Emballages alimentaires

Introduction

Les emballages alimentaires sont des matériaux mono ou multicouche destinés à contenir une denrée alimentaire tout en assurant sa salubrité jusqu’à sa consommation.

Depuis longtemps, l’homme a utilisé les récipients de peau, de feuilles, la calebasse, les paniers en bois, la poterie et, à partir de 1500 av. J.-C., les récipients en verre pour protéger les aliments.

Avec les développements scientifiques et les avancées technologiques récentes notamment en matière de conservation des aliments, l’industrie des emballages alimentaires n’a cessé de se développer pour d’une part, suivre ces développements, et d’autre part, répondre aux exigences croissantes du consommateur.

Aujourd’hui, on assiste à une myriade d’emballages alimentaires qui remplissent des fonctions au-delà de la protection des aliments (séduction, répondre aux exigences réglementaires, etc.). Les matériaux utilisés sont aussi divers ; on trouve les matériaux simples comme le bois, le verre, les métaux, mais aussi des matériaux complexes faisant intervenir plusieurs matériaux à la fois.

L’objectif de ce document est de passer en revue les différentes fonctions qu’assurent les emballages alimentaires et de présenter les principaux matériaux qui entrent dans leur fabrication.

Rôle des emballages alimentaires

Les différentes fonctions qu’assurent les emballages alimentaires sont : la conservation et la protection, l’information et la fonction marketing. Les différents matériaux d’emballage utilisés sont : le verre, le métal, le plastique et le bois (matériaux cellulosiques).

1^ère fonction des emballages alimentaires : Conservation des aliments

La première fonction des emballages alimentaires concerne la conservation des aliments. Cette fonction consiste à maintenir le plus longtemps possible, le plus haut degré de « qualité » de la denrée, en agissant sur les divers mécanismes d’altération pour en ralentir ou en supprimer les effets.

La conservation d’un aliment résulte d’une optimisation réussie entre des impératifs dont les implications contradictoires sont difficiles à concilier : durée (impératifs du marketing et de la distribution), facteurs scientifiques et technologiques (impératifs de recherche et développement), coût (impératifs économiques et commerciaux), qualités de l’aliment (impératifs réglementaires, image de marque, exigences des consommateurs).

L’emballage peut assurer simultanément la protection passive et/ou active des aliments : On parle d’une protection passive lorsque l’emballage constitue pour l’aliment une barrière physique contre les facteurs d’altération (O₂, humidité, …). Quant à la protection active, elle est présente lorsque l’emballage peut réagir avec l’environnement où est exposé le produit ; c’est le cas par exemple des emballages contenant des absorbeurs de rayons UV conçus pour protéger les aliments sensibles à ce type de rayonnement.

Dimensions qualitatives d’une denrée alimentaire

Si l’AFNOR définit globalement la qualité comme étant « l’aptitude d’un produit ou d’un service à satisfaire les besoins des utilisateurs » (AFNOR, norme NF-X-50-109), il faut, dans le cas des produits alimentaires, distinguer dans ce concept global plusieurs volets qui toutes correspondent à des caractéristiques altérables dans le temps et sont donc toutes étroitement liées aux conditions de conservation :

1. la qualité hygiénique : la salubrité de l’aliment dans ses conditions normales d’emploi est une exigence absolue. L’aliment ne doit comporter aucun élément toxique à des doses dangereuses pour le consommateur, doses dont l’évaluation intègre les fréquences de consommation, les quantités ingérées et la notion de « dose journalière admissible ». Cette qualité hygiénique peut être compromise par des facteurs biologiques, chimiques ou physiques.
2. la qualité nutritionnelle est l’aptitude de l’aliment à bien nourrir. Elle comporte :
3. d’une part, un aspect quantitatif : énergie accumulée sous forme chimique (amidon, lipides), mesurables par calorimétrie, ou la perte par consommation compétitive par d’autres être vivants : moisissures, insectes, rongeurs ;
4. d’autre part, un aspect qualitatif (équilibre nutritionnel de l’aliment au regard des besoins du consommateur : acides aminés, vitamines, minéraux, …).
5. la qualité sensorielle ou organoleptique : Cette composante hédonique de la qualité est très importante, mais subjective et variable dans le temps et dans l’espace, selon les individus et leurs références culturelles. Cette qualité englobe les sensations gustatives, olfactives, tactiles, visuelles, voire auditives (par exemple, craquement du pain) bien déterminées. Ce volet est extrêmement sensible aux conditions de conservation et donc d’emballage. En effet, un stockage mal conduit, un emballage inadéquat peuvent amener l’apparition de goûts désagréables (goût de moisi, chômé, fermenté goût de rance, …), d’odeurs (odeur de moisi), ou de modifications de consistance (durcissement, liquéfaction, …).

Les facteurs du milieu extérieur ou facteurs d’environnement

Du niveau qualitatif et quantitatif des facteurs d’environnement dépendent la ou les causes d’altération qui peuvent s’exprimer et qui seront prédominantes dans un processus de conservation donné, et la vitesse des réactions d’altération qu’elles entraînent.

Les différents facteurs qui jouent un rôle dans l’altération sont les suivants :

1. le facteur « temps » introduit la notion de vitesse de réaction, dont la connaissance est indispensable, afin de déterminer la durée maximale probable de conservation. Ce facteur temps se traduit concrètement par la date limite ou conseillée de consommation ou de vente portée sur l’emballage des produits alimentaires.
2. les facteurs « température » et « quantité de chaleur » (énergie disponible) ont bien sûr une extrême importance : un accroissement de la température, qui est une mesure de l’augmentation de l’agitation moléculaire, traduit un accroissement de l’énergie cinétique et de la probabilité des chocs entre molécules. Lorsque l’agitation et l’énergie disponible deviennent suffisantes pour que certaines liaisons soient rompues (notamment les liaisons hydrogène), il se produit des bouleversements dans les structures macromoléculaires.

