Accueil     Plan | Recherche     Technique | Liens | Actualités | Formation | Emploi | Forums | Base  
Le logo du CERIG MÉMOIRE Cerig 
Vous êtes ici : Accueil > Technique > Mémoires > Encre EB et impression d'emballages alimentaires Révision : 26 juin 2014  
Encre EB et impression d'emballages alimentaires
 
             Laure DONNET et Jean-Baptiste KERBRAT

Élèves ingénieurs 2e année
Avril 2013
Mise en ligne - Juin 2014

Avertissement
Ce mémoire d'étudiants est une première approche du sujet traité dans un temps limité.
À ce titre, il ne peut être considéré comme une étude exhaustive comportant toutes les informations
et tous les acteurs concernés.

       
  Plan  
I - Introduction
II - Focus technique sur les encres
III - Analyse économique
IV - Perspectives
V - Conclusion
VI - Bibliographie - Webographie
Mémoire précédent    Liste des mémoires    Page technique    Mémoire suivant
Précédent Liste Thèmes Suivant

I - Introduction

Plan

   
Partagez sur Facebook
Rejoignez-nous
Voir aussi

Il existe diverses manières d’imprimer et de sécher des encres ou vernis. Chaque technique répond à des problématiques liées à des contraintes techniques, économiques et législatives.

L’emballage alimentaire est l’un des secteurs d'impression les plus contraignants en raison des nombreuses restrictions concernant la toxicité des matériaux en contact avec les aliments. L’un des éléments essentiels à contrôler est l’encre : sa migration de l'emballage vers l'aliment peut être néfaste pour la santé du fait des solvants ou encore des matières colorantes qu'elle contient.

De plus, pour l'impression d'emballages destinés au contact des aliments, l'encre doit répondre à certaines exigences. Il faut un séchage le plus rapide possible afin de placer les opérations de transformation à la suite de l’impression pour gagner en productivité. C’est l'avantage des encres à séchage par polymérisation : par ultra-violet (encre UV) et par faisceau d'électrons ou Electron Beam (encre EB). En outre, ces deux types d’encre permettent d’obtenir un film d'encre d'épaisseur constante à l’impression c’est-à-dire que l’épaisseur déposée correspond à celle séchée.

La présence de photoamorceurs dans la formulation de l'encre UV interdit son utilisation pour imprimer les emballages alimentaires. Qu’en est-il de l'encre EB ? Est-il possible de mettre à profit les avantages de ce procédé dans l’impression d'emballages de produits alimentaires ? Cette solution est-elle viable économiquement ?

II - Focus technique sur les encres

Plan

II-1 - Encre pour l'impression d'emballages destinés au contact des aliments

La législation précise des restrictions concernant l’emballage alimentaire qui doivent être respectées par les industriels de l'emballage. Certaines encres conformes à ces exigences sont disponibles.

II-1-1 - La législation

La formulation de l'encre est l'un des éléments soumis à d’importantes contraintes. Le Comité des Ministres du Conseil de l'Europe, dans sa Résolution ResAP(2005)2 sur les encres d’emballage utilisées sur les surfaces qui ne sont pas en contact avec les denrées alimentaires des articles et matières servant à emballer des aliments et destinés à entrer en contact avec des denrées alimentaires, expose les règles à suivre.

Avant tout, la face imprimée de l’emballage ne doit entrer en contact direct avec les denrées. Il ne faut donc pas qu’il y ait de maculage c’est-à-dire des taches ou traces d’encre. De plus, les composants ne doivent pas migrer dans les aliments dans des proportions nuisibles à la santé du consommateur ou modifier la composition des denrées alimentaires. Plus précisément, la limite de détection des composants, exprimée en concentration, ne doit pas dépasser 0,01 mg/kg d’aliments.

Les composants entrant dans la fabrication des encres pour l’impression d'emballages alimentaires sont définies par les Directives européennes 67/548/CEE du 27 juin 1967 et 1999/45/CE du 31 mai 1999.

Voici quelques critères d’exclusion :

Par conséquent, il est primordial de vérifier les fiches de données de sécurité et les limites de migration de chaque composant de l'encre.

Quelques types d’encre correspondant à ces critères sont actuellement utilisées pour imprimer les emballages alimentaires.

II-1-2 - Encres utilisées pour l'impression d'emballages destinés au contact des aliments

Il s'agit de l'encre végétale et de l'encre à base d’eau (aqueuse).

Encre végétale

Elle a pratiquement la même composition que les encres conventionnelles à l’exception du véhicule. En effet, les huiles minérales et distillats pétroliers, néfastes pour la santé, sont remplacés par des huiles végétales telle que l’huile de lin [Tableau 1].

