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MQ12 – Choix des matériaux

A06

Porteur du projet : Philippe Revel

Groupe étudiant : Jérémy Godfroy, GM05 LIB Vincent Guyon, GM05 MPI Loïs Perrier, GM05 MIT

Contenants pour boisson – MQ12 2/34

MQ12 – Contenants pour boisson ▲ Jérémy Godfroy ▲ Vincent Guyon ▲ Loïs Perrier

Sommaire 1. Introduction ....................................................................................................... 3 2. Historique ........................................................................................................... 4

2.1. Historique de l’emballage de boisson..................................................... 4 2.2. Quelques contenants " actuels" .............................................................. 5

3. Analyse fonctionnelle....................................................................................... 6 3.1. Expression des fonctions ............................................................................ 6

3.1.1. Fonctions primaires................................................................................. 6 3.1.2. Fonctions secondaires (besoins liés à la production) ....................... 6

3.2. Besoins liés à l'utilisateur ............................................................................. 7 3.3. Besoins liés à la boisson............................................................................. 8 3.4. Besoins liés à l'environnement................................................................. 13 3.5. Aspect normatif ........................................................................................ 14 3.6. Besoins secondaires.................................................................................. 15

4. Les procédés de fabrication actuels ............................................................ 16 4.1. Fabrication du verre................................................................................. 16

4.1.1. Matières premières............................................................................... 16 4.1.2. Processus................................................................................................ 16 4.1.3. Déchets environnementaux et recyclage....................................... 17

4.2. Fabrication des boîtes de boisson ......................................................... 18 4.2.1. Matières premières............................................................................... 18 4.2.2. Processus................................................................................................ 18 4.2.3. Déchets environnementaux et recyclage....................................... 19

4.3. Fabrication du plastique.......................................................................... 20 4.3.1. Matières premières............................................................................... 20 4.3.2. Processus................................................................................................ 21 4.3.3. Déchets environnementaux et recyclage....................................... 21

4.4. Bilan technico-économique................................................................... 22 4.4.1. Données comparatives ....................................................................... 22 4.4.2. Tableau de comparaison des matériaux d’emballage ................ 24

5. Etude approfondie : boîte de boisson de Coca-Cola™............................. 25 5.1. Caractéristiques du Coca Cola™ ......................................................... 25

5.1.1. Forme et taille du contenant.............................................................. 25 5.1.2. Environnement...................................................................................... 26 5.1.3. Besoin pour la production................................................................... 26

5.2. Modélisation via CES ................................................................................ 27 5.2.1. Dilatation thermique ............................................................................ 27 5.2.2. Résistance à la pression interne ......................................................... 28 5.2.3. Paramètres divers ................................................................................. 30 5.2.4. Bilan des modélisation avec CES....................................................... 32

6. Conclusion....................................................................................................... 33 7. Bibliographie ................................................................................................... 34



1. Introduction

Le choix des matériaux est une discipline fondamentale dans la conception de tous les produits ou process et il est important d’en connaître les fondements. Dans le cadre de l’Unité de Valeur MQ12 (Choix des matériaux), nous avons la possibilité d’associer une vision théorique à une vision pratique par le biais d’un projet à mener pendant un semestre.

Notre projet traite du choix des matériaux pour les contenants pour boisson. De plus

en plus d’actualité, la protection des aliments et des consommateurs est un facteur qu’il faut intégrer dès la conception du futur contenant.

A cet effet, nous avons réalisé un historique des méthodes et matériaux rencontrés pour le stockage de la boisson puis nous avons analysé l’aspect choix des matériaux à travers la méthode d’Ashby.

Fig. 1 : Principes du chois des matériaux selon Ashby

Pour traiter ce sujet, nous avons suivi les principes formulés par Ashby dans sa

méthode et nous nous sommes intéressés aux fonctions que doivent remplir les contenants pour boisson, les matériaux possibles qui les constituent et les différentes formes qu’ils peuvent prendre. Nous traiterons également, mais de manière globale les processus de fabrication et les conséquences de fin de vie des produits.

En ce sens, nous avons réalisé plusieurs recherches afin d’en savoir plus à la fois sur les

boissons et sur les types de contenants existants, puis nous avons réalisé une analyse fonctionnelle pour connaître les principales fonctions.

À partir de ces données, nous avons pu mettre en avant les points cruciaux pour le choix de matériaux et nous avons pu mettre en lumière certains d’entre eux via le logiciel CES Selector.



2. Historique

2.1. Historique de l’emballage de boisson

Les premiers contenants pour boisson remontent à l'origine des temps, déjà à la période préhistorique on retrouvait l'utilisation de récipients en bois destinés entre autres au stockage de l'eau.

La première évolution des contenants pour boisson se fait avec l'apparition des

poteries (généralement on situe l'apparition des poteries vers le Néolithique : -9000 à -4500 avant JC), elles seront ensuite largement utilisées dans l'antiquité (cruche, jarre, amphore …). On retrouve aussi à cette époque la généralisation du tonneau de bois, cerclé de fer, inventé par les Gaulois pour le stockage notamment de boissons fermentées. Le verre fera son apparition plus tardivement pendant l'antiquité (vers le 2ème siècle avant JC) et sera surtout utilisé à ses débuts pour réaliser de petits objets comme des perles ; la généralisation du verre se fera sous l'empire romain (1er siècle av JC) avec l'apparition de la technique de soufflage du verre. L’utilisation des métaux remonte surtout à l'age du bronze, les premiers récipients étaient réalisés en tôle de bronze, mais ils étaient assez rares, car le métal était surtout destiné pour les armes et les parures. L'utilisation de plastique dans les contenants pour boisson est très récente, les premiers plastiques 100% synthétique commenceront à se développer après la Première Guerre mondiale (le 1er plastique synthétique fût créé en 1907) mais l'apparition de la première bouteille plastique remonte aux années 60.

Quant à la cannette, elle serait née d'une demande des militaires durant la Seconde Guerre mondiale, les premières cannettes dériveraient ainsi directement des boîtes de conserve (pour boire dans cette dernière, l'utilisateur devait y percer un trou). Les premières cannettes étaient en aluminium du fait du manque de fer blanc à l'époque et de l’utilisation contestée de l’étain. La cannette va connaître un grand succès grâce notamment au fameux système d'ouverture facile développé en 1960.

Une autre petite révolution dans le domaine de l'emballage des produits laitiers et de jus de fruits apparaîtra dans les années 50 : l'emballage Tetra Pak (qui doit son nom au premier emballage en forme de berlingot tétraédrique). Aujourd'hui, ce contenant marie le carton, l'aluminium et le plastique (75% de carton, 20% de plastique et une fine couche d'aluminium pour la protection contre la lumière et l'oxygène) et il est moins coûteux qu'une bouteille en plastique. Enfin de nos jours le contenant est aussi un véritable support marketing, surtout pour les cannettes, qui véhiculent une tendance "jeune et branchée" les industriels l'ont bien compris, et n'hésitent pas à faire appel à des graphistes pour les décors de leurs bouteilles. Aujourd'hui la cannette représente 19% du marché des boissons en Europe de l'ouest. Ce marché qui s'élève à quelque 155 milliards d'unités annuelles et est encore dominé par l'utilisation du verre à hauteur de 39 %, suivi par les bouteilles en plastiques qui représentent 30% du marché. La bouteille plastique est surtout présente sur le marché des contenants gazeux avec 60% du marché1.

