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Apport de nouvelles techniques expérimentales
à l’étude des comportements mécanique et hygroexpansif des emballages carton |
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Last update :
September 23, 2011 |
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Résumé
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 :
- L’utilisation couplée de la microtomographie
à rayons X et d’une méthode de corrélation d’images 2D pour
la mesure des déformations à l’échelle du réseau fibreux
permettant l’étude de l’hygroexpansion du carton plat.
- Une méthode de stéréo-corrélation d’images
permettant la caractérisation de l’évolution du champ de
déformation de panneaux d’une structure d’emballage en
carton ondulé au cours d’un essai de compression-flambement.
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