                Exemple de formulation d’encres conventionnelles et végétales pour l’offset      
  Tableau 1 - Exemple de formulation d’encres conventionnelles
et végétales pour l’offset
[INRS]
 
     

C’est le caractère siccatif de l'encre, c’est-à-dire son aptitude à sécher en présence d’oxygène, qui est intéressant. Il est dû aux insaturations des acides gras qui composent l'huile. Le séchage s’effectue par oxydo-polymérisation et infiltration.

Ayant un faible taux de migration des composants, l'encre végétale est intéressante pour imprimer les emballages alimentaires. Cependant, son odeur particulière due aux éléments volatils de l’huile est un frein à son utilisation dans ce secteur.

Encre à eau

Le solvant organique est remplacé par de l’eau ce qui rend cette encre non toxique. En voici quelques formulations [Tableau 2] :

                Exemple de formulation d’encres à base de solvants et d’eau pour la flexographie et l'héliogravure      
  Tableau 2 - Exemple de formulation d’encres à base de solvants
et d’eau pour la flexographie et l'héliogravure
[INRS]
 
     

Le véhicule de cette encre est généralement un mélange de polymères hydrosolubles et de polymères en émulsion tels que les polyester-acryliques ou polyuréthanne-acryliques. Les polymères hydrosolubles apportent une meilleure imprimabilité de l’encre et les polymères en émulsion améliorent les propriétés du film d’encre sur l’imprimé : brillant, adhésion, résistance à l’eau... Ces polymères sont choisis selon leur température de transition vitreuse puisqu’elle détermine les propriétés du film d’encre sec. En effet, plus un polymère a une température de transition vitreuse haute, plus le film d’encre est résistant.

En raison de l’utilisation de l’eau en tant que solvant, des modifications doivent être apportées comme par exemple l’ajout d’amines pour stabiliser l’émulsion. L’eau ayant une importante tension superficielle (γ= 72,8 N/m), il est nécessaire d’ajouter des agents tensioactifs pour réduire la tension superficielle de l'encre afin d'obtenir une bonne adhésion au support (la tension superficielle de l’encre doit être inférieure à la tension de surface du support). Cependant, certains agents tensioactifs ont un caractère moussant, il faut donc ajouter également des agents antimousse. Pour améliorer le séchage par évaporation de l'encre à base d’eau, il est possible d'ajouter des alcools volatils d’où la présence de solvant (alcool isopropylique) dans la formulation de l'encre.

Une fois imprimée, cette encre est difficile à désencrer. En effet, le désencrage s’effectue par flottation, une technique de séparation qui s’appuie sur des propriétés d’hydrophobie et d’hydrophilie. Il est plus simple de séparer une encre hydrophobe qu’une encre hydrophile. Or, une encre à base d’eau possède un caractère hydrophile pour assurer un mélange homogène, d’où la difficulté de désencrage.

De fait, l’encre utilisée pour imprimer les emballages d'aliments est soumise à certaines contraintes. Ce secteur impose une cadence de production importante et, par conséquent, nécessite un séchage rapide de l'encre. De plus, celle-ci ne doit pas contaminer les aliments.

L’encre à séchage par faisceau d'électrons (encre EB) peut-elle répondre à ces critères ?

II-2 - Encre à séchage par faisceau d'électrons (encre EB)

Cette encre sèche par polymérisation initiée par un faisceau d’électrons. Apparue à la fin des années 70, le coût des installations liées à la technologie EB a restreint son utilisation et son développement. En 1990, le prix de l’équipement était de l’ordre du million de dollars, dix ans après, il n’était plus que de $220 000.

Depuis 2005, ce type d’encre connaît une forte croissance car il présente les avantages de l'encre UV tout en s’affranchissant de son principal inconvénient, les photoamorceurs. De nos jours, ce procédé EB tend à se développer. Initialement utilisé en offset et en sérigraphie, prédominants à l’époque, il est désormais présent en flexographie et en héliogravure avec des machines de plus en plus compactes.

II-2-1 - Principe et équipement

Le séchage EB repose sur la polymérisation d’une encre possédant un mélange de polymères et copolymères. Ces derniers sont bombardés avec un faisceau d’électrons accélérés pour entraîner la rupture des chaînes et initier une réaction de polymérisation de type radicalaire [Figure 1].

                Réaction de polymérisation      
  Figure 1 - Réaction de polymérisation  
     

L’hexanediol diacrylate présenté ci-dessus est un monomère type utilisé pour ces réactions. Une fois bombardé par les électrons, les deux liaisons π des C=C se rompent entraînant la présence de radicaux dans le milieu réactionnel. Ainsi, une réaction de polymérisation radicalaire débute provoquant la réticulation des polymères. Le film d’encre devient solide et sec.

