50 µm atteint le seuil pour un champ cinquante fois plus faible qu’une bactérie de 1 µm. Il n’y a donc aucune contradiction entre les 1 à 3 kV/cm qui suffisent à ouvrir une cossette de betterave et les 30 kV/cm nécessaires pour abattre une flore : ce sont deux régimes du même phénomène, séparés par un rapport de taille.

Au-delà d’un seuil de l’ordre de 0,2 à 1 V de potentiel transmembranaire, la bicouche se réorganise et des pores aqueux se forment, bordés par les têtes polaires des phospholipides. Le passage est réversible si le champ est modéré et bref — les pores se referment en quelques secondes à quelques minutes et la cellule survit —, et irréversible quand l’intensité, la durée ou le nombre d’impulsions dépassent un second seuil : les pores restent ouverts, la cellule perd son contenu ionique puis cytoplasmique, la turgescence disparaît, et pour une bactérie c’est la mort.

Les deux emplois industriels ne se confondent donc jamais, et mélanger leurs barèmes est la première erreur de conduite :

• Ouverture de tissu végétal. Champ de 0,5 à 3 kV/cm, énergie spécifique de 1 à 10 kJ/kg, impulsions de quelques microsecondes à quelques dizaines, produit solide ou en morceaux transporté dans l’eau. L’objectif est la perméabilisation, pas la létalité : la flore n’est pas abattue de façon significative, et l’opération ne conserve rien.
• Inactivation microbienne. Champ de 15 à 40 kV/cm, énergie spécifique de 50 à 150 kJ/kg, liquide pompé dans une chambre de traitement, pour un abattement de 4 à 6 décades sur les formes végétatives.

Le second régime a une conséquence que les présentations commerciales omettent. Le milieu est un conducteur ionique, et le courant qui le traverse dissipe par effet Joule la quasi-totalité de l’énergie fournie : 100 kJ/kg sur un jus de capacité thermique massique 3,8 kJ·kg⁻¹·K⁻¹ élèvent la température de 26 °C. De 25 °C on sort à 51 °C, et l’on n’est plus dans un procédé non thermique mais dans un couplage. D’où la conduite : refroidir avant, fractionner le traitement en plusieurs chambres séparées par des échangeurs, refroidir aussitôt après.

L’UV-C à 254 nm : la dose et l’opacité

Une lampe à vapeur de mercure basse pression émet près de 90 % de sa puissance rayonnée sur une seule raie, à 253,7 nm, à quelques nanomètres du maximum d’absorption des acides nucléiques. Le photon absorbé par une base pyrimidique fournit l’énergie d’une cycloaddition entre deux bases adjacentes de la même hélice : il se forme un dimère de cyclobutane, très majoritairement thymine-thymine, et accessoirement des photoproduits dits 6-4. La polymérase ne franchit pas cette distorsion. La cellule n’est pas lysée, son métabolisme peut se poursuivre un temps, mais elle ne fera pas de descendance — c’est une inactivation au sens strict.

La grandeur qui commande est la dose, ou fluence, en millijoules par centimètre carré : le produit d’un éclairement énergétique par un temps de séjour. Vingt à quarante millijoules par centimètre carré suffisent à obtenir plusieurs décades sur de l’eau claire. Pour un aliment liquide, les doses nominales annoncées à la lampe montent à plusieurs centaines, et cet écart ne tient pas à une résistance particulière des germes : il tient entièrement à ce que le liquide absorbe.

C’est la vraie difficulté du procédé, et elle se lit dans un seul nombre : le coefficient d’absorption à 254 nm. L’eau potable est à 0,05-0,2 cm⁻¹ et la lumière y parcourt des dizaines de centimètres ; un sirop de sucre raffiné et filtré reste sous 5 cm⁻¹ ; un jus de pomme clarifié se situe vers 10-30 cm⁻¹ ; un jus d’orange avec pulpe ou un sirop coloré dépassent 50 cm⁻¹, parfois beaucoup plus. À 50 cm⁻¹, l’intensité est divisée par cent après 0,9 mm : au-delà, il ne se passe plus rien. Un jus sucré coloré n’est pas traversé.

