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RÉSUMÉ
Les machines d’emballage et de conditionnement ont connu ces dernières décennies de grandes évolutions, tant sur leur cadence que sur le niveau de sophistication. Cet article répertorie les différentes machines d’embouteillage utilisées pour le conditionnement de liquides et produits visqueux alimentaires dans des récipients en verre ou plastique. Sont passés en revue pour chacun d’eux leur principe et cadence de fonctionnement. Les critères qui définissent la machine sont la cadence attendue, la taille de l’emballage, et la viscosité et le type de liquide à conditionner.
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Philippe COGNARD : Ingénieur de l’École supérieure de physique et chimie de la Ville de Paris - Ancien directeur, société Ato Findley - Expert près les tribunaux
INTRODUCTION
L ’emballage et le conditionnement font appel à des machines très sophistiquées qui permettent des cadences élevées de dosage-pesage, remplissage, étiquetage, groupage, etc., surtout dans les industries agroalimentaires. Chaque consommateur de produits alimentaires utilise en effet quotidiennement plusieurs emballages. De plus, du fait de la concentration des sociétés, les usines importantes de boissons, biscuits, bonbons, riz, etc., produisent des centaines de milliers d’unités chaque jour.
Les machines à cadence moyenne et élevée ont connu des progrès considérables depuis les années 1980. Elles emploient des techniques modernes d’automatisation, bien que l’ensemble du processus soit encore très largement basé sur des systèmes mécaniques.
Le conditionnement de liquides et produits visqueux ou particuliers, alimentaires ou non, peut être effectué dans des emballages en différents matériaux : verre (neuf ou récupéré/consigné), PVC, PET, polyéthylène, complexes à base de carton et plastique.
Selon la cadence désirée, la taille des emballages, la viscosité et le type de liquide (avec ou sans CO2 dissous, alimentaire ou non), il existe une très large offre de machines sur le marché européen. Cette étude abondamment illustrée présente chaque type de machine d’embouteillage de liquides essentiellement alimentaires avec son principe de fonctionnement, les cadences moyennes ou élevées et les travaux qu’il permet.
Les liquides alimentaires sont principalement : eaux, vins et spiritueux, vins mousseux, bières, boissons carbonatées, huiles. Ils sont conditionnés dans des bouteilles en verre neuf ou recyclé, PVC, PET neuf ou recyclé et des briques en complexes à base de carton. Ce conditionnement est en général réalisé de façon aseptique afin de garantir la conservation des aliments.
Pour les liquides non alimentaires, citons simplement le cas des produits d’entretien (solvants en bouteilles en plastique, produits chimiques liquides, éventuellement corrosifs, voire nocifs), pour lesquels on utilise le même type de soutireuse et de boucheuse que pour les liquides alimentaires, en s’assurant que tous les matériaux utilisés pour la construction des machines sont en acier inoxydable, et que les joints en élastomère résistent aux produits chimiques (silicones) ou bien qu’il s’agit de systèmes sans joint souple. De plus, les bouchons doivent être des bouchons de sécurité.
Cet article est le premier d’un ensemble qui traite des machines d’emballage à cadence moyenne ou élevée :
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conditionnement de liquides (ou semi-liquides) alimentaires dans des récipients en verre ou plastique [AG 6 600] ;
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emballage et conditionnement de produits secs, solides, poudres, petits objets, dans des sacs, sachets, étuis en carton, barquettes sous sachet, plateaux Machines d’emballage- Produits secs et petits objets ;
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machines de fin de ligne : convoyeurs, groupage de divers emballages, suremballage, encaisseuses, robots, palettiseurs, « wrapping », marquage, rubans adhésifs, etc., et emballage en métal de produits liquides, pâteux ou solides [AG 6 602] ;
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emballage et conditionnement de produits pharmaceutiques, cosmétiques, d’entretien, etc., et techniques spéciales [AG 6 603].
Les fabricants des machines à plus faible cadence et des machines à cadence moyenne et élevée présentées sont listés dans .
Les matériaux d’emballage sont étudiés par ailleurs : verre Emballages en verre, métal Emballages métalliques, plastiques Emballages plastiques.
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Lavage et rinçage des bouteilles
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1. Soufflage des bouteilles en PET
La fabrication des bouteilles en verre est détaillée dans Emballages en verre. Nous étudions ici plus particulièrement le soufflage des bouteilles et flacons en PET (polyéthylène téréphtalate) parce qu’il est souvent réalisé au sein même de l’usine de produits alimentaires qui les utilise, afin d’intégrer en un même lieu toute la production et de ne pas avoir à transporter des emballages vides et encombrants.
Les préformes moulées par injection sont maintenues col en haut, elles descendent par gravité jusqu’à la roue d’alimentation qui les charge sur une chaîne de tournettes (figure 1). La progression de la chaîne de tournettes entraîne la rotation des préformes sur leur axe et leur défilement en continu dans le four. Les préformes y sont chauffées par une série de lampes infrarouges (IR) à quartz. Une ventilation assure un refroidissement superficiel des préformes, tandis que les IR les chauffent à cœur. La température est contrôlée et asservie sur toute la hauteur de la préforme : la zone située sous le col est chauffée davantage afin d’obtenir un taux d’étirage plus important ; les cols sont maintenus à basse température afin qu’ils ne soient pas déformés pendant le soufflage car ils doivent conserver le même diamètre jusqu’au bouchage.
À la sortie du four, les préformes sont transférées vers une roue de soufflage ou vers une presse comportant un certain nombre de moules. La rotation de la roue de soufflage permet d’enchaîner les différentes phases de la bi-orientation. Le soufflage est effectué au moyen d’une tuyère (par exemple, tuyère-cloche sur les machines Sidel). Après descente de la tuyère, un étirage longitudinal est effectué par une tige d’élongation. Un présoufflage initie l’étirage latéral. À la fin de la course d’étirage, le soufflage à haute pression achève l’étirage latéral et bloque la paroi de la bouteille contre le moule.
Après refroidissement et ouverture...
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Soufflage des bouteilles en PET
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