Papiers et cartons architecturés par impression de motifs biosourcés : une approche bio-inspirée bas coût pour alléger les emballages et réduire la consommation des ressources

Architectured papers and boards by bio-based grid printing: a bio-inspired, low-cost approach to lightweight packaging

• Auteur / Autrice : Clement Turpin
• Direction : Nadège Reverdy-Bruas
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : 2MGE - Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie
• Date : Inscription en doctorat le 16/01/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Génie des Procédés pour la Bioraffinerie, les Matériaux Bio-sourcés et l'Impression Fonctionnelle

Mots clés

Mots clés libres

Amidon

Impression

Papier

Starch

Impression

Paper

Résumé

Pour répondre aux enjeux environnementaux, il est indispensable de réduire drastiquement l'utilisation des matières plastiques, la dépense énergétique et la consommation des ressources naturelles. Si le papier offre une alternative biosourcée, recyclable et biodégradable des plus intéressantes pour remplacer les emballages plastiques, l'industrie papetière doit néanmoins poursuivre sa transformation pour réduire sa consommation d'eau et d'énergie, et son utilisation des ressources naturelles. Dans ce contexte, le LGP2, le 3SR Lab et le Centre Technique du Papier (CTP) travaillent au développement d‘une approche bas coût bio-inspirée pour réduire le poids des emballages papiers et cartons tout en maintenant leurs performances mécaniques. Une solution très efficace pour accroitre le ratio rigidité à la flexion / poids d'une structure plane est d'augmenter le moment d'inertie de la section par embossage ou formation d'un réseau de « nervures » en surface. Des papiers architecturés à la fois « embossés » et « nervurés » ont pu être obtenus par impression 2D de motifs à partir d'une solution aqueuse d'amidon. L'objectif de la thèse est d'appréhender les phénomènes mis en jeu pour être en mesure de les contrôler. Une 1ère partie consistera en une étude phénoménologique destinée à établir une base de données expérimentales reliant la formulation, le type de papier ou carton, les géométries de lignes imprimées avec le relief 3D structuré obtenu et la performance mécanique du papier architecturé. Puis les phénomènes à l'origine de la formation du relief 3D structuré seront mis en évidence à travers une étude expérimentale menée à l'échelle du motif et de la ligne imprimée. Enfin une dernière partie sera dédiée au développement d'un modèle de formation du relief 3D structuré et d'un modèle de prédiction des performances mécaniques finales des papiers.

To meet environmental challenges, it is essential to drastically reduce the use of plastics, energy expenditure and the consumption of natural resources. Although paper offers a very interesting bio-based, recyclable and biodegradable alternative to plastic packaging, the paper industry must nevertheless continue its transformation to reduce its water and energy consumption , as well as its use of natural resources. In this context, the LGP2 laboratory, the 3SR Lab and the Centre Technique du Papier (CTP) are working on the development of a low-cost bio-inspired approach to significantly reduce the weight of paper and board packaging while maintaining its mechanical performance. A very effective way to increase the bending stiffness to weight ratio of a flat structure is to increase the moment of inertia of the cross section by embossing or forming a network of 'ribs' on the surface. The objective of the PhD thesis is to gain a detailed understanding of the phenomena involved in order to be able to control them. The first task will consist of a phenomenological study aimed at establishing an experimental database linking the formulation, the type of paper or board and the geometries of the printed lines with the 3D structured relief and the mechanical performance of the architectured paper or board. The second task will be dedicated to highlighting the phenomena at the origin of the formation of the structured relief through an experimental study conducted at two scales: the pattern scale and the printed line scale. The last task will be dedicated to the development of a model of formation of the 3D relief and a model for predicting the final mechanical performance of papers and boards.