Description :
Contexte et problématiques
Le développement d’aliments à base de protéines végétales est essentiel pour relever les défis de la transition protéique et de l’agriculture durable. Les protéagineux (pois, lentilles, féverole, ...) sont une excellente source de protéines (20-30% matière sèche), fibres (10-30%), amidon (40-55%), de vitamines et minéraux. Leurs protéines sont riches en lysine, un acide aminé plutôt rare chez les céréales. Ce sont donc de bons candidats pour compléter ou remplacer les céréales dans l’élaboration de produits de type « snacks » élaborés par extrusion.

Cette proposition de thèse s’inscrit dans la mouvance d’un projet collaboratif « Développement, par la modélisation, de produits extrudés à haute teneur en protéines, à base de légumineuses (Protex) » (2016-2018), entre différentes unités INRA et Karlsruhe Institute Technology (Allemagne).

Dans le cadre du projet Protex, les produits extrudés sont considérés comme des solides alvéolaires fragiles. La modélisation mécanique multi-échelle, par la méthode des éléments finis (FEM), permet de prédire des propriétés mécaniques à partir de la connaissance précise 1) de la structure alvéolaire et 2) des lois constitutives (relations contrainte-déformation) du matériel constitutif dense, c’est-à-dire de leurs parois, appelé matériau pariétal (MP). En perspectives, ces lois constitutives peuvent être intégrées dans un modèle d’expansion par extrusion bi-vis, pour la conception raisonnée d’aliments et de matériaux innovants aux propriétés ciblées (« reverse engineering »).

Objectif de la thèse et démarche
L’objectif de la thèse réside en la détermination précise, par l’expérience et la modélisation, 1) de la morphologie et 2) du comportement thermo-rhéologique du matériau pariétal (MP). Le MP sera d’abord considéré comme un composite dense amidon-protéines, décrit par la distribution de chaque constituant et l’interface amidon-protéines. Ensuite, des morphologies de produits plus réalistes pourront être abordées en prenant en compte la localisation de constituants mineurs.

Les principales étapes de thèse seront : (1) Elaborer des composites amidon-protéines denses représentatifs du matériau pariétal (MP), déterminer les modifications biochimiques de l’amidon et des protéines lors de la mise en forme (extrusion) ainsi que la morphologie des phases associée aux composites produits, (2) Mettre en place une méthode couplant imagerie et sollicitation mécanique pour définir précisément le contraste de propriétés locales, le transfert mécanique à l’interface et les champs locaux associés à la déformation dans les composites étudiés, (3) Etablir un diagramme de phase des composites rassemblant ces résultats en représentant ces propriétés en fonction du % protéines, (4) Déterminer et valider des lois constitutives de composites en fonction de la structure multi-échelle, et la notion d’élément représentatif, (5) Déterminer les mécanismes de rupture de ces composites denses et des solides alvéolaires (issus du projet Protex) par imagerie in situ (camera rapide, micro-tomographie aux rayons X), (6) modéliser numériquement par méthode d’éléments finis (FEM) le comportement mécanique de ces composites pour obtenir une lois constitutive. Les étapes (5) et (6) pourront faire l’objet d’un choix à discuter selon l’avancement des travaux et la formation du doctorant.

Pour mener à bien ces travaux, le (a) doctorant(e) bénéficiera de l’environnement scientifique de l’équipe et sera amené(e) à utiliser un grand nombre de méthodes, maitrisées au laboratoire : calorimétrie, chromatographie, essais mécaniques, imagerie (microscopies et analyse d’images), modélisation par éléments finis.

Profil des candidats

  Les candidats seront titulaires d’un master (ou équivalent) type sciences des aliments ou science des matériaux avec intérêt pour les bio-polymères ; le (la) candidat(e) maîtrise la langue anglaise, au moins à l’écrit, et dispose de compétences validées dans un ou plusieurs des domaines suivants : biochimie alimentaire, techniques physico-chimiques, caractérisation structurale, rhéologie, modélisations mécanique.

  Niveau français B1 pour obtenir la carte de séjour pour ressortissant non EU

Avantages
Le doctorant pourra tirer l’avantage du réseau scientifique et industriel de l’INRA, au niveau national et international, pour développer son parcours professionnel. La formation obligatoire au cours de la thèse sera assurée par Ecole Doctorale « Venam » (Université d’Angers, de Nantes, de Maine et ONIRIS).

Rémunération
L’offre concerne un Contrat Doctoral financé par l’INRA (50%) et la Région des Pays de la Loire (50%). La rémunération est d’un montant mensuel de 1473 € net.

Reference : Protex

Date de démarrage : 01 octobre 2017

Durée : 3 ans

Contacter :
INRA Nantes
Magdalena Kristiawan
Rue de la Géraudière BP 71627 44 316 Nantes Cedex 3 France
email : magdalena.kristiawan@inra.fr

Page web : http://www6.angers-nantes.inra.fr/bia