1 Source Total Petrochemical année 2005



2.2. Quelques contenants " actuels"

Simple bouteille de verre…primée lors d'un

célèbre concours de design en 2006 aux USA

Cannette décorée par Kenzo Takada un couturier

de renom

Le 1er emballage "TetraPak" 1951

Bouteille en PET "incassable"

Bouteille "rafraîchissante" garde le soda au frais plus

longtemps



3. Analyse fonctionnelle

Fig. 2 : "Diagramme Pieuvre" de l'analyse fonctionnelle d'un contenant pour boisson

3.1. Expression des fonctions

3.1.1. Fonctions primaires

�� Besoins liés à l'utilisateur - L'emballage ne doit pas être nocif, aussi bien pour le contact de la peau que de

la bouche - L'emballage doit pouvoir être manipulé facilement et sans risques (forme

géométrique, état de surface …) - L'emballage doit pouvoir se démarquer de la concurrence

�� Besoins liés à la boisson

- L'emballage ne doit pas altérer la boisson - L'emballage ne doit pas être détérioré par la boisson - L'emballage doit garantir une durée de vie suffisante de la boisson

�� Besoins liés à l'environnement

- L'emballage doit résister à l'environnement dans une certaine mesure - L'emballage doit pouvoir être recyclable

3.1.2. Fonctions secondaires (besoins liés à la production)

- Le matériau utilisé ne doit pas être rare ou cher - Le procédé doit permettre d’obtenir des formes complexes du contenant - Le procédé ne doit pas être coûteux et assurer une cadence de production

convenable - Le matériau peut être décoré facilement (pour l’aspect visuel) - Les contenants doivent pouvoir être stockés facilement



3.2. Besoins liés à l'utilisateur

• L'emballage ne doit pas être nocif, aussi bien pour le contact de la peau que de la bouche

Le contenant sera amené à être en contact avec la peau et surtout avec la bouche. Il faut donc qu'aucune particule du matériau ne puisse être ingérée par l’utilisateur.

• L'emballage doit pouvoir être manipulé facilement et sans risque (forme géométrique, état de surface …)

Les paramètres qui vont intervenir dans la manipulation du contenant sont les suivants - Forme géométrique - Volume du contenant - Poids - État de surface

o Forme géométrique Le contenant va être manipulé par l'utilisateur (de tout âge) et il faut que ce soit sans risques de coupure ou autre. Selon la forme géométrique du contenant, certains matériaux seront peut-être à proscrire (exemple : le métal pour des contours en angle droit…).

La forme du contenant doit aussi permettre à l'utilisateur de le manipuler facilement, certains contenants pouvant être utilisés lors de déplacements, il faudra que la forme soit adaptée (exemple : pour une préhension du contenant à une main).

Enfin, la forme pourra faire l'objet d'un design spécifique selon la population visée

(notamment pour les jeunes) ou selon des périodes de l'année (contenant spécial noël etc.) o Volume du contenant

Différents volumes sont à prévoir pour le contenant selon l'utilisation. Pour des

contenants destinés aux transports, les volumes de boisson varient en général entre 33cl et 50cl, et pour les contenants de "tables" les volumes de boissons varient de 1l à 2l.

Il faudra donc prévoir une gamme de contenants pour une seule et même boisson.

o Poids Le poids du contenant est aussi très important pour l'utilisation, ce dernier doit être dans la mesure du possible réduit afin de rendre les manipulations aisées. Ce paramètre joue un rôle prépondérant dans les transports et la logistique pour les contenants en sortie d’usine, mais cette partie sera traitée dans les besoins liés à la production.

o L'état de surface L’état de surface du contenant ne doit pas être désagréable pour la manipulation par l'utilisateur (notion de design sensoriel).

Néanmoins, nous ne recherchons pas non plus à obtenir un état de surface "parfait".



• L'emballage doit pouvoir se démarquer de la concurrence

Il peut être important, selon le public visé, d'obtenir un design du contenant facilement identifiable par le consommateur. Plusieurs paramètres peuvent rendre un contenant "agréable" que ce soit par sa forme, la couleur de son emballage (utilisation d'une décoration ou non) ou par un système d'ouverture particulier.

3.3. Besoins liés à la boisson

• L'emballage ne doit pas altérer la boisson Tout comme pour l'utilisateur, le matériau en contact avec la boisson ne devra pas libérer de particules quelconques, susceptibles d'être ingérées. Ce besoin repose avant tout sur l'existence de nombreuses normes pour les matériaux en contact alimentaires.

Selon les règles, c'est aux producteurs du matériau d'attester de la conformité aux exigences de composition chimique spécifiée. Exemple de norme "Acier pour emballage avec revêtement métallique (fer étamé)" « L'acier constituant le support doit satisfaire les exigences spécifiées dans la fiche ‘‘Acier pour emballage - Produits plats en acier destiné à entrer au contact des denrées, produits et boissons pour l'alimentation de l'homme et des animaux’’ - Acier non revêtu (fer noir).. » Un extrait de la norme NF A 36-701.

Fig. 3 : Teneur maxi pour des éléments entrant en contact avec le consommable

Ceci n'est bien entendu qu'une partie de la norme.



• L'emballage ne doit pas être détérioré par la boisson Les caractéristiques de la boisson ne doivent pas venir altérer le matériau de notre contenant. Nous avons listé les différents paramètres clés de la boisson afin de les analyser :

- Acidité - Pression - Présence de gaz - Présence d'éthanol, d'oligoéléments, etc. - Température

o Acidité Pour mesurer l'acidité d'une boisson, nous utilisons la notion de pH.

Dans les boissons gazeuses, nous allons retrouver différents types d'acide, les 2 acides les plus rencontrés sont l'acide carbonique et l'acide phosphorique.

L'acide carbonique L'acide carbonique est dû au procédé utilisé pour rendre gazeuses les boissons : la

carbonatation. La carbonatation peut se faire de deux manières : - Naturellement, lors de la fermentation des sucres en alcool (ce qui est le cas des

vins pétillants, de la bière...) - Artificiellement, par injection de CO2 (le CO2 réagit avec l'eau pour former l'acide

carbonique suivant la réaction CO2 + H2O � H2CO3).

L'acide phosphorique

L'acide phosphorique est utilisé pour donner un goût acidulé à la boisson, c'est un

acide très fort (bien plus fort que l'acide carbonique) qui donne ainsi un pH acide à la boisson (pH < 7).