La température est par ailleurs le paramètre essentiel de stabilité ou d’évolution des équilibres thermodynamiques. Ainsi, la stabilité des états physiques (émulsions, gels, états liquides/solides, état cristallin, état amorphe) dépend essentiellement de la température, et dans une moindre mesure des facteurs pH, a_w, etc.

Les températures de bonne conservation sont indiquées sur les emballages et doivent être respectées par tous les acteurs de la chaîne alimentaire.

1. L’hygroscopicité se mesure notamment par la « courbe de sorption » qui exprime, à l’équilibre thermodynamique, la relation qui existe entre, d’une part, la teneur en eau de la substance, et d’autre part, l’activité de d’eau (a_w) de la dite substance. Les échanges hygroscopiques sont bien entendu favorisés par l’état de division du système air/aliment dont dépendent les surfaces d’échanges, et donc les vitesses de transfert.
2. le facteur « pH » influence considérablement les activités enzymatiques et les développements microbiens ; les milieux acides étant en général favorables à une bonne conservation.
3. le facteur « teneur en oxygène et en gaz carbonique » (composition de l’atmosphère en équilibre avec l’aliment) intervient sur la nature du métabolisme (aérobie ou anaérobie) des microorganismes et des entités vivantes, et sur l’intensité des oxydations non enzymatiques et de certaines réactions d’oxydation enzymatiques.
4. le facteur « contrainte mécanique » (pression, chocs, contraintes diverses) peut être responsable de déformation, d’écrasement et/ou de cassure qui confèrent un aspect rédhibitoire au produit.

Considérant ces différents facteurs d’environnement et leur rôle dans la révélation ou la répression des causes d’altération, on conçoit le rôle primordial que joue les emballages alimentaires. En effet, l’emballage est avant tout une barrière entre un milieu intérieur (le produit alimentaire et ses causes intrinsèques d’altération) et le milieu extérieur porteur des « facteurs d’environnement » (figure 1).

De ce fait, le conditionnement et l’emballage des produits alimentaires font partie intégrante de la panoplie des techniques utilisées pour allonger la durée de vie des produits (stérilisation, froid, séchage, fumage, salage, additifs, …) et sont souvent étroitement associés à l’une de ces techniques dont ils sont le complément indispensable (par exemple, la conservation sous gaz neutre à l’abri de  l’oxygène est associée au choix d’un emballage de porosité déterminée à ces gaz).

Innocuité et inertie de l’emballage

Si la nécessité de l’innocuité de l’emballage vis-à-vis de l’aliment peut apparaître comme une évidence, son obtention en pratique n’est pas nécessairement simple, car l’emballage peut être lui-même une source de contamination et d’accident de conservation. La complexification permanente  des emballages, qui comportent plusieurs éléments constitutifs, souvent de nature différentes (plastiques, feuilles métalliques, papiers et cartons), d’une présentation et d’un aspect toujours plus sophistiqués (dessins, couleurs) nécessitant la mise en œuvre de nombreux produits chimiques (encres, vernis, solvants), accroît considérablement les risques de migration d’une substance volatile (notamment de solvant) ou soluble, depuis l’emballage vers l’aliment qu’il contient.

Ces substances contaminantes peuvent être toxiques (plomb ou étain des boites, chlorure de vinyle, monomère des bouteilles en plastique, par exemple), ou peuvent altérer les propriétés organoleptiques de l’aliment en lui conférant un goût ou une odeur inacceptable. Il existe à cet égard des listes positives des substances qu’il est licite d’incorporer à l’emballage (encre, vernis, etc.).

La migration peut en effet prendre 3 à 4 semaines avant que le défaut organoleptique ne soit perceptible, soit une durée égale à celle que demande le plus souvent la distribution et la commercialisation du produit. De ce fait, l’altération organoleptique échappe complètement aux  contrôles habituels de qualité effectués sur le produit (notamment un panel de dégustation), et qui  sont de plus en plus la règle dans l’usine : le fabricant ne peut dès lors être alerté que par les premières plaintes des consommateurs, c’est-à-dire avec 6 à 8 semaines de retard par rapport à la fabrication ; durée pendant laquelle la fabrication et le conditionnement dans l’emballage défectueux auront continué à raison de plusieurs tonnes ou dizaines de tonnes par jour.

Il faut alors récupérer, dans les entrepôts et dans les réseaux de distribution, et détruire des dizaines, voire des centaines de tonnes de produits altérés : le dommage financier et commercial direct et le dommage indirect (altération de l’image de marque, perte de parts de marché) sont toujours immenses et parfois fatals pour une entreprise. De plus, l’établissement des responsabilités est souvent difficile du fait du temps écoulé et de l’absence d’échantillon significatif au moment de l’expertise. La relative fréquence de ce type de sinistre ne peut qu’inciter à conseiller très vivement aux industriels de l’agroalimentaire, soit de mettre en place un contrôle de qualité des emballages à la réception de chaque nouveau lot, en pratiquant systématiquement les tests qui permettent de déceler en temps réel, c’est-à-dire avant l’utilisation, la non inertie de l’emballage ou des produits associés (colles, vernis, encres, etc.), soit de mettre en vigueur un dispositif sans faille d’assurance qualité avec leur fournisseur d’emballage.

