Date : 2024
Type : Livre / Book
Type : Thèse / ThesisLangue / Language : français / French
Résumé / Abstract : Les politiques environnementales encouragées par le Pacte Vert européen imposent une utilisation vertueuse des matières plastiques employées pour le conditionnement, la distribution et la conservation des aliments. Actuellement, le polyéthylène téréphtalate (PET) recyclé mécaniquement est la seule matière plastique recyclée largement autorisée pour le contact direct avec les aliments. Les matières plastiques polyoléfiniques recyclées mécaniquement, telles que le polypropylène (PP) et le polyéthylène haute densité (PEHD), ne sont pas autorisées de manière étendue en raison de la forte contamination des gisements, de la difficulté d'éliminer les contaminants peu ou non volatils et de la capacité de ces matrices caoutchoutiques à les transférer dans les aliments. Les travaux ont visé à établir une stratégie technologique pour une utilisation sûre des polyoléfines recyclées mécaniquement pour le contact avec des produits sensibles.Un concept novateur appelé "sécurité sanitaire équivalente" a été développé pour gérer les substances non identifiées et/ou non détectées pour lesquelles une évaluation du risque par substance n'est ni possible ni souhaitable. Une situation B est dite équivalente à une situation A si elle conduit à un transfert de matière inférieur à A. Si A est acceptée ou déjà utilisée, B peut l'être également. Ce principe simple permet d'explorer des profils de décontamination équivalents en utilisant la matière recyclée derrière une couche barrière qui garantit au moins pour un temps donné une sécurité équivalente. Les conditions qui permettent d'obtenir une équivalence en temps, niveau de décontamination, type et épaisseur de barrière ont été identifiées par calcul.De nouvelles solutions analytiques des équations de diffusion de matière ont été développées à l'aide de la méthode des images pour les matériaux recyclés protégés par une barrière. Cette méthode permet d'obtenir des expressions explicites facilement implémentables et avec un faible coût de calcul. Ces solutions appuient une estimation robuste et rapide des équivalences pour des contaminations présentes à l'état de traces et avec des faibles seuils de tolérance dans l'aliment ou autres produits sensibles.Le caractère conservateur de l'approche a été testé expérimentalement pour un film de PP recyclé d'épaisseur 200 µm formulé à l'aide de six contaminants modèles et utilisé derrière une couche de PET vierge biétiré de 12 µm en contact avec un simulant eau-éthanol 50%. Les coefficients de diffusion de chaque substance ont été mesurés expérimentalement et indépendamment pour chacune des deux couches. Une nouvelle méthode de mesure des coefficients de diffusion très précise a été validée. Elle permet de vérifier les lois d'échelle et les volumes d'activation des diffusivités de substances homologues. Un mécanisme de diffusion mettant en jeu la translation de motifs ou "blobs" rigides est confirmé et justifie l'utilisation de la théorie dite "hole-free volume theory" pour décrire leur diffusion pour des températures et états plastifiés arbitraires. Une équivalence même en présence d'une barrière plastifiée par l'aliment a été établie ainsi qu'une estimation des profils de décontamination optimaux en fonction de la masse moléculaire des contaminants. Une masse moléculaire critique au-delà de laquelle aucune décontamination n'est nécessaire a été identifiée entre 200 g/mol et 300 g/mol suivant l'épaisseur de la barrière.
Résumé / Abstract : Environmental policies encouraged by the European Green Deal impose a virtuous use of plastics for food packaging, distribution, and preservation. Mechanically recycled polyethylene terephthalate (PET) is the only recycled plastic material widely authorized for direct food contact. Mechanically recycled polyolefin plastics, such as polypropylene (PP) and high-density polyethylene (HDPE), are not broadly authorized due to high contamination levels in the waste streams, the difficulty in eliminating slightly or non-volatile contaminants, and the capacity of these rubbery matrices to release these contaminants into food. This work aimed to establish a technological strategy for the safe use of mechanically recycled polyolefins for sensitive contact applications.A novel concept called "equivalent food safety" was developed to manage unidentified and undetected substances for which risk assessment by substance is neither possible nor desirable. Situation B is considered equivalent to situation A if it results in a lower mass transfer than A. If A is accepted or already used, B can also be used. This simple principle allows for the exploration of equivalent decontamination profiles by using recycled material behind a barrier layer that guarantees at least equivalent safety for a given time. The conditions that allow for equivalence in time, decontamination level, type, and barrier thickness have been identified through calculations.New analytical solutions to the mass diffusion equations have been developed using the source image method for recycled materials protected by a barrier. This method provides explicit expressions that are easily implementable and have a low computational cost. These solutions support a robust and rapid estimation of equivalences for trace contaminations with low tolerance thresholds in food or other sensitive products.The conservative nature of the approach was experimentally tested for a recycled PP film with a thickness of 200 µm, formulated with six model contaminants, and used behind a 12 µm biaxially oriented virgin PET layer in contact with a 50% water-ethanol simulant. The diffusion coefficients of each substance were measured experimentally and independently for each of the two layers. A new method for accurately measuring diffusion coefficients was validated. It allows for verifying the scaling laws and activation volumes of the diffusivities of homologous substances. A diffusion mechanism involving the translation of rigid motifs or "blobs" was confirmed, justifying the use of the "hole-free volume theory" to describe their diffusion for arbitrary temperatures and plasticized states. An equivalence was established even in the presence of a barrier plasticized by the food, as well as an estimation of optimal decontamination profiles based on the molecular weight of the contaminants. Depending on the barrier thickness, a critical molecular weight beyond which no decontamination is necessary was identified between 200 g/mol and 300 g/mol.