2- Les matériaux d’emballage

 Les différents matériaux d’emballage

 I- Le verre

Le verre est un matériau minéral à base de silicium, fabriqué à partir du sable siliceux.

Il est utilisé comme emballage alimentaire et présente plusieurs avantages importants :

• Transparent ;
• Inerte ;
• Réutilisable ;
• Recyclable.

Cependant, il renferme certains inconvénients majeurs qu’on peut énumérer comme suit :

• Fragile ;
• Dangereux ;
• Faible conductibilité thermique.

Utilisations :

L’utilisation du verre comme matériau d’emballage dans le domaine alimentaire remonte à plusieurs siècles. Le verre d’emballage comprend les flacons, les pots, les bocaux, les gobelets, etc.

Les produits alimentaires emballés dans le verre sont nombreux :

• liquides : Eaux, eaux, jus, huiles et boissons rafraîchissantes, lait, huiles, vinaigres, …
• conserves : légumes, fruits, pâtés, viandes, …
• confitures, miel, pâtes à tartiner, …
• condiments, moutardes, assaisonnements, …
• aliments infantiles.
• produits à base de lait : yaourts, …
• café soluble, épices, …
• plats cuisinés, etc.

Qualité intrinsèques des emballages en verre :

La très large utilisation du verre dans le domaine alimentaire n’est pas le fruit du hasard mais est pleinement justifié par un ensemble de qualités propres au verre dont les plus importantes sont énumérées ci-dessous :

• Le verre est imperméable aux gaz, vapeurs et liquides. C’est un matériau à barrière exceptionnel.
• Le verre est chimiquement inerte vis-à-vis des liquides et produits alimentaires et ne pose pas de problème de compatibilité ; il peut être utilisé pour tous les produits alimentaires liquides, solides, pâteux ou pulvérulents.
• Le verre est un matériau hygiénique et inerte sur le plan bactériologique ; il ne fixe pas et ne favorise pas le développement de bactéries ou microorganismes à sa surface.
• Facile à laver et à stériliser.
• Le verre n’a pas d’odeur et ne transmet pas les goûts et ne les modifie pas ; il est le garant des propriétés organoleptiques et de la saveur de l’aliment.
• Le verre est transparent et permet de contrôler visuellement le produit.
• Il peut être coloré et apporter ainsi une protection contre les rayons ultraviolets pouvant nuire au produit contenu.
• Le verre résiste aux pressions internes élevées que lui font subir certains liquides.
• Le verre a une résistance mécanique suffisante pour supporter les chocs sur les chaînes de conditionnement qui travaillent à cadence élevée et pour supporter des empilements verticaux importants pendant le stockage.
• Il est recyclable.
• Laisse passer les microondes et permet le réchauffage de l’aliment.

 

 2.1- Matériaux à base d’acier : Fer blanc et fer chromé

Le principal matériau pour les boîtes à conserve est le fer blanc ; mince feuille d’acier doux revêtu électrolytiquement d’une couche d’étain pur sur ses deux faces.

Un produit dérivé, le fer chromé, a pris une place importante, représentant 30 % du tonnage global.

a) Fer blanc

Le fer blanc est constitué de l’acier, alliage du fer et d’autres matériaux, et une couche d’étain.

• L’acier de base
  La composition chimique de l’acier de base influence également les caractéristiques mécaniques de l’emballage et peut jouer un rôle sur la résistance à la corrosion.

• L’étamage
  Réalisé par voie électrolytique, l’étamage permet de déposer en continu une quantité précise d’étain sur chaque face du métal qui a été préalablement décapé et dégraissé. Ce dépôt est ensuite refondu pour obtenir un alliage avec le support et l’aspect brillant caractéristique. Enfin, la surface reçoit un traitement électrochimique de passivation pour parvenir à une couche superficielle contenant des oxydes d’étain, des oxydes de chrome et du chrome métallique. En dernier, il reçoit un très léger huilage facilitant son glissement et sa protection avant vernissage.

En pratique, les taux d’étain, exprimés en g/m2, sont choisis en fonction du type de boîte, du contenu et des conditions de mise en œuvre. La normalisation recommande les valeurs nominales suivantes : 1,0 - 2,0 - 2,8 - 5,6 - 8,4 et 11,2 g/m2 par face. Toutefois, les taux inférieurs à 2,8 g/m2 ne sont pas utilisables pour les produits appertisés.

b) Le fer chromé

C’est un matériau composé d’acier et d’une couche de chrome, l’opération d’addition de ladite couche est dite « chromage ».
Mise au point au Japon vers 1965, cette famille de revêtement s’est imposée aux USA puis en Europe comme le complément indispensable du fer blanc.