La réponse n’est pas d’augmenter la puissance des lampes, qui n’atteindra toujours pas le centre de la veine, mais de faire passer tout le liquide dans le millimètre éclairé. D’où deux familles de solutions : les réacteurs à film mince, dont l’entrefer annulaire vaut 0,5 à 1 mm, et les réacteurs à écoulement secondaire, qui imposent au fluide un mouvement transversal renouvelant la couche pariétale. Le plus courant exploite les tourbillons de Dean, qui naissent spontanément dans un tube enroulé en hélice : la force centrifuge pousse le fluide du centre vers la paroi extérieure, il revient par les bords, et chaque élément de volume passe périodiquement dans la zone éclairée. Le tube reste laminaire, donc doux pour le produit, sans avoir le défaut du laminaire — la veine centrale rapide et non traitée.

Deux phénomènes complètent le tableau. La photoréactivation : beaucoup de micro-organismes portent une photolyase qui, activée par la lumière visible, réverse les dimères et répare l’ADN, de sorte qu’un abattement mesuré juste après traitement peut se dégrader ensuite. Et la photochimie du milieu : la riboflavine, la méthionine et les acides gras insaturés absorbent aussi l’UV-C et engendrent des composés qui donnent au lait son goût caractéristique de lumière. Sur un produit clair et gras, c’est cette réaction, et non la dose microbiologique, qui limite le procédé.

Les autres voies froides

La lumière pulsée décharge un condensateur dans une lampe au xénon et produit des éclairs de spectre large, de 200 à 1 100 nm, longs de quelques centaines de microsecondes, à raison de 0,1 à 3 J/cm² par éclair et de un à dix éclairs. La fraction ultraviolette porte l’effet germicide, l’énergie totale échauffe la surface. C’est un traitement de surface : il décontamine un emballage, un couvercle, une coquille, jamais une masse.

Les ultrasons de puissance, à 20-40 kHz, agissent par cavitation : les bulles engendrées par la dépression implosent en produisant des conditions locales extrêmes, des radicaux libres et des microjets. Seuls, leur rendement sur un aliment est médiocre ; leur intérêt apparaît en association. La manothermosonication combine ultrasons, surpression de 200 à 400 kPa et température de 50 à 70 °C, et inactive des enzymes que chacun des trois agents laisserait actives — c’est la voie à laquelle on pense quand la barorésistance d’une pectine-méthylestérase interdit la pression seule. Le plasma froid à pression atmosphérique, enfin, ionise un gaz par une décharge à barrière diélectrique et produit ozone, oxydes d’azote et radicaux hydroxyle : il décontamine des surfaces, des poudres, et l’intérieur d’un emballage scellé lorsque la décharge traverse le film, avec une maturité industrielle encore inférieure à celle des trois procédés principaux.

Enfin, la voie la plus ancienne pour retirer des micro-organismes sans chaleur n’est pas un traitement mais une séparation : la filtration stérilisante sur membrane de 0,2 µm, qui n’inactive rien et retient tout, spores comprises, dans la limite des liquides clairs et peu visqueux. C’est l’autre façon de faire froid, décrite sur la page de la filtration membranaire.

Les grandeurs et les équations

Chacun des trois procédés a sa grandeur de conduite, et aucune n’est une température.

Ce que la pression fait à une vitesse de réaction

La dépendance d’une constante de vitesse à la pression s’écrit comme sa dépendance à la température dans la loi d’Arrhenius, en remplaçant l’énergie d’activation par un volume d’activation :

Le signe de ΔV^‡ décide de tout. Négatif — l’état de transition occupe moins de volume que les réactifs —, la pression accélère : c’est le cas de la dénaturation des protéines globulaires, dont les volumes d’activation vont de −20 à −100 cm³·mol⁻¹. Positif, elle ralentit, ce qui vaut pour plusieurs réactions de dégradation thermique et interdit de déduire un traitement combiné de la simple addition des deux effets. Un ordre de grandeur : avec ΔV^‡ = −50 cm³·mol⁻¹, passer de 0,1 à 600 MPa à 25 °C multiplie k par un facteur de l’ordre de 10⁵.

L’échauffement de compression

L’échauffement est réversible : la température redescend à la décompression. Le coefficient de dilatation α figure au numérateur, donc plus un produit se dilate à la chaleur, plus il s’échauffe à la compression — une matière grasse monte de 6 à 9 °C par 100 MPa, soit 40 à 50 °C à 600 MPa au lieu de 18. La létalité en est augmentée, mais un produit hétérogène n’a pas la même température partout pendant le maintien : la température initiale fixe le sommet atteint, et c’est à ce titre un paramètre de conduite.