Pour obtenir ce type de réaction, un équipement spécifique et conséquent est requis. Pour initier la réaction, il faut créer un nuage électronique : un canon à électrons est donc nécessaire [Figure 2]. Ce nuage doit être créé dans une atmosphère inerte sinon les électrons interagiraient avec les molécules présentes dans l’air et n’atteindraient pas le film d’encre. De plus, une enceinte confinée évite un dégagement de rayons-X dangereux à long terme pour la santé des opérateurs (risque de cancers). C’est pourquoi la création et l’accélération des électrons sont réalisées dans une chambre sous vide munie d’une fenêtre métallique (aluminium) disposée de manière à laisser passer les électrons tout en conservant l’atmosphère inerte du milieu.

Un canon à électrons est souvent représenté ainsi :

                Schéma d'un canon à électrons       
  Figure 2 - Schéma d'un canon à électrons  
     

Pour créer un faisceau d’électrons, il faut chauffer un filament métallique (tungstène ou LaB6) à très haute température par effet Joule (au-dessus de 2200°C). L’élévation de température, en donnant suffisamment d’énergie aux électrons en surface du filament pour leur permettre de se détacher du solide, donne naissance au nuage d’électrons. Il faut ensuite accélérer ces derniers et les canaliser pour obtenir un faisceau doté d'une très grande énergie. Pour cela, il suffit d’appliquer un champ électrique (différence de potentiel) entre le lieu de création des électrons (le filament) et la sortie de la chambre (l’écran). D’où la nécessité d’avoir un écran conducteur pour appliquer le champ électrique.

Comme le montre la Figure 2 ci-dessus, le faisceau d’électrons est créé entre le cylindre Wehnelt et l’anode.

La taille d’un sécheur par faisceau d’électrons peut varier du simple au double en fonction des vitesses de la presse : un mètre de hauteur pour un sécheur atteignant 300 m/min jusqu’à plus de deux mètres pour un sécheur dont les vitesses sont de l’ordre de 360 m/min. Cependant, les installations sont toutes sur le même modèle [Figure 3].

                Schéma d'un sécheur d'encre par faisceau d'électrons      
  Figure 3 - Schéma d'un sécheur d'encre par faisceau d'électrons  
     

Cette polymérisation par faisceau d’électrons nécessite une formulation d’encre particulière.

II-2-2 - Formulation d'encre

La formulation de l'encre EB est très proche de celle de l'encre UV. La seule différence figure dans l’absence de photoamorceurs [Tableau 3].

                Exemple de formulation d’encres offset UV et EB      
  Tableau 3 - Exemple de formulations d’encres
offset UV et EB
[INRS]
 
     

Les prépolymères et les monomères constituent le véhicule de l’encre EB.

Pigments

Contrairement à l’encre UV, le séchage par faisceau d'électrons n’a pas de difficulté à sécher les encres opaques ou métalliques. Il n’y a donc pas de limitation dans les types de pigments.

Prépolymères

Équivalents des résines utilisées dans les encres conventionnelles, ces polymères possèdent des groupes réactifs, insaturations, qui leur permettent d'effectuer une polymérisation avec d’autres monomères. Ils sont de type :

                     
                     

Monomères
Ces molécules ont la capacité de polymériser. C’est l’unité structurale de base des polymères. Les monomères servent au mouillage des pigments et à la solubilisation des prépolymères. Ce sont généralement des acrylates. Ils sont classés suivant le nombre de groupes fonctionnels : monofonctionnels ou polyfonctionnels [Figure 4].

                Le triacrylate de glycérol (GPTA), monomère trifonctionnel      
  Figure 4 - Le triacrylate de glycérol (GPTA), monomère trifonctionnel  
     

Quelques exemples [Tableau 4].

                Exemples de monomères      
  Tableau 4 - Exemple de monomères  
     

Additifs
Ils servent à ajuster la rhéologie, la stabilité de l'encre ou à donner des caractéristiques particulières. Ils sont également utilisés pour inhiber l’oxydation, comme la quinone, afin d’éviter une fin de polymérisation précoce.

La formulation donne à l'encre des caractéristiques qui lui sont propres.

II-2-3 - Caractéristiques de l'encre

La qualité du séchage par réticulation de l'encre dépend de la pénétration de l’énergie – dans le cas de l’encre EB, les électrons – dans le matériau. La pénétration de ces derniers dépend non seulement de la densité mais aussi de l’épaisseur de l'encre. Les électrons pénètrent plus profondément à travers les matériaux de faible densité et de faible épaisseur. Toutefois, la contrainte de l’épaisseur d’encre est moins importante pour l'encre EB que pour l'encre UV. En effet, la pénétration des électrons est contrôlée par le voltage de l’équipement : plus il est important, plus les électrons pénètrent en profondeur. Une couche importante d’encre peut donc être séchée en profondeur.