L’appellation internationale du fer chromé est ECCS (ELECTROLITIC CHROMIUM COATED STEEL) mais la désignation usuelle TFS (TIN FREE STEEL) est encore couramment employée.

 2.2- Aluminium

C’est un matériau très utilisé dans l’agroalimentaire, il présente des caractéristiques suivantes :

• Légèreté.
• Etanchéité contre les gaz.
• Recyclable.
• Flexible.
• Stable.

Cependant, ce matériau présente certains inconvénients :

• Relativement cher.
• Fermeture difficile.
• Fonctions marketing limité (formes limitées).

 2.3-Les vernis de protection de l’emballage métallique

Certains matériaux métalliques comme l’aluminium ou le fer chromé sont souvent vernis sur les deux faces intérieure et extérieure.

La fonction essentielle des vernis est de minimiser les interactions des métaux de l’emballage avec les produits conditionnés et le milieu extérieur.
A l’extérieur, les revêtements organiques assurent simultanément la fonction de protection et de décoration.

Les vernis sont des produits susceptibles de former un film adhérent au métal, continu et inerte de point de vue physico chimique, c’est-à-dire que la migration qui peut avoir lieu lors du contact contenant-contenu ne compromettra pas la salubrité de la denrée alimentaire.

Leurs constituants principaux des vernis sont :

• matières filmogènes (polymères organiques) ;
• solvants nécessaires à la fabrication et à la mise en œuvre des vernis mais éliminés lors du séchage ;
• pigments éventuels et additifs divers.

Les vernis non pigmentés sont transparents ou incolores ; les pigments opacifient le film et le colorent, on peut citer par exemple l’oxyde de titane qui permet de faire des revêtements blancs, ce vernis commence à devenir le composant essentiel des encres pour décoration extérieure vue la teinte et l’attractivité que confère à l’emballage.

 III- Les Plastiques

Les emballages plastiques constituent une bonne part des emballages utilisés dans le domaine agroalimentaire.

L’aspect pratique de l’emballage en plastique joue un rôle très important pour le consommateur des produits de grande consommation. Les produits qui ont leur approbation ont par exemple un bec verseur permettant une réutilisation facile et pratique ; ils offrent par conséquent un autre service au consommateur.

Ces emballages offrent une variété infinie de solutions, ils s’adaptent au sur mesure et à une infinité de contenus. Grâce à leur légèreté, à leur capacité de valorisation, que ce soit par recyclage ou valorisation énergique, les emballages après usage répondent aux exigences environnementales.

L’emballage plastique est résistant, il évite ainsi des pertes de produit, des risques de dommages pour l’aliment qu’il protège. Il s’est adapté aux cadences de conditionnement de l’industrie agroalimentaire et aux modes de distribution des produits.

Toutes les exigences précitées du produit agroalimentaire à emballer, qu’elles soient d’ordre technique, sécurité, hygiène, compatibilité contenant-contenu, praticité consommateur, information, marketing, expliquent que grâce à leur diversité, tant en termes de matériaux que de modes de transformation, les matières plastiques sont présentes dans un nombre de plus en plus vaste d’applications.

Les différents matériaux les plus utilisés sont : PET, PEhd, PEbd, PS, PVC, PP.

  3.1- Le choix des matériaux plastiques

L’emballage rigide primaire, donc en contact avec les denrées alimentaires doit répondre à un ensemble de contraintes ; il faut que le matériau se prête à la technique de transformation nécessaire à l’obtention de la bouteille, de la barquette ou du pot, mais aussi offrir les propriétés requises :

• Résistance aux chocs, au froid (congélateur) et à la température (ex. stérilisation, micro-onde) ;
• Attractivité en rayon de magasins (forme, couleur, aspect, transparence, pouvoir de séduction) ;
• Praticité pour le consommateur : ouverture/fermeture facile (bouchon vissable, bouchon charnière et clipsable, opercule couvercle pelable), distributeur de doses ;
• Durée de conservation : emballage barrière à la vapeur d’eau, à l’oxygène et aux odeurs. Utilisable pour le conditionnement sous atmosphère modifiée ;
• Sécurité du consommateur : témoin d’inviolabilité sur les ouvertures, étanchéité.

Cependant la fonction première d’un emballage alimentaire est sans conteste de garantir la protection de l’aliment contre les risques de contamination chimique et microbiologique externe pendant la durée de conservation prévue.

Toutes les matières plastiques offrent de ce point de vue, des propriétés d’imperméabilité et d’innocuité qui souvent s’avèrent satisfaisantes même dans une structure d’emballage monocouche dit encore « matériaux de structure ».

