Le refroidissement sous vide consiste à enfermer un produit chaud et humide dans une cuve, puis à faire tomber la pression jusqu’à ce que l’eau qu’il contient se mette à bouillir à sa propre température. Cette ébullition lui prend sa chaleur de vaporisation, et il refroidit. Une palette de laitue passe ainsi de 25 à 2 °C en vingt à trente minutes, là où une chambre froide à air en demande une nuit et un tunnel à air pulsé une à deux heures.
L’opération mérite un cours pour une raison qui la distingue de toutes les autres opérations thermiques : le froid ne vient pas d’une machine qui touche le produit, il vient du produit. Le groupe frigorifique de l’installation ne refroidit jamais la laitue ; il condense la vapeur que la laitue a émise. Toute la logique de l’échange de chaleur est renversée — il n’y a ni paroi, ni fluide intermédiaire, ni coefficient de transfert à améliorer.
Les conséquences se lisent dans l’atelier. Le refroidissement est volumique et non superficiel : l’eau bout partout à la fois, au cœur comme en surface, et le gradient de température qu’on attend d’un tunnel n’existe pas. L’épaisseur du produit n’intervient presque pas ; sa structure, en revanche, décide de tout, parce que la vapeur formée au cœur doit pouvoir sortir. Et la facture n’est pas en kilowattheures mais en masse : le produit sort plus léger qu’il n’est entré.
D’où le fait qui gouverne cette page : le tarif du refroidissement sous vide est le rapport de deux propriétés physiques — la chaleur latente de l’eau divisée par la chaleur massique du produit —, il vaut environ six degrés par pourcent de masse perdue sur un légume feuille et neuf sur une mie de pain, et il ne se négocie pas. Le seul levier consiste à faire payer une eau qui n’est pas celle du produit.
Les mots à ne pas confondre. Le refroidissement sous vide abaisse la température d’un produit en vaporisant une part de l’eau de ce produit : la perte d’eau est le prix payé, l’abaissement de température est le but. L’évaporation sous vide fait exactement la même physique avec les finalités inversées — on y apporte de la chaleur pour retirer de l’eau, et la température est maintenue, non abaissée. La détente flash désigne l’instant de vaporisation lui-même, employée aussi bien pour refroidir que pour dégazer ou concentrer. La lyophilisation descend au-dessous du point triple et sublime de la glace, alors que le refroidissement sous vide s’arrête juste au-dessus. Et le refroidissement par détente d’une machine frigorifique détend un fluide frigorigène dans un circuit fermé, sans que l’eau du produit intervienne : c’est le principe de la réfrigération, et il n’a rien de commun avec celui-ci.
Sur cette page
À quoi sert l’opération
On n’installe pas une cuve sous vide pour refroidir : on l’installe pour refroidir vite, et presque toujours parce qu’une contrainte extérieure impose une durée. Les finalités se rangent par la nature de cette contrainte.
Tenir les deux heures que le droit laisse
En restauration collective, l’annexe IV de l’arrêté du 21 décembre 2009 relatif aux règles sanitaires applicables aux activités de commerce de détail, d’entreposage et de transport de produits d’origine animale pose que « le refroidissement rapide des préparations culinaires est opéré de telle manière que leur température à cœur ne demeure pas à des valeurs comprises entre + 63 °C et + 10 °C pendant plus de deux heures », sauf si une analyse des dangers validée prouve qu’un refroidissement moins rapide reste suffisant. La formulation mérite d’être lue exactement : la règle ne demande pas de refroidir en moins de deux heures, elle interdit de séjourner plus de deux heures dans cet intervalle de température. Ce qui est encadré est un temps de passage, non un délai de fin.
Cette contrainte devient inatteignable par simple mise en chambre froide dès qu’une pièce dépasse quelques kilogrammes, parce que la chaleur du cœur doit traverser le produit par conduction. Les lignes directrices européennes sur la cuisson-refroidissement retiennent, pour des pièces de viande cuite jusqu’à 2,5 kg et 100 mm d’épaisseur, un passage de 74 à 10 °C en deux heures et demie : au-delà de ce calibre, l’air ne suffit plus. Le refroidissement sous vide, lui, ne dépend pas de l’épaisseur.
Refroidir des feuilles sans les mouiller ni les brasser
C’est l’emploi historique et le plus massif. Une laitue pommée récoltée à 25 °C respire, et sa respiration dégage une chaleur qui s’ajoute à celle du champ. L’hydrorefroidissement serait rapide mais laisse le produit mouillé, ce qu’une feuille supporte mal en stockage. L’air pulsé sèche les bords et demande une à deux heures. Le vide refroidit l’intérieur de la pomme sans qu’un filet d’air ni une goutte d’eau atteignent la feuille.