De plus, avec l'encre EB, il est possible d’effectuer du wet trapping c’est-à-dire d’imprimer sur une surface humide, contrairement à l'encre UV où l’addition d'une couche d’encre rend la polymérisation en profondeur plus difficile. Enfin, les pigments et les supports opaques n’affectent pas la pénétration des électrons.

Ces caractéristiques tendent à stimuler le développement de l’encre EB.

II-3 - Encre UV vs. encre EB

Encre UV et encre EB utilisent des procédés similaires. Elles sèchent toutes deux par polymérisation mais cette réticulation est amorcée de manière différente : par des photons émis par des lampes UV ou par des électrons.

II-3-1 - Séchage de l'encre UV

Le séchage UV est fait par photopolymérisation en chaîne du véhicule. Elle est amorcée grâce à des rayonnements UV qui agissent sur les photoamorceurs présents dans l'encre. Sous l’effet des photons, les photoamorceurs produisent des espèces réactives susceptibles d’amorcer la réaction de polymérisation en chaîne. Il y a deux types de photopolymérisation : cationique et radicalaire. Après photoréticulation, le film d’encre humide se transforme en une couche solide et sèche [Figure 5].

                Schéma du séchage de l'encre UV      
    Figure 5 - Schéma du séchage de l'encre UV
[Brancher]
 
       

Photopolymérisation radicalaire

Elle est prépondérante par rapport à la photopolymérisation cationique. En effet, elle est utilisée dans 90% des cas dans l’industrie. Pour cette réaction, les photoamorceurs produisent des espèces radicalaires sous l’effet des photons des lampes UV.

Deux mécanismes :

Deux exemples de photoamorceurs radicalaires [Figures 6 & 7].

                       
  Figure 6 - Thioxanthone   Figure 7 - Benzophénone  
         

Photopolymérisation cationique

Dans ce cas, les espèces formées sont des cations. Les photoamorceurs les plus fréquemment utilisés sont les sels d’ionium.

Pour ce type de séchage, l'équipement nécessaire consiste en lampes UV. Pour que le séchage soit efficace, lors du choix du photoamorceur, il faut vérifier qu’il y a adéquation entre la longueur d’onde émise et celle absorbée par les photoamorceurs.

Encre UV et encre EB sont extrêmement proches. Comparons-les.

II-3-2 - Comparaison des encres UV et EB

Formulations

Comme l'indique le Tableau 3 plus haut, l'encre UV et l'encre EB ont des formulations très proches à l’exception de la présence de photoamorceurs pour l'encre UV. Jusqu’en 2005, cette dernière était utilisée pour imprimer les emballages des denrées alimentaires mais elle a été retirée à cause de la migration des photoamorceurs. En effet, des traces de thioxanthone (ITX) ont été retrouvées dans du lait maternisé.

Possédant les avantages de l'encre UV tout en étant dépourvue de photoamorceurs, l'encre EB semble donc intéressante pour imprimer les emballages alimentaires.

Pénétration de l’énergie dans la matière

Il est difficile de sécher un film trop épais avec le procédé UV. Pour un séchage correct, il faut une épaisseur d'encre inférieure à 10 μm. Pour le séchage par faisceau d'électrons, la limitation d’épaisseur est au moins quatre fois plus importante (40 μm), ce qui est intéressant pour certaines applications comme le wet trapping (impression sur encre non séchée) [Figure 8].

                Pénétration des photons et des électrons dans la matière      
  Figure 8 - Pénétration des photons et des électrons dans la matière
[TAPPI]
 
     

Pigments

Le séchage de l'encre UV dépend en grande partie de la concentration et de la nature des pigments. Plus la concentration en particules de pigments est importante, plus le séchage est difficile. En outre, certains pigments, comme le noir de carbone et le blanc opaque présents dans ces encres, peuvent en altérer le séchage. C’est également le cas pour les encres métalliques. Il n'y a pas ce type de restriction avec la technologie EB.

Tableau comparatif [Tableau 5]

                Comparaison encre UV et encre EB      
  Tableau 5 - Comparaison des encres UV et EB  
     

L’emballage alimentaire est soumis à de nombreuses contraintes concernant ses constituants. La législation liste les composants à éviter en raison de leur toxicité. Même une encre sans contact direct avec les aliments doit respecter une réglementation stricte.

