15 février 2025
Comment le secteur de l’emballage peut-il réduire son empreinte environnementale de façon responsable ? La science des matériaux regorge d’idées innovantes.
Certaines des plus grandes avancées scientifiques sont le fruit d’un travail d’équipe, et le domaine de l’emballage des aliments et des boissons regorge d’opportunités d’innovation collaborative. En faisant le lien entre des secteurs essentiels tels que le développement durable, le développement des matériaux et la sécurité alimentaire, le secteur de l’emballage a fait de grands progrès pour réduire l’empreinte carbone des emballages et améliorer leur recyclabilité, tout en préservant la sécurité des aliments et des boissons. Mais il y a encore beaucoup de place pour l’innovation.
« Nous collaborons avec des scientifiques et des chercheurs de premier plan dans divers domaines afin d’explorer les dernières technologies et les nouveaux matériaux, et ainsi continuer à faire évoluer nos briques pour qu’elles deviennent les emballages alimentaires
les plus durables au monde1 », explique Joakim Tuvesson, vice-président de la division Matériaux et emballages chez Tetra Pak.
Tirer les leçons du passé afin d’innover pour l’avenir
Le domaine de la science des matériaux a fait des bonds de géant au cours du siècle dernier. Notre compréhension de l’utilisation potentielle des matériaux a fait des pas de géant par rapport à il y a quelques décennies, ce qui ouvre aux chercheurs un vaste champ de possibilités.
« Prenez Bill Hoyt, le champion olympique de saut à la perche médaillé d’or en 1896, qui utilisait une perche en bois de noyer pour atteindre une hauteur de 3,30 mètres », explique Rajni Hatti-Kaul, professeur de biotechnologie à l’université de Lund. « Si cette performance était impressionnante il y a 130 ans, cela n’est rien comparé aux athlètes d’aujourd’hui, qui utilisent des perches en fibre de verre et en carbone pour atteindre plus de 6 mètres ! »
« Plus une solution d’emballage utilise de matériaux renouvelables et recyclables, plus son empreinte environnementale est faible. »
Mais les progrès de la technologie des matériaux ne sont pas sans inconvénients. À l’échelle mondiale, nous sommes confrontés à des défis environnementaux urgents liés aux matériaux modernes, en particulier les plastiques d’origine fossile. Ces matériaux sont des ressources non renouvelables qui contribuent actuellement à environ 4 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre.
On ne crée pas un nouveau matériau du jour au lendemain
Heureusement, ce dilemme a incité toute une génération de chercheurs en matériaux innovants à chercher d’autres solutions. Au-delà de la priorité indiscutable du maintien des normes de qualité et d’hygiène, deux propriétés sont particulièrement cruciales dans le contexte de l’emballage : être renouvelable et recyclable. Plus une solution d’emballage utilise de matériaux renouvelables et recyclables, plus son empreinte environnementale est faible.
Mais pour réussir à développer des solutions d’emballage plus durables sans compromettre la sécurité alimentaire, il faut tout mettre en œuvre, car le développement de nouveaux matériaux et de nouvelles technologies prend souvent jusqu’à 20 ans. Par exemple, il a fallu 10 ans de recherches et de développement pour créer le Velcro.
Une évolution vers des matériaux plus renouvelables
La réduction de l’empreinte carbone des emballages commence dès les premières étapes, avec le choix des matériaux et la manière dont ils sont obtenus. Et le secteur est en bonne voie pour développer des alternatives aux matériaux à base de combustibles fossiles qui ont moins d’impact sur l’environnement.
« Nous commençons tout juste à en explorer les possibilités, mais les polymères d’origine végétale, pour ne citer qu’un exemple, offrent un potentiel extraordinaire. Ils peuvent être créés à l’aide de la chimie verte et de l’ingénierie métabolique des micro-organismes », déclare le professeur Hatti-Kaul. « Ces méthodes permettent de produire des éléments de base pouvant être utilisés dans les plastiques, et elles offrent une alternative viable très puissante aux matériaux d’origine fossile. »
« Le développement de nouveaux matériaux et de nouvelles technologies peut parfois demander jusqu’à 20 ans. »
Tetra Pak a déjà pris une longueur d’avance dans ce domaine, en utilisant des polymères d’origine végétale pour les bouchons et le revêtement des matériaux d’emballage. Tetra Pak a aussi développé une membrane à base de papier comme alternative à la feuille d’aluminium utilisée dans les briques alimentaires aseptiques traditionnelles. Et l’avenir s’annonce radieux : la recherche et le développement de nouveaux matériaux ouvrent la voie à un changement systémique dans la production de polymères et le recyclage durable.
« Grâce à de nouvelles techniques et de nouveaux procédés de production, les chercheurs travaillent d’arrache-pied pour nous aider à réduire notre dépendance aux combustibles fossiles », ajoute le professeur Hatti-Kaul. « Cela permettrait vraiment de minimiser l’impact environnemental des matériaux d’emballage. »
Réunir les spécialistes des matériaux et les experts en modélisation
L’intégration d’une proportion plus importante de matériaux renouvelables et recyclables dans les emballages n’est qu’une pièce d’un puzzle très complexe. Ce puzzle doit également inclure une attention méticuleuse portée à la sécurité alimentaire. C’est pourquoi il est clairement nécessaire que les spécialistes des matériaux, les expérimentateurs et les experts en modélisation collaborent pour créer ensemble des modèles complets qui prédisent avec précision le comportement de ces matériaux dans des applications réelles.