On ne saurait trop conseiller non plus d’entreposer les emballages neufs dans un entrepôt propre, sec et aéré, car la contamination de l’emballage peut aussi se faire chez l’utilisateur.

Rôle de protection passive de l’emballage

L’emballage est avant tout une barrière entre le produit et le milieu extérieur, et constitue donc une protection passive vis-à-vis de ce milieu. De ce point de vue, on peut d’ailleurs considérer que la peau de certains fruits (banane, orange,…), la coque (noix) ou la coquille (œuf) constituent déjà des formes naturelles d’emballage.

• Protection mécanique :

La protection mécanique est la fonction première de tout emballage ; en effet les produits alimentaires, selon leur état physique doivent être protégés :

1. contre le transfert de la quantité de mouvement, au cours des manutentions et du stockage ; c’est-à-dire : contre les chocs instantanés susceptibles de briser ou fêler les produits cassants tels que les œufs, les pâtisseries, les confiseries ou contre les contraintes plus ou moins permanentes susceptibles de déformer les produits de texture pâteuse, souple ou plastique (pâtes, matières grasses telles que beurre ou margarine, fromage, yoghourt, etc.).
2. contre les écoulements des produits liquides, susceptibles d’apparaître à l’occasion de soudures ou de fermetures (bouchons) qui ne résistent pas suffisamment aux contraintes ou à l’occasion de chocs avec des objets susceptibles de percer l’emballage.
3. contre les insectes susceptibles de percer les emballages en carton et en plastique pour s’introduire dans le produit, et dont les ravages peuvent être considérables, notamment dans les pays tropicaux.

• Protection contre les transferts de matière :

Transfert des liquides (imperméabilité) : Le problème de l’imperméabilité et de l’étanchéité (en particulier des soudures) aux produits liquides se pose surtout pour les nouveaux matériaux d’emballage, simples ou complexes : polyéthylène associé au carton et à l’aluminium, films métallisés utilisés pour le lait et les boissons.

Transferts des gaz : Aucun matériau, hormis peut-être la boîte métallique soudée et le bocal en verre à fermeture dite « canette » ou à vis, n’est rigoureusement étanche aux gaz. En effet, la plupart des matériaux utilisés (cartons, feuilles métalliques, plastiques divers) ont une porosité plus ou moins accentuée aux gaz. Au regard de ces transferts gazeux, l’emballage joue un double rôle :

1. D’une part, un rôle de barrage aux transferts de l’extérieur vers l’intérieur de l’emballage :
   1. barrage pour l’oxygène et pour la vapeur d’eau pour la protection des produits sensibles à l’oxygène (risques de développement de moisissures ou de bactéries aérobies ; risques d’oxydation ou de rancissement), ou sujet à la réhydratation (risques d’altération de texture : perte de croustillant de biscuit ou de biscotte par exemple ; risque de formations de solution saturée avec les produits sucrés ou salés et risques de démarrage de moisissures par accroissement de l’a_w du produit) ;
   2. barrage également pour toutes les substances volatiles pouvant être présentes dans l’environnement (hydrocarbures, fumées, parfums, …) et susceptibles d’altérer les propriétés organoleptiques (goût, odeur) de l’aliment.
2. D’autre part, un rôle de barrage aux transferts inverses, de l’intérieur vers l’extérieur pour éviter :
   1. la fuite des arômes spécifiques du produit ;
   2. la déshydratation du produit, lorsque la formulation est celle d’un produit humide ou semi-humide (plats cuisinés, aliments à humidité intermédiaire) ;
   3. la fuite des gaz ou mélange de gaz qui ont pu être introduits à l’intérieur de
      l’emballage pour la conservation du produit (CO₂, N₂, etc.).

L’étanchéité aux gaz n’étant jamais totale, un choix judicieux doit être fait entre les types de matériaux ou les combinaisons de matériaux afin d’atteindre l’objectif escompté tout en tenant compte du :

1. Nature de produit ;
2. Mode de conservation (froid, chaud,…) ;
3. Conditions d’entreposage et de distribution du produit ;
4. Durée de conservation.
5. Protection contre les transferts d’énergie

Deux types de transfert d’énergie peuvent se produire du milieu extérieur vers le produit, à travers l’emballage (dont un des rôles sera de s’y opposer), et déclencher ou accélérer des processus chimiques ou microbiologiques d’altération.

• Transfert de l’énergie rayonnante : Lumière

De nombreux produits se révèlent être sensibles à la lumière (visible, et proche IR ou UV) qui initie des réactions photochimiques responsables entre autre d’altérations de couleur, de pertes de vitamines A et C. Pour ces produits, le rôle photoprotecteur de l’emballage est soit de filtrer les longueurs d’ondes gênantes, tout en laissant voir le produit, soit d’arrêter toute entrée de lumière comme pour les emballages opaques pour lesquels on compense en général l’absence de vision du produit par une image appropriée imprimée dessus. De nombreuses études ont été faites sur le rôle de la lumière sur l’altération de produits notamment du yoghourt, jus et huiles.

• Transfert de chaleur (par rayonnement, convection et conduction)

De nombreux produits nécessitent pour leur conservation une relative stabilité de température. L’emballage contribue à la conservation des produits surgelés en s’opposant au réchauffement du produit au cours des divers transports et manutentions et pannes des appareils de stockage.