La survie sous champ pulsé

Les courbes de survie sous champ électrique sont presque toujours concaves, ce qui interdit d’employer une réduction décimale unique comme en thermique. Deux modèles servent en pratique — l’un décrit la distribution des résistances de la population, l’autre lie explicitement la survie à l’intensité du champ :

Chez Weibull, δ est le temps de la première décade et p la forme de la courbe : p < 1 signale une queue de survivants, sous-population résistante qui coûte très cher à atteindre. Le modèle de Hülsheger fait apparaître un champ critique E_c : en dessous, aucune durée de traitement ne produit d’abattement, quelle que soit l’énergie dépensée. C’est le fondement quantitatif de la distinction entre les deux emplois du procédé, et l’explication de bien des essais décevants — un champ sous-critique ne tue rien, il chauffe.

L’énergie d’un train d’impulsions

L’intégrale est l’énergie d’une impulsion ; n est le nombre d’impulsions reçues par un élément de fluide et m sa masse. En marche continue, n vaut la fréquence de répétition multipliée par le temps de séjour, d’où la forme pratique W = P_moy/Q_m, puissance moyenne sur débit massique. Le courant dépend de la conductivité du milieu : à tension imposée, un jus salé tire plus de courant qu’un jus doux et s’échauffe davantage pour le même champ. La conductivité se mesure donc, et se corrige en température, faute de quoi le barème dérive avec la recette.

La dose ultraviolette, et ce qui la limite

La dose H, en mJ·cm⁻², est le produit de l’éclairement énergétique moyen Ē par le temps de séjour t_s. Toute la difficulté tient dans le mot « moyen » : la loi de Beer-Lambert fait décroître l’intensité exponentiellement avec la profondeur, et l’éclairement moyen sur l’épaisseur d’un film d’entrefer e vaut I₀·(1 − e^−αe)/(αe).

Trois lectures suffisent à dimensionner un réacteur. Quand αe est petit devant 1 — eau claire, entrefer fin —, l’éclairement moyen vaut presque I₀ et tout le volume est traité de la même façon. Quand αe vaut 3, il tombe au tiers de I₀ et la couche la plus lointaine ne reçoit que 5 % de l’incident : le rendement chute, le traitement existe encore. Au-delà de 10, la moyenne devient trompeuse, une fraction du débit n’a rien reçu, et aucune moyenne ne rattrape une veine non traitée — c’est le point où il faut changer de géométrie, non de puissance. Sur un jus à 30 cm⁻¹, un entrefer de 1 mm donne αe = 3 ; le même jus dans 5 mm donne 15, et la moitié du débit passe dans l’ombre.

Symboles et unités

Les matériels

L’enceinte à haute pression

Le cœur de l’installation est un cylindre épais fermé par deux bouchons, de 100 à 400 mm de diamètre intérieur et de 35 à 525 litres de volume utile. L’enceinte monobloc forgée est simple et compacte, mais sa tenue en fatigue limite le nombre de cycles ; l’enceinte frettée — tube mince entouré d’un enroulement de fil d’acier sous tension — met la paroi interne en compression au repos, réduit la variation de contrainte par cycle et convient aux machines qui font 8 000 à 10 000 cycles par an. Un bâti reprend l’effort axial, de sorte qu’aucun filetage ne supporte les 600 MPa.

La pression est produite par des pompes multiplicatrices : un piston de grand diamètre alimenté par une centrale hydraulique à 20-30 MPa pousse un piston de petit diamètre dans la ligne d’eau, le rapport des surfaces donnant celui des pressions. L’eau de transmission est recyclée d’un cycle à l’autre et filtrée.

La cadence se calcule et ne se négocie pas. Un cycle complet dure 5 à 10 minutes, soit 6 à 12 cycles par heure, et le panier ne remplit jamais l’enceinte : le taux de remplissage réel va de 50 à 65 % du volume utile. Une machine de 350 litres traite ainsi 1 à 2 tonnes par heure, et le coût au kilo passe entièrement par ce taux de remplissage.

