Exploration des risques et des bénéfices liés à l'utilisation de nano-argiles dans des matériaux biodégradables destinés au contact alimentaire

Exploring of risks and benefits related to the use of nanoclays in biodegradable materials for food contact application

• Auteur / Autrice : Anaïs Lajarrige
• Direction : Nathalie Gontard, Stéphane Peyron
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 17/12/2019
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie des Agro-Polymères et Technologies Emergentes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Bohuon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Gontard, Stéphane Peyron, Philippe Bohuon, Éliane Espuche, Gilles Rivière, Jérôme Rose
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Éliane Espuche, Gilles Rivière

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux pour les industries agroalimentaires

Matériaux -- Biodégradation

Aliments -- Emballages

Nanoparticules

Matériaux hybrides

Mots clés libres

Bio-Nanocomposite

Nano-argile

Aptitude au contact alimentaire

Propriétés de transfert

Fin de vie

Bio-Nanocomposite

Nanoclay

Suitability for food contact

Mass transfer properties

End-Of-Life

Résumé

La substitution des matériaux plastiques conventionnels par des matériaux biodégradables et bio-sourcés est une alternative intéressante pour faire face aux problèmes environnementaux liés à leur grande utilisation. L’objectif de ces travaux de thèse est de développer de nouveaux matériaux nanocomposites, dédiés à l’emballage alimentaire, sûrs pour l’homme et l’environnement. Les bio-nanocomposites sont produit par extrusion en utilisant comme matrice deux polyesters (PBSA ou PHBV), choisis pour leur différence de propriétés de transfert, et comme renfort des nano-argiles lamellaires. La thèse se focalise sur deux questions scientifiques majeures : (i) comprendre l’impact de l’incorporation de nano-argiles sur les propriétés du matériau à tous les stades de son cycle de vie : après production, au cours de son usage au contact alimentaire et lors de sa fin de vie ; (ii) étudier la balance bénéfices-risques liée à l’ajout de ces nano-argiles dans des matériaux biodégradables dédiés à l’emballage alimentaire. La première partie de ces travaux a pour but d’évaluer l’impact de l’incorporation des nano-argiles sur les propriétés de transfert et d’inertie de ces matériaux et donc sur leur aptitude au contact alimentaire. Pour cela, les conditions d’essai définies dans le règlement européen N° 10/2011 dédié aux matériaux non-dégradables ont d’abord été appliquées puis des méthodes plus adaptées à ce type de matériaux ont été développées. Par la suite, les bénéfices en terme de propriétés barrières et les risques liés à l’exposition du consommateur à un panel d’additifs présents dans ces matériaux ont été quantifiés à l’aide de différents cas d’études. Pour finir, une étude de l’impact de ces nano-argiles sur la fin de vie de ces matériaux a été menée par des tests de biodégradation en sol et d’écotoxicité sur les plantes et le sol.

The substitution of conventional plastic materials with biodegradable and bio-based materials is an interesting alternative for dealing with environmental problems related to their wide use. The aim of this thesis is to develop new nanocomposite materials, dedicated to food packaging, safe for the consumer and the environment. The bio-nanocomposites are produced by extrusion using two biopolyesters as matrix (PBSA or PHBV), chosen for their differing transfer properties, and lamellar nanoclays as reinforcement. The investigations were focused on two major scientific issues: (i) to understand the impact of the introduction of nanoclays on the material properties at all stages of its life cycle: after production, during its use in food contact and during its end-of-life; (ii) to study the benefits-risks balance related to the addition of nanoclays in biodegradable materials dedicated to food packaging. The first part of this work aims to evaluate the impact of the addition of nanoclays on the properties of transfer and inertia of these materials and consequently of their suitability for food contact. In this way, the conditions defined in the European regulation No 10/2011 dedicated to non-degradable materials were first used, then methods more adapted to this type of materials have been developed. Subsequently, the benefits in term of barrier properties and the risks related to consumer exposure to additives present in the materials were quantified using different case studies. Finally, a study of the impact of the nanoclays on the end-of-life of the materials was conducted by biodegradation tests in soil and ecotoxicity tests on plants and soil.