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CIFRE - Optimisation d’un procédé innovant de fabrication additive destiné à l’alimentaire

ABG-108357 Thesis topic
2022-11-28 Cifre
La Patisserie Numérique
Nancy - Grand Est - France
CIFRE - Optimisation d’un procédé innovant de fabrication additive destiné à l’alimentaire
  • Process engineering
  • Biochemistry
  • Engineering sciences
Fabrication additive, impression 3D, Formulation, alimentaire, physico-chimie

Topic description

FRANCAIS : L’objectif de la Pâtisserie Numérique est de développer et de commercialiser des imprimantes 3D alimentaires et des services d’impression 3D alimentaire. Nos produits sont à destination des professionnels de la gastronomie jusqu’aux particuliers. Pour cela nous concevons et développons nos propres machines.

La R&D de La Pâtisserie Numérique consiste aujourd'hui à développer ces technologies et les outils permettant à chacun de travailler avec ces technologies pour des applications alimentaires et d’en bénéficier sans avoir un bagage scientifique étendu. En effet, les professionnels de la gastronomie (chefs, pâtissiers, cuisiniers) ont généralement suivi des formations courtes, professionnalisantes où les sujets scientifiques et techniques sont surtout centrés sur la chimie des aliments et peu sur leurs propriétés physiques ou sur leur comportement dynamique.

De plus, nous cherchons à donner le maximum de liberté à l’utilisateur final dans la formulation de ses propres recettes ; il est en effet très difficile d’imposer à un chef une formulation alors que le goût est le cœur de son métier ! Il y a également une demande des professionnels et des consommateurs pour une production locale, plus de naturalité et une absence d’additifs. Cependant la majorité des recherches effectuées dans le domaine de l’impression 3D alimentaire concerne la reformulation pour augmenter les capacités d’imprimabilité des aliments.

Pour le procédé d’impression développé au sein de l’entreprise, deux éléments principaux interviennent : une pâte et une poudre. La pâte (« encre ») va être déposée au sein d’une poudre qui a pour objectif de contrer la gravité et de conserver la forme de la pièce imprimée. Une fois l’impression terminée, une étape de cuisson est nécessaire.

Pour ce projet nous cherchons à formuler, caractériser et optimiser les compositions et textures de poudres et de pâtes de manière à obtenir les pièces les plus satisfaisantes et de proposer un protocole adaptable à de nombreuses formulations. Il s’agit donc d’étudier les caractéristiques physico-chimiques des différents éléments (granulométrie, viscosité, rhéologie, dégradation à la cuisson, interactions physico-chimiques) de manière à avoir toutes les clés pour comprendre et améliorer les différentes étapes d’impression.

D’un point de vue fondamental, ce projet pose la question de l’effet des propriétés physico-chimiques des différents ingrédients (poudres et pâtes) sur les caractéristiques des pièces obtenues (aspect, propriétés organoleptiques, cuisson) par le procédé d’impression 3D ainsi que les interactions potentielles des ingrédients entre eux et des ingrédients avec l’équipement. L’étude devra également prendre en compte les modifications de propriétés de la poudre apportées par l’étape de cuisson (dégradation, torréfaction, réactions chimiques…).

D’un point de vue applicatif, il s’agit de tirer parti de l’étude fondamentale pour définir une stratégie de formulation des pâtes et poudres en fonction des propriétés finales souhaitées (« ingénierie inverse ») permettant ainsi d’imprimer une large gamme de formulations afin de laisser une grande liberté aux utilisateurs des machines.

 

ENGLISH :

The objective of "The Digital Patisserie" is to develop and market food 3D printers and food 3D printing services. Our products are intended for gastronomy professionals and individuals. For this we design and develop our own machines.

The R&D of The Digital Patisserie consists today in developing these technologies and the tools allowing everyone to work with these technologies for food applications and to benefit from them without having an extensive scientific background. Indeed, gastronomy professionals (chefs, pastry chefs, cooks) have generally followed short, professional training courses where the scientific and technical subjects are mainly focused on the chemistry of food and little on their physical properties or their dynamic behavior.