Dans les boissons non gazeuses, on va retrouver aussi une certaine acidité naturelle

(en général moins importante). Ainsi, la mesure du pH sur une boisson Ice Tea® donne un pH plutôt acide égal à 5. La liste des acides que l'on retrouve dans les boissons est longue, on retrouve l’acide

lactique (pour le lait), l’acide ascorbique, etc. D'une manière générale, le matériau que l'on utilisera devra pouvoir résister à un pH

acide. pH de quelques boissons :

Boisson pH Eau Lait

Eau minérale gazeuse Thé glacé Coca-cola

Citron

~7 6,7 6 5

2,7 2,5

Variation du pH Il est à noter aussi que le pH varie sensiblement avec la température, il diminue lorsque cette dernière augmente. Globalement, dans le cas le plus extrême des boissons acides, notre matériau devra résister à un pH de 2.



o Pression

Il existe 2 types de pression à prendre en compte pour notre boisson :

- La pression "naturelle" engendrée sur les parois par le fluide lui-même (ne dépend que du volume de liquide et de la masse volumique contenu dans le contenant)

- la surpression engendrée par le recours à un gaz. (dépend de la pression

d'injection du gaz).

Toutefois, on retrouvera dans toutes les boissons (même les non gazeuses) une surpression engendrée par un gaz. Cela est dû à un procédé industriel appelé inertage.

Le principe est d'injecter un gaz dit "inerte" dans l'espace de tête du contenant (voir

schéma ci-dessous) afin de chasser l'air contenu dans ce dernier. Sans ce procédé, l'air, constitué principalement d'oxygène, réagirait avec notre boisson (altération du goût, bactéries par oxygénation).

Grâce au procédé d'inertage, une bouteille d'eau non ouverte par exemple peut se garder des mois. Tandis qu’une fois ouverte, la consommation doit être rapide puis le gaz inerte s’est échappé et la boisson est directement en contact avec l’air, accélérant son oxydation.

Ce principe d'inertage a également un intérêt mécanique, car la surpression engendrée par le gaz permet de rigidifier l'espace de tête, très important pour la rigidité globale du contenant.

La surpression engendrée par le procédé d'inertage varie de 100 mbars à 2 bars

(source Air Liquide). Pour une boisson gazeuse, la pression engendrée par le procédé de carbonatation

varie de 2 à 7 bars (0,2 - 0,7 Mpa) pour un contenant de 33 cl. Variation de la pression La pression contenue dans le récipient peut augmenter à cause du facteur température. En effet, la pression d'un gaz est directement proportionnelle à l'énergie cinétique de molécules enfermées dans un volume donné et au nombre de molécules par unité de volume.

Espace de tête



Toutefois, l'énergie cinétique des molécules dépend de la température : plus la température est élevée, plus les molécules iront vite, donc augmentation de la pression et inversement si la température chute. Présence de gaz Comme nous l'avons expliqué précédemment, pour rendre une boisson gazeuse on utilise le principe de la carbonatation. Ce principe repose sur l'utilisation du gaz carbonique CO2 (qu'il soit produit par fermentation des sucres ou artificiellement). De même pour le principe d'inertage utilisé pour la conservation et le conditionnement des bouteilles, il existe trois gaz utilisés : l'azote, l'argon et le CO2.

Quels que soit les gaz utilisés pour ces deux étapes, il est nécessaire qu’ils n'interagissent pas avec le matériau de notre contenant.

Il existe une norme ISO précisant la compatibilité des matériaux des bouteilles avec les gaz utilisés. Bien que ce soit avant tout une norme pour des contenants purement gazeux, elle peut dans un premier temps nous permettre de nous avertir sur l'utilisation de certains matériaux.

Compatibilité des matériaux des bouteilles et des robinets avec les contenus gazeux; Partie 1: ISO 11114-1 (Juillet 1998), Partie 2: ISO 11114-2 (Mars 2001)

1 : satisfaisant, mais risque de corrosion en présence de CO et/ou d'humidité, fragilité à basse température 2 : Non recommandé, gonflement important 3 : acceptables, mais fort taux de perméation 4 : Acceptable, mais gonflement



o Présence d'éthanol, d'oligoéléments, etc.

Selon la nature de la boisson, nous allons retrouver différents minéraux et oligo-éléments, tout comme les différents acides que l'on peut rencontrer dans les boissons.

Il est difficile de lister exhaustivement tous ces éléments, les plus courants sont le magnésium, sodium, fluor et le calcium.

Bien que certaines quantités soient assez infimes, il sera important que cela n'ait

aucune réaction avec notre matériau.

o Température

La température de la boisson est directement liée à la température de l'environnement, les effets sur la boisson sont avant tout des modifications de ses propriétés comme le pH et la pression.

Nous traiterons des effets de la température sur le matériau via la température de

l'environnement et non de la température de la boisson.

• L'emballage doit garantir une durée de vie suffisante de la boisson La durée de vie d'une boisson va dépendre de la prolifération des bactéries au sein de cette dernière. Pour ralentir ce phénomène, on peut agir sur les constituants de la boisson (agents conservateurs comme le benzoate de sodium (E211) pour les sodas) mais aussi en utilisant le procédé d'inertage présenté précédemment en utilisant des gaz comme le CO2, Argon et Azote.

Dans le cas des matériaux de notre contenant, il sera donc nécessaire que le gaz ne puisse s'échapper au travers des parois, mais aussi que l'air ne puisse passer à travers. Ce phénomène s'appelle la perméation. Ce phénomène est d'autant plus important pour des boissons du type eaux gazeuses, du fait que certaines peuvent être embouteillé qu'à partir d'une seule source (exemple : source d'eau naturelle gazeuse), il pourra alors s'écouler un certain temps entre le moment de l'embouteillage et la commercialisation.

À la différence une production de soda peut s'implanter sur une production locale et

réduire ainsi le temps de stockage et d’approvisionnement pour éviter ou diminuer au final ce phénomène.

La perméation est un phénomène important pour les polymères, elle peut aussi varier avec la température.



3.4. Besoins liés à l'environnement

Les paramètres de l'environnement qui vont réagir avec notre contenant sont les suivants :

- Température - Lumière - Humidité - Efforts

o Température La température ne doit pas dans une certaine mesure détériorer notre contenant, notamment pour des contenants avec un liquide gazeux (augmentation de pression). S'agissant d'une boisson, le contenant pourra être amené a subir différents chocs thermiques, frigidaire voir congélateur, ou des expositions en plein soleil lorsque par exemple le contenant est transporté (plage, etc.). La température peut fragiliser le matériau, entraîner aussi une dilatation, etc. Il ne s'agit donc pas d'étudier la température comme un facteur indépendant, mais tenir compte de l'évolution du comportement du matériau en fonction de la température. Pour les valeurs de plage de températures, nous avons retenu : - 30°C : Dans le cas où le contenant aurait été mis dans un congélateur (température moyenne d'un congélateur -20°C) +80°C : Dans le cas où le contenant serait laissé dans un habitacle de voiture (la température d'un véhicule laissé en plein soleil avec une température extérieure de 40°C peut atteindre 70°C à l'intérieur de l'habitacle2). Dans des conditions normales, nous retenons une température de 20°C. Dilatation du matériau Cette dilatation provoquée par la température peut poser des problèmes d'étanchéité au niveau du système d'ouverture. Ce même phénomène peut aussi déformer la base du contenant par exemple et empêcher ainsi la bouteille de tenir en position. La dilatation du matériau dépend du coefficient de conductivité thermique du matériau ainsi que du coefficient de dilatation linéaire du matériau. À noter aussi qu'il existe une méthode d'essai normalisé sur la résistance au choc thermique des contenants en verre (ISO 7459:2004).

