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SCIENTIFIC PAPER |
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Cerig |
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Last update : September 23, 2011 |
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Apport de nouvelles techniques expérimentales à l’étude des comportements mécanique et hygroexpansif des emballages carton |
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Jérémie Viguié, Pierre J.J. Dumont, Sabine Rolland du Roscoat, Pierre Vacher, Laurent Orgéas, Isabelle Desloges, Évelyne Mauret, Jean-Francis Bloch |
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Revue ATIP vol.65, n°2, Juin-Juillet 2011 |
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Les cartons sont largement utilisés dans le secteur de l’emballage rigide. À cette fin, ils doivent assurer la protection de leur contenu au cours des opérations de conditionnement et de logistique qui consistent à emballer, regrouper, transporter et stocker les produits. Ils doivent également communiquer des informations sur ces produits afin de pouvoir les identifier et les rendre attractifs.
Pour remplir ces fonctions, les cartons doivent répondre à certaines exigences spécifiques. Par exemple, ils doivent être résistants afin de constituer la structure d’un emballage. Ils doivent également être mécanisables (pouvoir passer sur les machines de transformation et de conditionnement) afin de garantir les cadences de production. Enfin, ils doivent être imprimables afin de servir de supports d’informations.
Il existe deux familles principales de cartons qui se distinguent par leur structure : le carton plat et le carton ondulé. Le carton plat est souvent issu de l’association à l’état humide de plusieurs feuilles de papier. Le carton ondulé est issu du collage de feuilles planes et d’une ou plusieurs feuilles ondulées. Les feuilles de papier possèdent une microstructure extrêmement complexe. Elles forment en effet des réseaux essentiellement plans de fibres cellulosiques enchevêtrées contenant des charges minérales et des adjuvants. Les opérations de fabrication de ces feuilles induisent une forte anisotropie de leurs propriétés mécaniques. Dans le plan de ces feuilles, on distingue ainsi le Sens Marche ou Sens Machine (SM) et le Sens Travers (ST) pour désigner les directions principales de cette anisotropie induite lors de la fabrication.
Différents problèmes liés à l’utilisation du carton comme matériau d’emballage peuvent être identifiés : la non-uniformité d’impression du carton ondulé (liée à sa structure particulière), l’instabilité dimensionnelle lors de variations de l’humidité relative de l’air ambiant (à l’origine d’une perte d’aplat), le délaminage (séparation des couches) lors de l’impression lithographique offset du carton plat ou du refoulage du carton ondulé, mais également la ruine des emballages induite par de fortes contraintes de compression à l’origine de phénomènes de flambement.
Aujourd’hui, il existe de nouvelles techniques expérimentales permettant de mieux appréhender les phénomènes décrits ci-dessus. La microtomographie à rayons X constitue l’une d’entre elles. Elle se révèle être un excellent outil pour caractériser la microstructure fibreuse des papiers de manière non invasive. Par ailleurs, la méthode de corrélation d’images est actuellement largement utilisée pour la mesure de champs cinématiques en mécanique des matériaux, mais reste encore relativement peu mise en application dans le cas des matériaux fibreux désordonnés (papiers, cartons, feutres, composites).
Dans cette contribution, nous donnons deux exemples d’utilisation de ces méthodes appliquées au domaine des cartons :
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