Le générateur et la chambre de traitement en PEF

Une installation à champs pulsés comporte trois organes : une alimentation haute tension qui charge un banc de condensateurs à 10-40 kV, un commutateur qui le décharge dans la chambre en quelques microsecondes — les semi-conducteurs de puissance ont remplacé les éclateurs, rendant la forme d’impulsion reproductible —, et une chambre de traitement dont la géométrie fixe le champ.

Trois géométries dominent. La chambre à plaques parallèles donne le champ le plus uniforme mais impose une grande section de passage, donc une tension élevée. La chambre colinéaire place deux électrodes annulaires en série sur la conduite : la section reste celle du tube, mais le champ est plus intense près de l’isolant qu’au centre. La chambre coaxiale place une électrode centrale dans un tube conducteur, le champ décroissant en 1/r. La conception vise partout l’uniformité du champ, qui évite qu’une fraction du produit reçoive un traitement sous-critique, et l’absence de point chaud, qui évite le claquage.

Pour l’ouverture de tissu, l’appareil est bien plus simple : une bande ou une goulotte remplie d’eau traverse un tunnel équipé d’électrodes, à quelques kilovolts par centimètre, et ces installations traitent 10 à 50 tonnes à l’heure pour quelques dizaines de kilowatts de puissance moyenne.

Les lampes et les réacteurs ultraviolets

La lampe basse pression au mercure reste la référence : monochromatique à 253,7 nm, elle convertit 30 à 40 % de la puissance électrique en rayonnement utile, pour 10 à 150 W par lampe et 8 000 à 12 000 heures de vie. La lampe à amalgame monte jusqu’à 500 W ; la lampe moyenne pression émet un spectre continu et une puissance très supérieure, avec un moins bon rendement à 254 nm, et se réserve aux gros débits d’eau. Les diodes UV-C à 265-285 nm n’ont pas de mercure, s’allument instantanément et se pilotent en intensité.

Le réacteur, lui, se conçoit autour de la valeur de α. Le réacteur annulaire à film mince place la lampe dans une gaine de quartz au centre d’un tube, entrefer de 0,5 à 1 mm : simple et compact, sensible au colmatage. Le réacteur de type Taylor-Couette fait tourner un cylindre intérieur et engendre des tourbillons toriques qui homogénéisent la dose, au prix d’une pièce tournante. Le réacteur hélicoïdal à écoulement de Dean obtient le même renouvellement pariétal sans organe mobile, et c’est aujourd’hui la géométrie la plus employée sur les jus. Le réacteur à film ruisselant, enfin, accepte des liquides chargés mais expose le produit à l’air.

Comparaison des trois procédés

Chaque ligne du tableau ci-dessous décrit ce que le procédé réussit dans son domaine, et ce qu’il n’y fait pas. Aucun des trois ne recouvre le domaine d’un autre : ils se choisissent sur l’état du produit — emballé, pompable, transparent — bien avant de se choisir sur la performance.

Les paramètres de conduite

Le tableau ci-dessous rassemble ce qui se règle en production, et l’effet de chaque réglage. Trois grandeurs y méritent une mention particulière, parce qu’elles sont traitées comme des constantes alors qu’elles dérivent : la température initiale du produit avant compression, la conductivité du liquide avant le champ pulsé, et le coefficient d’absorption du liquide avant l’ultraviolet. Aucune n’apparaît sur un synoptique de ligne, et chacune déplace le barème.

Ce qui se dérègle

Énergie, coût et environnement

Le travail de compression se calcule sans mystère : l’intégrale du volume massique par la pression, soit environ 0,9 · 10⁻³ m³·kg⁻¹ multiplié par 600 · 10⁶ Pa, de l’ordre de 500 kJ par kilogramme d’eau comprimée, soit 0,14 kWh/kg. Avec le rendement des multiplicateurs, l’eau de l’enceinte comprimée en même temps que le produit et le taux de remplissage qui la fait payer deux fois, la consommation réelle rapportée au produit se situe entre 0,15 et 0,5 kWh par kilogramme. Ce travail est intégralement perdu à la décompression : il n’existe aucune récupération industrielle. Une machine de 55 à 350 litres représente de l’ordre du million à quelques millions d’euros d’investissement, et un traitement à façon se facture quelques dizaines de centimes par kilogramme.