Atteindre le cœur sans attendre la conduction
Pour un jambon cuit, un rôti, une terrine, une sauce en bac, le problème n’est pas la surface mais le centre. Toutes les techniques par contact — air, eau, plaque — refroidissent de l’extérieur et attendent que la chaleur du centre remonte. Sous vide, l’eau bout aussi au centre : le refroidissement y commence au même instant qu’en périphérie. C’est la seule technique dont la durée ne croisse pas à peu près comme le carré de l’épaisseur.
Libérer la ligne de cuisson plutôt que la zone de refroidissement
En boulangerie industrielle, un pain de mie sortant du four à 98 °C au cœur doit descendre vers 35 °C avant d’être tranché, sans quoi la mie colle à la lame. Les essais publiés sur du pain de mie refroidi en cuve pilote donnent une descente de 98 à 35 °C en six minutes environ, par paliers de pression jusqu’à 60 mbar, contre soixante à soixante-dix minutes pour atteindre 40 °C en ambiance tempérée. Le gain ne porte pas sur l’énergie mais sur le mètre carré d’atelier : une zone de refroidissement de plusieurs centaines de mètres carrés se remplace par une cuve.
Sécher et refroidir d’un même geste
Quand la perte d’eau n’est pas un prix mais un objectif, la même détente rend deux services. Une masse de confiserie cuite doit descendre en humidité résiduelle et en température ; une croûte de pain doit perdre l’eau qui la ramollirait. Le vide fait les deux simultanément, et c’est le seul cas où la perte de masse se compte en recette plutôt qu’en perte.
Gagner du temps de vente sur un produit qui respire
La durée de conservation d’un légume feuille se joue sur les premières heures après récolte, parce que l’activité respiratoire double à peu près à chaque relèvement de dix degrés. Abaisser la température en vingt minutes au lieu de huit heures retire au produit un nombre d’heures-degrés que la suite de la chaîne du froid ne lui rendra jamais. Le conditionnement se fait ensuite sur un produit déjà froid, ce qui évite une condensation dans l’emballage.
Ce qu’on ne lui demande pas
Congeler : la borne basse du procédé est le point triple de l’eau, 611 Pa et 0,01 °C, et toute tentative de descendre plus bas gèle le produit en surface au lieu de le refroidir. Refroidir un produit sec : s’il n’y a pas d’eau libre, il n’y a pas de chaleur latente à prélever. Refroidir un produit à peau imperméable : une tomate, une pomme, un agrume ont une cuticule que la vapeur ne traverse pas, et le poivron, l’aubergine et la tomate sont connus pour se fendre sous l’effort. Dans ces trois cas, l’échange de chaleur classique reste la bonne réponse.
Le phénomène physique
L’eau bout à la température qu’on veut
La température d’ébullition de l’eau n’est pas une propriété de l’eau : c’est la température à laquelle sa pression de vapeur saturante égale la pression ambiante. À 101 325 Pa, cette égalité se produit à 100 °C. À 2 339 Pa, elle se produit à 20 °C. À 872 Pa, à 5 °C. Faire bouillir un produit à 5 °C ne demande donc aucune chaleur apportée : il suffit de retirer l’air au-dessus de lui jusqu’à 872 Pa, c’est-à-dire à moins d’un centième de la pression atmosphérique.
Une fois l’ébullition déclenchée, chaque kilogramme d’eau qui passe en vapeur emporte sa chaleur latente de vaporisation, environ 2 490 kJ à 5 °C. Cette chaleur ne peut venir que du produit lui-même, puisque rien ne le chauffe : il se refroidit donc d’autant. Le mécanisme s’arrête seul quand la température du produit est descendue jusqu’à la température de saturation correspondant à la pression de la cuve — ce qui donne au procédé une propriété rare : la pression de consigne fixe la température finale, sans aucune régulation de température.
Les trois temps d’un cycle, et le plateau du début
Une courbe de refroidissement sous vide ne descend pas dès le départ. Le premier temps est une simple évacuation de l’air de la cuve, qui dure sept à dix minutes sur une installation industrielle et pendant laquelle la température du produit ne bouge pratiquement pas : il n’y a pas encore d’ébullition, seulement un gaz qu’on retire. Le deuxième temps commence au point d’ébullition, cet instant où la pression de la cuve atteint la pression de saturation correspondant à la température initiale du produit : la vaporisation s’amorce, et la température se met à tomber. Le troisième temps est une descente conjointe de la pression et de la température, le produit suivant la courbe de saturation jusqu’à la consigne.
Ce plateau initial explique une bonne part des déceptions de mise en route. Sur un produit tiède, il est court, parce que la pression de saturation à 30 °C est encore de 4 246 Pa, atteinte vite. Sur un produit déjà à 10 °C, il faut descendre à 1 228 Pa avant que quoi que ce soit se passe, et la pompe travaille longtemps pour rien. Le refroidissement sous vide est d’autant plus rapide que le produit est chaud au départ : l’inverse exact de ce que fait un tunnel à air.
