Nouvelle recherche sur l'étanchéité et l'intégrité des soudures des emballages

La Prof. Roos Peeters (MPR&S, UHasselt) est la cheffe de projet. L'axe central est une étude des performances des technologies de tests sur la ligne et hors ligne, en fonction de différents paramètres d'analyse de l'étanchéité et de l'intégrité des soudures des emballages (quel est le matériel employé? quel est le processus d'emballage mis en oeuvre? quelle assurance qualité est d'application? etc.). Le but est de déterminer quelles techniques disponibles dans le commerce sont les plus appropriées pour une certaine application. Si la proposition de projet est acceptée, celui-ci pourra démarrer en septembre ou en octobre, pour une durée de deux ans. Le problème de l'étanchéité et de l'intégrité des soudures des emballages a été identifié dans de nombreux secteurs, dit Peeters. "L'impact économique, sociétal et écologique n'est pas négligeable: pertes de temps de production, de main-d'oeuvre, de matériaux et de produits, coûts logistiques et expérience négative pour le client concernant la qualité du produit...". L'impact marketing d'un emballage abîmé qui entraîne une perte de qualité ou une dégradation du produit chez le consommateur peut être considérable. Celui-ci en retiendra une expérience négative et risque probablement de ne plus acheter. "Les nouvelles évolutions dans le domaine des matériaux, comme les monomatériaux plus recyclables - emballages en papier revêtu ou en plastique - découlant du futur Règlement sur les emballages et déchets d'emballage (PPWR), rendent la maîtrise de cette problématique dans les entreprises encore plus compliquée." Un récent sondage auprès des entreprises montre à quel point les répercussions sont importantes, poursuit Peeters. Sur les 30 répondants, 80% disaient vouloir améliorer leurs connaissances en matière d'étanchéité et concernant les méthodes d'analyse associées. "Avec des équipements aussi bien sur la ligne que hors ligne. Les principales conséquences sont pour elles des pertes de produits consécutives à des fuites liées au processus d'emballage, à un mauvais choix de matériaux responsable de fuites et à l'impact du transport sur la tenue de la soudure. Elles sont intéressées dans la localisation des fuites, mais n'ont pas de connaissances suffisantes quant à la nature de ces fuites, la fréquence de test, la taille et le nombre des fuites, et le coût de revient. Les résultats de cette enquête mettent en évidence le besoin d'une recherche appliquée en soutien." Autant de questions qui débouchent sur un certain nombre d'objectifs concrets pour lesquels la recherche doit progressivement formuler des réponses, explique Peeters. On commence par inventorier la problématique de l'étanchéité et de l'intégrité des soudures des emballages et les méthodes d'analyse possibles (inline-offline) par une étude du marché et de la littérature. "Quels produits emballe-t-on et quels matériaux d'emballage emploie-t-on pour ce faire? Quel est le processus d'emballage utilisé? Combien de fuites sont alors constatées et de quelle taille? On fait aussi le point sur les techniques disponibles pour détecter les fuites, avec leurs avantages et leurs inconvénients respectifs. Bref: nous procédons à une analyse SWOT des techniques existantes. Cette phase est centrée sur l'acquisition et le transfert de connaissances." La deuxième étape consiste en une étude comparative menée en labo (étayée statistiquement par des plans d'expériences), sur des emballages présentant des fuites définies (piqûres, fuites de soudure, nombre/taille, etc.) par des techniques d'analyse offline. Après quoi, les impacts sont évalués visuellement ou de manière numérique." C'est la phase de développement de la connaissance. La troisième étape vise ensuite à mettre en relation les emballeurs et les fournisseurs de techniques de détection pour préparer la mise en oeuvre de techniques prometteuses en vue de la réalisation des études de cas. On passe ainsi du réseautage à l'implémentation. La quatrième étape concerne l'exécution des études de cas au sein des entreprises inscrites au programme. Le but est d'optimiser et de faciliter le processus de détection des fuites et de vérification de l'intégrité des soudures pour garantir la qualité des emballages. On examine où les fuites surviennent dans leur processus de production, ainsi que leur nombre et leur nature. On en étudie ensuite la cause (matériau d'emballage, épaisseur de celui-ci, etc.), la manière de les prévenir et de les mesurer, et leur impact ultime. Tout cela peut être regroupé sous la rubrique "implémentation". Enfin, l'objectif est de traduire la connaissance ainsi accumulée en lignes directrices assorties de conseils: quel matériau engendre la meilleure intégrité de soudure et le moins de fuites pour quel produit et quelle est la méthode la plus appropriée pour détecter celles-ci? Outre l'aspect d'accompagnement, on est ici dans la diffusion du savoir. L'objectif ultime est toujours de réduire les pertes opérationnelles au niveau des matériaux, des processus et des produits tout en minimisant les impacts sociétaux et écologiques. Le projet LEAK s'adresse à tous les secteurs dans lesquels l'étanchéité des emballages a de l'importance. Par exemple, pour les aliments et les médicaments, mais aussi d'autres produits, comme la nourriture pour animaux ou l'électronique, qui doivent être protégés de la corrosion par des emballages étanches à la vapeur d'eau. La proposition de projet, explique Peeters, découle en première instance "de demandes émanant des entreprises visées par l'offre de services de MPR&S, qui nous ont amenés à sélectionner cette idée de projet. Les entreprises sont désireuses d'en savoir plus sur la manière dont des fuites peuvent survenir, et à quels endroits, sur l'ensemble du processus, et elles veulent les faire tester. Les résultats du projet de recherche international REPAC2, récemment achevé et dans le cadre duquel des analyses de détection de fuites ont