Natacha DAOUD

Soutiendra publiquement ses travaux intitulés : « Développement de stratégies de sécurité équivalente pour l'utilisation de polyoléfines recyclées mécaniquement dans des applications à contact sensible »

Composition du jury :

Mots-clés :

Économie circulaire, Barrières fonctionnelles, Modélisation, Recyclage, Transfert de masse, Contact alimentaire.

Résumé : 

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.