Où l’eau bout, exactement
Elle bout à la surface interne du produit : surface extérieure, mais surtout parois des espaces intercellulaires, des pores et des canaux. C’est pourquoi deux produits de même masse et de même teneur en eau se refroidissent très différemment selon leur structure. Une pomme de laitue est une collection de feuilles séparées par de l’air : sa surface interne est énorme. Un chou pommé serré est presque un bloc, et son centre reste chaud quand ses feuilles extérieures sont à la consigne — les essais publiés le montrent bien, qui mènent une laitue à 4 °C et un chou à 11 °C dans la même durée de cycle. Une mie de pain est une mousse ouverte, et c’est le produit qui se refroidit le mieux de tous.
Le chemin de la vapeur : c’est la porosité qui commande
La vapeur formée au cœur doit sortir, et elle sort par les mêmes pores. Sa migration obéit à un gradient de pression interne, et la résistance qu’elle rencontre est la seule limitation vraie du procédé. D’où une règle contre-intuitive : l’épaisseur ne ralentit pas le refroidissement sous vide, l’étanchéité le ralentit. Un jambon de six kilogrammes à couenne grasse refroidit moins bien qu’une sauce de six kilogrammes en bac ouvert, non parce qu’il est épais, mais parce que la vapeur n’y circule pas.
Cette circulation interne est aussi ce qui peut abîmer la texture. Si la pression descend trop vite, la vapeur se forme plus rapidement qu’elle ne s’évacue, la pression interne monte, et le tissu cède : cellules déchirées, cavités, perte de turgescence. Les essais de laboratoire sur la laitue conduisent pour cette raison à des vitesses de descente modestes, de l’ordre de 0,34 kPa par minute.
Le point triple, et pourquoi on s’arrête avant
À 611 Pa et 0,01 °C, les trois états de l’eau coexistent. En dessous de cette pression, l’eau liquide n’existe plus : elle gèle, puis se sublime. Une cuve de refroidissement ne descend donc jamais au-dessous de 600 à 650 Pa, et les essais publiés s’arrêtent couramment à 0,60 kPa pour une température finale de 2 à 4 °C — la laitue de ces essais est stoppée à 4 °C précisément parce qu’un vide plus profond la gèlerait. Quand on veut au contraire franchir cette borne, on ne fait plus du refroidissement sous vide mais de la lyophilisation, et le bilan énergétique change d’un ordre de grandeur.
Le volume de la vapeur, et pourquoi la pompe ne suffit jamais
C’est le point qui surprend le plus au dimensionnement. À 5 °C, la vapeur d’eau saturée occupe environ 147 mètres cubes par kilogramme. Refroidir une tonne de laitue de 25 à 2 °C demande d’évaporer une quarantaine de kilogrammes d’eau ; faits en vingt-cinq minutes, ces quarante kilogrammes représentent un débit volumique de l’ordre de treize mille mètres cubes par heure. Aucune pompe mécanique de taille raisonnable n’aspire un tel volume.
La solution est de ne pas l’aspirer : un condenseur placé entre la cuve et la pompe ramène la vapeur à l’état liquide, où le même kilogramme occupe un litre. Le facteur de réduction est voisin de cent cinquante mille, et c’est lui qui rend l’installation possible. La pompe à vide ne fait donc que retirer l’air et les incondensables ; c’est le condenseur qui fait le travail. La même logique gouverne le dimensionnement des installations de désaération et de dégazage, où la page voisine détaille le rôle du condenseur dans le volume aspiré et la pression de vapeur saturante comme borne du vide atteignable.
Ce que l’ébullition laisse derrière elle
Un produit qui a bouilli n’est pas tout à fait le même. Il a perdu de l’eau, donc de la masse et parfois de la fermeté ; il a perdu aussi quelques composés volatils, ce qui s’entend sur un arôme délicat. Les cavités fermées se dilatent : un emballage scellé se gonfle puis peut se décoller, un fruit à loge interne se fend. Et le produit sort à la température de saturation de la cuve, donc en équilibre avec une atmosphère très sèche : il reprendra de l’eau à la remise à l’air, ce qui ne restitue pas la masse perdue mais mouille la surface si la remise à l’air est brutale.
Les grandeurs et les équations
Quatre relations suffisent à conduire l’opération, et deux autres à la dimensionner. Toutes se lisent dans le même sens : l’eau perdue est la monnaie, et la chaleur massique du produit en fixe le cours.
La condition d’ébullition s’écrit d’abord, parce qu’elle définit l’instant où le refroidissement commence :
Tant que l’inégalité n’est pas satisfaite, la pompe retire de l’air et rien ne refroidit. C’est l’équation du plateau initial, et le seul levier pour le raccourcir est un débit de pompage plus élevé sur la première phase — un surpresseur, un éjecteur — et non un vide plus profond.
