Pour que les fruits restent frais après la récolte, ils doivent être refroidis de manière homogène pendant le transport. Dans la pratique, ce n’est toutefois pas si simple, car un camion frigorifique à pleine charge est un système complexe : l’air froid doit circuler entre des cartons et des palettes empilés de manière compacte. L’efficacité de ce processus dépend de la vitesse d’écoulement de l’air, de l’emballage et de la disposition des palettes. Or, la température n’est souvent surveillée qu’à l’aide d’un seul capteur. Celui-ci enregistre certes une courbe de température sur l’ensemble du trajet, mais ne mesure qu’à l’endroit où il est situé. Les chercheurs de l’Empa souhaitent donc, à l’aide d’un camion frigorifique virtuel, mettre en évidence les éventuels points chauds et leur influence sur les denrées alimentaires. « Notre jumeau numérique simule la circulation de l’air et le transfert de chaleur dans l’ensemble de l’espace de chargement. Cela nous permet d’estimer les températures qui règnent à différents endroits du chargement », explique Elisabeth Tobler, chercheuse à l’Empa.


Un camion frigorifique virtuel

Les chercheurs de l’Empa ont ainsi reproduit numériquement un camion frigorifique chargé d’oranges et de citrons. Ce modèle basé sur la physique calcule comment l’air froid circule à travers les différents emballages et comment la chaleur est transférée entre l’air et les fruits. Il prend également en compte les températures des fruits au début du trajet ainsi que la faible quantité de chaleur qu’ils génèrent eux-mêmes par leur respiration. Pour tester le jumeau numérique du camion frigorifique, les chercheurs l’ont alimenté avec des données réelles concernant le chargement, les températures initiales et l’air de refroidissement pendant le trajet. Un transport commercial entre Nauplie, en Grèce, et Pratteln, en Suisse, a servi de base à cette expérience. Les 31 palettes d’oranges et de citrons ont été pré-refroidies pendant environ 24 heures, puis transportées pendant quatre jours à une température comprise entre quatre et six degrés.

Les chercheurs ont ensuite comparé les températures calculées par le jumeau numérique aux données de mesure réelles. Lors du conditionnement des fruits, 108 capteurs au total avaient été placés à différents endroits du chargement. 97 d’entre eux enregistraient la température des fruits, les autres mesuraient notamment la température de l’air ainsi que l’air entrant et sortant du groupe frigorifique. « Ce fut un test exigeant pour le jumeau numérique », explique Elisabeth Tobler. « Au départ, les fruits n’étaient pas tous refroidis de manière homogène, et les oranges et les citrons se trouvaient dans des emballages différents. Malgré cela, le modèle a bien reproduit les principaux changements de température à la plupart des endroits. »


Les palettes chaudes influencent le chargement

Les mesures ont toutefois également mis en évidence certains écarts. Pendant le trajet, les oranges situées au centre du camion se sont réchauffées davantage que ne le prévoyait le modèle de l’Empa : leur température est passée d’environ 7,7 à 10,8 degrés, alors que l’air de refroidissement était nettement plus froid. « Nous avons supposé qu’à côté des palettes concernées et surveillées se trouvaient des palettes insuffisamment pré-refroidies, qui n’étaient pas équipées de capteurs », explique Elisabeth Tobler.

Dans un deuxième calcul, les chercheurs ont donc augmenté leur température initiale supposée, la faisant passer d’environ 5,4 à 10 degrés. L’évolution de la température simulée correspondait alors nettement mieux aux valeurs réelles mesurées. « La simulation nous a permis de comprendre comment la chaleur était transférée d’une palette à l’autre et transportée par le flux d’air. Le modèle a ainsi confirmé notre hypothèse », précise la chercheuse de l’Empa.

Il est également apparu que le système de réfrigération d’un camion n’est capable de refroidir a posteriori que dans une mesure limitée des fruits déjà chauds à l’intérieur d’une palette chargée à pleine capacité. Les groupes frigorifiques sont avant tout conçus pour maintenir la température de marchandises pré-refroidies. Si les fruits sont chargés à une température trop élevée, ils influencent également les palettes voisines pendant le transport.

L’emballage joue également un rôle déterminant. Dans le transport étudié, les caisses de citrons disposaient d’ouvertures d’aération sur plusieurs côtés, tandis que les côtés courts des cartons d’oranges étaient fermés. « Pour un emballage, ce n’est pas seulement son aspect ou sa solidité qui comptent », explique Elisabeth Tobler. « Il doit également laisser passer l’air froid vers les marchandises. Il est tout aussi important que les palettes soient alignées de manière régulière et que les ouvertures ne soient pas obstruées par des cartons voisins. »


Une vue d’ensemble du chargement dans son intégralité

Le jumeau numérique peut dans un premier temps être utilisé comme outil de simulation. Les entreprises de logistique et les producteurs pourraient ainsi examiner, par exemple, l’impact d’un nouvel emballage, d’une nouvelle disposition des palettes ou de la circulation de l’air sur la répartition de la température. Selon Elisabeth Tobler, les entreprises effectuant des transports standardisés, qui utilisent régulièrement les mêmes camions, les mêmes emballages et les mêmes schémas de chargement, en tireraient particulièrement profit.

À l’avenir, le modèle devrait également venir compléter les systèmes de surveillance. Pour cela, il sera relié aux données réelles fournies par des capteurs installés sur un transport en cours. Le capteur assure le lien avec la réalité, tandis que le modèle en déduit les conditions régnant dans l’ensemble de l’espace de chargement. « Bon nombre des données nécessaires sont déjà collectées. L’essentiel est de les rassembler et de les exploiter au bon endroit et au bon moment », explique Elisabeth Tobler. Ainsi, les importateurs pourraient identifier, avant même l’arrivée d’une livraison, quelles palettes ont été exposées à des températures plus élevées et doivent faire l’objet d’un contrôle plus minutieux. Les marchandises dont la durée de conservation devrait être plus courte pourraient être mises en vente de manière ciblée plus tôt. « À long terme, l’objectif est de mettre en place une surveillance de la chaîne d’approvisionnement basée sur les données », ajoute Thijs Defraeye, chercheur à l’Empa. « Le jumeau numérique ne doit pas seulement afficher les températures, mais aussi aider les entreprises à gérer de manière plus ciblée leurs transports et la manutention des marchandises à leur arrivée, et ainsi réduire les pertes alimentaires. »