été effectuées sur les nouveaux matériaux à base de papier revêtu, ont également montré la nécessité de poursuivre les recherches." Il est par exemple ressorti de la méthode dite Oxipack, qu'avec les sachets en coussinet, le papier fuyait ou était presque ouvert, mais aussi que le plastique n'était pas étanche dans la plupart des cas. Pour les quad-seals, des fuites ont été constatées sur tous les sachets testés. Mais ce projet ne s'est pas contenté de constater des vulnérabilités ; des solutions robustes ont aussi été avancées. Une voie d'amélioration proposée a, par exemple, été d'utiliser des mâchoires de soudure profilées pour améliorer l'étanchéité. En soi, la problématique de l'étanchéité et de l'intégrité des soudures des emballages n'est pas neuve, reconnaît Peeters. Elle a toujours constitué une préoccupation majeure des entreprises. La détection des fuites et le contrôle d'intégrité des soudures font partie intégrante de leur contrôle-qualité." Plusieurs raisons peuvent expliquer leur intérêt pour le projet à venir. "Certaines utilisent une méthode du commerce ; d'autres ont mis au point une procédure spécifique et d'autres encore ne sont toujours nulle part. Certaines suivent les évolutions récentes de ces méthodes d'analyse et envisagent de passer, par exemple, de techniques offline à une méthode inline. Le nouveau PPWR peut aussi occasionner un stress ou une charge supplémentaire sur les emballages primaires du fait d'un empilement plus dense, ce qui peut provoquer des ouvertures. Peeters: "Ce règlement vise notamment à imposer des emballages de transport plus durables aux dimensions minimales, en évitant d'y emballer de l'air. Le PPWR accentue aussi la demande d'emballages en papier - moins rigides - et de matériaux à film mince - pour épargner sur l'épaisseur de la couche, mais aussi de monomatériaux mieux recyclables et de matériaux d'emballage plus fins. Mais la grande question est de savoir si ceux-ci sont toujours suffisamment étanches après le conditionnement. Une problématique très intéressante à étudier, car cela n'a pas encore été fait de manière générale. Par conséquent, on ne pourra y répondre qu'une fois l'étude terminée." Peeters n'est ainsi pas encore en mesure de répondre à la question de la fragilité des emballages en papier revêtu. "Je n'oserais pas encore me prononcer ; l'étude doit le déterminer. Différents paramètres entrent en jeu, comme le concept d'emballage et la pression (emballage sous vide, sous pression), le risque de contamination du produit emballé, etc. Les couches protectrices sont généralement très minces, ce qui ne contribue pas à de bonnes performances de soudure en cas de grosses particules contaminantes." Les emballages en monoplastiques posent d'autres problèmes. "La couche extérieure rigide et la mince couche d'étanchéité peuvent réagir différemment aux variations de température. Elles peuvent être toutes les deux en PE, mais avoir une température de fusion spécifique et pas la même épaisseur. Cette différence est toutefois moindre que pour les matériaux laminés d'aujourd'hui, comme le complexe PET/PE, qui présente un net écart dans les températures de fusion, la couche intérieure étant clairement celle qui fond la première." Cette transition vers les monomatériaux n'est pas tout, mais elle constitue un sujet majeur de cette étude, résume Peeters. "Les chercheurs entendent aussi faire l'apprentissage de bonnes pratiques sur ce plan: comment les entreprises s'y prennent-elles et quelle est leur méthode?" Peeters ne peut pas non plus dire exactement dans quelle phase le risque de fuite est le plus grand. "Cela n'est pas clairement connu dans la littérature. Cette question fait partie de notre proposition de recherche. Cela peut arriver en cours de production, par exemple sous l'effet d'une charge électrostatique. Mais aussi du fait d'une contamination du joint de soudure par le produit, ce qui fait que celui-ci ne ferme plus très bien. Ou encore pendant le transport. Par exemple, du fait du frottement des emballages les uns contre les autres dans leur boîte. Tout cela doit être examiné à la faveur d'études de cas." Les fuites doivent être testées différemment dans toutes ces différentes phases. "Au moment du conditionnement proprement dit, l'intégrité de la soudure peut être contrôlée par des tests sur la ligne. Dans ce cas, le problème peut être directement identifié. Les impacts du transport sur l'étanchéité et l'intégrité des soudures doivent quant à eux être étudiés dans le cadre de simulations, qui en reproduisent les conditions comme les chutes, les vibrations, la compression, etc., permettant de mettre en évidence la cause des fuites. Et une fois celle-ci connue, nous pouvons chercher une solution. La proposition de projet devrait, espérons-le, permettre d'apporter une réponse à cette question aussi." Les grandes entreprises s'en tirent-elles mieux sur le plan de la détection des fuites? Parce qu'elles seraient organisées de manière plus professionnelle ou que les conséquences pour elles sont plus importantes? Peeters n'a pas cette impression. "Ce que révèle notre sondage, en revanche, c'est que les méthodes offline sont beaucoup plus répandues que les méthodes inline. L'étude de l'importance des différentes méthodes de tests et de leurs performances fait l'objet d'un ensemble de tâches. Nous cherchons à savoir quelles entreprises utilisent quelles méthodes. Et si la méthode utilisée dépend du processus de production ou du produit à emballer ou des caractéristiques de la méthode ou du matériau d'emballage, etc. Mais il se peut aussi qu'une grande entreprise qui emploie une méthode de détection depuis des années s'adresse à un partenaire indépendant - nous-même en tant que centre de recherche - pour se renseigner sur d'autres possibilités ou sur les nouveautés. L'important est qu'elles puissent compter sur la connaissance développée dans le cadre du projet pour limiter leurs pertes et, éventuellement, réaliser une avancée sur le plan économique."