La pression de saturation se calcule par une formule de corrélation. Celle de Tetens, employée en génie climatique, suffit largement dans la plage utile :
Avec T en degrés Celsius et psat en pascals. Ce qu’elle apprend à celui qui conduit la cuve est que la relation est exponentielle : gagner les cinq derniers degrés coûte beaucoup plus de vide que les cinq premiers, puisque la pression de saturation est divisée par près de quatre entre 25 et 5 °C.
Vient ensuite le bilan qui fait toute l’opération. La chaleur sensible perdue par le produit est égale à la chaleur latente emportée par l’eau vaporisée :
Ce bilan néglige les apports par les parois et la chaleur de respiration, tous deux petits devant les autres termes sur un cycle de vingt minutes. Il se réécrit sous la forme qui intéresse l’atelier, celle du tarif :
Le rapport Lv / cp est le nombre de degrés gagnés par unité de masse relative perdue, et il ne dépend que du produit. Pour un légume feuille gorgé d’eau, dont la chaleur massique est voisine de 4,0 kJ·kg−1·K−1, il vaut environ 620 : un pourcent de masse achète six degrés. Pour une mie de pain, dont la chaleur massique tombe vers 2,6, il vaut 885, et le même pourcent en achète neuf. Le produit le plus sec paie son froid le moins cher, ce qui est l’inverse de l’intuition — on croit qu’il faut beaucoup d’eau pour que le procédé fonctionne, alors qu’il en faut seulement assez pour alimenter l’ébullition.
Le dimensionnement de la machine se tire du débit de vapeur et de son volume spécifique :
Les valeurs de v″ sont énormes aux pressions utiles — 206 m3·kg−1 à 0 °C, 147 à 5 °C, 58 à 20 °C —, et c’est ce qui impose le condenseur. La puissance que ce condenseur doit évacuer, elle, est modeste :
Soit une soixantaine de kilowatts par tonne de produit refroidie en vingt-cinq minutes. Un atelier qui prévoit une installation sous vide sous-dimensionne presque toujours le débit volumique et surdimensionne la puissance froid.
| Symbole | Grandeur | Unité | Ordre de grandeur usuel |
|---|---|---|---|
| pcuve | Pression absolue dans la cuve | Pa | 600 à 101 325 ; consigne finale 600 à 900 |
| psat | Pression de vapeur saturante de l’eau | Pa | 611 à 0,01 °C ; 2 339 à 20 °C ; 4 246 à 30 °C |
| Lv | Chaleur latente de vaporisation de l’eau | kJ·kg−1 | 2 489 à 5 °C ; 2 454 à 20 °C ; 2 333 à 70 °C |
| cp | Chaleur massique du produit | kJ·kg−1·K−1 | 4,0 légume feuille ; 3,3 viande cuite ; 2,6 mie de pain |
| v″ | Volume spécifique de la vapeur saturée | m3·kg−1 | 206 à 0 °C ; 147 à 5 °C ; 58 à 20 °C |
| Δm/m | Perte de masse relative | % | 1,5 à 4 légumes ; 7 mie de pain ; 10 à 12 viande cuite |
| Lv/cp | Tarif : degrés gagnés par pourcent perdu | °C par % | 6,2 légume feuille ; 7,1 viande cuite ; 8,8 mie de pain |
| t | Durée du cycle, plateau initial compris | min | 6 petite cuve ; 20 à 35 palettes |
Le tableau suivant met en regard la pression de consigne, la température finale qu’elle impose et la perte que le tarif commande. Il se lit comme une table de décision : on choisit une ligne, et les trois autres colonnes sont fixées.
| Pression de consigne | Température finale imposée | Perte calculée pour un légume feuille parti de 25 °C | Perte calculée pour une mie de pain partie de 98 °C |
|---|---|---|---|
| 4 246 Pa | 30 °C | sans objet | 7,7 % |
| 2 339 Pa | 20 °C | 0,8 % | 8,8 % |
| 1 705 Pa | 15 °C | 1,6 % | 9,4 % |
| 1 228 Pa | 10 °C | 2,4 % | 10,0 % |
| 872 Pa | 5 °C | 3,2 % | 10,6 % |
| 705 Pa | 2 °C | 3,7 % | 10,9 % |
| moins de 611 Pa | gel | hors domaine | hors domaine |
Les valeurs de perte sont calculées par l’équation du tarif et non mesurées. Les mesures publiées se situent systématiquement au-dessus : 4,20 % pour une laitue menée à 4 °C, 4,96 % pour un épinard mené de 22 à 5 °C, 6,91 % pour un pain de mie mené de 98 à 35 °C. L’écart tient à ce que le bilan simple attribue au refroidissement du produit toute l’eau vaporisée, alors qu’une part s’évapore des emballages, des parois et de l’eau libre, sans rien refroidir dans le produit. Le calcul donne le plancher de la perte, jamais sa valeur.