o Lumière

Une boisson exposée à la lumière du soleil peut être dégradée à cause des rayonnements UV. Bien que ce dernier soit utilisé dans l'industrie pour la destruction des germes et des bactéries dans la nourriture, il peut dans notre cas, altérer la boisson, car ces rayonnements peuvent détruire en partie certaine vitamine ou acide. C'est pour cela que la mention "conserver à l'abri de la lumière" est souvent retrouvée pour des boissons comme le lait, les vins, les boissons gazeuses, etc. Enfin, le rayonnement ne doit non plus bien entendu être source de dégradation pour notre matériau (dégradation accélérée, etc.) On cherchera donc un matériau capable de résister et de faire barrière à ce rayonnement. 2 Source : General Motors



o Humidité L'humidité de l'environnement peut avoir un impact sur l'aspect extérieur du contenant, les phénomènes d'oxydation peuvent ainsi se produire. Ils peuvent même être accélérés en présence par exemple d'un air marin ou pollué. Il faudra donc choisir un matériau ou un traitement capable de résister à la corrosion entraîné par l'humidité ambiante.

o Efforts On entend par effort, les agressions extérieures d'ordre "physique" que va subir le matériau comme les chocs, les écrasements, etc. Ces exigences seront bien sûr différentes d'un contenant à un autre en fonction de son utilisation, un contenant de petite taille destiné à être transporté partout avec soi devra dans ce cas être plus exigeant dans ce domaine qu'un contenant pour champagne. Ici c'est bien entendu les propriétés mécaniques des matériaux qui vont être utilisés (limite élastique, résilience, etc.), ainsi que la géométrie du contenant (épaisseur, forme, etc.).

3.5. Aspect normatif

Les matériaux entrant en contact avec les denrées alimentaires et les boissons suivent des règles strictes afin d’assurer la protection de la santé du consommateur. Les différents décrets, arrêtés et normes s’appliquent à la fois aux emballages et aux matériels utilisés pour vérifier, à l’aide d’essais ou d’analyses, l’innocuité des matériaux utilisés entrant en contact avec la bouche, les aliments, les boissons, etc.

Ces essais sont régis par deux Directives Cadres européennes : • 92-631 du 8 juillet 1992, relatif aux matériaux et objets destinés à entrer en contact

avec les denrées, produits et boissons pour l’alimentation de l’homme ou des animaux

• 2002/72/CE du 6 août 2002 relatif aux matériaux et objets en matière plastique destinés à entrer en contact avec les denrées alimentaires

Ces directives sont complétées en fonction des matériaux spécifiques (aciers, verre…) par des réglementations, des normes, des recommandations de la DGCCRF (direction générale de la concurrence, de la consommation et de la répression des fraudes)…

Les matériaux au contact des aliments doivent respecter les principes qui constituent le concept d’alimentarité (aussi appelée interaction contenant contenu) :

• Principe d’inertie : Un matériau doit être inerte à l’égard des denrées alimentaires, c’est-à-dire qu’il ne doit pas céder à ces denrées des constituants dans des quantités susceptibles de présenter un danger pour la santé humaine ou animale et qui ne doit pas entraîner de modification de la composition de la denrée ni en altérer ses caractères organoleptiques.

• Principe de composition : il est exprimé à travers des listes positives précisant la

nature des substances aptes à être utilisées pour la fabrication de matériaux



comme par exemple pour les matières plastiques (directive 2002/72/CE), pour les aciers inoxydables (arrêté du 13 janvier 1976), pour les alliages d’aluminium (arrêté du 27 août 1987)…

3.6. Besoins secondaires

Les besoins secondaires sont principalement d’ordre industriel (coût, cadence, marketing, stockage…). Pour exprimer plus facilement ces besoins, nous avons donc analysé les processus de fabrication employés pour les contenants acier (de type boîte de boisson), verre et plastique.

En étudiant chacun sous les mêmes aspects, nous pourrons déterminer les spécificités

de chacun et être en mesure de les hiérarchiser selon des critères.

L’étude des processus de fabrication va concerner :

- la fabrication des bouteilles en verre - la fabrication des boîtes de boisson en acier/aluminium - la fabrication des bouteilles en plastiques

Notre étude fera volontairement abstraction du processus de fabrication des emballages de boisson de type cartonné puisque celui-ci relève plus de l’assemblage multicouche, avec une fonction attribuée à chacun d’eux.



4. Les procédés de fabrication actuels

4.1. Fabrication du verre

4.1.1. Matières premières

- 71% de silice (provenance sable de carrière) - 14% de soude (carbonate de sodium) - 11% de chaux (venant du calcaire) - 4% divers (notamment pour la coloration)

4.1.2. Processus

• Etapes du processus

1. Chauffage (1500°) : la matière première est chauffée afin qu’elle puisse prendre la forme d’une paraison.

Fig. 4 : verre chauffé pour le formage

2. Formage (soufflage d’une paraison) : la paraison est introduite dans un

premier moule qui lui donne une forme approximative par soufflage. Cette préforme est à nouveau soufflée dans le moule définitif.

Fig. 5 : Schéma représentatif du moulage en deux étapes

3. « Archage » : les bouteilles sitôt fabriquées sont contrôlées et subissent des traitements de surface à chaud et à froid puis une recuisson.



• Cadence

La cadence varie selon la forme de la bouteille, mais c’est aux alentours de 1500 bouteilles / jour. Capacité des principaux fours pour la fabrication de verre : 400 tonnes par jour.

4.1.3. Déchets environnementaux et recyclage

La fabrication du verre a peu de conséquences environnementales et on note que le verre en sortie d’usine est constitué de 60 % de verre recyclé. Un taux de recyclage très élevé qui connote une certaine avance pour le verre par rapport aux autres matériaux pour contenants.

On peut également souligner le fait que le verre est le seul matériau d'emballage recyclable indéfiniment.

Actuellement, le recyclage du verre ménager permet de substituer le calcin (débris

de verre) aux matières premières (sable de silice, calcaire et carbonate de soude) qui, ainsi, ne seront pas prélevées dans la nature.

L'adjonction de calcin dans le mélange de matières premières permet : - la diminution de la température de fusion du verre - l’économie de l'énergie nécessaire à la transformation des matières premières - l’économie de l'énergie nécessaire à la préparation et la mise en température

des matières premières primaires. Cependant, il y a des problèmes au niveau de la fusion du verre qui provoque des

émissions de gaz. Pour certains d'entre eux, ces émissions peuvent contenir des métaux lourds et contribuer à la pollution de l'air. C’est pourquoi les industriels sont tenus de contrôler et de maîtriser le processus afin de respecter les limites d'émissions. Côté marketing :

Pour les consommateurs, un emballage en verre constitue un label de qualité supérieure. Ils considèrent que le verre évoque une alimentation saine et plus équilibrée. Ils font confiance au verre. Ils aiment sa transparence et apprécient le plaisir qu’il leur apporte au quotidien. Pour eux, les aliments emballés en verre apparaissent plus naturels et plus authentiques. Ils sont aussi très sensibles au fait que le recyclage du verre permet de préserver l’environnement.