Dans le cas où l’aliment par nature est sensible à l’oxygène de l’air ou aux odeurs il faut faire appel à des matériaux dits « barrière ». Ces derniers sont alors utilisés systématiquement dans des emballages multicouches en association avec des matériaux de structure.

 3.2- Les matériaux « Barrière »

Ces matériaux présentent une très faible perméabilité à l’oxygène et au gaz carbonique, mais aussi à des molécules plus lourdes comme les arômes des aliments.

La tendance actuelle à l’augmentation de la durée limite de consommation favorise de plus en plus leur utilisation. Cependant leurs autres caractéristiques, et notamment leur prix, ne leur permettent pas une utilisation large.

a) Copolymère d’éthylène alcool vinylique (EVOH)

C’est un matériau très utilisé dans l’emballage rigide alimentaire car il prête bien à la coextrusion de feuilles ou de corps creux en combinaison avec des matériaux de structure comme les polyéthylènes, polypropylène, ou polystyrène.

Le caractère cristallin et polaire de l’EVOH nécessite cependant l’utilisation de liants qui assurent l’adhésion avec les matériaux de structure.

Ce copolymère présente une excellente imperméabilité à l’oxygène, au gaz carbonique et aux arômes mais à condition de le protéger de l’influence de l’humidité qui fait chuter fortement ses performances. Pour pallier à cet inconvénient il est souvent pris en sandwich dans des structures multicouches (voir Figure ci contre) à base de polyoléfines PE ou PP peu sensibles à l’humidité.

Cette optimisation de la structure peut également être trouvée en ajustant le taux d’éthylène dans l’EVOH qui, dans la pratique, varie de 29% à 44% en poids. La facilité de mise en œuvre et la moindre sensibilité à l’humidité croit avec le taux d’éthylène. En revanche, les propriétés « barrière » augmentent avec la teneur en alcool vinylique.

b) Chlorure de polyvinylidène (PVDC)

Il s’agit de la famille de matériaux « barrières » la plus couramment utilisée dans les films souples. Elle est en fait constituée de copolymères de chlorure de vinylidène

c) Synthèse sur les matériaux « barrière »

 3.3- Les matériaux de « structure » et leur association

a) Polyéthylène basse densité (PEbd)

Ce Matériau domine très largement les emballages souples car il assure une excellente imperméabilité à l’humidité et une soudabilité thermique à haute cadence. Il peut être utilisé pour les produits alimentaires liquides.

Le polyéthylène basse densité est surtout utilisé dans la fabrication des films rétractables ou étirables pour la palettisation.

b)Polyéthylène haute densité (PEhd)

Ses propriétés sont :

• température maximale d’emploi : 105 °C ;
• température de fragilisation : -50 °C ;
• aptitude au micro-onde : oui ;
• flexibilité : bonne ;
• très bonne résistance aux acides, aux alcools aliphatiques, aux aldéhydes, aux hydrocarbures aliphatiques et aromatiques ;
• faible résistance aux agents oxydants.

Il est régénéré et recyclé sous forme de granulés

Utilisations :
le PEhd est très utilisé dans :

• des bouteilles de lait,
• des bouchons de boissons gazeuses,
• les emballages de produits détergents,
• des tubes pour le transport du gaz ou de l’eau (tube noir avec une bande bleu pour l’eau et tube noir avec une bande jaune pour le gaz en France).

Le PEhd a fait une percée remarquable dans deux secteurs où les bouteilles semi-rigides, et opaques,sont utilisées :

• les bouteilles de lait et
• les flacons de produits liquides d’entretien.

Le lait longue conservation est conditionné dans des bouteilles multicouches pour éviter l’altération du lait par photooxydation.
On note que pour les jus de fruits frais, ayant une DLC de quelques jours en bouteilles PEhd translucides monocouche, on peut atteindre, grâce à des emballages multicouches constitués de PEhd-liant-matériau barrière-liant-PEhd, à l’instar de la structure représenté dans la figure ci dessus (dans cette structure le PEhd constitue le matériau de structure à l’intérieur duquel on a intégré un matériau barrière permettant d’augmenter le « shelf life » du produit). Une telle structure peut augmenter la DLC des jus jusqu’à 9 mois.

Une partie des huiles de table est conditionnée en bouteilles PEhd opaques surtout celles de tournesol dont la présence des cires peut influencer le comportement du consommateur en leur conférant une apparence turbide non appréciée.

c) Polypropylène (PP)

Il fait partie de la famille des polyoléfines, constitués essentiellement à partir de propène. Il entre principalement dans la fabrication de films d’emballage de paquets de cigarettes, de fleurs, bonneterie et produits alimentaires secs.