Moreover, we seek to give the maximum freedom to the end user in the formulation of his own recipes; it is indeed very difficult to impose a formulation on a chef when taste is the heart of his job! There is also a demand from professionals and consumers for local production, more naturalness and an absence of additives. However, most of the research carried out in the field of food 3D printing concerns reformulation to increase the printability of foods.

For the printing process developed within the company, two main elements are involved: a paste and a powder. The paste ("ink") will be deposited within a powder whose objective is to counteract gravity and maintain the shape of the printed part. Once the printing is finished, a baking step is necessary.

For this project we seek to formulate, characterize and optimize the compositions and textures of powders and pastes in order to obtain the most satisfactory parts and to propose a protocol adaptable to many formulations. It is thus a question of studying the physico-chemical characteristics of the various elements (granulometry, viscosity, rheology, degradation during cooking, physico-chemical interactions) in order to have all the keys to understand and improve the various stages of printing.

From a fundamental point of view, this project raises the question of the effect of the physico-chemical properties of the various ingredients (powders and pastes) on the characteristics of the parts obtained (appearance, organoleptic properties, cooking) by the 3D printing process as well as the potential interactions of the ingredients with each other and with the equipment. The study should also take into account the modifications of the powder properties brought by the cooking step (degradation, roasting, chemical reactions...).

From an application point of view, the aim is to take advantage of the fundamental study to define a strategy for the formulation of pastes and powders according to the desired final properties ("reverse engineering"), thus allowing a wide range of formulations to be printed in order to give great freedom to the machine users.

 
 

Funding category

Cifre

Funding further details

Presentation of host institution and host laboratory

La Patisserie Numérique

FRANCAIS : La Pâtisserie Numérique est une entreprise de conception et de fabrication d'imprimantes 3D alimentaires, destinées à des usages en patisserie et dans les métiers de bouche en général. L'objectif est de mettre sur le marché une imprimante autonome d'impression de gateaux en 3D qui permettra aux chefs de fabriquer leur biscuits 3D avec leurs propres recettes. L'équipe R&D de l'entreprise (à Louviers, Normandie) travaille sur la formulation des différents éléments qui entrent en jeu dans le process et cherche à comprendre les différents phénomènes qui ont lieu durant les étapes du procédé de fabrication des patisseries.

Le laboratoire d'acceuil est le Laboratoire Réactions et Génie des Procédés (LRGP) - UMR CNRS 7274 basé à Nancy. Ce laboratoire a une grande expertise en génie des procédés et possède de nombreux équipement de caractérisation. Il a de plus une bonne connaissance de la fabrication additive.

 

ENGLISH :

The Digital Patisserie is a company that designs and manufactures 3D food printers for use in the pastry industry and the food industry in general. The objective is to market a stand-alone 3D cake printer that will allow chefs to make their own 3D cookies with their own recipes. The company's R&D team (in Louviers, Normandy, France) is working on the formulation of the different elements that come into play in the process and is trying to understand the different phenomena that take place during the stages of the pastry-making process.

The host laboratory is the Laboratoire Réactions et Génie des Procédés (LRGP) - UMR CNRS 7274 based in Nancy, France. This laboratory has a great expertise in process engineering and has many characterization equipments. It also has a good knowledge of additive manufacturing.

PhD title

Doctorat de Génie des procédé

Country where you obtained your PhD

France

Institution awarding doctoral degree

Université de Lorraine

Graduate school

SCIENCES ET INGENIERIES DES MOLECULES, DES PRODUITS, DES PROCEDES ET DE L’ENERGIE (SIMPPé)

Candidate's profile

FRANCAIS :

  • Titulaire d'un diplôme BAC+5 (diplôme d'ingénieur ou master) dans les domaines du génie des procédés en priorité, ou bien en physique, physico-chimie ou chimie. Un background en fabrication additive ou en rhéologie des poudres serait un plus.
  • Un attrait pour la recherche appliquée ET la recherche fondamentale est nécessaire.
  • Maitrise de l'anglais (communication orale et écrite).
  • Capacité d'adaptation.

 

ENGLISH

  • Holder of an engineering or master degree in the fields of process engineering in priority, or in physics, physical chemistry or chemistry. A background in additive manufacturing or powder rheology would be a plus.
  • An interest in applied research AND fundamental research in mandatory.
  • Fluency in English (oral and written communication).
  • Ability to adapt.
2023-01-31
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