De bonnes propriétés d’isolation thermique sont également recherchées pour le conditionnement des produits livrés chauds.

D’une façon plus générale le caractère isolant d’un emballage est une caractéristique utile chaque fois que le récipient est soumis à des gradients de température dont certaines parties peuvent alors subir une augmentation localisée de température et de teneur en eau jusqu’à atteindre des valeurs dépassant les seuils critiques de bonne conservation. À l’inverse, une excellente conductibilité de la chaleur est recherchée pour les boites destinées à la stérilisation discontinue.

• Protection contre les microorganismes présents dans l’atmosphère

Le maintien de la qualité hygiénique et microbiologique des aliments est l’un des rôles primordiaux de l’emballage alimentaire. D’une part, il constitue une barrière physique entre les produits emballés et les microorganismes présents dans l’air. D’autre part, il limite ou empêche les échanges gazeux susceptibles de favoriser le développement de la flore contenue encore dans l’aliment.

Quatre cas doivent être distingués :

1. Celui des produits non stériles (biscuits, pains, bonbons,…) en principe peu altérables par la microflore (produits secs, ou protégés par un agent conservateur) : l’emballage évite une contamination excessive, ou l’apport de germes pathogènes par les personnes appelées à manutentionner les produits.
2. Celui des produits contenant une flore spécifiée, qui ne doit pas être contaminée par des germes compétitifs étrangers susceptibles de se substituer à la flore d’origine (fromages, yoghourts, saucissons).
3. Celui des produits, qui sans être stériles, exigent une hygiène extrêmement rigoureuse (viandes, poissons, légumes) pour éviter la contamination du produit par la flore pathogène ou d’altération.
4. Des produits stériles (par exemple : lait stérilisé) dont l’emballage, outre l’étanchéité absolue à tous germes microbiens, doit pouvoir supporter les conditions de stérilisation, ou doit être adapté aux conditions du conditionnement aseptique.

Exemples :

Exemple 1 : Appertisation.

Les bocaux en verre et boîtes de conserve utilisés pour des aliments appertisés présentent plusieurs avantages :

1. parfaitement étanches aux liquides, aux gaz et aux micro-organismes ;
2. résistants au traitement thermique subi;
3. permettre la dilatation et la contraction de l’atmosphère intérieure du récipient pendant le chauffage et le refroidissement, sans bris ou éclatement : c’est le rôle du couvercle déformable des boites métalliques, ou du joint en caoutchouc pour les bocaux en verre.

Exemple 2 : Conditionnement  aseptique.

Dans cette technique qui s’applique surtout à des liquides (lait, jus de fruit) mais qui peut être envisagée également pour des solides, le produit stérilisé en vrac extemporanément, est introduit de façon aseptique dans un emballage lui même stérile. Le récipient est le plus souvent formé en continu dans la machine de conditionnement elle-même : il s’agit soit de films de complexes à base de carton souple, ou de films plastiques, directement mis en forme, soudés et stérilisés et immédiatement remplis et fermés, soit de récipients en plastique extrudés à haute température immédiatement remplis et scellés.

Rôle de protection active de l’emballage (emballages dits « actifs » ou « intelligents »)

Suivant le règlement du parlement européen et du conseil N°1935/2004 du 27/10/2004 : « les matériaux et objets actifs sont destinés à prolonger la durée de conservation ou à maintenir ou améliorer l’état de denrées alimentaires emballées. Ils sont conçus de façon à incorporer délibérément des constituants qui libèrent ou absorbent des substances dans les denrées alimentaires emballée ou dans l’environnement des denrées alimentaires ».

La tendance actuelle dépasse le rôle passif de l’emballage alimentaire en tant que barrière inerte entre l’aliment et le milieu extérieur, mais fait partie intégrante du process de préparation et de conservation de l’aliment. Cet emballage dit  « actif » ou « intelligent » réagit aux modifications du milieu extérieur et interagit avec le produit.

Des emballages spéciaux sont parfois réalisés pour répondre à des besoins très spécifiques. Ces emballages actifs peuvent contrôler les échanges de :

1. L’oxygène,
2. Gaz carbonique,
3. Humidité,
4. Ethylène,
5. Arôme,
6. Pression.

C’est le cas, par exemple, des sachets munis d’une soupape permettant l’évacuation de la surpression créée par le dégagement de gaz dans le café torréfié.

On peut citer aussi :

1. Le conditionnement des huiles dans du verre ombré pour protéger le contenu contre la photo-oxydation causée par les rayons ultra-violets (UV) ou même un conditionnement dans du verre translucide contenant des composants absorbant les rayons UV ;
2. Le conditionnement dans des emballages contenant de l’acide ascorbique connu par ses propriétés antioxydantes et
3. Le conditionnement dans des emballages contenant du gel de la silice doté de son activité d’absorption de la vapeur d’eau et réduire par conséquent l’humidité entourant le produit et pouvant l’altérer.

2^ème fonction des emballages alimentaires : Information

Une autre fonction des emballages alimentaires est l’information des parties intéressées. Dans le cas du consommateur, l’information véhiculée par les emballages alimentaires doit être lisible, compréhensible, correcte, précise et non confuse.

L’emballage, véhicule d’information loyale

Une information compréhensible par le consommateur

Une information compréhensible est une information rédigée dans une langue accessible au consommateur ; on cite l’exemple de la réglementation marocaine qui rend la langue arabe obligatoire pour l’étiquetage des denrées alimentaires depuis le 4 juin 2002.

