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Science des matériaux : pourquoi le PET offre des performances de barrière supérieures
La rigidité intrinsèque, la clarté et la densité moléculaire assurent l’intégrité structurelle et une faible perméabilité
Les taux de transmission de l'humidité sont également très faibles par rapport à d'autres matériaux d'emballage, en raison de la combinaison PET/EVOH et PET/PE. Par exemple, les taux de transmission de l'humidité du PET/EVOH et du PET/PE sont inférieurs à 0,8 g/m²/jour. Ce faible taux de transmission contribue à maintenir la teneur en humidité des fruits et légumes emballés et limite la croissance des bactéries. En plus de ces faibles taux de transmission de l'humidité, d'autres propriétés intrinsèques et souhaitables du PET, telles que sa résistance mécanique, ses propriétés barrières et sa transparence, permettent son utilisation dans une grande variété d'applications. L'une de ces applications de barrière superficielle est l'emballage en coquille PET et les cartons en PET actuellement utilisés comme emballages. En ce qui concerne la structure cristalline du PET, celui-ci présente, à l'état cristallin, des niveaux faibles de transmission de l'humidité et de l'oxygène. Ces taux de transmission de l'oxygène expliquent pourquoi les récipients en coquille PET ne nécessitent pas d'être associés à d'autres plastiques afin de préserver l'intégrité des produits qu'ils contiennent. Les échantillons de PET présentent des valeurs de TRO (taux de transmission de l'oxygène) de 0,5 cm³/m²/jour, soit dix fois inférieures à celles du polypropylène (PP) destiné à un usage résidentiel.
Performance de barrière à l’oxygène et à l’humidité du PET par rapport au rPET : effet de la teneur en matière recyclée
Outre le fait de franchir les barrières liées aux nouveaux matériaux, le rPET ne semble pas produire le même effet sur le plan pratique. Des essais indépendants comparant le PET neuf et le rPET ont révélé des différences de taux de transmission à l’oxygène (OTR) et de taux de transmission à la vapeur d’eau (MVTR) généralement inférieures à 5 %. Cela s’explique par le fait que le rPET (issu du recyclage mécanique) ne dégrade pas le monomère polyester (terephthalate d’éthylène) qui confère précisément ces propriétés barrière. Ce point est crucial en ce qui concerne les obstacles plus perméables présentés, par exemple, par les emballages rigides pour animaux de compagnie (« clamshells »). Et c’est là que réside la difficulté. Des cycles successifs de recyclage peuvent, de façon paradoxale, augmenter la perméabilité des matériaux à l’oxygène jusqu’à 12 %, voire davantage lorsque la température de transformation reste supérieure à 280 °C. La plupart des installations de recyclage actuelles cherchent à éviter ce phénomène grâce à de nouveaux dispositifs de filtration innovants, conçus pour minimiser la présence de contaminants problématiques qui affectaient auparavant les propriétés barrière. Le rPET destiné aujourd’hui aux applications alimentaires possède des propriétés barrière contre l’humidité répondant aux exigences requises, avec un MVTR compris entre 0,1 et 0,3 gramme par mètre carré par jour, même dans des formulations contenant jusqu’à 30 % de matière recyclée. Cela signifie que les entreprises peuvent atteindre leurs objectifs environnementaux sans compromettre la durée de conservation de leurs produits.
Fonction barrière en action : contrôle de la transmission de l'oxygène et de l'humidité
Taux de transmission de l'oxygène (OTR) de référence pour les emballages thermoformés en PET et comparaison avec d'autres matériaux
En ce qui concerne les emballages à coquille, le téréphtalate de propylène (PET) présente un avantage concurrentiel grâce à sa perméabilité à l’oxygène, mesurée entre 5 et 10 cm³ par mètre carré par jour. Il s’agit d’une amélioration considérable par rapport à la plupart des matériaux d’emballage. Par exemple, les récipients en polypropylène standard présentent des taux de perméation de 50 à 150 cm³/m²/jour, tandis que les produits en polystyrène affichent un taux encore plus élevé, compris entre 200 et 400 cm³/m²/jour. En raison de cette faible perméabilité à l’oxygène, les aliments déshydratés contenus dans l’emballage subissent moins de détérioration. Ainsi, les baies brunissent moins rapidement, et les légumes à feuilles, comme les salades, conservent davantage de leurs nutriments : par exemple, la perte de vitamine C au fil du temps est nettement réduite. Alors, quelle est la particularité du PET qui explique une amélioration aussi significative ? La réponse réside dans sa structure cristalline. Cette structure crée de minuscules ouvertures dans la barrière, rendant ainsi plus difficile le passage des molécules d’oxygène à travers celle-ci. Le résultat est une conservation prolongée de la fraîcheur, de la saveur et de la valeur nutritionnelle des aliments. Le PET constitue donc un choix optimal pour les produits alimentaires moins stables, nécessitant une protection accrue.
Taux de transmission de la vapeur d'eau (MVTR) et son rôle dans la gestion de la respiration des produits frais et de la condensation
Les plages de MVTR pour le PET se situent aux alentours de 1 à 2 g/m²/jour, ce qui permet, dans ce cas, de réguler l'humidité à l'intérieur des emballages type coquille. Les fruits, en respirant, produisent 20 à 50 mg de vapeur d'eau par kilogramme de fruit et par heure. Si le taux d'humidité n'est pas correctement régulé, les produits frais se détériorent et subissent des modifications indésirables. Le PET est particulièrement adapté car il est résistant à l'eau et contribue ainsi à minimiser le flétrissement et la perte de poids. Par exemple, les contenants destinés aux tomates cerises et aux raisins ne deviendront ni détrempés ni mous.
