Une approche multi-échelle pour caractériser la contamination des emballages alimentaires en papier et carton

Mots clés : emballages alimentaires ; papier et carton ; recyclage ; contaminants ; sécurité alimentaire

Les emballages en papier et carton, potentielles sources de contamination

Les politiques environnementales actuelles visent à réduire l’utilisation de plastique à usage unique. Les matériaux cellulosiques, recyclables et hautement recyclés, sont ainsi de plus en plus utilisés comme emballages alimentaires. Cependant, les emballages commercialisés peuvent être contaminés par différentes substances, notamment des hydrocarbures d’huiles minérales, nocives pour la santé humaine. Ces contaminants sont amenés dans le matériau lors de l’impression par des encres, l’application de colle, de vernis et laques, mais aussi lors du recyclage. Les molécules contaminantes sont bien connues. En revanche, leur migration au sein de l’emballage n’a été jusqu’ici que peu étudié. Les scientifiques de l’unité SayFood se sont ainsi intéressés à caractériser les mécanismes de transfert de ces contaminants dans les emballages alimentaires en papier et carton.

Une distribution hétérogène des molécules contaminantes…

Leurs premiers travaux ont porté sur des emballages en papier et carton non recyclés. Les emballages sont en effet très hétérogènes et varient en fonction de leurs application et sources.  Les scientifiques ont ainsi extrait des molécules contaminantes ciblées de neuf échantillons différents. Leurs résultats révèlent que les emballages commerciaux ont leur propre empreinte chimique de contamination. De plus, la contamination est différente d’un endroit à l’autre d’un même emballage, notamment en raison des zones collées ou imprimées.

… complexifiée dans les matériaux recyclés

Grâce à l’approche microscopique développée, les chercheurs ont mis en évidence des motifs de contamination plus complexes dans les matériaux fabriqués à partir de fibres de papier recyclées. Un plus grand nombre de molécules présentes ainsi qu’une dispersion plus importante dans les matériaux ont été reportés. Par exemple, les substances provenant des encres, présentes en grande partie sur la partie externe des emballages vierges, sont distribuées dans toute l’épaisseur des matériaux recyclés. L’aliment serait donc plus susceptible d’être exposé à certains types de contaminants quand il est emballé dans un matériau contenant des fibres recyclées.

Les transferts des contaminants conditionnés par leur distribution

Après avoir analysé la distribution des contaminants à différentes échelles, les scientifiques ont étudié les phénomènes de transfert. Le transfert par contact direct a été étudié par migration de molécules peu volatiles dans des couches empilées d’un papier de référence. La désorption de substances volatiles dans ce matériau a permis d’évaluer le transfert par la diffusion en phase gazeuse. Les résultats obtenus indiquent que les cinétiques de migration dépendent de la contamination initiale : distribution, concentration, affinité avec le papier. La température ou la présence d’un flux d’air externe exercent également une influence sur la vitesse de transfert. L’ensemble de ces travaux semble indiquer qu’un emballage recyclé pourrait ainsi contaminer plus rapidement un aliment qu’un emballage fabriqué uniquement à partir de fibres vierges.

Vers des matériaux plus sûrs pour l’Homme et l’environnement ?

Un nouveau matériau barrière est en cours d’évaluation par les partenaires du projet, appuyés par l’équipe de SayFood. Il pourrait empêcher un matériau contaminé de relâcher ses contaminants à l’aliment. Composé de microfibrilles de cellulose et intégré à l’emballage, il n’altérerait pas sa recyclabilité. Des premiers tests de migration sont en cours afin d’évaluer son efficacité.

* Ces recherches sont financées partiellement par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR) dans le cadre du projet FoodSafeBioPack (ANR-20-CE21-0009, 2020-2024) en partenariat avec le Laboratoire National de Métrologie et d’Essais (LNE), le Centre Technique de Papier (CTP) et le laboratoire Sols, Solides, Structures et Risques (3SR).