Actuellement, les encres utilisées pour imprimer des emballages destinés au contact des aliments sont l'encre aqueuse et l'encre végétale, non toxiques. Bien que l'encre UV ait connu un vrai succès durant les 50 dernières années, elle ne répond pas aux exigences de ce type d’emballage. C'est pourquoi l’encre EB prend toute son importance grâce à sa non-toxicité ainsi que son séchage rapide et en profondeur. Toutefois, l'équipement requis demeure coûteux ce qui est un frein considérable à son développement.

III - Analyse économique

Plan

III-1 - Étude de marché

III-1-1 - Caractérisation des marchés

Plusieurs facteurs économiques doivent être pris en compte afin d'évaluer convenablement le coût de chaque procédé d’impression. Il faut pour cela connaître le prix par litre d’encre, l’investissement initial pour acheter un sécheur et le coût de fonctionnement [Tableau 6].

                Données économiques sur les encres      
   
  Tableau 6 - Données économiques sur les encres  
     

L’encre et l’équipement EB sont les plus onéreux. Cependant, la technologie EB peut s’avérer rentable à long terme par rapport à la technologie heatset. L’utilisation d’encre UV semble être pour l’instant le meilleur compromis tant que la migration de photoamorceurs n’est pas gênante pour la commercialisation du produit final.

Pour déterminer en combien de temps le procédé EB s’avère plus rentable que le procédé heatset, prenons le cas d’une imprimerie de taille moyenne qui consomme 11 000 kg d’encre par an (chiffre extrait du site de l’Imprimerie Druco). Le calcul est effectué dans la pire situation c’est-à-dire avec un sécheur heatset à 15 000 € et un sécheur EB à 600 000 € [Figure 9].

                Seuil de rentabilité du procédé EB      
  Figure 9 - Seuil de rentabilité du procédé EB  
     

Le procédé EB s’avère plus rentable que l’heatset : le coût du sécheur est amorti en moins de deux ans grâce à une consommation énergétique plus faible. Il est important de noter que le procédé UV demeure quand même le plus rentable des trois procédés.

III-1-2 - Facteurs économiques de développement

La croissance de l’encre EB était jusque là freinée principalement par la méconnaissance du procédé et par les craintes des industriels de l’emballage alimentaire. Cependant, cette encre apparaît comme une bonne alternative pour ce secteur. Son développement pourrait être stimulé grâce à ses avantages : séchage rapide et en profondeur, composantes faiblement toxiques. Des phénomènes de migration ne sont pas décelés, ce qui est un atout majeur pour l’emballage des denrées alimentaires.

De nos jours, la préservation de l'environnement est une préoccupation planétaire. C’est un facteur de développement très porteur. La progression des encres UV et EB est largement soutenue par leur image de technologies respectueuses de l'environnement : en comparaison avec les autres encres sur le marché, elles ont une faible teneur en composés organiques volatils et consomment peu d’énergie durant leur séchage.

Les encres par séchage UV et EB permettent une réduction d’énergie par rapport aux encres à séchage par évaporation. Outre les approches respectueuses de l’environnement, la diminution de la quantité d’énergie utilisée est un point positif pour les entreprises en termes de coûts de production. En effet, pour les encres qui sèchent par évaporation, il faut une température supérieure à la température d’évaporation du solvant ou de l’eau qui la compose, couramment supérieure à 100°C. Cela implique d'apporter plus d’énergie que pour les encres qui sèchent par polymérisation. Encres UV et EB apparaissent donc plus économiques quant à l’énergie à fournir durant le séchage. De plus, le séchage est rapide, ce qui permet une plus grande productivité.

L’absence de solvant, donc de composés organiques volatils (COV), est également un point fort de l'encre EB. Les COV sont des substances, d'origine naturelle ou humaine, composées de carbone et d'autres éléments tels que l'hydrogène, les halogènes, l'oxygène, le soufre… Leur volatilité leur confère l'aptitude de se propager loin de leur lieu d'émission entraînant des impacts sur l’environnement, notamment la formation d'ozone dans la basse atmosphère.

Les solvants des encres sont composés de COV. L’évaporation des distillats pétroliers des encres dans l’air est interdite. C'est pourquoi des systèmes de récupération ou détérioration des rejets des solvants sont mis en place afin d’éviter toute contamination. Par conséquent, le dégagement faible voire inexistant de composés organiques volatils se présente également comme un facteur de développement de l'encre EB. Respectueuse de l’environnement, elle permet en outre un véritable gain de temps du fait de l’absence de récupération ou détérioration des rejets de solvants.

Hiérarchisons les facteurs clés de développement de l'encre EB [Figure 10].

