Farzam Zoueshtiagh
Professeur des universités
CNU : SECTION 60 - MECANIQUE, GENIE MECANIQUE, GENIE CIVIL
Laboratoire / équipe
Projet ANR FEFS (Fluid Engineering for Food Safety)
Le séchage des surfaces : atout ou obstacle à l’hygiène des surfaces ?
Les micro-organismes ont la faculté d’adhérer sur tous types de surfaces, de s’y multiplier pour y former des structures complexes mais aussi d’y persister même après un nettoyage intensif. L’industrie agro-alimentaire, rencontre des problèmes récurrents d’hygiène des surfaces dus à des interactions fortes entre les bactéries et les surfaces des lignes de transformation des aliments. Une précédente collaboration entre deux des partenaires avait permis de démontrer le rôle majeur du séchage dans la résistance des dépôts microbiens au décrochement.
Le projet FEFS avait pour ambition de réunir des chercheurs aux compétences complémentaires, allant de la microbiologie à la mécanique des fluides, afin de comprendre les phénomènes sous-jacents et de proposer des solutions innovantes. Son but était double : 1/ comprendre les mécanismes intervenant aux interfaces lors du séchage des dépôts de microparticules et de bactéries ; 2/ identifier les conditions permettant de détacher ces dépôts en condition dynamique. L'objectif final était de proposer des solutions novatrices de nettoyage adaptées aux exigences spécifiques des industries agroalimentaires et plus respectueuses de l’environnement.
Laboratoires et entités impliqués
- Université de Lille - Laboratoire IEMN
- Institut national de recherche pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement - Lille
- Université Côte d'Azur - Laboratoire InPhyNi
- INSERM U1003
- Université Paris Saclay - Laboratoire FAST
- Entreprise APERAM
- Tokyo University of Science
- University of Florida
Étude des forces de détachement de particules par la technique de patch-clamp et par un flux d’eau et de détergent (mono et diphasique)
Ce projet interdisciplinaire a eu recours à des investigations expérimentales et numériques qui ont permis les avancées majeures dans la compréhension des mécanismes affectant les forces d’adhésion.
- Microcopie optique, confocale, et électronique. Identification des contaminations de surface pouvant poser des problèmes majeurs dans les industries agro-alimentaires (IAA) mais encore peu étudiées : bio-aérosols, interfaces air-liquide-matériau. Rôle du caractère hydrophile/hydrophobe des particules et des matériaux sur la structure des dépôts.
- Cellules de décrochement (échelles laboratoire et pilote). Identification de la résistance au décrochement des dépôts à un flux d’eau ou de détergent (mono et diphasique). Design et fabrication de singularités (coudes, rétrécissements/élargissements…) pour identifier comment elles affectent la structure de la mousse et son efficacité sur le nettoyage.
- Technique de patch-clamp. Mesure de la force requise pour détacher une particule de son substrat, en variant les niveaux d'hydrophobicité de la particule et du substrat.
- Simulations numériques. Identification des niveaux d'hydrophobicité des surfaces nécessaires pour réduire la force de détachement.
Mesure de la force d'adhesion par le système Patch-Clamp
Adapatation d'un système de Patch-Clamp afin de mesurer la force d'adhésion de microparticules
Etude numérique de la dynamique de la ligne de contact autour de micro-objets
Nettoyage par mousse
Tests de nettaoyage par écoulement multiphase (mousse)
Structures issues de séchage sur différents matériaux
Biofilms aux interfaces
Etude de la formation des biofilms
Effet de piégeage de bulles sur la force d'adhésion
Résultats majeurs
- Les surfaces contaminées par des bio-aérosols et les interfaces air-liquide-matériaux sont des points critiques pour l’hygiène des surfaces : partenariat EHEDG France
- L’utilisation de mousse pour le nettoyage en place est une alternative très prometteuse (efficacité, consommation réduite d’eau, de détergents et d’énergie) : « Fait marquant » 2023 du département scientifique INRAE-TRANSFORM (https://www.inrae.fr/sites/default/files/rapport_fm_2023-fr.pdf, p27)
- Le piégeage de microbulles sous les microparticules/spores affecte les forces d’adhésion
- Les structures de type vortex en ‘fer à cheval’ entourent des micropilliers en un régime non inertiel
- Interaction entre la ligne de contact et une microparticule : Prix international de la société japonaise « The Heat Transfer Society of Japan » (2021) ;
- Couverture du journal Langmuir (2020, vol 36, n°16)
- Renforcement de collaborations internationales (bourse Fulbright, article avec l’Université de Gand,JSPS Grant-in-Aids for Scientific Research (B) (19H02083), JSPS Grant-in-Aid for Fund for the Promotion of Joint International Research – Fostering Joint International Research (B) (20KK0085))
Publications issues du projets
- Lizhong Mu, Harunori N. Yoshikawa, Farzam Zoueshtiagh, Tetsuya Ogawa, Masahiro Motosuke, and Ichiro Ueno (2019) « Quick Liquid Propagation on a Linear Array of Micropillars)
”», Langmuir, 35 (28), 9139-9145, DOI: 10.1021/acs.langmuir.9b00882. - Nakamura, H., Ogawa, T., Inoue, M., Hori, T., Mu, L., Yoshikawa, H. N., Zoueshtiagh, F. and Dietze, G., Tsukahara, T., Ueno, I. (2020). « Pumping effect of heterogeneous meniscus formed around spherical particle
., DOI: 10.1016/j.jcis.2019.12.005. Partners 2,3,8,9 - Nakamura, Hayate; Delafosse, Victor; Dietze, Georg; Yoshikawa, Harunori; Zoueshtiagh, Farzam; Mu, Lizhong; Tsukahara, Takahiro; Ueno, Ichiro (2020) « Enhancement of meniscus pump by multiple particles », Langmuir, 36(16), 4447-4453, DOI : /10.1021/acs.langmuir.9b03713. Partners 2,3,8,9
- Dubois T, Krzewinski F, Lemy C, Hamiot A, Brunet L, Lacoste AS, Knirel Y, Guerardel Y, Faille C (2020) The sps genes encode an original legionaminic acid pathway required for crust assembly in B. subtilis. mBio. DOI: 10.1128/mBio.01153-20. Partners 3, 5.
