Emballage alimentaire : une peau végétale pour sortir du pétrole ?
Protéger un aliment sans alourdir l’empreinte environnementale de son emballage : derrière ce casse-tête se joue une partie de la transition alimentaire. À l’INSA Lyon, Aurélia Charlot étudie des revêtements issus de ressources végétales capables d’améliorer les performances du papier et du carton.
Posez une part de pizza sur une simple feuille de papier. La graisse s’étale, l’humidité pénètre les fibres, le support se ramollit. Aussi banal soit-il, ce petit désastre résume l’un des défis auxquels se heurte le secteur de l’emballage alimentaire.
Le papier a beau provenir d’une ressource renouvelable et disposer de filières de recyclage bien installées, il n’a pas naturellement les qualités suffisantes pour protéger un aliment.
Or l’emballage ne se limite pas à transporter nos courses. Il doit préserver les aliments, prolonger leur durée de conservation et contribuer ainsi à limiter le gaspillage. Mais cette protection a un coût environnemental : en 2022, l’Union européenne a généré 83,4 millions de tonnes de déchets d’emballages, dont 16,1 millions de tonnes de plastique.
Une matière première inattendue
Alors, comment engager la transition vers des emballages moins dépendants des ressources fossiles sans renoncer aux caractéristiques indispensables au conditionnement alimentaire ? Au laboratoire Ingénierie des Matériaux Polymères (IMP) [1], Aurélia Charlot, enseignante-chercheuse à l’INSA Lyon, travaille sur une famille de macro-molécules d’origine naturelle que nous côtoyons déjà partout : les polysaccharides.
La cellulose ou l’amidon en font partie. Très présents dans la biomasse - la matière organique issue notamment des végétaux -, ces polymères naturels sont constitués de longues chaînes d’unités de sucre. Leur structure chimique peut être modifiée pour leur conférer de nouvelles propriétés, ce qui en fait des alternatives intéressantes à une partie des polymères issus du pétrole.
Le papier a besoin d’une seconde peau
Pour autant, leur caractère biosourcé ne suffit pas à garantir les performances attendues. « Le papier et le carton, constitués principalement de fibres de cellulose, sont par exemple poreux. Sans traitement, ils protègent mal contre l’eau, la vapeur d’eau, l’oxygène ou les graisses, explique la chercheuse. Les exigences varient aussi fortement selon le produit : une salade fraîche, une viande ou une viennoiserie ne nécessitent pas la même protection. »
Pour obtenir les qualités requises, les fibres de cellulose sont souvent recouvertes d'une ou plusieurs fines couches protectrices, généralement constituées de plastiques pétro-sourcés. Très efficace à l’usage, cet assemblage peut par contre compliquer le recyclage du matériau.
« La cellulose, si elle n’est pas revêtue de ce qu’on appelle un “top coat”, un revêtement en surface, ne peut pas être utilisée telle quelle : elle ne présente pas les propriétés barrières adaptées », résume Aurélia Charlot. C’est précisément cette « seconde peau » que le projet MODERATO [2] a cherché à réinventer.
Apprendre aux sucres à repousser l’eau
Porté par l’IMP en collaboration avec le Centre technique du papier [3] et le CERMAV [4], ce programme de recherche s’est intéressé à deux polysaccharides : la carboxyméthylcellulose, un dérivé de la cellulose, et l’alginate, issu d’algues, tous deux naturellement très sensibles à l’eau.
Pour modifier leur comportement et leurs propriétés, Clémence Vuillet, doctorante à l’IMP dans le cadre du projet MODERATO, a notamment eu recours à la « réaction de Passerini ». [5] Cette réaction chimique permet d’ajouter, en une seule étape, de nouvelles fonctions aux chaînes de polysaccharides.
Elle présente aussi plusieurs atouts du point de vue de la chimie verte : elle s’effectue dans l’eau, à basse température, sans catalyseur ni agent de couplage, tout en limitant les pertes de matière. L’objectif reste le même : rendre ces polymères moins sensibles à l’eau sans perdre les propriétés intéressantes liées à leur origine biosourcée.
Les matériaux obtenus ont ensuite été testés sous forme de films ou de revêtements déposés sur de la cellulose. Résultat : après modification par la réaction de Passerini, leur perméabilité à la vapeur d’eau diminue nettement. [6] Autrement dit, la couche protectrice freine mieux le passage de l’humidité.
Biosourcé ne signifie pas automatiquement durable
Aurélia Charlot appelle toutefois à la prudence : « Il existe encore pas mal de verrous. Certains polymères d’origine naturelle sont beaucoup plus chers que les polymères de grande consommation. Ils sont aussi plus sensibles à l’eau, à l’oxygène et à la température, et ne peuvent pas répondre à tous les usages. »
Remplacer une matière fossile par une ressource végétale ne suffit pas à garantir systématiquement un bénéfice environnemental. Les procédés d’extraction et de transformation, la recyclabilité, la fin de vie et le niveau de performance doivent être pensés et évalués ensemble. En réalité, la recherche vise moins à trouver un matériau universel qu’à concevoir une protection adaptée à chaque usage.
Avec MODERATO, la « seconde peau » de l’aliment devient ainsi un terrain d’écoconception à part entière, où chaque propriété compte autant que la matière elle-même.
[1] IMP - Ingénierie des Matériaux Polymères - UMR 5223, sous la tutelle de l’INSA Lyon, Lyon 1 Université, l’Université Jean Monnet Saint-Étienne et le CNRS.
[2] MODERATO est un projet de recherche coordonné par l’INSA Lyon et financé par l’Agence nationale de la recherche (ANR, numéro ANR-21-CE06-0035), mené de janvier 2022 à juin 2025 avec le CERMAV et le Centre technique du papier.
[3] CTP - Centre technique du papier - organisme de recherche et d’innovation au service des industries du papier, du carton et de la cellulose.
[4] CERMAV - Centre de recherches sur les macromolécules végétales, unité propre de recherche du CNRS (UPR 5301), en partenariat avec l’Université Grenoble Alpes.
[5] C. Vuillet, C. Le Mouel, D. Albertini, P. Alcouffe, E. Fleury, A. Charlot, « Dual Functionalization of carboxymethyl cellulose and alginate via Passerini three-component reaction to graft two hydrophobic moieties: toward modular thin films », Carbohydrate Polymers, 2025, vol. 351, 123066.
[6] C. Vuillet, V. Guillard, H. Angellier-Coussy, G. Sudre, F. Gouanvé, E. Fleury, A. Charlot, « Hydrophobization of carboxymethyl cellulose by Passerini reaction: towards films with improved water vapor barrier properties », Journal of Membrane Science, 2026, vol. 738, part B, 124851.