Utilisation des coquilles en PET pour une durée de conservation réelle plus longue
Étude de cas confirmée : étude conjointe USDA-FDA avec une augmentation de la durée de conservation des fraises de +4 à +7 jours
Une étude collaborative récente menée par le USDA et la FDA révèle que les fraises conditionnées dans des barquettes en PET peuvent rester en rayon quatre à sept jours de plus que celles emballées dans des conditionnements conventionnels. Les chercheurs ont souligné la double fonction assurée par les barquettes en `PET`. Avec un taux de transmission d’oxygène (OTR) inférieur à 0,5 cm³/m²/jour, la vitesse de l’oxydation — et, par conséquent, l’apparition de taches brunes disgracieuses — a été réduite. Parallèlement, la transmission microscopique de la vapeur d’eau est maîtrisée, ce qui permet de maintenir au sein de l’emballage un taux d’humidité et une teneur en eau optimaux. Ce contrôle a entraîné une réduction d’environ 60 % du taux de croissance microbienne, prolongeant ainsi la durée de conservation du produit. Ces résultats contribuent de façon significative à atténuer le problème considérable du gaspillage alimentaire. Selon le Service de recherche agricole du USDA (2023), les baies fraîches — une culture représentant 6,2 milliards de dollars aux États-Unis — subissent chaque année une perte estimée à 30 % en raison d’un conditionnement inadéquat ou mal conçu. Des détaillants ont également constaté que les fraises conditionnées dans du PET conservaient 15 % de vitamine C en plus après dix jours de stockage, offrant ainsi un bénéfice pour la santé. Cela démontre que l’emballage préserve la valeur nutritionnelle et qu’il ne s’agit pas uniquement de chiffres abstraits relatifs aux barrières d’emballage, mais bien d’une valeur nutritionnelle concrète. Dans le cas des fraises, le PET fait davantage avec moins.
Intégration de la conception : ventilation, étanchéité des joints et gestion de l’humidité dans les emballages en PET type coquille
De bonnes étanchéités, une ventilation adéquate et un contrôle de l’humidité doivent être considérés et conçus comme un système complexe et parfaitement intégré, plutôt que comme des systèmes distincts, lors de la conception des emballages en coquille PET. Les petits orifices que nous découpons au laser à divers endroits agissent comme des micro-ouvertures permettant une circulation d’air précisément dosée vers les produits émetteurs d’éthylène, réduisant ainsi la probabilité de formation de condensation. Les fermetures à clic que nous concevons sont réalisées selon un procédé d’outillage en silicone qui produit des systèmes de fermeture s’engageant avec un « clic » net, formant ainsi une triple barrière contre la pénétration de saletés contaminantes, la sortie des gaz générés et la perte prématurée d’humidité. La caractéristique distinctive des emballages PET destinés aux produits frais réside dans leur taux de transmission de la vapeur d’eau, conçu de façon à stabiliser uniformément la teneur en eau à l’équilibre du produit. Ils sont conçus pour maintenir un équilibre « juste ce qu’il faut » entre sécheresse et humidité, évitant ainsi le développement indésirable de moisissures, les conditions excessives d’humidité et la pourriture terminale. Des conditions microclimatiques contrôlées ralentissent le taux de respiration des produits frais. L’emballage retarde le début de la prolifération des spores de moisissure et préserve la texture flétrie et peu attrayante, typique des fraises déshydratées. Il constitue un exemple parfait d’emballage qui prolonge effectivement la durée de conservation.
Questions fréquemment posées
Qu'est-ce que le PET et pourquoi est-il utilisé pour l'emballage ?
Le PET est un type de plastique appelé polyéthylène téréphtalate. Il est très dense et présente une structure semi-cristalline nettement visible. Cela en fait une barrière excellente contre les gaz et l'humidité. Ainsi, il convient parfaitement aux applications d'emballage, car il permet de conserver la fraîcheur des produits et de préserver leur visibilité.
Quelles sont les propriétés barrières du PET recyclé (rPET) par rapport au PET vierge ?
Par rapport au PET vierge, le rPET offre une protection barrière comparable ; les éventuelles lacunes se limitent strictement aux taux de transmission de l'humidité et de l'oxygène du rPET, qui sont généralement inférieurs ou égaux à 5 %. Lors du recyclage, la protection barrière diminue habituellement, mais ce phénomène constitue moins un problème avec les technologies de recyclage actuelles.
Comment les boîtiers en PET à charnière permettent-ils aux produits de rester frais plus longtemps ?
Les coquilles en PET ont un faible taux de transmission à la fois de l’oxygène et de l’humidité. Cela permet de contrôler l’humidité et de ralentir le taux d’oxydation, ce qui aide les produits à rester frais plus longtemps. L’USDA-FDA a mené une étude concluant que les fraises conditionnées dans des coquilles en PET restaient fraîches 4 à 7 jours de plus que celles conditionnées dans des emballages standards.