Information sincère

Par sincérité, on fait allusion à l’usage des publicités ou allégations trompeuses ou même mensongères qui peuvent induire en erreur le consommateur et affecter par conséquent son choix de produit.

L’emballage, véhicule d’une information complète

Pour faire un choix éclairé, il ne suffit pas que l’information donnée au consommateur soit loyale. Il est indispensable qu’il ait une information complète sur les caractéristiques essentielles des produits qui lui permette de faire des comparaisons entre produits présentés sous la même dénomination.

L’emballage véhicule d’une information qualitative

Le consommateur souhaite pouvoir identifier clairement l’origine et le niveau de qualité du produit qu’il achète. Il fait par ailleurs de plus en plus fréquemment le lien alimentation-santé.

Les signes de qualité est l’un des moyens pour informer le consommateur sur la qualité d’un produit. Ces signes permettent au producteur une valorisation de son produit et permettent également au consommateur de connaître généralement l’origine du produit ainsi que les conditions de fabrications.

Ces signes sont aujourd’hui très nombreux (Appellations d’origine, appellations d’origine contrôlée, labels agricoles, …).

3^ème fonction des emballages alimentaires : Marketing

La troisième fonction des emballages alimentaires est le Marketing. Dans ce sens, on distinguera les fonctions principales suivantes :

1. « Repérage » et «identification » : Niveau du premier contact entre le consommateur et le produit dans les rayons des grandes surfaces.
2. « Information » et « séduction » qui devront d’abord informer le consommateur, l’attirer et l’inciter à l’achat.
3. Enfin lorsque le produit est chez le consommateur, l’emballage aura encore une fonction « de service » via son mode d’emploi.

La fonction « repérage »

La première difficulté, pour le consommateur est le repérage du produit surtout qu’il est situé entre d’autres produits concurrents; il faut vraiment être remarquable pour être repéré avant les autres.

La fonction « identification »

Il est nécessaire que l’emballage puisse attribuer le produit à son univers de référence et permettre donc au consommateur d’identifier le produit sans aucune confusion. On cite à titre d’exemples :

1. Les briques de lait ou de jus de fruit ne peuvent pas vraiment se confondre car les briques de jus sont beaucoup plus richement imprimées que celles de lait.
2. Un bocal de conserve en verre laisse entendre « tradition » et paraît moins industriel que la boite de conserve en métal.

La fonction « séduction »

La séduction du consommateur est l’une des fonctions les plus subjectives et la plus importantes de l’emballage.

La fonction « service »

Cette dernière fonction n’apparaît en fait qu’après l’achat, chez le consommateur. Elle regroupe l’ensemble des qualités d’usage ou des facilités d’emplois que doit avoir un emballage pour le consommateur ainsi que la garantie d’inviolabilité du produit. Pour illustrer cette fonction, on cite à titre d’exemples :

1. Un bouchage de sécurité pour les produits d’entretien dangereux.
2. La possibilité de reboucher facilement le produit après un premier usage comme pour les laits UHT.

La fonction « manutention »

Ici c’est l’aspect pratique de l’emballage pour la distribution qui emporte. Un choix judicieux du matériau d’emballage et sa forme permet une bonne protection du produit lors de la manutention depuis la production jusqu’au consommateur final.

La fonction « valorisation »

La question d’optimisation oblige l’industriel à choisir une forme d’emballage qui permet d’exploiter au maximum l’espace alloué au produit dans un hypermarché ce qui permet de générer une bonne rentabilité tout en minimisant l’espace occupé.

Les différents matériaux d’emballages alimentaires

Le verre

Le verre est un matériau minéral à base de silicium, fabriqué à partir du sable siliceux, largement utilisé dans les emballages alimentaires. Il présente plusieurs avantages importants :

1. Transparent ;
2. Inerte ;
3. Réutilisable ;
4. Recyclable.

Cependant, il renferme certains inconvénients majeurs qu’on peut énumérer comme suit :

1. Fragile ;
2. Dangereux ;
3. Faible conductibilité thermique.

Utilisations

L’utilisation du verre comme matériau dans les emballages alimentaires remonte à plusieurs siècles. Le verre d’emballage comprend les flacons, les pots, les bocaux, les gobelets, etc.

Les produits alimentaires emballés dans le verre sont nombreux :

1. liquides : Eaux, eaux, jus, huiles et boissons rafraîchissantes, lait, huiles, vinaigres, …
2. conserves : légumes, fruits, pâtés, viandes, …
3. confitures, miel, pâtes à tartiner, …
4. condiments, moutardes, assaisonnements, …
5. aliments infantiles.
6. produits à base de lait : yaourts, …
7. café soluble, épices, …
8. plats cuisinés, etc.

Qualité intrinsèques des emballages en verre

La très large utilisation du verre dans les emballages alimentaires n’est pas le fruit du hasard mais est pleinement justifié par un ensemble de qualités propres au verre dont les plus importantes sont énumérées ci-dessous :

1. Le verre est imperméable aux gaz, vapeurs et liquides. C’est un matériau à barrière exceptionnel.
2. Le verre est chimiquement inerte vis-à-vis des liquides et produits alimentaires et ne pose pas de problème de compatibilité ; il peut être utilisé pour tous les produits alimentaires liquides, solides, pâteux ou pulvérulents.
3. Le verre est un matériau hygiénique et inerte sur le plan bactériologique ; il ne fixe pas et ne favorise pas le développement de bactéries ou microorganismes à sa surface.
4. Facile à laver et à stériliser.
5. Le verre n’a pas d’odeur et ne transmet pas les goûts et ne les modifie pas; il est le garant des propriétés organoleptiques et de la saveur de l’aliment.
6. Le verre est transparent et permet de contrôler visuellement le produit.
7. Il peut être coloré et apporter ainsi une protection contre les rayons ultraviolets pouvant nuire au produit contenu.
8. Le verre résiste aux pressions internes élevées que lui font subir certains liquides.
9. Le verre a une résistance mécanique suffisante pour supporter les chocs sur les chaînes de conditionnement qui travaillent à cadence élevée  et pour supporter des empilements verticaux importants pendant le stockage.
10. Il est recyclable.
11. Laisse passer les microondes et permet le réchauffage de l’aliment.

