Sur le chemin du lieu de production à l’assiette du consommateur, environ un tiers de tous les aliments du monde se gâtent. L’une des raisons est les conditions de stockage défavorables tout au long des chaînes de production et d’approvisionnement, y compris le stockage sous-optimal à domicile. Les chercheurs du laboratoire Membranes et textiles biomimétiques de l’Empa à Saint-Gall travaillent depuis un certain temps sur des solutions numériques qui pourraient réduire ce gaspillage alimentaire. Aujourd’hui, en collaboration avec des chercheurs de l’Université de Berne et de l’Université de Stellenbosch en Afrique du Sud, l’équipe a développé des jumeaux numériques d’agrumes et a publié les résultats dans la revue Nourriture naturelle.
Assiette au lieu de poubelle
Les 17 objectifs de développement durable de l’Agenda 2030 des Nations Unies incluent la sécurité alimentaire et l’agriculture durable. L’Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture (FAO) considère également les solutions et innovations numériques durables comme un moyen d’atteindre ces objectifs. L’équipe dirigée par Chandrima Shrivastava et Thijs Defraeye s’appuie désormais sur l’information numérique pour les sosies virtuels des agrumes, qu’ils ont pu déterminer par « upcycling », c’est-à-dire la mise à jour de données peu utilisées. « Chaque conteneur dans le monde est désormais équipé d’un ou plusieurs capteurs de température », explique Defraeye de l’Empa. Jusqu’à présent, cependant, les diverses informations cachées dans ces données de mesure n’ont pas encore été exploitées.
En évaluant mathématiquement les processus physiques, l’équipe a pu utiliser les ensembles de données pour suivre les propriétés cruciales du fruit au fil du temps, révélant et même prédisant les pertes de qualité et les problèmes de commercialisation. Pour ce faire, les chercheurs ont suivi l’évolution de la température dans 47 conteneurs d’agrumes sur l’ensemble de l’itinéraire de transport et ont utilisé des simulations informatiques pour déterminer la probabilité de dommages correspondants, tels que la pourriture, la perte d’humidité, les dommages causés par le froid, la moisissure ou des changements souhaitables comme la mortalité. de larves de mouches des fruits, chez les jumeaux digitaux.
Il en résultait un large éventail de conditions de transport et des pertes de qualité correspondantes. « Dans notre étude, la moitié de toutes les expéditions se situaient en dehors des conditions optimales de transport », déclare Defraeye. Les conséquences : pourriture, dommages causés par le froid, marchandises avariées. À la fin de leur voyage de 30 jours, certains des agrumes restants avaient une durée de conservation de quelques jours seulement.
Conditions optimales
La solution au problème, cependant, n’est pas simplement de réfrigérer les aliments. Au contraire, un ajustement précis des conditions de transport sous la forme d’un compromis est nécessaire. Si, par exemple, le citron voyage trop frais, les parasites tels que les mouches des fruits ou d’autres altérations de la qualité sont tenus à distance. En revanche, le fruit est abîmé par le froid, ce qui peut le rendre invendable.
À l’aide de jumeaux numériques, l’équipe a maintenant été en mesure de déterminer les conditions optimales dans lesquelles les risques pertinents tels que l’infestation de mouches, les défauts visuels et les dommages causés par le froid sont pesés les uns par rapport aux autres. D’autres développements sont encore nécessaires avant que la technologie puisse être appliquée, mais l’objectif est clair : tout au long de leurs chaînes de production et d’approvisionnement, les entreprises doivent être en mesure d’intégrer les fruits virtuels dans leurs processus afin d’optimiser les conditions de stockage dans la réalité et de réduire les pertes alimentaires.
Des espions de fruits en mouvement
Des chercheurs de l’Empa travaillent également sur des jumeaux biophysiques de fruits et légumes pour réduire le gaspillage alimentaire. Ici, les propriétés des cultures sont parfaitement simulées par des modèles polymères. De plus, les jumeaux biophysiques sont équipés de capteurs qui mesurent la température et la teneur en humidité telles qu’elles existent sur la peau et dans la chair des vrais aliments. De cette manière, « l’espion » parmi les produits rapporte des données précises pour optimiser les conditions de stockage et de transport, contrairement aux méthodes de mesure conventionnelles.
Plus récemment, les chercheurs ont élargi la gamme de fruits à capteur existants, pomme et mangue, pour inclure des pommes de terre et des avocats de différentes tailles, ainsi que l’amélioration des matériaux et du processus de fabrication.
Chandrima Shrivastava et al, Les jumeaux numériques permettent de quantifier les compromis dans le maintien de la qualité et de la commercialisation des agrumes dans la chaîne d’approvisionnement réfrigérée, Nourriture naturelle (2022). DOI : 10.1038/s43016-022-00497-9