Les matériaux au contact des aliments dont les emballages doivent répondre aux exigences de plus en plus fortes des consommateurs. En effet, ils doivent être protecteurs, attractifs, pratiques, économiques, résistants, aptes aux différents usages dont le réchauffage aux micro-ondes, biodégradables et recyclables. Les spécifications de ces nouveaux emballages au contact sont de plus en plus complexes. Les producteurs doivent donc concevoir des emballages de plus en plus performants qui s’inscrivent dans un cycle de vie vertueux de sa conception à sa fin de vie. La pluridisciplinarité des équipes de recherche et développement est devenue une nécessité pour répondre de plus en plus vite à ces nouvelles demandes.

Structures

Le LNE, en s’appuyant sur des collaborations étroites avec des centres de recherche, des instituts publics, réalise ses activités de recherche dans le cadre de l’Unité Mixte Technologique (UMT) ACTIA « SafeMat » et du Réseau Mixte Technologique (RMT) ACTIA  « Propack Food ».

L’unité mixte technologique (UMT) ACTIA « SafeMat : Sécurité des matériaux et emballages au contact », inaugurée en janvier 2017 et pilotée par le LNE, mutualise l’expérience des deux entités INRAE/AgroParisTech (UMR 782 SayFood – Ingénierie des Aliments et Bioproduits) et LNE autour de la problématique de la sécurité des matériaux et emballages au contact. Les produits au contact sont divers et classés dans quatre catégories : i) les denrées alimentaires ; ii) les cosmétiques ; iii) les médicaments et iv) les liquides biologiques.

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Affilié au réseau ACTIA (Association de Coordination Technique pour l’Industrie Agroalimentaire), le Réseau Mixte Technologique (RMT) ACTIA « ProPack Food » mis en place depuis 2008 réunit, sur le plan national, des acteurs de la recherche, de la formation, du développement et du transfert de technologies impliqués sur la thématique « emballage/procédé/aliment ».

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Enjeux de la R&D

Les activités de recherche et de développement du LNE contribuent à assurer la sécurité des matériaux et emballages au contact et à répondre à plusieurs enjeux.

1) Enjeux scientifiques : développer des méthodes analytiques et calculatoires ainsi que des outils robustes d’évaluation de la migration des IAS, des NIAS, des nanocomposites ou autres substances en construisant, par exemple des bases de données spectrales ou de propriétés physicochimiques,

2) Enjeux industriels :

  • Doter l’industrie des outils de compétitivité dans la prédiction de la conformité réglementaire des emballages aux stades précoces de conception de produits, notamment avec l’apparition des matériaux biosourcés, biodégradables, nanocomposites et aptes ou issus du recyclage.
  • Aider au développement de bonnes pratiques industrielles (transfert des standards du domaine alimentaire vers d’autres domaines : médical, biotechnologique, cosmétique, construction, textiles ignifugés...).
  • Disposer de modules de formation intégrant les outils et les bonnes pratiques adaptés aux industriels, aux écoles de packaging, aux masters spécialisés et aux autorités de contrôle.
  • Former les experts de l’industrie, des centres techniques et des instances de la réglementation pour accompagner l’acceptation des démarches de prédiction de la conformité par le calcul.
  • Appuyer les actions de normalisation et de réglementation au niveau européen et international.

3) Enjeux sociétaux : Apporter une contribution à la thématique de l’impact environnemental des matériaux et emballages (écoconception, durée de vie, fin de vie, recyclage, réutilisation, biodégradabilité), à la sécurité des matériaux à usages multiples (par exemple écoulement dans les produits tubulaires) et aux nouvelles technologies (gestion des risques émergents associés aux matériaux polymères : emballages actifs, nanocomposites et bioplastiques)

Objectifs de la R&D

L’approche ingénierie pour la maîtrise de la sécurité des matériaux au contact est la plus prometteuse car elle permet de traiter la question de contamination/migration à la source, tout en accompagnant le processus d’innovation des industries de l’emballage et de l’agro-alimentaire. Elle permet de dépasser la mission de diagnostic pour proposer des actions préventives ou correctives au niveau de la conception des matériaux, au niveau des systèmes d’emballage, ou encore au niveau des pratiques industrielles (stockage, traçabilité…). Plusieurs axes de recherche sont définis pour répondre à plusieurs défis identifiés pour l'industrie :

1) Évaluation du risque : l’objectif est d’assurer et de renforcer la sécurité sanitaire d’un emballage ou d’un système d’emballage innovant avec une nouvelle substance, un nouveau matériau et/ou une nouvelle condition d’utilisation ou un nouveau procédé.