Les matériaux métalliques

Matériaux à base d’acier : Fer blanc et fer chromé

Le principal matériau utilisé dans les emballages alimentaires, et en particulier pour les boîtes à conserve, est le fer blanc ; mince feuille d’acier doux revêtu électrolytiquement d’une couche d’étain pur sur ses deux faces.

Un produit dérivé, le fer chromé, a pris une place importante, représentant 30 % du tonnage global.

Fer blanc

Le fer blanc est constitué de l’acier, alliage du fer et d’autres matériaux, et une couche d’étain (Figure 2).

1. L’acier de base

La composition chimique de l’acier de base influence également les caractéristiques mécaniques de l’emballage et peut jouer un rôle sur la résistance à la corrosion.

1. L’étamage

Réalisé par voie électrolytique, l’étamage permet de déposer en continu une quantité précise d’étain sur chaque face du métal qui a été préalablement décapé et dégraissé. Ce dépôt est ensuite refondu pour obtenir un alliage avec le support et l’aspect brillant caractéristique. Enfin, la surface reçoit un traitement électrochimique de passivation pour parvenir à une couche superficielle contenant des oxydes d’étain, des oxydes de chrome et du chrome métallique. En dernier, il reçoit un très léger huilage facilitant son glissement et sa protection avant vernissage.

En pratique, les taux d’étain, exprimés en g/m², sont choisis en fonction du type de boîte, du contenu et des conditions de mise en œuvre. La normalisation recommande les valeurs nominales suivantes : 1,0 – 2,0 – 2,8 – 5,6 – 8,4 et 11,2 g/m² par face. Toutefois, les taux inférieurs à 2,8 g/m² ne sont pas utilisables pour les produits appertisés.

Le fer chromé

C’est un matériau composé d’acier et d’une couche de chrome, l’opération d’addition de ladite couche est dite « chromage ».

Mise au point au Japon vers 1965, cette famille de revêtement s’est imposée aux USA puis en Europe comme le complément indispensable du fer blanc.

L’appellation internationale du fer chromé est ECCS (ELECTROLITIC CHROMIUM COATED STEEL) mais la désignation usuelle TFS (TIN FREE STEEL) est encore couramment employée.

Aluminium

L’aluminium est aussi un matériau très utilisé dans les emballages alimentaires. Il présente des caractéristiques suivantes :

1. Légèreté.
2. Etanchéité contre les gaz.
3. Recyclable.
4. Flexible.
5. Stable.

Cependant, ce matériau présente certains inconvénients :

1. Relativement cher.
2. Fermeture difficile.
3. Fonctions marketing limité (formes limitées).

Les vernis de protection de l’emballage métallique

Certains matériaux métalliques comme l’aluminium ou le fer chromé sont souvent vernis sur les deux faces intérieure et extérieure. La fonction essentielle des vernis est de minimiser les interactions des métaux de l’emballage avec les produits conditionnés et le milieu extérieur.  A l’extérieur, les revêtements organiques assurent simultanément la fonction de protection et de décoration.

Les vernis sont des produits susceptibles de former un film adhérent au métal, continu et inerte de point de vue physico chimique, c’est-à-dire que la migration qui peut avoir lieu lors du contact contenant-contenu ne compromettra pas la salubrité de la denrée alimentaire.

Leurs constituants principaux des vernis sont :

1. matières filmogènes (polymères organiques) ;
2. solvants nécessaires à la fabrication et à la mise en œuvre des vernis mais éliminés lors du séchage ;
3. pigments éventuels et additifs divers.

Les vernis non pigmentés sont transparents ou incolores; les pigments  opacifient le film et le colorent, on peut citer par exemple l’oxyde de titane qui permet de faire des revêtements blancs, ce vernis commence à devenir le composant essentiel des encres pour décoration extérieure vue la teinte et l’attractivité que confère à l’emballage.

Plastiques

Les emballages plastiques constituent une bonne part du marché des emballages alimentaires. L’aspect pratique de l’emballage en  plastique joue un rôle très important pour le consommateur des produits de grande consommation. Les produits qui ont leur approbation ont par exemple un bec verseur permettant une réutilisation facile et pratique ; ils offrent par conséquent un autre service au consommateur.

Ces emballages alimentaires en plastique offrent une variété infinie de solutions, ils s’adaptent au sur mesure et à une infinité de contenus. Grâce à leur légèreté, à leur capacité de valorisation, que ce soit par recyclage ou valorisation énergique, les emballages après usage répondent aux exigences environnementales.

L’emballage plastique est résistant, il évite ainsi des pertes de produit, des risques de dommages pour l’aliment qu’il protège. Il s’est adapté aux cadences de conditionnement de l’industrie agroalimentaire et aux modes de distribution des produits.