Ces appréciations sur l’emballage verre sont issues d’un sondage réalisé sur un

échantillon de 800 personnes, représentatives de la population française. Nous pouvons ajouter enfin que le recyclage du verre a aussi des vertus humanitaires

puisqu’il favorise le développement de la recherche contre le cancer. En effet, chaque année, environ 1,8 million d’euros issus de la récupération du verre usagé aident à la recherche et à l’achat de matériel et permettent d’assurer un soutien aux familles des malades.



4.2. Fabrication des boîtes de boisson


Les boîtes boissons sont fabriquées à partir de fer blanc ou d'aluminium. L’aluminium est encore peu utilisé en France pour ce genre de contenant, contrairement à ce qu’il se fait aux États-Unis par exemple (canettes 100% alu). Le métal est approvisionné en bobines de près de 20 tonnes, la tôle étant de 23 à 23,5 centièmes de mm d'épaisseur.

4.2.2. Processus

• Etapes du processus :

1. Découpe – Emboutissage : les bobines de métal sont positionnées sur un dérouleur, le métal passe dans une presse pour y être découpé en disques qui sont immédiatement emboutis.

2. Étirage : la coupelle ainsi obtenue est très proche de l'épaisseur initiale du métal.

Elle est ensuite emmenée jusqu'aux étireuses. Positionnée sur un poinçon en carbure, la coupelle est projetée à grande vitesse à travers des anneaux en carbure de diamètre décroissant, qui repoussent le métal vers ce qui sera le haut de la boite. L'étirage, qui se fait à froid, est facilité par l'utilisation d'une émulsion. L’épaisseur du métal se réduit fortement puisqu’en son point le plus faible, la tôle mesure moins de 0,1 mm.

3. Découpage : à ce stade le haut de la boîte présente des inégalités. Il faut la

remettre à la longueur dans des rogneuses (« trimmer ») qui coupent toutes les boîtes étirées exactement aux mêmes dimensions et préparent la boîte à la formation du rétreint.

4. Lavage : ces boîtes rognées sont lavées dans un tunnel de lavage et séchées afin

d'enlever toute trace des émulsions utilisées pour faciliter les opérations précédentes, mais aussi pour débarrasser des boîtes des éventuelles particules de métal résiduelles.

5. Décoration : les boîtes de boissons sont recouvertes d’un « couché de fond » qui

permettra à la fois d’éviter la corrosion du métal et de faire accrocher l’encre de décoration. Ensuite, par un procédé « offset sec », les boîtes reçoivent leur décoration à une très grande vitesse (1200 boîtes par minutes). Enfin, vient le formage du col et de la collerette : le métal va être repoussé vers l'intérieur pour rétrécir le diamètre en haut de la boîte (le rétreint), puis le haut de la boîte va être replié à 90° pour former la collerette, sur laquelle viendra se positionner le couvercle par l'opération de sertissage.

Fig. 6 : Processus de fabrication des boîtes de boisson



• Cadence

Ici aussi, les cadences dépendent des installations des entreprises et du type de contenants. En général, lorsqu’on parle de boîtes de boisson de 33cl, la cadence est d’environ 800 boites/minutes !

Selon l’entreprise Crown Bevcan France, la production annuelle s’élève à plus d’un milliard de boites de boisson.


Les atteintes écologiques de l’aluminium s’observent à différents niveaux, essentiellement lors de la production.

Lors de l’extraction de l’aluminium, celui-ci est sous forme d’alumine, qui fournit

ensuite le métal pur par électrolyse. Cette opération consomme énormément d’énergie. Cependant, c’est la production d’aluminium donne lieu à d’importantes pollutions : une tonne d’aluminium entraîne le rejet de 4 tonnes de boues rouges, néfastes tant par leur quantité que par leur pH basique.

Elle produit aussi des émissions de fluor dans les airs et les eaux. Les vapeurs de fluor

très oxydantes, attaquent la végétation ; les eaux se chargent de fluor et de sels d’aluminium toxiques. Ce bilan écologique négatif poussent à la création de certaines associations ou regroupement qui incitent les consommateurs à l’idée selon laquelle il faudrait réserver l’aluminium aux usages permanents (pièces d’avion, de vélo, etc.) et à éviter les usages quotidiens.

De plus, selon certaines études, l’aluminium a des effets également néfastes sur la

santé : il pourrait être impliqué dans des maladies telles celle d’Alzheimer, celle de Parkinson, l’amyotrophie latérale, ...

Néanmoins, le recyclage de l’aluminium est facile à mettre en oeuvre et permet

l’obtention d’un produit qui conserve ses qualités initiales. Il est en outre économiquement viable : pour produire l’aluminium recyclé il faut nettement moins d’énergie que pour l’aluminium de première fusion : seuls 5 à 10% de l’apport initial sont nécessaires.

Le recyclage permet en plus une économie de matières premières et une réduction

des atteintes à l’environnement : - Les déchets, selon leur qualité, permettent de fabriquer soit des alliages de

corroyage, soit des alliages de moulage - Les propriétés des alliages ne dépendent que de la composition chimique et du

traitement métallurgique: elles sont indifférentes à l’origine du matériau primaire ou secondaire.



4.3. Fabrication du plastique

La matière plastique permet de créer des emballages légers et moins volumineux que le verre, le métal ou le papier. Le poids et le volume du produit final étant réduits, cela contribue à la conservation de l'énergie pendant le transport.


Il existe 3 types de plastique utilisé pour la fabrication des contenants :

- Le PET (polyéthylène téréphtalate) qui est transparent et sert à la fabrication de bouteille pour l'eau ou les boissons. Toutefois, sa faible imperméabilité fait qu'il ne peut contenir de boissons gazeuses trop longtemps sous peine de laisser échapper le gaz qu'elles contiennent. À l'heure actuelle on voit arriver sur le marché des PET à propriétés barrières renforcées qui sont eux totalement imperméables. C'est d'ailleurs ce nouveau matériau qui remplacera les bouteilles de bière en verre.

- Le PVC (polychlorure de vinyle) qui est utilisé depuis très longtemps dans de

nombreux domaines : BTP, emballages ménagers, etc. Il y a 10 ans, c'était quasiment l'unique matériau utilisé pour la fabrication de bouteille (avant l'arrivée du PET). Aujourd'hui pour des raisons de faible résistance à la pression externe, ce matériau tend à laisser sa place au PET, qui lui, est quasiment indestructible.

- Le PeHD (polyéthylène à haute densité) opaque et rigide qui est utilisé dans les

flaconnages opaques (bouteilles de lait, etc.) et les conteurs plastiques (poubelles).

