Evaluation et gestion de la migration des contaminants en provenance des matériaux cellulosiques – FoodSafeBioPack

Le consortium associe quatre partenaires complémentaires. Deux laboratoires académiques spécialisés dans l’étude des transferts de matière et les matériaux en contact avec les aliments (INRAE Massy, coordination), ainsi que dans la caractérisation et la modélisation de microstructures (Université de Grenoble Alpes). Le laboratoire national de référence français sur les matériaux en contact des aliments (LNE, Trappes) et le centre technique du papier (Grenoble) vont associer leur expérience et leur expertise pour apporter des solutions pratiques aux filières agroalimentaires, du papier et de la grande distribution.

[résultats intermédiaires - non définitifs].

Les équipes de projet ont appris à s'adapter aux différentes échelles de temps et plages de concentration impliquées dans le transfert du papier et du carton vers les aliments. Elles vont de quelques secondes à plusieurs mois selon que les substances volatiles sont étudiées ou non. Cette phase d'adaptation est maintenant terminée. En relation avec le modèle thermodynamique, des stratégies robustes seront mises en place pour étudier les deux mécanismes de transfert extrêmes : les transferts via la phase gazeuse sans recondensation et avec recondensation. Le premier mécanisme est confirmé dans les échantillons commerciaux où la contamination déjà avancée n'évolue pas significativement dans le temps et reste uniformément distribuée. Le second mécanisme peut être activé par la température et en provoquant une circulation d'air dans le réseau fibreux. Ce mécanisme sera démontré dans une cellule de migration dédiée et dans une microbalance de désorption. Le rôle possible d'un mécanisme de transfert de masse lent sera étudié sur des aliments secs en relation avec les tests à long terme en cours sur des produits commerciaux. Les travaux microscopiques de sorption/désorption, de diffusion de surface et de transport par la phase gazeuse sont actuellement intégrés dans un modèle structure-propriété qui permettra de prédire les diffusivités apparentes à partir de l'organisation spatiale et de la compaction des fibres. Les diffusivités apparentes sont mesurées sur des matériaux et substances de référence pour la validation du modèle. La publication des premiers résultats du projet sera rédigée prochainement et discutée avec les professionnels participant au comité de pilotage.

Les résultats et livrables (28) appuieront l'harmonisation des réglementations des papiers et des cartons pour le contact alimentaire en Europe, ainsi que des futures normes de tests. Le développement de nouveaux types d’emballage écoconçus et sûrs est à portée de main, d’autant plus que la technologie de dépôt humide des MFC est déjà brevetée par un des partenaires et que le coût est 2 à 4 fois inférieur à une solution avec une couche plastique. Les relations structure-propriété et l’évaluation assistée par ordinateur permettront d’optimiser au mieux les MFC pour un usage sur un emballage, un suremballage, un aliment sec ou gras.

Les publications sont à venir.

Nos sociétés se trouvent à un carrefour entre plusieurs alternatives. La fin des emballages uniques en plastique est programmée en France (~2030) et en Europe (~2040). Les matériaux cellulosiques de type papiers et cartons sont aujourd’hui la seule alternative viable biosourcée, biodégradable et déjà recyclée à 70%, qui peut atteindre un marché de masse. La contamination des fibres cellulosiques recyclées par une fraction de de substances cancérigènes issues des encres et des solvants d’impression est devenue toutefois une préoccupation majeure pour la santé des consommateurs. Les autorités allemandes (2017, 2019) et françaises (2019) ont activé le principe de précaution pour tenter de réduire notre exposition à ces substances. La situation peut être qualifiée de critique car le transfert aux aliments peut se produire sans contact, au travers des couches plastiques et concernent aussi bien l’emballage primaire et secondaire (caisse américaine) que l’emballage de transport sont des sources de contaminants. Le niveau de contamination des produits alimentaires sur le marché peut difficilement être évalué par les techniques d'analyse actuelles, en raison de leur manque de sensibilité et de la présence des constituants des aliments gênant leur détection.

Le projet FOODSAFEBIOPACK offre TROIS contributions majeures. (1) Les conditions de transfert seront qualifiées de manière exhaustive par produit et par modalité pour des aliments emballés prélevés sur le marché et en utilisant un nouveau type de cellules de migration permettant de contrôler l’humidité, la congélation et le réchauffage au four. (2) Les relations entre la structure des assemblages fibreux, la structure et composition des aliments et les mécanismes de transferts de mélanges complexes de substances issues des encres d’impression seront étudiées à l’échelle nanométrique (20 nm) à l’échelle macroscopique à l’aide de nouvelles techniques nano/micro-tomographiques, d’imageries multispectrales et de simulations numériques multiéchelles. (3) Une approche préventive et universelle du risque de contamination sera proposée sur la base d’un dépôt à l’eau d’une couche de microfibres de cellulose (MFC). Cette solution technique préserve non-seulement la recyclabilité et la biodégradabilité initiale des matériaux, mais également améliore grandement les propriétés barrières des matériaux fibreux aux liquides et gaz pour concurrencer directement les matériaux plastiques. Les règles de dimensionnement de la couche MFC et d’évaluation des risques seront intégrées dans des outils prédictifs compatibles avec les approches déjà utilisées pour démontrer la conformité des emballages plastiques (10/2011/EC) ou concevoir des emballages alimentaires.

Les résultats et livrables (28) appuieront l'harmonisation des réglementations des papiers et des cartons pour le contact alimentaire en Europe, ainsi que des futures normes de tests. Le développement de nouveaux types d’emballage écoconçus et sûrs est à portée de main, d’autant plus que la technologie de dépôt humide des MFC est déjà brevetée par un des partenaires et que le coût est 2 à 4 fois inférieur à une solution avec une couche plastique. Les relations structure-propriété et l’évaluation assistée par ordinateur permettront d’optimiser au mieux les MFC pour un usage sur un emballage, un suremballage, un aliment sec ou gras.

Le consortium associe quatre partenaires complémentaires. Deux laboratoires académiques spécialisés dans l’étude des transferts de matière et les matériaux en contact avec les aliments (INRAe Massy, coordination), ainsi que dans la caractérisation et la modélisation de microstructures (Université de Grenoble Alpes). Le laboratoire national de référence français sur les matériaux en contact des aliments (LNE, Trappes) et le centre technique du papier (Grenoble) vont associer leur expérience et leur expertise pour apporter des solutions pratiques aux filières agroalimentaires, du papier et de la grande distribution.