Toutes les exigences précitées du produit agroalimentaire à emballer, qu’elles soient d’ordre technique, sécurité, hygiène, compatibilité contenant-contenu, praticité consommateur, information, marketing, expliquent que grâce à leur diversité, tant en termes de matériaux que de modes de transformation, les matières plastiques sont présentes dans un nombre de plus en plus vaste d’applications.

Les différents matériaux les plus utilisés sont : PET, PEhd, PEbd, PS, PVC, PP.

Les matériaux et leurs applications

Le choix des matériaux

L’emballage rigide primaire, donc en contact avec les denrées alimentaires doit répondre à un ensemble de contraintes ; il faut que le matériau se prête à la technique de transformation nécessaire à l’obtention de la bouteille, de la barquette ou du pot, mais aussi offrir les propriétés requises :

1. Résistance aux chocs, au froid (congélateur) et à la température (ex. stérilisation, micro-onde) ;
2. Attractivité en rayon de magasins (forme, couleur, aspect, transparence, pouvoir de séduction) ;
3. Praticité pour le consommateur : ouverture/fermeture facile (bouchon vissable, bouchon charnière et clipsable, opercule couvercle pelable), distributeur de doses ;
4. Durée de conservation : emballage barrière à la vapeur d’eau, à l’oxygène et aux odeurs. Utilisable pour le conditionnement sous atmosphère modifiée ;
5. Sécurité du consommateur : témoin d’inviolabilité sur les ouvertures, étanchéité.

Cependant la fonction première des emballages alimentaires est sans conteste de garantir la protection de l’aliment contre les risques de contamination chimique et microbiologique externe pendant la durée de conservation prévue. Toutes les matières plastiques offrent de ce point de vue, des propriétés d’imperméabilité et d’innocuité qui souvent s’avèrent satisfaisantes même dans une structure d’emballage monocouche (Dans le paragraphe suivant, ces polymères sont dits « matériaux de structure »).

Dans le cas où l’aliment par nature est sensible à l’oxygène de l’air ou aux odeurs il faut faire appel à des matériaux dits « barrière ». Ces derniers sont alors utilisés systématiquement dans des emballages multicouches en association avec des matériaux de structure.

Les matériaux dits « barrière »

Ces matériaux présentent une très faible perméabilité à l’oxygène et au gaz carbonique, mais aussi à des molécules plus lourdes comme les arômes des aliments. La tendance actuelle à l’augmentation de la durée limite de consommation favorise de plus en plus leur utilisation. Cependant leurs autres caractéristiques, et notamment leur prix, ne leur permettent pas une utilisation large.

1. Copolymère d’éthylène alcool vinylique (EVOH)

C’est un matériau très utilisé dans les emballages alimentaires rigides car il prête bien à la coextrusion de feuilles ou de corps creux en combinaison avec des matériaux de structure comme les polyéthylènes, polypropylène, ou polystyrène. Le caractère cristallin et polaire de l’EVOH nécessite cependant l’utilisation de liants qui assurent l’adhésion avec les matériaux de structure.

Ce copolymère présente une excellente imperméabilité à l’oxygène, au gaz carbonique et aux arômes mais à condition de le protéger de l’influence de l’humidité qui fait chuter fortement ses performances. Pour pallier à cet inconvénient il est souvent pris en sandwich dans des structures multicouches (Figure 3) à base de polyoléfines PE ou PP peu sensibles à l’humidité.

Cette optimisation de la structure peut également être trouvée en ajustant le taux d’éthylène dans l’EVOH qui, dans la pratique, varie de 29% à 44% en poids. La facilité de mise en œuvre et la moindre sensibilité à l’humidité croit avec le taux d’éthylène. En revanche, les propriétés « barrière » augmentent avec la teneur en alcool vinylique.

• Chlorure de polyvinylidène (PVDC)

Il s’agit de la famille de matériaux « barrières » la plus couramment utilisée dans les films souples. Elle est en fait constituée de copolymères de chlorure de vinylidène.

• Absorbeurs UV (Tinuvin 326)

Parmi les absorbeurs UV, vient le tinuvin 326  qui a été démontré efficace pour retarder l’absorption des rayonnements UV. Ce composé, approuvé par le FDA (Food and Drug Administration) comme additif d’emballage alimentaire en avril 1981, s’est avéré efficace contre la photooxydation de l’huile de soja (Pascal et al., 1995) et protège la vitamine A contre la photooxydation (Shipe et al., 1983 ; Fanelli et al., 1985).

Les matériaux de structure et leurs associations

• Polyéthylène basse densité (PEbd)

Ce Matériau domine très largement les emballages alimentaires souples car il assure une excellente imperméabilité à l’humidité et une soudabilité thermique à haute cadence. Il peut être utilisé pour les produits alimentaires liquides.

• Polyéthylène haute densité (PEhd)

Le PEhd (Figure 4) a fait une percée remarquable dans deux secteurs où le brique carton a des positions dominantes : le lait et les jus de fruits. En effet la liberté des formes, des couleurs et la praticité des bouteilles plastiques ont renouvelé le marketing de ces produits.

Le lait longue conservation est conditionné dans des bouteilles multicouches pour éviter l’altération du lait par photooxydation.

On note que pour les jus de fruits frais, ayant une DLC de quelques jours en bouteilles PEhd translucides monocouche, on peut atteindre, grâce à des emballages multicouches constitués de PEhd-liant-matériau barrière-liant-PEhd, à l’instar de la structure représenté dans la figure 3 (dans cette structure le PEhd constitue le matériau de structure à l’intérieur duquel on a intégré un matériau barrière permettant d’augmenter le « shelf life » du produit). Une telle structure peut augmenter la DLC des jus jusqu’à 9 mois.