- Jha PK, Dallagi H, Richard E, Benezech T, Faille C (2020) Formation and resistance to cleaning of biofilms at air-liquid-wall interface. Influence of bacterial strain and material. Food Control. DOI : 10.1016/j.foodcont.2020.107384. Partners 3, 5.
- Richard E, Dubois T, Allion-Maurer A, Jha PK, Faille C (2020) Hydrophobicity of abiotic surfaces governs droplets deposition and evaporation patterns. Food Microbiology. DOI: 10.1016/j.fm.2020.103538. Partners 3, 5, 6.
- Jha PK, Dallagi H, Richard E, Deleplace M, Benezech T, Faille C (2022) Does the vertical vs horizontal positioning of surfaces affect either biofilm formation on different materials or their resistance to detachment? Food Control. DOI: 10.1016/j.foodcont.2021.108646. Partners 3, 5
- Deleplace M, Dallagi H, Dubois T, Richard E, Ipatova A, Bénézech T, Faille C (2022) Structure of deposits formed by drying of droplets contaminated with Bacillus spores determines their resistance to rinsing and cleaning. J Food Eng. DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2021.110873. Partners 3,5
- K. Ozawa, H. Nakamura, G. F. Dietze, H. N. Yoshikawa, F. Zoueshtiagh, K. Kurose, L. Mu, I. Ueno (2023) “Capillary-driven horseshoe vortex forming around a micro-pillar” Journal of Colloid and Interface Science 642 227–234
- Al Saabi A., Dallagi H, Alaoui F, Faille C, Rauwel G, Wauquier L, Bouvier L, Benezech T (2020). Removal of Bacillus spores by flowing foam from stainless steel pipes: effect of the foam quality and velocity. J Food Eng. DOI : 10.1016/j.jfoodeng.2020.110273.
- Dallagi H, Faille C, Bouvier L, Deleplace M, Dubois T, Aloui F, Bénézech T (2022) Wet foam flow: a suitable method for improving surface hygiene in the food industry. J Food Eng. DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2022.110976
- Dallagi H, Faille C, Gruescu C, Aloui F, Benezech T (2022) Foam flow cleaning, an effective and environmentally friendly method for controlling the hygiene of closed surfaces contaminated with biofilms. Food Bioprod. Process. DOI: 10.1016/j.fbp.2022.09.014
- Dallagi H, Dari C, Fameau AL, Aloui F, Benezech T, Faille C (2024) Wet foam flow for cleaning food industry equipment: role of geometry in maintaining cleaning efficiency in Bacillus spores’ removal. J Food Eng
- Faille C, Richard E, Deleplace M, Dubois T, Allion-Maurer A, Benezech T (in progress) Formation and resistance to cleaning of bacterial deposits at air-liquid-wall interface. Role of spore and material surface properties
- Ipatova A, , Duchesne A, Yoshikawa H, Mariot P, Leroy C, Faille, C., Ueno I, Dietz G, Zoueshtiagh F (submitted to PRF) Retention or repulsion forces induced by bubbles trapped at the base of an immersed microparticle on a substrate
- Ipatova A, Duchesne A, Yoshikawa H, Mariot P, Leroy C, Faille, C., Ueno I, Dietz G, Zoueshtiagh F (in progress) Influence of drying time duration on detachment force across diverse humidity and heating conditions
Conférences
- Ipatova A, Zoueshtiagh F, Duchesne A, Deleplace M, Faille C, Mariot P (2021) Measurement of interaction force between material and Bacillus spores, 9th International Conference on Bacillus anthracis, B. cereus and B. thuringiensis, 26-27 avril 2021
- Jha PK, Dallagi H, Richard E, Bénézech T, Faille C (2021) Role of materials types and positions on the Bacillus cereus [Bc-98/4] fouling and its resistance to cleaning. Bacillus ACT 2021, online, 26-28 April.
