Froid et alimentation
Éco- conception de l’emballage des fruits et légumes et de la chaîne du froid post-récolte
Auteur(trice)s : Evelyne Derens-Bertheau, Cyril Toublanc
Le projet ECOFRESHCHAIN vise à développer des emballages biodégradables permettant de minimiser l’utilisation de plastiques et de réduire les pertes de fruits et légumes ; il se fonde sur la modélisation en prenant en compte les impacts de la chaîne du froid et de sa logistique, ainsi que le comportement des consommateurs.
Résumé
Les principales raisons des pertes de fruits et légumes dans la chaîne d’approvisionnement sont la température et l’humidité ambiantes non optimales, les emballages inappropriés et les manipulations inadaptées. Pour réduire le plastique dans la filière des fruits et légumes frais, l’objectif du projet est de concevoir de nouveaux emballages biodégradables et de les combiner avec une conservation au froid tout au le long de la chaîne post-récolte jusqu’à la consommation par le consommateur. Deux produits sont étudiés dans deux types de chaînes logistiques différentes, les
fraises en circuit long et les salades en circuit court de proximité. Deux types d’emballage ont été développés : premièrement des barquettes en carton traité au PVOH (alcool polyvinylique) greffé par chromatogénie puis operculées avec un film NatureFlex pour les fraises, deuxièmement des feuilles intercalaires en papier simplement greffé par la chromatogénie pour les salades. Le projet intègre plusieurs aspects tels que l’identification des conditions temps-température et des pertes tout au long des étapes de la chaîne logistique, les influences de la conception des emballages sur la durée de vie et la qualité du produit et sur sa vitesse de refroidissement au sein d’une palette,
l’évolution des coûts logistiques liés au réapprovisionnent des produits et enfin les impacts environnementaux.
La barquette conçue dans le projet sous atmosphère modifiée permet de prolonger la durée de vie de fraises. Afin d’obtenir une atmosphère modifiée optimale pour les fraises (5 % O2et 15 % CO2) et de contrôler leur perte en eau, des travaux de modélisation ont déterminé les taux de transmission à l’O2, CO2 et vapeur d’eau de l’emballage cibles à atteindre. Les barquettes répondant à ces spécifications ont pu être sélectionnées, ce qui a permis de définir les poids et nombres de couches de PVOH optimaux pour un emballage de fraises. Les travaux préliminaires ont montré que les avantages environnementaux de la barquette conçue sont l’utilisation des ressources, 5 fois moindres, l’impact sur le changement climatique et sur la santé humaine, 3 fois moindres, tandis que l’impact sur la qualité de l’écosystème est du même ordre de grandeur que pour celle en PET. L’étude du comportement thermique d’une palette au cours de sa réfrigération montre que la position du produit a une influence significative sur son temps de refroidissement et
que l’ajourage des colis réduit l’hétérogénéité de température. De plus, l’épaisseur de la lame d’air dans le colis au-dessus des barquettes de fraises doit être optimisée, car si elle est trop importante, l’air ne s’infiltre pas bien entre les barquettes, réduisant ainsi la surface d’échange et augmentant le temps de refroidissement. Une réduction de 75 % du débit d’air diminue de 94 % la consommation énergétique du ventilateur, mais double le temps de refroidissement, ces deux paramètres doivent donc être optimisés. L’étude du comportement des consommateurs a montré que 90 % d’entre eux rejettent les fraises dès l’apparition des moisissures et que 54 % sont prêts à acheter les fraises dans la nouvelle barquette conçue contre 46 % de refus en raison d’une moindre visibilité du produit du fond de la barquette. Une étude de simulation à événements discrets, qui représente le stock des barquettes de fraises en magasin, a permis de modéliser la demande aléatoire des consommateurs et la durée de vie aléatoire des fraises, afin d’évaluer la performance de différents types d’emballage qui conduisent à différentes durées de vie post-récolte. Enfin, une approche de modélisation multicritère a été réalisée pour optimiser la chaîne post-récolte en considérant la qualité, le coût, l’impact environnemental, les pratiques des professionnels et des consommateurs. L’approche développée
validée pour les fraises en circuit long pourra être généralisée à d’autres produits de la filière fruits et légumes.
Summary
The main reasons for fruit and vegetable losses in the supply chain are suboptimal ambient temperature and
humidity, inappropriate packaging, and improper handling. To reduce plastic in the fresh fruit and vegetable
sector, the project aims to design new biodegradable packaging and combine it with cold storage throughout
the post-harvest chain until consumption by the consumer. Two products are being studied in two different
types of logistics chains: strawberries in a long supply chain and salads in a short, local supply chain. Two
types of packaging have been developed: firstly, cardboard trays treated with PVOH (polyvinyl alcohol) grafted
by chromatography and then sealed with NatureFlex film for strawberries; secondly, for salads, interleaving
sheets made of paper simply grafted by chromatography. The project incorporates several aspects such as
the identification of time-temperature conditions and losses throughout the stages of the supply chain, the
influence of packaging design on the shelf life and quality of the product and on its cooling rate within a pallet,
the evolution of logistics costs related to product replenishment, and finally the environmental impacts.
The tray designed in the project under modified atmosphere conditions extends the shelf life of strawberries.
In order to obtain an optimal modified atmosphere for strawberries (5% O2 and 15% CO2) and to control their
water loss, modeling work determined the O2, CO2, and water vapor transmission rates of the target packaging
to be achieved. Trays meeting these specifications were selected, enabling the optimal weights and number of
PVOH layers for strawberry packaging to be defined. Preliminary work has shown that the environmental benefits
of the designed tray are five times lower resource use and three times lower impact on climate change
and human health, while the impact on ecosystem quality is similar to that of PET. The study of the thermal
behavior of a pallet during refrigeration shows that the position of the product has a significant influence on
its cooling time and that the openwork design of the packages reduces temperature heterogeneity. In addition,
the thickness of the air gap in the package above the strawberry trays must be optimized, as if it is too large,
it creates a by-pass over the strawberries cooling the product only by the top, which can double the cooling
time. A 75% reduction in air flow reduces the fan’s energy consumption by 94%, but doubles the cooling time,
so both parameters must be optimized. A study of consumer behavior showed that 90% of consumers reject
strawberries as soon as mold appears and that 54% are willing to buy strawberries in the new tray design,
compared to 46% who refuse to buy them because the product is less visible from the bottom of the tray. A discrete
event simulation study, representing the stock of strawberry trays in stores, was used to model random
consumer demand and the random shelf life of strawberries in order to evaluate the performance of different
types of packaging that lead to different post-harvest shelf lives. Finally, a multi-criteria modeling approach
was used to optimize the post-harvest chain, taking into account quality, cost, environmental impact, and the
practices of professionals and consumers. The approach developed and validated for strawberries in long distribution
channels can be generalized to other products in the fruit and vegetable sector.