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.
Ces outils de calculs sont progressivement enrichis avec des nouveaux modèles et théories moléculaires pour la prédiction de l’affinité chimique et des coefficients de diffusion des substances en fonction de leur structure et des propriétés du polymère.
Des méthodes de mesure et les modèles de calcul pourront être appliqués immédiatement pour l’évaluation des procédés de recyclages des polymères thermoplastiques, la reconception d’additifs (ex : plastifiants, antioxydants) présentant de plus faibles risques de migration, l’évaluation de l’exposition des consommateurs aux substances issues des emballages.
Point clés sur les coefficients de diffusion dans les polymères (thermoplastiques, thermodurcissables, élastomères)
Les coefficients de diffusion sont des propriétés essentielles pour évaluer les performances des barrières fonctionnelles et pour évaluer la cinétique de migration dans les aliments.
Les coefficients de diffusion sont fortement affectés par la taille des migrants : les effets de volume dominent pour les solutés en vrac et rigides (ex : les solutés aromatiques), le nombre de sous-unités rigides domine dans les solutés flexibles.
L'activation de la diffusion suit une relation d'Arrhenius seulement loin de la température de transition vitreuse (Tg). Au voisinage de la Tg, les effets du volume libre dominent et les énergies d'activation apparentes dépendent à la fois de la température et de la taille des diffusants.
Pour les tests de conformité, il est recommandé d'utiliser des surestimations des coefficients de diffusion pour réduire le risque de sous-estimation de la migration.
Lorsque la modélisation est utilisée pour valider les processus de recyclage mécanique des polymères, il est recommandé d'utiliser soit des estimations réalistes, soit une modélisation probabiliste.
Point clés sur les propriétés de sorption et de partage
À côté les propriétés de diffusion, les coefficients de sorption et de partage sont des propriétés essentielles pour évaluer la cinétique de migration dans les aliments.
Parallèlement aux fugacités, les pressions partielles offrent la meilleure représentation de la force permettant à une substance de passer d'une phase à l'autre. Des approximations sont données pour tous les cas pratiques de transfert de matière (d'un matériau vers un liquide, d'un matériau vers une phase gazeuse, etc.) et les substances possibles (volatiles ou non).
Les coefficients de partage sont définis respectivement en coefficients d'activité.
Les isothermes Flory binaires et ternaires offrent des estimations des coefficients d'activité pour toutes les applications de la modélisation de la migration : mélange de simulants alimentaires, de polymères humides ou plastifiés, d'homo et de copolymères.
Les effets de la température sont moins importants entre deux phases condensées, mais dominants entre une phase condensée et une phase gazeuse.
Les coefficients d'activité et leur activation par la température peuvent être calculés à l'échelle atomistique pour des solutés arbitraires (non chargés).
Les projets
Projet "FoodSafeBioPack" : Evaluating and managing the migration of contaminants from cellulosic materials
Projet "FITNess" : Food packaging open courseware for higher education and staff of companies
Projet « SafeFoodPackDesign » : Conception raisonnée d’emballages alimentaires sûrs
Thèse "Ingénierie de la sécurité sanitaire des emballages alimentaires"
Thèse "Prévision de la conformité des matériaux d’emballage par intégration de méthodes de déformulation et de modélisation du coefficient de partage"
Liste des articles scientifiques
Propriétés thermodynamiques
Propriétés de transport