Une imagerie innovante pour faire avancer la transformation moderne de la viande

Le projet iMeat se concentre sur une approche plus efficace et sans gaspillage

Sous l'impulsion de Flanders' FOOD et avec le soutien de VLAIO, deux transformateurs de viande, un développeur de machines et une équipe de recherche de la KU Leuven ont uni leurs forces. Ensemble, ils ont mis sur pied iMeat, un projet sur les technologies intelligentes, qui s'est achevé l'année dernière. Ces innovations comprennent des rayons X pour une meilleure automatisation de la découpe des épaules de porc et une sonde pour monitorer objectivement la maturation de la viande de bœuf. Nous avons demandé des explications à Michiel Pieters (collaborateur scientifique au département Mécatronique, Biostatistique et Capteurs (MeBioS) de la KU Leuven) et à Eline Stuyven (responsable de l'innovation chez Flanders' FOOD).

Projet iMeat: désossage et maturation

Désossage des épaules de porc

Le désossage des épaules de porc se fait traditionnellement à la main et nécessite une main-d'œuvre importante. Le secteur de la viande s'oriente vers l'automatisation afin de travailler plus efficacement et de réduire le gaspillage alimentaire. L'une des solutions consiste à utiliser des capteurs et des images internes pour simplifier la tâche. Les scanners à rayons X sont déjà bien implantés dans l'industrie: ils fournissent des images en 2D qui alimentent les machines de découpe en informations par le biais de modèles d'intelligence artificielle. Les chercheurs de la KU Leuven ont étudié comment une projection radiographique en ligne peut suffire à 'prédire' un modèle 3D de l'os de l'épaule. Ce modèle sert ensuite d'entrée aux machines qui soutiennent le processus de désossage. Aujourd'hui, l'équipe travaille également sur une variante plus avancée du modèle d'IA.

Maturation de la viande bovine

La viande de bœuf maturée est de plus en plus populaire. Pendant la maturation, les enzymes décomposent lentement les fibres de la viande, ce qui entraîne un changement de couleur et une texture plus tendre. Une partie de l'humidité s'évapore, ce qui confère à la viande une saveur plus riche et plus intense. Ce processus se déroule dans des chambres de maturation dont les paramètres sont le temps, la température, l'humidité et la circulation de l'air. Traditionnellement, les artisans ajustent le processus en fonction de leur expérience, ce qui rend l'automatisation difficile. Toutefois, iMeat a mis au point une sonde à fibre optique, un instrument qui mesure de manière tangible la maturation. En d'autres termes, elle détermine la quantité de lumière que la viande renvoie dans le spectre visible et proche de l'infrarouge, afin d'obtenir des informations sur la maturation, la qualité, le taux d'humidité...

Initiative conjointe

Pourquoi ce projet?

Michiel Pieters: "Le projet iMeat est né d'une ambition commune de Vleescentrale O.S., spécialisée dans le désossage et la découpe du porc, et de la boucherie Dierendonck, d'une part. D'autre part, le développeur de technologie et constructeur de machines Marelec Construct a également été impliqué. Ensemble, les participants ont approuvé une tentative de moderniser la transformation de la viande grâce à l'imagerie avancée et au traitement des données."

Quel était l'objectif final?

Michiel Pieters: "L'objectif était de mettre au point des méthodes de mesure objectives, reproductibles et en ligne qui complètent, voire remplacent, l'évaluation humaine subjective. La KU Leuven a collaboré avec ces partenaires pour intégrer des technologies innovantes dans l'évaluation de la qualité de la viande. Pour ce faire, elle a utilisé les rayons X pour les épaules de porc et l'imagerie hyperspectrale et la spectroscopie optique pour la maturation de la viande de bœuf. Ces dernières techniques permettent de visualiser objectivement des détails tels que les changements dans la fixation de l'oxygène et la quantité de graisse et d'eau dans la viande."

Quel rôle a joué Flanders’ FOOD?

