Projet ANR Safe Food Pack Design

Alimentation et industries alimentaires (ALIA)

Edition 2010

SafeFoodPack Design

Computer-aided design of safe food plastic packaging

La modélisation moléculaire et la simulation pour maîtriser la sécurité des emballages
Les risques de contamination par les différents matériaux en contact direct ou indirect avec les aliments sont gérés par des règles disparates en Europe. Une approche préventive compatible avec les standards de gestion de la sécurité sanitaire des aliments (ISO 22000) est proposée sous la forme d’une plateforme libre de simulation numérique.

Construire la sécurité des systèmes d’emballage alimentaires dès leur conception
Le règlement cadre Européen 1935/2004/EC impose à l’industrie de minimiser les interactions emballage-aliment pour ne pas mettre en danger la santé des consommateurs ou modifier les caractéristiques de l’aliment. Le projet prépare les scénarios, les réponses et les conséquences des transferts des constituants des matériaux à toute les étapes de leur utilisation (ex. stockage industriel des matériaux, conservation des aliments, réchauffage micro-ondes,…), qu’ils soient précédemment décrits, et donc prévisibles, ou non. Parce-que l’approche proposée est préventive, elle est supposée supérieure aux pratiques actuelles de contrôle sur le produit fini emballé, qui ne peuvent être prises en charge que par l’aval de filière emballage-alimentaire et uniquement de manière ponctuelle.
L’idée centrale est que chaque acteur le long de la filière puisse évaluer, via des simulations numériques, les conséquences des choix techniques (de substances, de matériaux, d’étapes ou pratiques industrielles, d’utilisation domestique…) sur la contamination finale de l’aliment emballé. Ces évaluations réalisées lors de la conception et lors de toute modification du désign ou de l’usage de l’emballage sont développées de manière à être auditables par l’ensemble des acteurs, y compris l’autorité de contrôle.
L’ensemble des concepts, des données, des modèles, des outils numériques sont intégrés dans une plateforme client/serveur, appelée SAFEFOODPACK DESIGN et diffusée via des actions de formation spécifiques (cours, ateliers, guides). Les choix de standards ouverts et d’une licence permissive (plateforme gratuite librement distribuable et modifiable) sont les garants de la pérennité de la solution proposée.

Construire une plateforme intégrée de simulation pour évaluer les risques de migration
Le projet contribue à la production des données d’entrée nécessaires aux outils de simulation numérique mis en œuvre dans la plateforme de conception SAFEFOODPACK DESIGN: données de composition des emballages, lois fondamentales d’activation (par la température ou la plastification) des propriétés de transferts (coefficients de diffusion et d’activité principalement) dans les matrices polymères. Les effets spécifiques liés à la structure chimique des contaminants sont étudiés expérimentalement via des séries homologues de molécules et de manière théorique par modélisation moléculaire. L’ensemble des données est intégré dans un même système expert capable d’extrapoler statistiquement les propriétés disponibles à une famille ou de molécules ou de matériaux.
Une approche de type « Failure Mode Effects and Criticality Analysis » (FMECA) est adaptée des pratiques de l’industrie aéronautique pour fournir une mesure quantitative de la criticité des éléments de désign (ex. un assemblage de matériaux), des substances utilisées, des étapes industrielles et domestiques… vis-à-vis du risque de contamination des aliments. Une implémentation numérique de la méthode au sein de la plate-forme SAFEFOODPACK DESIGN permet d’effectuer ses tâches fastidieuses en quelques minutes. En relation avec l’industrie et les centres techniques, plusieurs contextes d’utilisation de la plate-forme sont pris en compte : ingénierie concurrente de systèmes d’emballages (quel est le plus sûr ?, quelle partie doit être optimisée ?), veille sanitaire de matériaux d’emballage sur le marché (lequel doit être contrôlé ?)…

Résultats

Avec l’aide des industriels de l’agro-alimentaire, le projet a collecté de nombreux échantillons représentatifs des principales applications des emballages alimentaires afin d’alimenter, après déformulation, une base de données d’occurrence des substances et des concentrations utilisées dans les matériaux. A cette fin, des méthodes de déformulation rapide (RMN, spectrométrie de masse) ont été développées.
L’approche FMECA proposée est aujourd’hui implémentée numériquement dans un outil open-source appelé FMECAengine. Un langage simplifié a notamment été développé pour coder en quelques minutes un diagramme industriel complet et pour décrire les assemblages complexes de matériaux.
Les lois d’activation de la diffusion de molécules de types additifs en fonction de la température dans les polymères caoutchoutiques (T=Tg) et les élastomères ont été élucidées pour des molécules homologues linéaires et aromatiques. Des lois d’échelles universelles, dépendant de la température, ont été mises en évidence pour les matrices polymères aliphatiques et expliquées par simulation de la dynamique moléculaire. L’extension au domaine vitreux (TLa modélisation des coefficients d'activité dans les polymères et les liquides simulateurs de l'aliment en cours d'extension pour les copolymères et les polymères blocks.

Perspectives

Le projet vise à développer la coopération entre les acteurs industriels, entre l’industrie et les centres techniques, entre l’industrie et les autorités de contrôle et de veille sanitaire. Une discussion avec les élus et les associations sera organisée pour identifier les garanties attendues par les consommateurs.
La Direction Générale de la Santé et de la Protection des Consommateurs de la Commission Européenne, qui participe au comité de pilotage du projet, regarde avec attention les conclusions du projet. Elles pourraient servir de prototype pour de futures règles pour les seize catégories – sur les dix-sept recensées – de matériaux au contact des aliments sans règlementation spécifique.

Productions scientifiques et brevets

Outre les différentes conférences, où les résultats en cours d’acquisition ont été présentés, le détail de la méthode FMECA quantitative a été soumis pour publication à AIChE Journal. Les lois d’échelles de la diffusion et leur interprétation à l’échelle à la moléculaire font l’objet d’une publication soumise à Macromolecules.
Le projet open-source FMECAengine et sa documentation associée sont téléchargeables librement sur : https://github.com/ovitrac/FMECAengine

 

PARTENAIRES

ANIA ASS NATIONALE IND. AGRO ALIMENTAIRES

France Emballage ASSOCIATION FRANCE EMBALLAGE

CASIMIR CENTRE D' APPUI ET DE STIMULATION DE L' INDUSTRIE PAR LES MOYENS DE L INNOVATION ET DE LA RECHERCHE (CASIMIR ) POLE TECHNOLOGIQUE AUVERGNE

Decernis Decernis

GENIAL / INRA INSTITUT NATIONAL DE LA RECHERCHE AGRONOMIQUE - CENTRE DE RECHERCHE DE JOUY-EN-JOSAS

JCEP JEUNE CHAMBRE ECONOMIQUE PLASTURGIE (JCEP)

LNE LABORATOIRE NATIONAL DE METROLOGIE ET D'ESSAIS

SCL33 SERVICE COMMUN DES LABORATOIRES/ MINISTERE DE L’ECONOMIE ET MINISTERE DU BUDGET

Storsack  Storsack

LRGIA UNIVERSITE CLAUDE BERNARD - LYON I

EMMA EA 581 UNIVERSITE DE DIJON [BOURGOGNE]

Aide de l'ANR : 789 997 euros
Début et durée : janvier 2011 - 36 mois