Les matériels
Une installation de refroidissement sous vide comporte toujours quatre organes : une enceinte qui tient la dépression, un groupe de pompage qui retire l’air, un condenseur qui retire la vapeur, et une régulation qui conduit la descente en pression. Les familles se distinguent par la forme de l’enceinte et par la façon dont le condenseur est associé au reste.
L’enceinte la plus répandue est une cuve cylindrique horizontale, calculée comme un appareil sous pression extérieure, fermée par une ou deux portes à chariot. On y charge une à six palettes complètes, ce qui permet de refroidir un lot tel qu’il sera expédié : ni dépalettisation, ni reconditionnement. Les cuves de boulangerie et de plats cuisinés sont beaucoup plus petites, souvent verticales, et travaillent par cycles courts et répétés plutôt que par lots.
Le groupe de pompage est presque toujours une pompe à anneau liquide, robuste et insensible aux entraînements d’eau, surmontée d’un surpresseur à lobes qui donne le débit volumique sur la première phase. Les installations anciennes et les très grosses unités emploient des éjecteurs à vapeur, qui n’ont aucune pièce mobile et acceptent la vapeur d’eau sans condenseur séparé, au prix d’une consommation de vapeur motrice élevée.
Le condenseur est l’organe qui décide du coût d’exploitation. Un condenseur à détente directe, alimenté par un groupe frigorifique travaillant vers −10 °C, condense la vapeur en continu et renvoie l’eau à l’égout ou à un bac. Un condenseur à glace accumule le givre sur une batterie et se dégivre entre deux cycles : il est plus simple mais impose un temps mort, et c’est ce temps mort qui fixe la cadence d’une petite installation.
Deux variantes modifient le bilan de masse plutôt que la physique. L’hydrovac pulvérise une brume d’eau potable sur le produit avant ou pendant le cycle, de sorte qu’une partie de la vaporisation se fait aux dépens de cette eau d’emprunt. L’immersion sous vide, développée pour les viandes cuites, place la pièce dans son liquide de cuisson pendant la descente en pression : c’est le bouillon qui bout, et le produit refroidit par contact tout en se réhydratant. Les essais du projet européen consacré à cette variante donnent une perte de 4 à 5 % contre 10 à 12 % en vide classique et 6 % environ en air pulsé, pour une durée inférieure de 40 à 50 % à celle de l’air pulsé.
| Matériel | Principe | Plage d’emploi | Ce qui le fait choisir |
|---|---|---|---|
| Cuve horizontale à palettes | Enceinte cylindrique, portes à chariot, pompage mécanique et condenseur à détente directe | 1 à 6 palettes, cycles de 20 à 35 min | Produits maraîchers expédiés en palettes complètes ; aucune manutention du produit |
| Cuve verticale de petite capacité | Même principe, volume réduit, cycles rapprochés | 50 à 500 kg, cycles de 5 à 15 min | Boulangerie, plats cuisinés, cadence plutôt que volume |
| Groupe à éjecteurs de vapeur | Vapeur motrice détendue dans des tuyères, aucune pièce mobile | Très grandes installations, sites disposant de vapeur | Fiabilité mécanique, tolérance à l’eau entraînée |
| Condenseur à glace | La vapeur givre sur une batterie, dégivrée entre deux cycles | Petites et moyennes unités | Simplicité ; impose un temps mort entre cycles |
| Système hydrovac | Brume d’eau pulvérisée avant ou pendant le cycle | Légumes feuilles, herbes aromatiques | Ramène la perte de masse de 4 % à 2 % environ |
| Immersion sous vide | La pièce reste dans son liquide de cuisson pendant la détente | Viandes cuites, charcuteries cuites | Perte de 4 à 5 % au lieu de 10 à 12 % ; durée intermédiaire |
Une cuve sous vide est un appareil sous pression extérieure. Une enceinte de plusieurs mètres cubes à 700 Pa absolus supporte environ dix tonnes par mètre carré de paroi, dirigées vers l’intérieur : le mode de ruine n’est pas l’éclatement mais le flambage, qui est brutal et ne prévient pas. La conception, le suivi et les contrôles relèvent de la réglementation des équipements sous pression, et aucune porte ne doit pouvoir s’ouvrir tant que l’équilibrage n’est pas achevé. Les sécurités d’interverrouillage ne sont pas un confort d’exploitation.
Les paramètres de conduite
Le procédé a peu de réglages, et chacun agit sur une seule chose. C’est ce qui en fait une opération facile à conduire et difficile à rattraper : une fois le cycle lancé, la perte de masse est déjà décidée par la consigne de pression et par le produit chargé.