                Facteurs de développement de l'encre EB dans l'emballage alimentaire      
  Figure 10 - Facteurs de développement de l'encre EB dans l'emballage alimentaire  
     

III-2 - Contexte législatif et réglementaire

Nouvelle opportunité pour l'impression des emballages destinés au contact des aliments, l'encre EB doit se conformer à une réglementation sévère. La qualité de l’aliment est un point essentiel, le produit ne doit pas comporter d’éléments toxiques à des doses dangereuses pour le consommateur. Un point détaillé sur la législation s'impose puisque la composition de l’encre EB ainsi que l’équipement de séchage sont soumis à des règles strictes.

III-2-1 - Réglementation sur la composition des encres

Dans tous les procédés d’impression, les encres présentent des risques communs dus aux pigments, charges et additifs. Toutefois, les encres UV et EB présentent des risques supplémentaires d’irritation et de sensibilisation dus aux composés chimiques fortement fonctionnalisés (groupement alcool et double liaison présents dans les molécules). Leur faible poids moléculaire les rend volatils.

C'est pourquoi une liste d’exclusion de certains produits pouvant intervenir dans la fabrication d’une encre a été établie.

                Composés interdits dans la formulation des encres      
  Tableau 7 - Composés interdits dans la formulation des encres  
     

III-2-2 - Impacts des procédés de séchage sur la santé

L’utilisation des encres UV ou EB entraîne des risques supplémentaires liés aux rayonnements produits à proximité des sécheurs.

Les rayonnements UV ont des effets néfastes sur la peau et les yeux. Les lésions répétées sont associées aux cancers de la peau. Pour le procédé EB, les accélérateurs d’électrons produisent des rayons ionisants à l’origine de lésions cellulaires et induisant des cancers. En outre, il faut noter une production d’ozone au fort pouvoir oxydant et irritante pour la peau, les yeux et les muqueuses. Une exposition prolongée à l’ozone peut être source de maux de tête, fatigue, troubles de la coordination et respiratoires. Il est donc important de veiller à la sécurité des opérateurs.

III-3 - Analyse concurrentielle

Après l'étude de marché et l'analyse du contexte juridique, situons l’encre EB sur le marché de l’impression d'emballages alimentaires en déterminant la place de chaque acteur, en particulier, les clients et fournisseurs d'encre à séchage par faisceau d’électrons.

III-3-1 - Acteurs du secteur

Les principaux acteurs du développement de l'encre EB pour imprimer les emballages alimentaires sont avant tout les clients c’est-à-dire les imprimeurs d'emballages destinés au contact d'aliments tels que Graphic Packaging par exemple. Tenus de respecter la réglementation relative aux emballages alimentaires, ils poussent au développement d’encres conformes aux diverses restrictions, telles que l'encre EB. Les fabricants d’encres qui doivent répondre à ces attentes, comme par exemple Flint Group ou encore DIC Corporation, sont des acteurs essentiels quant à l'entrée de l’encre EB sur ce marché. Enfin, ces fabricants ont besoin de matières premières comme les prépolymères. Les fournisseurs de matières premières sont également des acteurs de la croissance de l'encre EB. Parmi eux, figurent de grandes entreprises de produits chimiques comme BASF.

Hiérarchisons chacun de ces acteurs et attribuons-leur une place dans ce secteur technico-économique via un diagramme de Porter [Figure 11].

                     
  Cliquer sur l'image pour l'agrandir
Figure 11 - Analyse concurrentielle du marché de l'encre EB dans l'emballage alimentaire
 
     

III-3-2 - Chaîne de valeur

                     
  Figure 12 - Chaîne de valeur  
     

Les deux premières étapes correspondant à la formulation sont onéreuses. En effet, une encre flexographique EB est six fois plus chère qu’une encre à base de solvant. Il est donc intéressant de chercher à minimiser ce coût de fabrication. L’étape de séchage elle aussi n’est pas négligeable car c’est une opération énergivore. Des améliorations peuvent être nécessaires pour optimiser le coût final du produit.

IV - Perspectives

Plan

L'avenir de l'encre EB dans le domaine de l'impression d'emballages alimentaires est-il prometteur ? Une étude des tendances permet d'élaborer trois scénarios concernant son développement.

IV-1 - Tendances

D’après M. Laskin dans son article "Electron beam curing in packaging – Challenges and trends" de 2010, même si le séchage par faisceau d’électrons s’est développé durant les trente dernières années, l'encre EB ne représente encore que 4 à 5% en volume du marché du l'emballage. Rarement utilisée en Europe, elle est présente surtout aux États-Unis, en Chine, au Brésil et en Inde.