« Nous commençons tout juste à en explorer les possibilités, mais les polymères d’origine végétale, qui peuvent être créés à l’aide de la chimie verte et de l’ingénierie métabolique, recèlent un potentiel extraordinaire. »
« Prenons par exemple ce qui arrive aux polymères lors de la déformation : ce sont les changements et les interactions à l’échelle des chaînes de polymères qui déterminent le comportement global du matériau », explique Stephen Hall, professeur de mécanique des solides à l’université de Lund. « Il est essentiel de comprendre les propriétés des matériaux à partir de leurs échelles microstructurales pertinentes dans différentes conditions pour obtenir des solutions d’emballage fiables, car ce sont ces propriétés qui affectent la capacité de l’emballage à protéger les aliments qu’il contient. »
La technologie des rayons X nous aide à comprendre quand les matériaux se dégradent
Des questions essentielles telles que la compréhension de la relation entre la pénétration de l’eau et la déformation des matériaux en papier, qui est nécessaire pour développer des emballages à base de papier à la fois durables et recyclables, dépendent de ce que le professeur Hall appelle la « caractérisation des matériaux ». Ce processus repose sur la compréhension des propriétés des matériaux dans différentes conditions, afin d’évaluer leur adéquation à des applications spécifiques.
C’est là qu’interviennent des techniques expérimentales avancées, telles que la tomographie par rayons X et la diffusion des rayons X. Permettant essentiellement de former une image de la structure interne d’un objet ou d’un matériau, du niveau atomique à l’échelle du produit, ce sont là quelques-unes des principales techniques utilisées par les experts du Max IV, un centre de recherche hébergé par l’université de Lund.
« La première étape de ce processus consiste à mesurer la structure des matériaux, comme le carton et le plastique, aux échelles atomique, moléculaire et microstructurale à l’aide de ces techniques de rayons X », explique le professeur Hall. « Ensuite, nous soumettons le matériau, par exemple, à la chaleur, à l’humidité ou à d’autres conditions environnementales, pour observer quand et comment il change, se déforme ou se décompose. »
Analyser les données grâce à l’intelligence artificielle
Souhaitant soutenir les connaissances générées dans des instituts de recherche de renommée mondiale, les utiliser et les mettre en pratique, Tetra Pak a lancé une collaboration avec l’université de Lund.
Pour l’un des premiers projets de ce partenariat, les chercheurs ont utilisé l’intelligence artificielle pour analyser les données de diffusion des rayons X. Cette analyse fournit des informations précieuses sur la structure et le comportement des matériaux, tels que les fibres de bois et les polymères, dans des conditions telles que les cas de charge et les changements de matériau.
« Grâce aux techniques de rayons X, nous pouvons observer les molécules du matériau d’emballage et voir quand elles se décomposent, se dissolvent ou se déforment. »
Les scientifiques utilisent ces informations pour déterminer la résilience des matériaux, qui est l’une des caractéristiques les plus importantes en matière de sécurité des emballages alimentaires. Une fois que la physique des matériaux est saisie avec plus de précision, les experts en modélisation peuvent utiliser ces informations pour développer des modèles sur le comportement des matériaux, ce qui est crucial pour prendre des décisions éclairées sur le développement des matériaux pour l’emballage.
Des recherches qui pourraient offrir des avantages bien au-delà de l’emballage
Des collaborations comme celle-ci ne se limitent pas à transformer le secteur de l’emballage ; leurs implications pourraient s’étendre bien au-delà. Le développement de matériaux entièrement renouvelables et recyclables a le potentiel d’établir de nouvelles normes dans de multiples secteurs, des biens de consommation aux soins de santé.
« Nous voulons utiliser des matériaux qui peuvent être obtenus à partir de ressources renouvelables et facilement recyclés à la fin de leur cycle de vie, mais ce n’est qu’une partie de notre objectif global », déclare Joakim. « Le défi ne consiste pas seulement à créer des emballages durables, mais à redéfinir l’ensemble du cycle de vie des matériaux d’emballage. »
« Le développement de matériaux entièrement renouvelables et recyclables a le potentiel d’établir de nouvelles normes dans de multiples secteurs, des biens de consommation aux soins de santé. »
Les connaissances acquises grâce à ces études pourraient également accélérer la transition vers une économie circulaire. De telles avancées pourraient créer un effet d’entraînement, en modifiant les attentes des consommateurs pour exiger des entreprises qu’elles améliorent la durabilité de leurs opérations et de leurs produits, et en influençant à terme les politiques réglementaires pour qu’elles s’alignent sur ce qui est le mieux pour la santé humaine et la planète.
Si vous souhaitez en savoir plus sur la science du développement des matériaux d’emballage, lisez notre article sur la sécurité des emballages alimentaires. Découvrez comment nos experts s’efforcent de garantir que la production d’emballages plus durables ne se fasse pas au détriment de la sécurité alimentaire.
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1 Une brique alimentaire conçue à partir de matériaux recyclés ou recyclables, issus d’un approvisionnement responsable. Ce choix contribue à la protection ainsi qu’à la restauration du climat, des ressources et de la biodiversité de notre planète. Il favorise une production et une distribution à faible empreinte carbone, tout en restant pratique et sûr, soutenant ainsi un système alimentaire résilient. Cet emballage est entièrement recyclable.