C’est un matériau qui offre plusieurs avantages :
1. Un bon rapport qualité/prix ;
2. Une rigidité et transparence adéquates à la production alimentaire ;

Utilisations :

• gobelets et assiettes jetables
• barquettes transparentes micro-ondables (mais pas pour la cuisson)
  

En multicouches :
Le PP est aussi utilisé pour le conditionnement des mayonnaises et du ketchup en flacons souples, mais pour parfaire l’opération il faut intégrer une barrière à l’oxygène comme l’EVOH dans une structure multicouche de type PP-liant-EVOH-liant-PP.

Le thermoformage du polypropylène a permis à ce matériau de conquérir d’autres parts de marché comme celui des desserts lactés, fromage frais aux fruits, les biscuits en boîtes familiales, …

d) Polystyrènes compacts (PS)

Le polystyrène (PS) : ce polymère du styrène est surtout utilisé dans les emballages de produits laitiers (yaourts, crème fraîche, desserts lactés) et les gobelets pour distributeurs automatiques.

Le polystyrène est le matériau par excellence adapté au thermoformage à grande cadence ;

Le PS domine encore largement dans le conditionnement des produits laitiers frais, comme les yoghourts, desserts lactés, fromages blancs. Il est d’ailleurs le seul matériau utilisé dans la technique dite de « FORM FILL SEAL (FFS) » qui consiste à enchaîner sur une même ligne de production, le thermoformage, le remplissage et la fermeture par scellage.

Les pots de yoghourts PS fabriqués par FFS sont ensuite vendus en linéaire par lots de 4, 6, ou 8 pots non découpés. Le consommateur peut facilement séparer les pots par pliage.

Pour les produits sensibles à l’oxygène ou pour de longue durée de conservation on doit mettre en œuvre des structures multicouches du type PS/EVOH/PE. C’est le cas de la viande ou de la charcuterie conditionnées en atmosphère modifiée et aussi des compotes de fruits.

e) Polyéthylènetéréphtalate (PET)

Ce plastique de la famille des polyesters a, contrairement au PVC, une très faible perméabilité au CO2.
Il est donc employé dans la fabrication des bouteilles de boissons gazeuses ; il intervient aussi dans la fabrication de flacons de produits cosmétiques.

Le polyéthylène téréphtalate (PET) est devenu le matériel de choix pour le conditionnement des huiles de table car il offre une meilleure protection contre l’oxygène et une résistance élevée aux chocs. La minimisation de la photooxydation altérative dans les emballages transparents peut être assurée par l’utilisation des stabilisants UV ou des composants incolores qui absorbent les rayonnements UV (Dexter,1984).

Comme le polypropylène, le PET connaît une forte croissance dans l’emballage et tout particulièrement dans le conditionnement des boissons et eaux embouteillées.

f) Le PVC

Il représente une part très faible des emballages plastiques.

Utilisations :

• films et feuilles (blisters, supports dans les boîtes de
  biscuits, boîtes d’œufs,…),
• bouteilles et flacons (eaux minérales plates et légèrement gazeuses, vinaigres, huiles,cosmétiques, droguerie,…),
• tissus enduits,
• films souples,…

le PVC est aussi utilisé pour faire des conduites d’alimentation d’eau, médical (poches à sang).

Si le même polymère de base entre dans la fabrication de ces bouteilles, la nature des additifs, elle, est différente. En effet, si on remplissait d’huile une bouteille d’eau, la bouteille se ramollirait car une grande quantité d’additifs spécifiques à la formulation passerait dans l’huile, mais surtout parce que la formulation de la bouteille d’eau ne présente pas la
même perméabilité à l’huile que la formulation de la bouteille d’huile. En conséquence, l’huile peut pénétrer dans la paroi de la bouteille d’eau et jouer le rôle du plastifiant.

g) Synthèse sur les matériaux de structure

 IV- Les matériaux cellulosiques

Les matériaux cellulosiques au service de l’emballage alimentaire

a) Types de matériaux cellulosiques

Les matériaux cellulosiques (bois, papier, carton) constituent une part importante dans le secteur de l’emballage, surtout pour l’alimentaire non liquide où l’emploi peut atteindre jusqu’à 40% selon le comité français de l’emballage papier-carton (en 1992).

b) Utilisations des matières cellulosiques

• Le bois pour emballer les fruits secs et frais (Pommes, mangues, Dattes, raisins secs …), il offre l’avantage d’une manipulation et gerbage facile.
• Les bouchons de bouteilles en verre fabriqué du liège du chêne-liège.
• Carton et papier utilisés pour emballer les fruits et légumes,