2) Conception : l’objectif est de contribuer à concevoir des emballages « plus sûrs » permettant de répondre à des contraintes complexes avec des temps moindres de développement des produits grâce à l'utilisation d'outils de calcul

3) Optimisation : l’objectif est d’améliorer la qualité du couple emballage / produit au contact en maximisant la durée de vie des produits avec un risque chimique minimal.

Thématiques de recherche

Les thématiques de recherche prioritaires sont au cœur de la stratégie de Recherche et Développement du LNE.

La conformité de deux tiers des emballages ou des matériaux en plastiques au contact des aliments est testée par le calcul. Cette possibilité a été introduite dans la réglementation Européenne dès la directive 2002/72/CE, étendue aujourd’hui par le règlement (UE) n° 10/2011 et ses amendements successifs.

Le pouvoir prédictif des outils de calcul de migration proposés est fortement dépendant de la qualité des modèles mathématiques ou moléculaires qui relient la structure des molécules à leurs propriétés thermodynamiques ou de transport.
 

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La sécurité sanitaire réelle ou perçue des matériaux d’emballage alimentaire est actuellement l’objet de toutes les controverses. Les emballages en plastiques sont particulièrement au cœur de tous les critiques. Cependant ils sont indispensables à la conservation et à la distribution des aliments.

Il est question de développer des méthodologies rapides et robustes pour concevoir des emballages permettant de vérifier des contraintes complexes et contradictoires : durée de vie des aliments maximisée, minimisation de la masse de l’emballage, maximisation de matériaux recyclés, risque chimique minimal, résistance mécanique maximale.

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La conformité de plus de 60% des emballages ou des matériaux en plastiques au contact des aliments est testée par le calcul. Cette possibilité a été introduite dans la réglementation Européenne dès la directive 2002/72/CE, étendue aujourd’hui par le règlement (UE) n° 10/2011 et ses amendements successifs.

De la même manière que les données sur les propriétés de transport et thermodynamiques, les données de composition des matériaux au contact (famille de substance, fréquence d’occurrence, concentration ou la distribution de la concentration) affectent fortement la pertinence des résultats de calcul. 

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L’utilisation des barrières fonctionnelles est fréquente dans le cas des matériaux recyclés, des substances non-règlementées spécifiquement. Les barrières fonctionnelles les plus courantes et les plus efficaces sont éthylène vinyl alcool (EVOH), polyamide (PA), les Oxyde de Silicium et d’aluminium. Cependant certains matériaux sont sensibles aux conditions d'utilisation et perdent donc leur caractère barrière lors des usages.

Un bon modèle de prédiction du comportement des barrières fonctionnelles dans les conditions variées est important pour améliorer la robustesse des outils de calcul de transferts de matière pour un développement des matériaux recyclés en contact alimentaire direct, et également pour des matériaux multicouches classiques, dont la connaissance sur la prédiction du comportement de migration des composés volontairement ajoutés est peu connue.

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Les emballages alimentaires plastiques  à usage unique sont considérés comme l’une des  sources de contaminants chimiques des aliments. Ces emballages consomment des ressources non renouvelables, produisent du CO2 et sont également considérés comme l’une des causes de la pollution marine. De plus, le projet de loi de lutte contre le gaspillage et l'économie circulaire envoie un signal fort sur la nécessité de changer les modèles de production, de distribution et de consommation. 

Pousser par les pouvoirs publics, le développement et la substitution des matériaux classiques par des matériaux biosourcés, biodégradables, recyclables et recyclés sont en forte augmentation.

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Suite à la publication de loi de lutte contre le gaspillage et l'économie circulaire, la demande des matériaux verts biosourcés, biodégradables, recyclables et recyclés est en croissance forte. Le manque de connaissances et de reculs scientifiques freine l’utilisation de ces matériaux à destination des aliments.

Parmi les verrous scientifiques, le développement de bons modèles de vieillissement des polymères (seuls ou en mélange) est un point clé pour répondre à de nombreuses questions.

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