Expertise de défaillances dans les emballages

Analyse des défaillances des emballages verre et polymère
Industries agro- alimentaire, pharmacie, cosmétique
Jean Louis Heitz - responsable Département Verre
CRITT Matériaux Alsace
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Fonctions de l'emballage
Garantir l'intégrité du produit
Interaction chimique
contenant - contenu
Mettre en valeur le produit / informer
Défaut d'aspect
Assurer la sécurité du consommateur
- patient - personnel soignant
Contaminants
Casse
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Intégrité du produit
Interaction chimique contenant - contenu
Emballage
Liquide
Certains ions peuvent être extraits de l'emballage par le liquide
(principalement sodium, potassium, calcium dans le cas du verre)
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Intégrité du produit
Interaction chimique contenant - contenu
Emballage
Liquide
Certains ions peuvent être extraits de l'emballage par le liquide
(principalement sodium, potassium, calcium dans le cas du verre)

Modification de la composition chimique du produit
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Intégrité du produit
Interaction chimique contenant - contenu
Dans certaines configurations : modification de la surface du verre : Délamination
Des paillettes de verre peuvent se détacher de la surface du flacon

Produits injectables : sécurité du patient !
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Intégrité du produit
Interaction chimique contenant - contenu
Essais de simulation
R&D, conseil :
Microscopie optique, MEB
Collaboration CRITT avec
Analyses chimiques : ICP
Interprétations, expertise
Analyses de surface réalisées par:
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Mise en valeur du produit
Défaut d'aspect
Bague à vis de flacon, produit cosmétique
Matière : PE
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Mise en valeur du produit
Section
du défaut
MEB + EDS
Zone saine 
Microscope IRTF
Carbone, oxygène, titane
PE
Charge (pigment)
Défaut

Carbone, oxygène, titane
PE oxydé
Défaut : Matière qui a stagné dans la presse à
injecter
 Mauvais nettoyage de la presse
Nécessité de combiner MEB+EDS et microscope IRTF
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Sécurité
Contaminants fibres et particules
PE
PP
cheveu
cellulose
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Sécurité
Contaminants fibres et particules
Microscopie optique  morphologie
MEB + EDS  chimie, partie minérale
Microscope IRTF  composés non-minéraux
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Sécurité
Corps étrangers, fragments de verre
Microscopie optique  morphologie
Face d'origine
MEB + EDS  analyse chimique du verre ( + référence si disponible)
Na2O
MgO
Al2O3
SiO2
SO3
K2O
CaO
corps étranger
15.5
< 0.3*
1.0
72.4
0.4
< 0.3*
10.2
référence
15.4
< 0.3*
1.1
72.5
0.4
< 0.3*
10.3
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Sécurité
Casses, fractures
1/ Explosion de bouteilles de champagne
pendant la prise de mousse
Étape du processus champenois au cours de laquelle
on produit le CO2 des bulles par ajout de levures au vin
La pression interne dans les bouteilles peut dépasser 6 bars
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Sécurité
contrainte

déformation plastique
métal
déformation plastique
polymère
déformation

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Sécurité
contrainte

Verre : rupture avant l’apparition de la plasticité à l’échelle macroscopique
matériau fragile
déformation

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Sécurité
métal
polymère
Liaison métallique :
Mobilité des atomes
sur des plans de glissement
Liaisons faibles entre les chaînes,
Permettent le "glissement" des chaînes
les unes par rapport aux autres
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verre, céramiques
la structure tridimensionnelle rigide
interdit les déplacements
par glissement de plans atomiques
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Sécurité
F =
résistance à la fracture (MPa), bouteilles en verre
F théorique = 7 GPa
=> l’état de surface
joue un rôle capital
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a = 20m
r = 2 nm
 = 2000
fissure => concentration des contraintes
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Sécurité
Au cours d'une expertise de casse, on recherche :
La contrainte de traction
qui a été appliquée
Le concentrateur
de contrainte
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Sécurité
Recherche des débris
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Sécurité
Reconstruction de l'objet
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Sécurité
Lieu d'origine de la fracture
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Sécurité
La bouteille a cassé quand la pression interne a
augmenté du fait de la prise de mousse.
La contrainte de traction exercée sur la paroi
de la bouteille a été concentrée par des microfissures pré-existantes, provoquées par une
manipulation brutale des bouteilles (chocs de
bouteilles les unes sur les autres)
Analyse MEB + EDS : impact verre sur verre
La surface d'origine de la bouteille est colorée en vert
La surface est blessée, on observe des abrasions et de
nombreuses micro-fissures
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Sécurité
Le débris qui porte l'information
 Importance de collecter tous les débris
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Sécurité
2/ Pots de baby-food
Casse au talon
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Sécurité
Le fragment de verre est éjecté à l’extérieur du flacon
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Sécurité
Le pot a cassé du fait de l'impact d'une
cuiller en acier inoxydable dans le talon
quand on a vidé le pot de façon violente.
La contrainte (impact) et le concentrateur
de contrainte (microfissures générées par
l'impact) sont contemporains.
Micro-fissures en croissants et dépôts (en rose)
Analyse MEB des dépôts : Cr Fe Ni (inox 18/10)
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Conclusion
L’analyse fine des pièces concernées
permet d’expliquer la plupart des causes des défaillance
Merci pour votre attention !
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