Pour les bouteilles d’eau, le cas généralisé est un contenant en PET et un bouchon en

PeHD. Le cours du PET augmente régulièrement au fil des années : son utilisation est plus répandue malgré une hausse continuelle de son coût (voir graphique ci-dessous).

Fig. 7 : Évolution du cours mondial du plastique sur les 25 dernières années



4.3.2. Processus

• Étapes du processus

1. Injection Soufflage : les bouteilles plastiques en PET sont chauffées à 280°C et sont fabriquées par injection soufflage. La matière est d’abord injectée dans un moule de préformage puis la prémisse de bouteille est à nouveau chauffée, étirée et soufflée dans le moule définitif.

2. Regroupement : les bouteilles sont ensuite dirigées sous atmosphère protégée vers les enceintes de regroupement et automatiquement redressées et mises en ligne sur les chaînes d'embouteillage.

3. Remplissage : l'emplissage et bouchage des bouteilles se fait dans des salles sous atmosphère et hygiène contrôlées. A l'abri de tout contact extérieur depuis son captage, l'eau est distribuée sur plusieurs soutireuses dans des salles d'embouteillage. L'atmosphère est filtrée et mise en surpression pour préserver la qualité bactériologique de l'eau minérale. Les bouteilles sont aussitôt bouchées, étiquetées et regroupées pour leur conditionnement.

• Cadence

Les cadences de production pour les bouteilles en plastiques sont élevées, on parle

d’environ 4000 bouteilles / h.


La séparation des plastiques lors du recyclage est aisée : le PET coule et le PeHD flotte. Les polymères sont broyés, réduits en paillettes puis immergés pour effectuer la séparation. Les plastiques sont ensuite envoyés dans les usines de recyclage afin de fabriquer de nouveaux produits.

En effet, le plastique PET est d'un usage courant dans l'industrie textile (tee-

shirts, pulls en laine polaire...) et le PeHD permet de fabriquer des bacs à fleurs, des tuyaux, des bidons d'huile moteurs, des poubelles, des bancs de jardin, etc.

Fig. 8 : le recyclage de 27 bouteilles en plastique permet de tricoter un pull (source : Syctom Paris)

Cependant, l'industrie des produits en matière plastique fait face à un certain nombre de pressions d'ordre écologique. Les principales préoccupations dans ce domaine sont la gestion des déchets solides ou encore l'utilisation du polychlorure de vinyle.



L'effort de réduction des déchets solides porte sur une méthode qui consiste à

encourager l'utilisation dans les nouveaux produits d'un pourcentage plus élevé de résine recyclée. D'autres mesures contribuent à réduire les taux de rejet de la matière plastique : réduction de la quantité de matériau nécessaire pour emballer les articles (emballages plus minces) et réutilisation des contenants.

L'autre élément que l'on peut envisager dans une stratégie intégrée de gestion des

déchets est la récupération de la teneur énergétique de la matière plastique. Certains types de matière plastique usagée (et d'autres matériaux) ne peuvent être recyclés qu'à des coûts excessifs. Dans ces cas, il pourrait être avantageux de récupérer l'énergie potentielle par une combustion bien contrôlée.

4.4. Bilan technico-économique

4.4.1. Données comparatives

À partir des données étudiées, nous pouvons faire un comparatif des avantages et inconvénients des matériaux utilisés actuellement en industrie pour l’emballage.

• Production

Les cadences de production sont très disparates, les boîtes de boisson peuvent atteindre 800 unités par minutes tandis que sortent seulement 2 bouteilles de verre sur le même laps de temps.

En ce qui concerne le coût de production et le prix des installations, les coûts exacts sont difficiles à obtenir des industriels, mais lorsqu’on cumule matières premières + installations de

fabrication + intervention main d’œuvre pour le processus et contrôle, nous pouvons émettre quelques hypothèses.

Devant les processus présentés, la fabrication d’emballages verre est le moins coûteux mais également le moins rentable, contrairement à la fabrication de boîtes de boisson qui doivent avoir un processus de contrôle très rigoureux (pour le découpage, et l’étirement notamment pour ne pas qu’il y ait de rupture matière) et coûteux.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Boites alu Plastique Verre

Ca

de

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e d

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rod

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(u

nité

s/m

in)



• Impact environnemental Pollution en production

On peut constater que la fabrication du verre est celle qui est la moins polluante, que

ce soit au niveau de la récupération des matières premières (l’extraction est en grande partie remplacée par l’adjonction de calcin issu du recyclage) qu’au niveau du processus en lui-même. Ce dernier n’utilise pas de traitement polluant ou dangereux pour l’environnement.

C’est le cas contraire pour l’aluminium utilisé dans les boîtes de boisson (au même

titre que l’acier). Outre la grande quantité d’énergie consommée lors de l’extraction, la fonte de l’aluminium dégage un certain nombre de polluants toxiques, contrôlés mais qui entraînent, malgré tout, une pollution de l’air et de l’eau. Recyclage

Les utilisations des emballages par les consommateurs sont très disparates et par conséquent, leur recyclage n’est pas le même (voir ci-dessous).

Fig. 9 : Comparaison des emballages ménagers selon les matériaux en 2004

Pour faire une étude comparative pertinente, nous pouvons nous intéresser au taux

de recyclage, c'est-à-dire « le rapport entre les tonnes recyclées et le gisement » ou encore le pourcentage de matière première recyclée utilisé dans la fabrication.

Taux de recyclage En 1994 En 2002 PET 26 72 Aluminium 23 91 Verre 40 94

Le verre a un net avantage, mais on remarque que les progrès effectués dans le

domaine du recyclage sont rapides tout particulièrement pour l’aluminium des boîtes des canettes, qui était en retrait et qui a fait un grand pas en avant. Hormis les aspects néfastes liés à sa production, l’aluminium présente de bons avantages écologiques via le recyclage.

Au final, les impacts environnementaux des trois matériaux d’emballage étudiés sont mitigés et n’ont pas forcément les mêmes aspects positifs ou négatifs selon l’aspect production ou recyclage, bien que ceux-ci évoluent très rapidement.

Néanmoins, on peut souligner que le verre est le matériau le plus intéressant en ce qui concerne le respect de l’environnement pour les emballages.



4.4.2. Tableau de comparaison des matériaux d’emballage

Nous avons, pour chacun des matériaux d’emballage étudiés, connoté un niveau pour les critères qui nous paraissent pertinents dans une étude de production, et en lien avec les besoins formulés dans l’analyse fonctionnelle :

- le coût des matières premières, - les cadences de production, - les possibilités de créer des formes multiples avec le contenant, - l’impact environnemental : les déchets rejetés et les capacités de recyclage, - la capacité de stockage du contenant, - l’aspect marketing qui comprend la facilité de décoration et la vision dont le

matériau bénéficie auprès des consommateurs.

