Projet « FoodSafeBioPack » : Evaluating and managing the migration of contaminants from cellulosic materials

Les matériaux et articles au contact de aliments (MCDA) jetables sont la première source de contaminants chimiques dans les aliments, une source de microplastiques, une cause des pollutions marines ; ils consomment des ressources non renouvelables et produisent du CO₂. Face à cette critique en forte croissance, la loi relative à la lutte contre le gaspillage et à l'économie circulaire (AGEC, LOI n° 2020-105 du 10 février 2020) et la directive « Single Use plastic » (SUP, directive (EU) 2019/904) ont été mises en place avec des objectifs de réduction des déchets en plastique, augmentation des matériaux recyclés et biosourcés.

Pour répondre à ces enjeux environnementaux et sociétaux, les matériaux cellulosiques, étant le seul matériau biosourcé, à la fois recyclable et dégradable à l'échelle industrielle, offrent une solution économiquement et technologiquement viable. Cependant, la contamination omniprésente des aliments secs par des huiles minérales provenant de papier et carton recyclés a alerté à la fois le public et les autorités. La prévalence d'une fraction aromatique dans les huiles minérales classées comme cancérogène par le IARC (groupe 1) est une préoccupation majeure en matière de sécurité alimentaire. La situation devient très critique car i) la présence de composés interférants et leur répartition inégale dans les aliments rendent la détection actuelle et les limites de quantification de composés aromatiques inadaptées à l'évaluation des risques, ii) il n'y a pas de norme ou de réglementation harmonisée dans l’UE et iii) la crise actuelle fait suite à des contaminations récurrentes par les encres d'imprimerie, les composés halogénés et les perturbateurs endocriniens

Le CTP et le laboratoire 3SR ont développé une technique de dépôt innovante de microfibres de cellulose (MFC) appelée « laminage humide » en remplacement de barrières en aluminium ou de revêtement métallisé. Les matériaux revêtus de MFC sont entièrement recyclables et offrent d'excellentes barrières contre la graisse, l'oxygène et les contaminants, permettant ainsi un emballage sûr pour les aliments gras et les aliments sensibles à l'oxydation. La même solution peut limiter la contamination par les encres d'imprimerie, les laques, les solvants, les adhésifs et par les oligomères issus du suremballage plastique. En outre, les MFC offre une alternative aux papiers fluorés, qui pourraient être interdits dans un proche avenir.

Le projet FoodSafeBioPack est conçu pour atteindre deux objectifs principaux :

• obtenir une description multi-échelles du problème de transfert de matière croisée
• proposer une action corrective sur les MFC proposées comme barrière fonctionnelle universelle pour emballages primaires et secondaires.

Le projet est divisé en sept tâches complémentaires (T1..T7)  comme résumés dans la figure ci-dessous.

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Le transfert de matière de composés organiques dans les matériaux fibreux et les aliments est associé à une large gamme d'échelles de temps. Le projet abordera le problème avec cinq approches complémentaires: i) des mesures de l'augmentation de la contamination pendant le stockage des produits commerciaux prioritaires (conditions réelles de stockage des aliments) en T1, ii) étude indépendante de la contamination croisée entre les matériaux (conditions réelles de stockage des matériaux) en T2, iii) conception de nouvelle cellule de migration (conditions de contact, température et humidité relative contrôlées) en T4, iv) étude des transferts de matière avec des potentiels chimiques imposés en T5, v) extension et validation par comparaison avec la simulation avancée en T6. Les résultats sont diffusés en T7 auprès des parties prenantes (recycleurs, papetiers, agroalimentaire, autorités, laboratoires techniques…).

Le projet FoodSafeBioPack fournira de nouveaux outils et méthodologies pour évaluer les risques chimiques dans des situations complexes impliquant des matériaux cellulosiques comme source (matériaux recyclés, imprimés) ou comme barrière (barrière fonctionnelle MFC). L'ensemble de la démarche permettra de développer des approches préventives au niveau de la chaîne d'approvisionnement ou au niveau de la conception des emballages.