La pression finale est le réglage maître, puisqu’elle fixe la température de sortie. On la choisit à la valeur de saturation correspondant à la température visée, augmentée d’une marge : viser 2 °C, c’est viser 705 Pa, et il ne reste aucune liberté. La vitesse de descente est le deuxième réglage, et le seul qui arbitre entre durée et qualité : rapide, elle abrège le cycle et malmène les tissus ; lente, elle ménage le produit et occupe la cuve.
Le mouillage préalable est le seul levier qui agisse sur le tarif, et il agit en changeant de payeur plutôt qu’en changeant de prix. Les essais publiés sur quatre légumes montrent l’ampleur du gain : laitue 4,20 % à nu, 3,13 % mouillée, 2,03 % mouillée et couverte d’un film perforé ; épinard 4,96 % à nu et 2,50 % traité ; chou-fleur 3,51 % et 1,90 % ; chou 2,40 % et 1,60 %. La température finale, elle, s’améliore aussi, parce que l’eau de surface bout avant l’eau des tissus.
Le film perforé fait plus que le mouillage seul. Un film qui enveloppe le produit sans le fermer retient la couche d’eau libre près de la surface et freine la diffusion de la vapeur issue des tissus : l’eau d’emprunt est consommée en premier. La perforation est indispensable — un film étanche empêcherait la vapeur de sortir et le produit ne refroidirait pas, en plus de gonfler. Le même raisonnement vaut pour le carton : des évents sur les quatre faces, et un empilage qui ne les bouche pas.
| Paramètre | Plage usuelle | Ce qu’il commande | Effet d’un réglage excessif |
|---|---|---|---|
| Pression finale | 650 à 900 Pa | Température de sortie, donc perte totale | En dessous de 611 Pa, gel de surface |
| Vitesse de descente | 0,3 à 3 kPa par minute | Arbitrage durée / intégrité des tissus | Trop vite : déchirure cellulaire, perte de turgescence |
| Température initiale | 18 à 30 °C en maraîchage ; 70 à 98 °C en cuisson | Durée du plateau initial | Produit trop froid : cycle long et sans effet |
| Mouillage préalable | 0,5 à 2 % de la masse en eau pulvérisée | Part de la vaporisation prise sur l’eau d’emprunt | Excès : eau résiduelle en fond de carton |
| Emballage | Film perforé, cartons à évents | Chemin de sortie de la vapeur | Film étanche : pas de refroidissement, gonflement |
| Taux de remplissage | 60 à 80 % du volume utile | Débit de vapeur par cycle, homogénéité | Cuve trop pleine : hétérogénéité de 5 à 10 °C |
| Consigne du condenseur | −15 à −5 °C | Capacité d’aspiration réelle en fin de cycle | Trop haute : la pression ne descend plus |
| Vitesse de remise à l’air | 1 à 3 min | État de surface à l’ouverture | Trop rapide : condensation et surface mouillée |
Ce qui se dérègle
Les défauts du refroidissement sous vide ont une particularité commode : ils se lisent presque tous dans la courbe de pression, qui est enregistrée. Un cycle qui n’a pas refroidi a presque toujours une anomalie visible sur cette courbe, et le produit n’a pas besoin d’être sondé pour qu’on sache ce qui s’est passé.
| Symptôme | Cause probable | Correction |
|---|---|---|
| Le produit sort flétri, la perte dépasse la prévision | Consigne de pression trop basse, ou produit chargé plus chaud que prévu | Remonter la consigne à la saturation de la température visée ; mouiller avant le cycle |
| Le cœur est encore chaud, la surface est à la consigne | Produit trop dense ou trop fermé, vapeur qui ne sort pas | Ouvrir la structure du lot, réduire le calibre, prolonger le maintien au palier |
| Givre ou taches translucides en surface | Pression descendue au-dessous de 611 Pa | Butée basse de consigne à 650 Pa, contrôle du capteur absolu |
| Le cycle n’en finit pas, la pression stagne vers 2 000 Pa | Entrée d’air par un joint de porte ; ou condenseur saturé de givre | Essai de montée en pression cuve isolée ; dégivrage entre cycles |
| Rien ne refroidit pendant quinze minutes, puis tout descend d’un coup | Plateau initial normal mais allongé par un débit de pompage insuffisant | Vérifier le surpresseur ; ce n’est pas un défaut de refroidissement |
| Cartons affaissés, palettes déformées | Humidité reprise par le carton pendant le cycle, résistance à l’écrasement effondrée | Carton traité, évents latéraux, palettisation moins haute |
| Produits fendus, peaux éclatées | Produit à cuticule imperméable ou à loge interne fermée | Produit hors domaine : revenir à l’air pulsé ou à l’eau |
| Sachets scellés gonflés, soudures ouvertes | Emballage fermé mis sous vide avec le produit | Conditionner après refroidissement, ou perforer |
| Surface mouillée à l’ouverture | Remise à l’air trop rapide sur un produit froid | Rallonger la rampe d’équilibrage ; filtrer et sécher l’air rentrant |
| Température qui remonte de 3 à 5 °C après sortie | Hétérogénéité interne non résorbée, chaleur de respiration | Expédier en froid positif sans délai ; revoir le taux de remplissage |
Énergie, coût et environnement
Le bilan énergétique est le meilleur argument du procédé, et il tient à ce qu’il ne refroidit rien d’autre que le produit. Un hydrorefroidisseur refroidit aussi son eau, ses bacs et son bâtiment ; un tunnel à air refroidit l’air, les palettes et les parois. La cuve sous vide ne refroidit que ce qui contient de l’eau et se trouve dans l’enceinte.