Le champ pulsé se lit directement sur son énergie spécifique. Une ouverture de tissu à 5 kJ/kg consomme 1,4 Wh/kg, soit une fraction de centime — c’est ce qui explique son adoption rapide sur les lignes de pommes de terre et de betterave, pour un investissement de quelques centaines de milliers d’euros. Un abattement microbien à 120 kJ/kg consomme 33 Wh/kg, auxquels s’ajoutent le refroidissement de la chaleur ainsi créée et le rendement du générateur, de 80 à 90 %. L’ultraviolet se compte en quelques wattheures par litre sur un liquide clair, en une à deux dizaines sur un jus absorbant qu’il faut faire passer plusieurs fois, pour un skid de quelques dizaines à quelques centaines de milliers d’euros.

Ces valeurs se comparent utilement à celle d’une pasteurisation à plaques avec récupération, qui ne consomme plus que 20 à 40 kJ par kilogramme de chaleur nette à 90 % de régénération. La question posée à l’industriel n’est donc jamais l’énergie seule, mais ce que chaque voie permet de vendre : la pression, un produit scellé, hétérogène et non chauffé ; le champ pulsé, un continu à basse énergie et une ouverture de cellule que rien d’autre ne fait aussi économiquement ; l’ultraviolet, un traitement sans ajout ni résidu sur un liquide transparent.

Côté environnement, chaque procédé a son poste propre. La haute pression n’emploie que de l’eau, recyclée d’un cycle à l’autre, et ne produit aucun effluent de procédé : sa charge tient à l’électricité et à l’acier. Le champ pulsé n’a pas de consommable hormis l’usure des électrodes, dont il faut suivre la migration métallique. L’ultraviolet à mercure produit un déchet dangereux à chaque remplacement de lampe, relevant de la filière des déchets électriques et de la réglementation sur le mercure — un argument matériel en faveur des diodes UV-C à mesure que leur rendement progresse.

Sur le plan réglementaire, deux textes encadrent l’équipement : la directive 2014/68/UE relative aux équipements sous pression, qui s’applique de plein fouet à une enceinte à 600 MPa, et le règlement (CE) n° 852/2004, qui impose de fonder la maîtrise sanitaire sur une analyse des dangers — donc de valider le barème sur le produit réel, avec ses solutés, son absorbance et sa conductivité. L’emballage soumis à la pression relève du règlement (UE) n° 1935/2004, et sa migration se vérifie dans les conditions du traitement.

L’opération dans la fabrication des sucrants

Il faut le dire sans détour : aucun de ces trois procédés ne fabrique un sucrant. Le xylitol naît d’une hydrolyse puis d’une hydrogénation ou d’une fermentation, l’érythritol d’une fermentation, les glycosides de stéviol d’une extraction et d’une purification ; ce sont des cristaux ou des sirops concentrés, et un produit cristallisé sec n’a pas d’objet à être pasteurisé. Chercher une application conservatrice de la haute pression au xylitol serait forcer un lien qui n’existe pas.

Il en existe un, en revanche, et il est parfaitement établi : les champs électriques pulsés appliqués aux cossettes de betterave, juste avant la diffusion. La sucrerie classique doit d’abord détruire la sélectivité de la membrane cellulaire pour que le saccharose puisse quitter la cellule ; elle le fait par l’échaudage, en portant les cossettes à 70-72 °C dans le diffuseur. L’électroporation obtient le même résultat par un autre moyen — un champ de 1 à 3 kV/cm et une énergie de l’ordre de 2 à 8 kJ par kilogramme de cossettes ouvrent les membranes en quelques dizaines de millisecondes, sans dénaturation thermique de la paroi.

Les conséquences se lisent sur toute la ligne. La diffusion peut être conduite plus bas, vers 60 à 65 °C, ce qui réduit la solubilisation des pectines et des colloïdes : le jus de diffusion est moins visqueux et moins chargé en non-sucres, ce qui allège l’épuration en aval. Les pulpes, dont la paroi a moins souffert, se pressent mieux et sortent à une matière sèche supérieure, ce qui diminue directement la vapeur nécessaire à leur séchage — poste énergétique majeur d’une sucrerie.