Le projet abordera spécifiquement les problèmes de contamination croisée entre les emballages primaires et secondaires à toutes les étapes de la chaîne d'approvisionnement alimentaire et anticipera la migration dans des systèmes d'emballage alimentaire complexes et multi-matériaux avec la présence possible de substances non évaluées en raison de la contamination croisée, contamination post-utilisation ou matériaux de qualité non alimentaire introduits lors du recyclage.

La plupart des résultats (propriétés, macro / micro modèles) seront intégrés dans l'approche préventive du transfert de matière, appelée FMECAengine, initialement développée par l'INRAe pour les matières plastiques et déjà utilisée par l'industrie, les laboratoires techniques et les autorités. La recherche et les outils proposés fourniront des bases pour évaluer l'exposition des consommateurs à un large éventail de contaminants tout au long de la chaîne d'approvisionnement alimentaire : huiles minérales, photo-initiateurs, solvants, plastifiants et composés fluorés.

Les principaux résultats seront publiés sous forme de projets open-source (moteurs de simulation pour systèmes microscopiques 3D, systèmes macroscopiques 1D et chaînés) et open-data (propriétés de transport thermodynamiques et efficaces, structures numérisées) pour stimuler l'innovation sur le terrain et d'accélérer l'adoption de normes de modélisation par l'industrie et les autorités. Des études de cas seront utilisées pour identifier les étapes critiques, les composants, les conceptions et les pratiques responsables des risques les plus élevés.

Le projet fournira des preuves scientifiques et des méthodologies préventives à intégrer dans les futures bonnes pratiques de fabrication, les procédures de gestion de la qualité et de la sécurité alimentaire, comme l'exige le règlement (CE) 2023/2006.

Le projet FoodSafeBioPack promouvra des approches de conception sûre pour les matériaux fibreux, dont le développement a été identifié comme une priorité absolue. Il soutiendra la directive SUP 2019/904 sur la réduction de l'impact des plastiques en promouvant les matériaux cellulosiques. La révision des pratiques industrielles en Europe pourrait affecter potentiellement les 48 millions de tonnes de papier et de carton utilisés pour l'emballage et produits avec 73% de fibres recyclées. La réduction du risque de transfert de produits chimiques sans affecter la biodégradabilité apportera des avantages bien au-delà des applications de contact alimentaire, y compris les produits médicaux, hygiéniques, cosmétiques et textiles. Le projet validera et fournira également la justification de l'utilisation du papier et du carton avec et sans MFC pour divers produits alimentaires (grignotines, fromages, produits surgelés, etc.). Les problèmes de contamination croisée rencontrés tout au long de la chaîne d'approvisionnement seront aussi abordés.

Les preuves scientifiques et les outils open source issus du projet aideront à organiser de bonnes pratiques de fabrication, à évaluer les risques et à préparer les futures réglementations.

7^e édition de la conférence ILSI

Présentation orale

Schelcher, M.; Locre, C.; Fraix, D.; Nguyen, P.-M.; Lyathaud, C. FOODSAFEBIOPACK Project – Migration from cellulosic materials: contaminants mapping and innovative sustainable barrier solution. 7^th International Packaging Materials Symposium (ILSI), May 3-6. Digital event, 2022.

Poster

Biant, L.; Hayert, M.; Nguyen, P.-M.; Vitrac, O. In-situ imaging of chemical contaminants in recycled paper and board. 7^th International Packaging Materials Symposium (ILSI), May 3-6. Digital event, 2022.

18^e congrès de la Société Française de Génie des Procédés (SFGP 2022)

Keynote

Biant, L.; Hayert, M.; Nguyen, P.-M.; Ayoub, H.; Vitrac, O. CHEMICAL IMAGING: Identification of the causality of food contamination by recycled materials packaging. SFGP, November 7-10. Toulouse, France, 2022.

Poster

Nguyen, P.-M.; Kermorvant, J.; Lyathaud, C.; Domenek, S.; Vitrac, O. Nouvelles stratégies pour l’évaluation et la gestion des matériaux recyclés pour le contact alimentaire. SFGP, November 7-10. Toulouse, France, 2022.