Verre Plastique Acier

Coût matières premières + ++ ++

Cadences de production + + +++

Formage multiple ++ +++ +

Impact environnemental +++ ++ +

Capacité de stockage ++ ++ +++

Propension au marketing +++ + ++

BILAN +++ ++ +++

On remarque que d’un point de vue purement industriel et de mise en œuvre, les trois types de matériaux d’emballage étudiés sont globalement équivalents. Les différences sont prononcées pour certains critères : l’acier des boîtes de boisson a une grande cadence mais une mauvaise écologique, ce qui est le contraire du verre.

On voit bien à nouveau dans ce cas la nécessité de rechercher des compromis, tout dépend bien évidemment des critères que l’industriel veut privilégier. Cela dit, il faut garder à l’esprit que ces éléments liés à la production ne sont que des « besoins secondaires » (cf. analyse fonctionnelle).

En effet, cette considération fabrication n’est pas prioritaire contrairement à la

bonne conservation de la boisson dans le contenant.



5. Étude approfondie : boîte de boisson de Coca-Cola™

Nous allons maintenant reprendre les différents points de notre cahier des charges et

les appliquer sur une boisson et un type de contenant bien précis : Un soda au cola avec un contenant de type cannette de 33cl et bouteille de 1,5l.

5.1. Caractéristiques du Coca Cola™

Il s'agit d'une boisson gazeuse aux extraits de caféines et de cola, constitué a 90% d'eau (dans la version "de base"), d'extraits naturels de plantes, de caféines, de saccharose pour le goût sucré, de gaz carbonique pour gazéifié la boisson et de différents acides pour acidulé la boisson (essentiellement de l'acide phosphorique), et enfin des conservateurs et colorants.

• Acidité de la boisson : pH acide = 2,7

• Pression : Pour une cannette de 33cl : 5,5 bars

• Concentration de CO2 : 8g de par litre

• Durée de conservation du produit : 4 mois

• Exigences techniques pour le contenant :

- Résistance à la pression - Résistance à l'acidité - Empêcher la perméation du CO2 - Maintien des caractéristiques des matériaux supérieurs à la durée de

conservation du produit

Nous excluons volontairement les normes assez contraignantes sur le contact alimentaire, qui limiteraient dès lors notre champ d'action.

5.1.1. Forme et taille du contenant

• La cannette de 33 cl

La cannette de 33 cl, de par ses dimensions et sa forme, est pratique pour être transportée. Elle peut en outre être facilement tenue à une main, elle ne présente pas de côté saillant. Sa forme est aussi pratique pour le stockage, les parties supérieures et inférieures de la cannette permettent un empilement facile. La cannette véhicule aussi une image "tendance" et vise, entre autres, un public jeune. La décoration de la cannette sera donc un point important. Le système d'ouverture se fait à l'aide d'une languette.

• La bouteille de 1,5l

La bouteille de 1,5L est quant à elle destinée à une utilisation plus "familiale", moins pratique pour le transport, sa préhension devra peut être faite avec les 2 mains. Le système d'ouverture se fait par un bouchon à visser/dévisser. Les indications de la boisson sont imprimées sur une étiquette, collée directement sur la bouteille.



Traditionnellement, les cannettes sont réalisées soit en acier/aluminium ou 100%

aluminium tandis que la bouteille de 1,5L est en PET (Polyéthylène Téréphtalate). Nous allons donc voir s’il ne serait pas possible de se pencher sur d’autres matériaux.

Exigence pour le contenant avec le nouveau matériau :

- Le matériau doit pouvoir pendre la forme de la cannette / bouteille - Impression d'un décor facilement réalisable - Faible masse

5.1.2. Environnement Nous l'avons vu précédemment, l'environnement extérieur va être source d'agressions pour notre contenant. Conformément à notre cahier des charges, nous allons tenir compte des paramètres suivants pour l'extérieur :

- Température - Humidité - Lumière - Efforts

Exigences liées à l’environnement pour le contenant :

- Résistance aux températures extrême : -30°C et +80°C - Dilatation du matériau à surveiller - Résistance à la corrosion provoquée par l'humidité extérieure - Résistance aux efforts extérieurs (chocs, chutes, etc.) - Résistance aux UV

5.1.3. Besoin pour la production Exigences pour la production du contenant :

- Prix du matériau le plus bas - Cadence de production à assurer, 2000 boites par minutes (cadence d'une ligne

de production aujourd'hui pour la fabrication de cannette) - Cadence de production à assurer pour la bouteille de 1,5L, 400 bouteilles par

minutes - Recyclabilité - Résistance au stockage



5.2. Modélisation via CES

Nous allons maintenant essayer de modéliser quelques-unes de nos exigences en utilisant le logiciel CES, qui reprend le principe de la méthode Ashby.

5.2.1. Dilatation thermique

Il nous faut un matériau supportant les flux de chaleurs afin notamment d'empêcher une fuite au niveau du système d'ouverture qui pourrait être provoqué par la dilatation du matériau.

Considérons le cas d'un barreau isolé, sauf à ses extrémités. Une des extrémités est à la température ambiante, et l'autre extrémité à la température de la source de chaleur La quantité de chaleur q en régime permanent est donnée par la loi de fourrier q = - λ (dT/dx) λ : Conductivité thermique du matériau dT/dx : Le gradient de température résultant

La déformation ε d'un matériau en fonction de la température aie donné par son coefficient

de dilatation linéaire α

ε = α (T0 - T) La déformation est proportionnelle au gradient de déformation :

d ε/d α = α (dT/dx) = ( α / λ ).q

Ainsi pour une configuration géométrique et un même flux de chaleur, la distorsion

sera minium si α / λ est petit (ou λ / α grand) Nous avons donc tracé le coefficient de dilatation thermique en fonction de la

conductivité thermique sur une échelle logarithmique.

T ambiante q Source de chaleur

Isolant

Isolant



�� Modélisation CES correspondantes :

Les matériaux les moins sensibles à la déformation thermique se situent en bas à droite. Parmi les plus sensibles, on retrouve en grande partie les polymères.

5.2.2. Résistance à la pression interne

Notre contenant va devoir résister à la pression générée par le processus de carbonatation pour rendre la boisson gazeuse. La pression va engendrer une contrainte dans les parois de notre contenant.

Pour une paroi mince, la contrainte est donnée par :

σ = pR / 2e

Schéma de principe de la contrainte

Pression : p

+ Rayon : R

Epaisseur : e Contrainte : σ



Il faut que σ < σe (pas de déformation plastique) donc σe = pR/2e � e = pR / 2σe (1) Cette contrainte physique devra être réalisée avec un matériau léger, nous allons donc faire intervenir le poids.

m = ρ . V m = ρ h π ((R+e)² - R²) En remplaçant avec la relation (1) on obtient :

( )e e

h p²R²m h R²

² 4

ρ ρ ππσ σ

= +

Les valeurs h, π, p, R sont fixées, seules ρ et σe varie en fonction du matériau. Soit M l'indice de performance, quand M augmente la masse m doit diminuer.