Le point important pour la lecture de cette page : ce n’est pas de la conservation. C’est une préparation à l’extraction, qui emploie le régime de basse énergie du même phénomène. Elle se comprend en regard de l’extraction solide-liquide, dont elle modifie le coefficient de diffusion effectif, et elle se situe précisément à l’étape décrite sur la page consacrée à la fabrication du sucre de betterave.

Ce qui est établi ailleurs, et ce qui reste au stade des essais

Le traitement ultraviolet des liquides sucrés est une pratique courante, à une condition qui découle de tout ce qui précède : que le liquide laisse passer la lumière. Les eaux de procédé, les saumures et les sirops de sucre raffinés destinés aux boissons sont dans ce cas, et l’UV y sert d’appoint permanent contre les levures et les moisissures. Les sirops colorés sont à l’opposé : un sirop de yacon ou un sucre de fleur de coco fondu ont des coefficients d’absorption tels que la profondeur utile se compte en dixièmes de millimètre. La sève de bouleau, à l’inverse, est peu colorée et faiblement chargée, donc optiquement favorable : c’est un cas d’école pour l’UV, même si sa stabilisation industrielle reste peu répandue.

La haute pression sur les produits sucrés fragiles se partage nettement selon l’activité de l’eau. Elle est établie et industrielle sur les produits riches en eau : eau de coco, jus et purées de fruits, smoothies, boissons sucrées non fermentées, où elle permet une durée de vie réfrigérée longue sans barème thermique. Elle perd son efficacité sur les produits concentrés — confitures, sirops, pâtes sucrées —, et pour une raison qui tient à la matière même de ce site : les sucres et les polyols en forte concentration sont baroprotecteurs. En abaissant l’activité de l’eau et en stabilisant les protéines par exclusion préférentielle, ils protègent les micro-organismes de la dénaturation sous pression, si bien qu’un barème efficace sur un jus ne l’est plus du tout sur le même jus concentré. Ces produits concentrés se conservent d’ailleurs par leur activité de l’eau, ce qui rend le traitement inutile autant qu’inefficace.

Restent des emplois documentés par des travaux publiés mais non généralisés en production, qu’il faut présenter comme tels : l’assistance du champ pulsé ou des ultrasons à l’extraction des glycosides de stéviol des feuilles de stévia, l’électroporation des racines de yacon avant pressage, la stabilisation des sèves fraîches et des jus de canne par pression ou par ultraviolet. Le mécanisme y est le même que sur la betterave, et c’est la démonstration à l’échelle industrielle qui n’est pas faite partout. Quant à la fabrication du xylitol elle-même, décrite sur la page de la synthèse du xylitol, elle n’emploie aucun de ces procédés : ses étapes déterminantes sont thermiques, catalytiques et chromatographiques.

Pour aller plus loin

• La pasteurisation — le barème que ces procédés remplacent, et la valeur pasteurisatrice qui sert de référence à toute comparaison d’abattement.
• La stérilisation — ce qu’aucun traitement non thermique ne fait dans les conditions usuelles : détruire les spores.
• La filtration membranaire — l’autre façon de faire froid, par rétention plutôt que par inactivation.
• L’extraction solide-liquide — l’opération que l’électroporation prépare.
• La déshydratation osmotique — retirer l’eau sans chauffer, autre voie froide.
• Le conditionnement et le remplissage — l’étape qui décide si le traitement s’applique avant ou après scellage.

Sources

• Fellows, P. J., Food Processing Technology: Principles and Practice, 4^e éd., Woodhead Publishing, 2017.
• Bimbenet, J.-J., Duquenoy, A., Trystram, G., Génie des procédés alimentaires : des bases aux applications, Dunod, 2^e éd., 2007.
• Singh, R. P., Heldman, D. R., Introduction to Food Engineering, 5^e éd., Academic Press, 2014.
• Saravacos, G., Kostaropoulos, A. E., Handbook of Food Processing Equipment, 2^e éd., Springer, 2016.
• Mafart, P., Béliard, E., Génie industriel alimentaire, Tec & Doc Lavoisier.
• Règlement (CE) n° 852/2004 relatif à l’hygiène des denrées alimentaires.
• Règlement (UE) 2015/2283 relatif aux nouveaux aliments.
• Directive 2014/68/UE relative aux équipements sous pression, et règlement (UE) n° 1935/2004 sur les matériaux au contact des denrées alimentaires.