Eline Stuyven: "Flanders' FOOD, le fer de lance de l'industrie agroalimentaire flamande, a géré et coordonné le projet iMeat. La recherche a également été soutenue par VLAIO. Elle a impliqué trois ans et demi de travail. Deux articles sur le projet ont été publiés dans la newsletter de Flanders' FOOD: "Vers l'automatisation du traitement de la viande grâce à la technologie des rayons X" (23 mai 2024) et "Monitoring du processus de maturation de la viande de boeuf avec une sonde à fibre optique" (28 août 2024)."

"Des paramètres tels que la race, l'âge et l'alimentation affectent les propriétés spectrales de la viande"

Comment se sont déroulées ces deux études?

Michiel Pieters: "La KU Leuven a développé l'imagerie multispectrale et hyperspectrale pour les paramètres de qualité tels que le persillage, la couleur et la fraîcheur de la viande. D'autre part, une sonde à fibre optique a été mise au point pour surveiller les changements à l'intérieur de la viande pendant la maturation. Grâce à la finesse de l'aiguille, cette opération est réalisée de manière peu invasive, sans affecter les structures tissulaires."

La sonde à fibre optique mesure les changements de couleur internes de la viande de bœuf. Ces changements ne dépendent-ils pas également de la race, de l'âge de l'animal, de l'alimentation, etc...?

Michiel Pieters: "Absolument. La KU Leuven, et plus particulièrement le Biophotonics group du professeur Wouter Saeys, a montré que des paramètres tels que la race, l'âge et l'alimentation influencent les propriétés spectrales de la viande. C'est pourquoi le projet a travaillé avec différentes races de bovins et différentes conditions de maturation afin de développer des modèles robustes qui tiennent compte de ces variations."

"Au fil du temps, ces technologies pourraient permettre d'obtenir une qualité de viande meilleure et plus constante, une transformation plus efficace et moins de gaspillage"

En quoi les rayons X aident-ils à désosser les épaules de porc?

Michiel Pieters: "Pour désosser les épaules de porc, des 'algorithmes deep learing' ont été développés dans le domaine de l'imagerie radiographique. Tout d'abord, nous avons collecté et analysé un grand nombre de scanners d'épaules de porc. Ensuite, les images tomodensitométriques ont été traitées pour obtenir des modèles informatiques en 3D des os, en tenant compte des variations de forme naturelles. Enfin, un outil de simulation a été construit pour générer des images radiographiques en 2D sur base des modèles 3D. Cette opération est réalisée à l'aide d'un 'jumeau numérique'.

Qu'est-ce qu'un jumeau numérique?

Michiel Pieters: "Il s'agit d'une copie numérique, dans le cadre de cette recherche, d'un scanner à rayons X numérique qui produit des images comme un vrai scanner à rayons X." Le scanner 'jumeau numérique' reçoit en entrée les modèles 3D des tissus musculaires et osseux et la sortie consiste en plusieurs images radiographiques en 2D. Ces images ont été utilisées pour entraîner les algorithmes d'IA, en y associant à chaque fois les informations 3D. Il est ainsi possible de prédire l'aspect de l'os en 3D. La machine à désosser obtient une image détaillée de la structure osseuse et désosse automatiquement avec une perte de viande minimale."

"Grâce à une copie numérique, il est possible de prédire l'aspect de l'os en 3D"

Quelles sont les applications pratiques de la recherche?

Michiel Pieters: "Ces technologies ont été testées et validées dans des conditions de laboratoire contrôlées. Plusieurs partenaires ont été impliqués et ont contribué à la validation. Les résultats universitaires ont été publiés et constituent la base d'un traitement ultérieur. Bien que la KU Leuven ne partage pas les résultats d'entreprise, nous pouvons affirmer que les technologies développées ont un potentiel d'intégration dans les processus industriels. Pensez au contrôle de la qualité, à la surveillance de la maturation et aux processus de coupe automatisés. La sonde à fibre optique et la reconstruction par rayons X sont des exemples de technologies qui ont fait leurs preuves dans les dispositifs d'essai.