L’ordre de grandeur se calcule simplement. Refroidir une tonne de laitue de 25 à 2 °C demande de retirer 1 000 × 4,0 × 23, soit environ 92 MJ ou 26 kWh thermiques, ce qui correspond à 37 kg d’eau évaporée. Le groupe frigorifique qui condense cette vapeur travaille avec un coefficient de performance de 2,5 à 3 : il consomme donc de l’ordre de 9 à 10 kWh électriques, auxquels s’ajoutent la pompe et le surpresseur pendant une demi-heure. Une quinzaine de kilowattheures par tonne est l’ordre de grandeur à retenir, et c’est un calcul, non un relevé.
Le vrai coût n’est pas là. Trente-sept kilogrammes d’eau sur une tonne, ce sont 3,7 % de marchandise qui ne seront pas vendus, et sur un produit frais cette perte dépasse largement la facture d’électricité. C’est la raison d’être de l’hydrovac et de l’immersion sous vide : ils n’économisent pas d’énergie, ils économisent du produit. Toute étude économique de l’opération se fait donc sur la masse avant de se faire sur le kilowattheure.
L’investissement est élevé — enceinte sous pression, groupe de pompage, groupe froid, automatisme — et il ne s’amortit que sur un débit régulier. C’est pourquoi le refroidissement sous vide est la technique des stations d’expédition et des ateliers à cadence, et jamais celle d’un atelier qui traite quelques centaines de kilogrammes par semaine.
Côté environnement, trois points méritent d’être tenus. L’eau condensée est propre et récupérable, à la température du condenseur, ce qui en fait une eau de lavage toute trouvée. Le fluide frigorigène du groupe relève des obligations de confinement et de contrôle d’étanchéité applicables aux gaz à effet de serre fluorés. Et l’absence de bain d’eau supprime un circuit de recyclage et son traitement, ce qui distingue nettement ce procédé de l’hydrorefroidissement — la comparaison vaut sur ce poste, et seulement sur lui : l’hydrorefroidisseur, de son côté, ne fait perdre aucune masse au produit et sait traiter des produits à peau imperméable que la cuve sous vide refuse. Chacun réussit quelque chose que l’autre ne sait pas faire.
L’opération dans la fabrication des sucrants
Il faut le dire franchement : le refroidissement sous vide au sens de cette page — refroidir un produit solide et humide en lui faisant perdre son eau — n’intervient dans aucune des fabrications de sucrants décrites sur ce site. Ni le xylitol, ni l’érythritol, ni le sucre de betterave ou de canne, ni les sirops ne passent par une cuve de ce type. La raison est la même partout : ces procédés travaillent sur des solutions dont la concentration est précisément ce qu’on règle, et une opération qui évapore de l’eau sans qu’on le demande y est une perturbation, non un outil.
Le cas de la cristallisation le montre bien. Une solution de xylitol ou d’érythritol amenée à sursaturation doit être refroidie selon un profil imposé, parce que la vitesse de refroidissement commande la germination et le calibre des cristaux. Ce refroidissement se fait par échangeur à travers une paroi, et non par détente : évaporer ferait monter la concentration en même temps que descendre la température, c’est-à-dire déplacerait la sursaturation par deux chemins à la fois, et le profil deviendrait incontrôlable. Là où l’on veut refroidir à composition constante, le vide est exclu par construction. La fabrication du xylitol s’en tient donc aux échangeurs.
Le même phénomène physique se retrouve pourtant dans cette industrie, sous trois formes où le refroidissement n’est pas la finalité première. La première est le cristallisoir à détente des sucreries, où la masse cuite est détendue dans une enceinte sous vide : on y cherche la sursaturation, et le refroidissement vient avec. La deuxième est la détente flash qui suit un traitement à très haute température, et qui retire la vapeur condensée dans le produit tout en le refroidissant — la page de stérilisation en détaille la conduite. La troisième est la cuisson des masses de confiserie.