Au début, sa croissance a été freinée principalement par la méconnaissance du procédé de séchage par faisceau d’électrons et par les réticences des industriels de l’emballage alimentaire. Aujourd’hui, bien que la technologie soit plus connue, le développement de l'encre EB demeure difficile, le coût d’investissement restant onéreux.

IV-2 - Diagnostic stratégique (matrice SWOT)

À l'aide de la matrice SWOT, analysons l’environnement de l'encre EB pour l'impression d'emballages alimentaires en prenant en compte les facteurs internes, forces et faiblesses, et les facteurs externes, opportunités et menaces.

Forces Faiblesses
  • Absence de photoamorceurs : pas de migration
  • Séchage rapide : gain de temps pour plus de productivité
  • Pas de solvant : pas de composés organiques volatils
  • Séchage en profondeur
  • Prix de l'encre et des équipements (canon à électrons)
  • Nécessité d’une atmosphère inerte
  • Création de rayons X
Opportunités Menaces
  • Seule encre à séchage par polymérisation conforme à la législation sur les emballages destinés au contact des aliments
  • Utilisation possible pour l’impression 3D
  • Utilisation possible pour l’électronique imprimée.
  • Encre EB méconnue par rapport aux autres encres
  • Développement d’encre UV à faible migration

Tableau 8 - Analyse stratégique de l'encre EB pour l'impression d'emballages alimentaires

Les opportunités de l'encre EB se situent non seulement dans le domaine de l'emballage alimentaire mais aussi dans des secteurs émergents comme l'impression 3D et l'électronique imprimée. L'encre à séchage par faisceau d’électrons pourrait avoir une marge d’évolution conséquente afin de répondre aux futures problématiques. Cependant, ses faiblesses – nécessité d’une atmosphère inerte, rayonnement néfaste pour la santé, coût élevé des équipements – peuvent encore freiner son développement.

IV-3 - Scénarios

Envisageons plusieurs scénarios quant aux perspectives d'évolution de l'encre EB.

IV-4-1 - Scénario 1 - Dans 10 ans, la technologie EB émerge

L’investissement nécessaire pour mettre en place un séchage par faisceau d'électrons est désormais compétitif par rapport à la technologie UV et au séchage par évaporation. Le coût de fabrication d'un canon à électrons, et par conséquent d'un sécheur par faisceau d'électrons, est comparable à celui d'un sécheur heatset tout en étant plus compact et moins énergivore. Le procédé EB devient donc plus pratique et plus rentable : il comporte tous les avantages du procédé UV sans ses inconvénients. Il se démocratise non seulement dans l’impression d'emballages flexibles, notamment alimentaires (55% du marché français de l’emballage), mais également dans de nouvelles applications comme l’électronique imprimée. Cependant, compte tenu du coût des équipements qui reste conséquent, seules de nouvelles entreprises investissent dans cette technologie et peu d'imprimeries en place s'y convertissent.

Probabilité de réalisation : 60%

Analyse des risques : ce premier scénario suppose que la technologie EB se renforce au niveau de la production des canons à électrons. Pour cela, les entreprises doivent investir en envisageant une marge d’évolution importante pour ce procédé, soit son utilisation dans d‘autres secteurs que celui de l’emballage alimentaire. Aujourd'hui, compte tenu du nombre restreint d’entreprises utilisant l'encre à séchage par faisceau d'électrons – une vingtaine répartie entre l’Amérique du Nord, la Chine, l’Inde et le Brésil – et de la santé économique des pays industrialisés, les investissements nécessaires à sa croissance pourraient être retardés.

IV-4-2 - Scénario 2 - Dans 10 ans, la technologie EB stagne

L'encre à séchage par faisceau d'électrons nécessite un coût d’investissement initial toujours trop important pour que les entreprises se lancent. Ce procédé reste marginal. Les efforts de développement se sont axés sur l'encre UV à faible migration afin de la rendre utilisable pour imprimer des emballages alimentaires. Le procédé EB, plus onéraux quant à l’investissement initial et à la consommation énergétique, ne parvient pas à entrer sur le marché. Seules les entreprises ayant déjà investi dans cette technologie continuent de l’utiliser. L'encre EB représente toujours 4 à 5% de l’impression des emballages en volume (chiffres de 2010).

Probabilité de réalisation : 40%

Analyse des risques : le risque principal réside dans la persistance d'utilisation de l'encre UV pour imprimer les emballages alimentaires. En effet, il est possible que la migration des photoamorceurs, bien que réduite, ne satisfasse pas les contraintes sanitaires et que les gouvernants appliquent le principe de précaution à l'encre UV. La situation resterait donc la même qu’actuellement.