La sonde à fibre optique a-t-elle déjà été commercialisée ou quand cela pourrait-il se produire?

Michiel Pieters: "La sonde à fibre optique est actuellement un prototype de recherche. Un développement et une validation plus poussés sont nécessaires pour une application commerciale. Elle est particulièrement intéressante pour les entreprises qui font maturer la viande et veulent en contrôler la qualité, comme les transformateurs de viande spécialisés et les instituts de recherche."

Conclusions d'iMeat

D'autres applications sont-elles possibles?

Eline Stuyven: "La sonde peut également être utilisée pour d'autres applications dans l'industrie alimentaire, lorsqu'il est nécessaire de surveiller les processus internes des aliments. Cette technique offre des possibilités de contrôle des processus dont les caractéristiques importantes ne peuvent pas être mesurées en surface."

"Désormais, les entreprises de transformation de la viande participantes peuvent mieux détecter les os dans la viande et découper avec plus de précision autour des os"

Qu'est-ce que ce projet a apporté concrètement aux participants?

Eline Stuyven: "Grâce aux résultats du projet, les entreprises de viande participantes peuvent désormais mieux détecter les os dans la viande et découper avec plus de précision autour des os. Cela peut se traduire par une plus grande efficacité et une réduction des pertes de nourriture dans les ateliers de découpe de la viande. Pour  Dierendonck, il est également important de surveiller les différentes étapes du processus de maturation afin de réduire les pertes et de contrôler les changements de structure et de texture. Les résultats du projet ont montré que les technologies mises au point ont le potentiel nécessaire pour assurer ce suivi. Le fournisseur de machines Marelec, pour sa part, est convaincu de s'engager durablement dans l'innovation."

Quels sont les avantages immédiats pour l'industrie de la viande en général?

Michiel Pieters: "Au fil du temps, ces technologies pourraient permettre d'obtenir une qualité de viande meilleure et plus constante, une transformation plus efficace et une réduction du gaspillage. Toutefois, la mise en œuvre nécessite des recherches et des ajustements supplémentaires avant que les résultats de la recherche puissent être appliqués à l'échelle industrielle."

Est-il prévu d'utiliser les rayons X pour d'autres parties que les épaules de porc?

Michiel Pieters: "Oui, il est tout à fait possible d'appliquer la technologie des rayons X du projet iMeat à d'autres parties de la carcasse et à d'autres types de viande, comme le poulet. La méthodologie développée est flexible et peut être adaptée à différentes structures anatomiques. Cela ouvre la voie à des applications plus larges dans la transformation de la viande, telles que le contrôle automatique de la qualité et le désossage de divers produits."

"Chaque type de pièce de viande présente des caractéristiques uniques qui nécessitent des modèles d'IA et des données d'entraînement personnalisés" - Michiel Pieters

Qu'est-ce qui empêche de poursuivre le développement?

Michiel Pieters: "La poursuite du développement nécessite des adaptations spécifiques: chaque type de pièce de viande présente des caractéristiques uniques qui requièrent des modèles d'IA et des données d'entraînement adaptés. En outre, la validation dans des conditions industrielles est essentielle pour rendre la technologie robuste et fiable. Le groupe MeBioS de la KU Leuven, et plus particulièrement le département Postharvest du professeur Bart Nicolai, travaille donc à l'extension du jumeau numérique et des modèles d'IA à rayons X afin que cette application devienne largement applicable dans l'industrie de la viande."

Y a-t-il des projets de suivi à l'horizon?

Michiel Pieters: "Le groupe MeBioS est impliqué dans plusieurs projets de suivi concernant la numérisation et l'automatisation dans le secteur agroalimentaire. Les connaissances acquises dans le cadre du projet iMeat seront utilisées dans de nouveaux projets de recherche sur le poulet et l'inspection en ligne."