- Dallagi H, Richard E, Dubois T, Deleplace M, Bénézech T, Faille C (2021) Observation of the drying dynamics of droplets using confocal microscope. Journées de la Matière Condensée, minicolloque MMB16 “The drying dynamics in complex systems: from colloidal solutions to biological suspensions”, online, 24-28 août.
- Ipatova A, Zoueshtiagh F, Duchesne A, Deleplace M, Faille C, Leroy C, Yoshikawa H, Mariot P (2022) Use of patch-clamp for the investigation of the interaction force between particles and substrate, 1ère rencontre International Research Network – CNRS France-Inde, 17 au 20 Octobre 2022, Bangalore, Inde
- Ipatova A, Zoueshtiagh F, Duchesne A, Mariot P, Leroy C, Ueno I, Dietz G, Yoshikawa H (2022) On the effect of a trapped bubble underneath an immersed micro-particle, 10th conference of International Marangoni Association, 12-14 juin 2022, Lasi, Roumanie
- Deleplace M, Jha PK, Dallagi H, Dubois T, Richard E, Benezech T, Faille C (2022) Bacterial contamination at the air-liquid-wall interface. Relative roles of physico-chemical vs bacterial phenomena. FCFP 2022, Lille, 28-30 mars.
- Ipatova A, Zoueshtiagh F, Duchesne A, Faille C, Mariot P, Leroy C, Ueno I, Dietze G, Yoshikawa H (2023) Numerical and experimental study of the effect of a trapped bubble underneath an immersed micro-particle, 11th conference of International Marangoni Association, 19-22 juin 2023, Bordeaux, France
- Nakamura H, Delafosse V, Dietze G, Yoshikawa HN, Zoueshtiagh F, Mu L, Tsukahara T, Ueno I (2019) Numerical simulation of spreading liquid film subject to interaction with two spherical particles on horizontal smooth substrate, Microfluidics, November 13 2019, Rueil-Malmaison, France
- Takase Y, Nakamura H, Motosuke M, Yoshikawa HN, Zoueshtiagh F, Mu L, Ueno I (2019) Successive acceleration of macroscopic contact line of droplet induced by interaction with multiple pillars, Microfluidics, November 13 2019, Rueil-Malmaison, France
- Ozawa K, Nakamura H, Yoshikawa HN, Dietze GF, Zoueshtiagh F, Mu L, Ueno I (2020), Numerical analysis on local acceleration of liquid film spreading on smooth substrate induced by interaction with a single short pillar, JASMAC-32, October 4, Sendai, Japan
- Ozawa K, Takase Y, Kurose K, Yoshikawa HN, Dietze GF, Zoueshtiagh F, Mu L, Ueno I (2021) Local acceleration of liquid film spreading on smooth substrate induced by interaction with a single short pillar, Droplets2021, August 16, Darmstadt, Germany (online)
- Dallagi H, Faille C, Gruescu C, Aloui F, Benezech T (2022) Foam flow in biofilm removal to improve hygiene and energy saving in food industry. FCFP 2022, Lille, 28-30 mars.
- Dallagi H, Faille C, Dari C, Wauquier L, Aloui F, Benezech T (2022) Foam flow cleaning of surfaces contaminated by Bacillus spores: impact of complex geometries mimicking food equipment. ICEF14, Nantes, 20-23 juin. Dallagi H, Jha PK, Deleplace M, Bouvier L, Dubois T, Wauquier L, Aloui F, Faille C, Bénézech T(2021) Foam flow cleaning: Removal of Bacillus subtilis spores from stainless steel pipes. BioAdh2021, online, 17 mars.
- Hamiot A, Lemy C, El Deghedy A, Faille C, Dubois T (2021) Effect of divalent cation deficiency during sporulation on surface properties of the spores of Bacillus subtilis. BioAdh2021, online, 17 mars.
Conférences de vulgarisation
- Faille C (2020) « Les aérosols dans les IAA » dans le cadre d’une web-Conférence organisée par EHEDG France (https://www.ehedg.fr/). 12 juin.
- Faille C (2021) « Les biofilms dans les industries agro-alimentaires », dans le cadre de la conférence « Maîtriser la biocontaminations: combiner conception hygiénique et nettoyage-désinfection » organisée par Alimento (https://www.alimento.be/fr/sur-alimento), 10-11 mars.
- Faille C (2021-2024) « Formation des biofilms - Les biofilms dans les IAA », dans le cadre de la formation pour industriels « Biofilms en IAA : Stratégies de prévention et d’élimination » organisée par ADRIA (https://www.adria-formationagroalimentaire.fr/).
- Faille C (2021) « Les biofilms dans les IAA, quelques facteurs majeurs », dans le cadre du séminaire « BIOFILM : de la détection au traitement curatif » organisé par Alimento (https://www.alimento.be/fr/sur-alimento).
- Richard E, Deleplace M, Dallagi H, Faille C (2021) « Observation de la dynamique de séchage de gouttelettes (bio-aérosols) déposées sur des surfaces par microscopie confocale » dans le cadre d’une journée de conférences portant sur les applications en microscopie photonique, organisée par ZEISS (https://bicel.univ-lille.fr/actualites/detail-actualite/seminaires-technologique-et-demonstration-zeiss), Lille, 13 décembre