IV-4-3 - Scénario 3 - Dans 20 ans, le procédé EB connaît un essor technologique

Un nouveau procédé de génération d’électrons est mis sur le marché. Il ne nécessite plus une atmosphère inerte et le coût de l’équipement est réduit. Il détient alors tous les atouts pour s’imposer comme étant le plus avantageux en termes de productivité et de coût de fonctionnement tout en présentant un faible risque de contamination. Son utilisation s'étend à tous les emballages, pas seulement alimentaires. Il devient même un atout marketing car il est l’un des procédés les plus respectueux de l’environnement.

Probabilité de réalisation : 10%

Analyse des risques : même si un procédé de génération d’électrons moins coûteux est mis au point, la technologie EB suscitera toujours des réticences. La méconnaissance des mécanismes de réaction en chaîne entraînera la méfiance des clients : ainsi, une campagne d’information des imprimeurs et des consommateurs sera nécessaire, ce qui pourra décourager les investisseurs.

V - Conclusion

Plan

L'encre EB semble prometteuse puisqu’elle présente des caractéristiques technologiques particulièrement bien adaptées à l'impression d'emballages destinés au contact des aliments : séchage rapide et en profondeur du film d’encre, bonne brillance, forte résistance à l’abrasion, non-toxicité (absence de photoamorceurs) et absence de solvant, donc de composés organiques volatils, dans la formulation de l'encre.

Cependant, même s'il faut moins d'énergie pour sécher l'encre EB que les encres à base d’eau ou de solvant, le coût des sécheurs et de l’encre elle-même reste trop élevé pour conquérir le marché. Il n’est donc pas économiquement viable de l'utiliser pour des produits à faible valeur ajoutée. Cette encre est présente principalement aux États-Unis, en Inde, au Brésil et en Chine.

Toutefois, la possibilité d'utiliser l'encre EB dans des secteurs émergents à forte évolution, comme l'électronique imprimée et l'impression 3D, pourrait favoriser sa démocratisation.

VI - Bibliographie - Webographie

Plan

    Encres et vernis d’impression : composition, risques toxicologiques et mesures de prévention.   INRS, octobre 2010, ED 6069
Consulter
LAPIN S.C.   Comparison of UV and EB technology for printing and packaging applications.   RadTech Report, septembre-octobre 2008
Consulter
LAPIN S.C.   UV/EB equipment for printing & packaging applications.   TAPPI, 2010
Consulter
COHEN G.   UV/EB market trends. RadTech Report, 2012
Consulter
DUNCAN D.P.   Printing with energy-curable inks -- High energy chemistry, high energy business.   Printing Industries of America, 2004
Consulter
    UV/EB Brochure.   RadTech Europe, 2012
Consulter
SANDERS R.   Electron beam: one way to – mitigate rising energy costs.   RadTech Report, mars-avril 2006
Consulter
LAKSIN M.   Electron beam curing in packaging – Challenges and trends.   RadTech Report, avril-mai-juin 2010
Consulter
CLARK E.   An innovative way to print: Ultra Violet and Electron Beam curing.   Rochester Institute of Technology, janvier 2009
Consulter
    Résolution ResAP(2005)2 sur les encres d’emballage utilisées sur les surfaces qui ne sont pas en contact avec les denrées alimentaires des articles et matières servant à emballer des aliments et destinés à entrer en contact avec des denrées alimentaires   Conseil de l'Europe, septembre 2005
Consulter
BEAN A.J. Electron beam curing in flexible packaging. PFFC, septembre 2001
Consulter
UCHIDA S.   Utility & advantages of electron beam curing in flexible packaging.   San Jose State University Packaging Program
Consulter
    The Top International Ink Companies.   Ink World, 19 juillet 2010
Consulter
SAVASTANO D.   The UV/EB Report.   Ink World, 16 novembre 2012
Consulter
PRISSEL B.   Ultraviolet/Electron Beam inks modernize packaging.   University of Wisconsin-Stout, 2007
Consulter
    European Printing Ink Association.   EuPIA
Consulter
DUNCAN D.   EB web printing.   RadTech Printer's Guide, 2011
Consulter
DECKER C.   Polymérisation sous rayonnement UV : les photoamorceurs.   Techniques de l'Ingénieur, 10 juillet 2000
Consulter
     
  Mémoire précédent
Précédent
Liste des mémoires
Liste
Page technique
Thèmes
Mémoire suivant
Suivant
 
Accueil | Technique | Liens | Actualités | Formation | Emploi | Forums | Base
Copyright © Cerig/Grenoble INP-Pagora
     
Mise en page : A. Pandolfi