Celle-ci mérite qu’on s’y arrête, parce qu’elle concerne directement les produits sans sucres. Une demande internationale publiée le 14 avril 2022 sous le numéro WO 2022/076194 A2, déposée le 28 septembre 2021 avec une priorité du 9 octobre 2020, décrit la fabrication d’un bonbon dur à l’isomalt et donne deux conduites de cuisson : un cuiseur au feu, qui porte la masse à 145-165 °C, ou un cuiseur sous vide, qui s’arrête à 125-132 °C. Le document écrit lui-même qu’avec un vide « de l’eau supplémentaire est chassée sans chauffage additionnel » et que des températures plus basses peuvent être employées ; l’humidité résiduelle visée est de 0,5 à 2 % de la masse cuite. La nuance doit être donnée telle qu’elle est écrite : dans ce texte, le vide sert d’abord à retirer l’eau, et le refroidissement de la masse est une étape distincte. Même physique, autre finalité — c’est exactement la distinction posée dans l’encadré du début de page.
Ce qu’un abaissement de trente degrés de la température de cuite change, en revanche, vaut d’être dit : il réduit d’autant la sévérité thermique subie par la masse. Un sirop de saccharose cuit haut brunit et s’invertit, ce qui donne au bonbon sa couleur et une part de son goût ; une masse de polyol ne brunit pas, puisque les polyols ne caramélisent pas, et ce que la chaleur y dégrade est ailleurs — les arômes ajoutés, les acides, les colorants. Chacune des deux masses pose donc un problème thermique, et ce ne sont pas les mêmes : l’une se juge à la couleur qu’elle prend, l’autre à ce qu’elle perd d’arôme. Le cuiseur sous vide répond aux deux par le même moyen, en travaillant plus bas.
Enfin, une filière du site emploie bien le procédé tel quel, mais en amont de tout sucrant : la station d’expédition des légumes feuilles et des champignons, où se refroidissent les produits que l’on retrouvera dans une recette. C’est un rappel utile de ce qu’est une opération unitaire — un phénomène qui ne connaît pas les produits, et qui se range par ce qu’il fait, non par ce qu’il traite.
Pour aller plus loin
- La désaération et le dégazage — le calcul de la détente flash, la pression de vapeur saturante comme borne du vide atteignable, et le rôle du condenseur dans le volume aspiré.
- La réfrigération — la chaîne du froid et le calcul d’une charge frigorifique, c’est-à-dire la manière dont on refroidit quand le produit ne peut pas payer en eau.
- L’évaporation — la même vaporisation conduite dans l’autre sens, avec apport de chaleur et température maintenue.
- La lyophilisation — ce qui se passe quand on franchit le point triple au lieu de s’arrêter juste au-dessus.
- L’activité de l’eau — pourquoi un produit sorti d’une cuve sous vide est en équilibre avec une atmosphère très sèche, et ce qu’il reprendra à la remise à l’air.
- Le blanchiment — l’opération dont le refroidissement immédiat conditionne le résultat, et l’un des rares endroits où les trois techniques se comparent sur le même produit.
- La congélation — la suite logique quand le froid positif ne suffit pas, et la raison pour laquelle on ne l’obtient pas sous vide.
- Toute la rubrique — les opérations unitaires du génie alimentaire, rangées par famille.
Sources
- Fellows, P. J., Food Processing Technology: Principles and Practice, 4e éd., Woodhead Publishing, 2017.
- Bimbenet, J.-J., Duquenoy, A., Trystram, G., Génie des procédés alimentaires : des bases aux applications, Dunod, 2e éd., 2007.
- Perry, R. H., Green, D. W., Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 9e éd., McGraw-Hill, 2018 — tables de vapeur d’eau saturée.
- « Vacuum cooling technology for the food processing industry: a review », Journal of Food Engineering, 2000.
- « The Effect of Vacuum Cooling of Some Products on the Ratio of Weight Loss », Journal of Applied Sciences, 2006 — essais sur laitue, chou-fleur, chou et épinard, nus, mouillés et sous film perforé.
- « Impact of selected baking and vacuum cooling parameters on the quality of toast bread », Journal of Food Science and Technology, 2020 — descente de 98 à 35 °C en six minutes, paliers jusqu’à 60 mbar, perte de 6,91 %.
- « Vacuum Cooling », chapitre de Introduction to the Postharvest Engineering for Fresh Fruits and Vegetables, NC State Extension — durées de cycle, plateau initial, perte d’environ 1 % par 10 °F.
- Arrêté du 21 décembre 2009 relatif aux règles sanitaires applicables aux activités de commerce de détail, d’entreposage et de transport de produits d’origine animale et denrées alimentaires en contenant, annexe IV.
- Rapport final du projet européen COOL-MEAT, convention n° 262049, septième programme-cadre — comparaison des pertes en air pulsé, en vide et en immersion sous vide.
- Demande internationale WO 2022/076194 A2, « Unwrapped hard candy product; isomalt confectionery; method of making and use thereof », publiée le 14 avril 2022.