Donc e²M

σρ

=

On va donc chercher à représenter graphiquement l'indice de performance, en essayant d'avoir quelque chose de la forme σe = a . ρ + b On passe en log, on obtient : log m = log σe - log ρ + log C avec C = h π ( p² / 4 ) ( 4R²+R4) = constante log m = 2 log σe - log ρ + log C log σe = 1/2 log ρ - log C + log m �� Modélisation sous CES



On a donc pour l'axe X la densité et pour l'axe Y la limite élastique, la droite ayant pour coefficient directeur 0,5.

Tous les matériaux sur la droite présentent la même résistance à la pression, mais nécessiteront des épaisseurs différentes. On remarque en bleu la famille des plastiques en rouge figurent les métaux non ferreux.

Le PET de la base du logiciel se situe à peu près sur la droite et présenterait ainsi des

performances équivalentes à un alliage de zinc et d'aluminium.

5.2.3. Paramètres divers Certains paramètres peuvent être exploités directement sans l'utilisation de calcul, mais nécessitent dès lors d'avoir au moins un ordre de grandeur. Nous allons en traiter quelques-uns.

Le principe est sensiblement le même : il suffit de choisir le paramètre et ensuite de sélectionner la zone de notre ordre de grandeur. On peut bien entendu par la suite réaliser des intersections afin d'éliminer les matériaux.

• Résistance aux UV

Le logiciel propose un module pour permettre de déterminer la tenue du matériau aux expositions des UV. Comme il est difficile de quantifier cette résistance, le logiciel utilise 5 niveaux allant d'une très mauvaise tenue à une très bonne tenue aux UV.

Comme on pouvait s'y attendre, les matériaux les plus sensibles aux UV sont les polymères, le PET fait toutefois partie des polymères qui résistent bien.

• Température d'utilisation des matériaux Les températures mini et maxi de service des matériaux sont indiquées dans la base de données du logiciel.

Les matériaux que nous acceptons sont ceux dont la plage d’utilisation de service se situe entre -30°C et 80°C.



Pour une température de service supérieure à 80°C :

On remarque qu’il existe de nombreux matériaux qui résistent au-delà de 80°C. d'une manière générale, on retrouve encore certains polymères et leurs mousses qui sont souvent à la limite.

Le PET de la base de données semble lui aussi à la limite (87°C), toutefois dans sa phase cristalline, il peut résister à des températures de plus de 220°C. Pour une température de service inférieure à -30°C

Encore une fois on constate que la quasi-totalité des polymères sont à la limite, de même que les aciers aux carbones.



5.2.4. Bilan des modélisations avec CES D'autres paramètres peuvent être testés avec cette méthode, mais au final on prend le risque de ne se retrouver avec aucun matériau adéquat. Il y a toutefois un paramètre important pour les contenants de "grande" capacité, la transparence du matériau.

Un contenant transparent ou translucide permet ainsi aux consommateurs de juger

de l’aspect et de la quantité de boisson restante. Il peut être aussi permettre par exemple de mettre en avant la couleur du contenu.

Si l'on tenait compte de ce paramètre, de nombreux matériaux seraient éliminés, la base de données se limitant à 47 matériaux, essentiellement des polymères, mais aussi des matériaux composites.

L'utilisation de CES est bien avant tout destinée aux « dégrossissements ». Le logiciel

donne une orientation, mais il est loin de donner une réponse unique et formelle, simplement parce qu’il ne prend pas en compte, entre autres, notre critère "multi matériaux".

C'est à l'utilisateur d'analyser les réponses possibles et de les combiner entre elles. De plus, il ne tient pas compte non plus des traitements éventuels applicables (exemple le vernis pour améliorer la résistance au milieu acide).



6. Conclusion

Malgré un produit qui peut paraître simple, nous nous sommes rendu compte à travers ce projet que beaucoup de paramètres rentraient en jeu. Nous avons essayé à travers notre cahier des charges de couvrir un maximum de ces paramètres dont certains sont parfois difficiles à quantifier (impact d'oligo-éléments...) et reposent avant tout sur des tests plutôt que des calculs.

Bien entendu répondre au cahier des charges avec l'aide d'un seul matériau est impossible sans faire quelques compromis. C'est pour cela que les exigences peuvent être hiérarchisées, notées selon l'importance qu'on leur accorde. Ainsi, la volonté d'un design particulier avec des formes complexes peut demander un travail plus important sur l'outil de production, ou encore la transportabilité à "toute épreuve" se fera par une résistance aux chocs accrue.

Le choix du matériau pour les contenants n'est donc pas aussi simple, pour marier plusieurs exigences il sera nécessaire parfois d'utiliser plusieurs matériaux, ou d'avoir recours à des traitements bien spécifiques. Ainsi pour exemple la résistance à l'acidité de la boisson peut se faire par un dépôt de vernis à l'intérieur du contenant. Ce travail de recherche peut donc demander beaucoup de temps pour se concrétiser.

Par exemple il y a quelques années la bouteille Perrier dite "incassable" a demandé pas moins de deux ans de développement. Deux ans pour remplacer le verre par du PET, afin de rendre cette bouteille transportable en toute condition. D'ailleurs si le PET est bien le matériau de base pour ce nouvel emballage, il est à noter qu'il s'agit en fait d'un multicouche (deux couches de PET et une couche intermédiaire de Polyamide). Mais il n'y a pas que le matériau qui a nécessité un long travail, la forme de la bouteille fut aussi un point important et délicat. La forme est un mariage compliqué entre des exigences de design et des exigences d'ordre technique, notamment pour la production.

Mais les matériaux utilisés pour les contenants sont surtout guidés par l'utilisation de normes alimentaires qui limitent ainsi la base de matériaux disponible. Aussi, avant d'arriver sur le marché un nouveau matériau devra alors passer une batterie de tests pour attester de sa conformité. C'est aussi cela qui explique en partie les développements assez longs de nouveaux contenants.

Concernant l'évolution des matériaux dans les contenants pour boisson nous avons pu voir que le plastique prenait de plus en plus d'importance. Si le PET reste encore majoritaire, les industriels cherchent des solutions notamment pour l'environnement et la recyclabilité en utilisant des biomatériaux. Toutefois, ces évolutions ne touchent pas forcément tous les secteurs de la boisson, ainsi les vins ou les champagnes reste avant tout sur l'utilisation du verre. Il faut dire que ces boissons véhiculent une certaine image de tradition, et si demain le champagne était proposer dans un "vulgaire" plastique les consommateurs seraient sûrement très réticent.



7. Bibliographie

• Ouvrage

- Choix des matériaux en conception mécanique - Asbhy Ed. Dunod, 2000 - L'emballage des denrées alimentaires de grande consommation, G. Bureau, J.-L.

Multon, 1989 - Guide du centre de tri des déchets recyclables ménagers, Ademe, Eco-

emballages, 1998

• Site Internet Normes http://www.minefi.gouv.fr/ Processus fabrication verre http://www.verre-avenir.fr http://www.miseenbouteille.info/ http://www.voa.fr/ Processus fabrication plastique http://www.caron-vector.be/ http://strategis.ic.gc.ca/ Durée de vie http://www.biophyresearch.com/ http://www.vide.org/ Informations sur les cannettes http://www.gielbb.com

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