Une partie des huiles de table est conditionnée en bouteilles PEhd opaques surtout celles de tournesol dont la présence des cires peut influencer le comportement du consommateur en leur conférant une apparence turbide non appréciée.

• Polypropylène (PP)

Il fait partie de la famille des polyoléfines, constitués essentiellement à partir de propène. Il entre principalement dans la fabrication de films d’emballage de paquets de cigarettes, de fleurs, bonneterie et produits alimentaires secs (Figure 5).

C’est un matériau qui offre plusieurs avantages :

1. Un bon rapport qualité/prix ;
2. Une rigidité et  transparence adéquates à la production alimentaire ;

Le PP est utilisé pour le conditionnement des mayonnaises et du ketchup en flacons souples, mais pour parfaire l’opération  il faut intégrer une barrière à l’oxygène comme l’EVOH dans une structure multicouche de type PP-liant-EVOH-liant-PP.

Le thermoformage du polypropylène a permis à ce matériau de conquérir d’autres parts de marché comme celui des desserts lactés, fromage frais aux fruits, les biscuits en boîtes familiales, …

• Polystyrènes compacts (PS)

Le polystyrène (PS) (Figure 6) : ce polymère du styrène est surtout utilisé dans les emballages de produits laitiers (yaourts, crème fraîche, desserts lactés) et les gobelets pour distributeurs automatiques. Le polystyrène est le matériau par excellence adapté au thermoformage à grande cadence; le PS domine encore largement dans le conditionnement des produits laitiers frais, comme les yoghourts, desserts lactés, fromages blancs. Il est d’ailleurs le seul matériau utilisé dans la technique dite de « FORM FILL SEAL (FFS) » qui consiste à enchaîner sur une même ligne de production, le thermoformage, le remplissage et la fermeture par scellage.

Les pots de yoghourts PS fabriqués par FFS sont ensuite vendus en linéaire par lots de 4, 6, ou 8 pots non découpés. Le consommateur peut facilement séparer les pots par pliage.

Pour les produits sensibles à l’oxygène ou pour de longue durée de conservation on doit mettre en œuvre des structures multicouches du type PS/EVOH/PE. C’est le cas de la viande ou de la charcuterie conditionnées en atmosphère modifiée et aussi des compotes de fruits.

• Polyéthylènetéréphtalate (PET)

Ce plastique de la famille des polyesters a, contrairement au PVC, une très faible perméabilité au CO₂. Il est donc employé dans la fabrication des bouteilles de boissons gazeuses ; il intervient aussi dans la fabrication de flacons de produits cosmétiques.

Le polyéthylène téréphtalate (PET) est devenu le matériel de choix pour le conditionnement des huiles de table car il offre une meilleure protection contre l’oxygène et une résistance élevée aux chocs. La minimisation de la photooxydation altérative dans les emballages alimentaires transparents peut être assurée par l’utilisation des stabilisants UV ou des composants incolores qui absorbent les rayonnements UV (Dexter,1984).

Comme le polypropylène, le PET (Figure 7) connaît une forte croissance dans l’emballage et tout particulièrement dans le conditionnement des boissons et eaux embouteillées.

Les matériaux cellulosiques au service des emballages alimentaires

Types de matériaux cellulosiques

Les matériaux cellulosiques (bois, papier, carton) constituent une part importante dans le secteur des emballages alimentaires, surtout pour l’alimentaire non liquide où  l’emploi peut atteindre jusqu’à 40% selon le comité français de l’emballage papier-carton (en 1992).

Utilisations des matières cellulosiques

1. Le bois pour emballer les fruits secs et frais (Pommes, mangues, Dattes, raisins secs …), il offre l’avantage d’une manipulation et gerbage facile.
2. Les bouchons de bouteilles en verre fabriqué du liège du chêne-liège.
3. Carton et papier utilisés pour emballer les fruits et légumes,

Conclusion

Le choix de l’emballage alimentaire reste extrêmement important dans toute activité alimentaire. Un choix qui devra faire d’abord l’objet d’une étude souvent fastidieuse permettant de cerner tous les facteurs endogènes et exogènes qui peuvent affecter la qualité de l’aliment en question ou influencer le choix du consommateur.

Références bibliographiques

• J.L. MULTON & G.BUREAU Coordonnateurs ; L’emballage des denrées alimentaires de grande consommation, Collection : Sciences et techniques agroalimentaires.
• R.ABOUTAYEB & M.RAHMANI ; Contribution au développement de Méthodes d’analyse de la vitamine A dans les huiles végétales fortifiées ; Institut Agronomique & Vétérinaire Hassan II ; Juillet 2003.
• Pascal et al. ; Decreasing lipid oxidation in soybean oil by UV absorber in the packaging material ; 1995.
• Shipe et al. ; Use of pigments in plastic containers to reduce light induced changes of milk nutrients and flavor. J.Dairy science ; 1983.
• Fanelli et al. ; Protection of milk packaged in high density polyethylene against photodegradation by fluorescent light. J.Food Protect ;  1985.
• Dexter ; UV stablizers ; Incyclopedy of chemical technology, 3ème edition, Interscience publication, New york ; 1984.

Pour aller plus loin

Pour aller plus loin, vous pouvez consulter les cours suivants : Sertissage des boites métalliques et capsulage des bocaux en verre.