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Vous êtes ici : Accueil > Technique > Transformation > Contrôle des écrasements à plat subis par le carton ondulé           Révision : 12 janvier 2004
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Gérard JAYET (Expert Technique en Transformation)
(23 septembre 2003)


Cet article, extrait d'une étude effectuée par l'ONDEF, est publié avec l'accord de cet organisme.
 

L’onduleuse et les machines de transformation ne sont pas toujours respectueuses de l’épaisseur du carton car elles contiennent divers organes pouvant provoquer un écrasement à plat du carton. Pour certains de ces organes, l’écrasement du carton est un mal nécessaire pour satisfaire d’autres objectifs de production jugés prioritaires (collage du carton, qualité des aplats imprimés,…). Toutefois, ces écrasements du carton peuvent, en final, compromettre la performance de l’emballage lors de son utilisation, et, par suite, justifier une réclamation du client.
   Pour éviter d’en arriver à cette fâcheuse extrémité, cette note propose tout d’abord de faire un tour d’horizon des divers risques d’écrasement à plat encourus par le carton durant sa fabrication et sa transformation. Ensuite, après avoir examiné les conséquences d’un écrasement à plat sur les performances du carton, il s’agira d’en déduire un autocontrôle simple, rapide et efficace permettant d’alerter les opérateurs sur les dégradations occasionnées à la cannelure tout au long du circuit.

 

Préambule

En savoir plus sur :

L’épaisseur est une propriété fondamentale du carton ondulé qu’il est essentiel de conserver tout au long de la chaîne, de la fabrication des plaques de carton ondulé, à leur transformation en emballage.

Au début des années 1980, des études finlandaise, puis française, ont démontré les fâcheuses conséquences de l’écrasement à plat du carton ondulé sur les performances de l’emballage :

    perte irréversible d’épaisseur, avec pour conséquence une diminution de la rigidité à la flexion du carton et par suite de la Résistance à la Compression Verticale des Caisses (des pertes de R.C.V. atteignant 50 % ont été constatées dans ces travaux) ;
  moindre résistance au début de la compression à plat, qui nuit à l’effet amortisseur du carton ondulé, et, par conséquence, diminue sa capacité à remplir la fonction première de l’emballage : protéger le produit contenu.

L’étude menée par l’USFO, syndicat professionnel des fabricants français de carton ondulé qui, depuis, a été renommé ONDEF, conduisit à la définition d’une méthode simple pour révéler les écrasements subis par le carton ondulé durant sa fabrication et sa transformation.

Il peut être étonnant de constater que le résultat des ces travaux n’ait pas été davantage appliqué, ces enseignements semblant être restés confinés à quelques spécialistes. Il est vrai qu’à l’époque, l’Assurance Qualité n’en était qu’à ses premiers balbutiements et la pratique courante d’une sur-qualité a sans doute minimisé l’intérêt de ces travaux.

Depuis :

    le développement des certifications ISO nécessite de définir des procédures d’autocontrôle, dont la traçabilité permet de garantir la qualité des produits et des procédés mis en œuvre ;
  une meilleure connaissance des relations entre les besoins à l’utilisation et les qualités de carton nécessaires autorise la réduction des marges de sécurité afin de minimiser le grammage du carton ondulé pour répondre aux directives européennes prônant la réduction des déchets à la source.

Dans ce contexte, il apparaît opportun de remettre d’actualité les résultats de ces travaux visant à garantir la bonne conservation de la cannelure durant la fabrication et la transformation du carton ondulé.
 

I - Les risques d'écrasement durant la fabrication

A l'entrée du pont magasin : à la sortie du poste simple face, la bande de carton simple face est entraînée par un élévateur comprenant des courroies sandwich, avec une vitesse légèrement supérieure à celle du poste simple-face, afin de tendre la bande de carton.

Elévateur et pont-magasinLe dispositif correspondant est représenté sur le schéma ci-contre. La bande de carton est figurée en noir, et les deux courroies sandwich en vert.

Il peut arriver, en particulier avec les TestLiners, qu’un glissement entre la courroie et le papier couverture oblige l’opérateur à augmenter la tension des courroies, au risque d’écraser la cannelure.

A l’encollage double face : la cannelure est appliquée sur le cylindre encolleur par un rouleau presseur, l’intervalle entre les deux doit être réglée finement pour assurer une prise de colle correcte, sans écraser les cannelures (figure ci-dessous, source : Emballage Ondulé de France, ONDEF).

Encollage
Pour les postes simple-faces avec peignes, plus favorables à la production de fausses cannelures, l’écrasement du carton à ce stade est souvent un mal nécessaire pour encoller toute les cannelures.

Le développement des systèmes sans peignes a réduit considérablement ce risque en assurant une ondulation parfaite des cannelures.

Au début des tables chauffantes : la cannelure, fragilisée par l’humidité apportée par la colle, doit supporter la pression appliquée par les rouleaux presseurs (figure ci-dessous, source : Emballage Ondulé de France, ONDEF).

Entrée tables chauffantes

Un cintrage des tables chauffantes peut aussi provoquer l'écrasement des bords de la bande.



Le remplacement des premiers rouleaux presseurs par un caisson soufflant diminue fortement ces risques d’écrasement (figure ci-contre, reproduite à partir du document Bobst cité en référence).

A la coupeuse transversale. A l’alimentation de la coupeuse, la bande de carton est entraînée par une paire de rouleaux, dont l’écartement doit être adapté à l’épaisseur du carton ondulé produit.

Coupeuse transversaleLe remplacement de ces rouleaux d’entraînement par des courroies de transport à vide d’air permet d’éviter ce risque (figure ci-contre).

 

II - Les risques d'écrasement durant la transformation

Au margeur. Cet élément, incontournable dans les machines de transformation, a pour mission d’introduire les plaques régulièrement en synchronisation avec la vitesse de la machine pour assurer le repérage.

Divers systèmes sont utilisés pour dépiler les plaques de carton ondulé, avec généralement un point commun : l’entraînement de la plaque à la sortie du margeur par un pincement entre deux rouleaux (figure ci-contre, reproduite à partir du document Bobst cité en référence).

Margeur

Ce principe d’entraînement des plaques de carton par une paire de rouleaux est aussi présent dans les machines de découpe / rainage rotatives.

A noter qu’il existe des margeurs conçus pour s’affranchir de ces risques d’écrasement, en adoptant un entraînement des plaques à la sortie des margeurs par des tapis aspirants (figure ci-dessous, extraite d’une notice technique de la société CUIR).


Margeur de la société Cuir

Impression flexoA l’impression directe sur le carton ondulé. Ce mode d’impression directe sur le carton ondulé, qui utilise le procédé flexographique, est une source majeure d’écrasement, le serrage des clichés d’impression étant le réglage dont dispose l’opérateur pour obtenir une couverture d’encre correcte dans les aplats.

Le principe de l'impression flexographique est représenté sur la figure ci-contre (source : Emballage Ondulé de France, ONDEF).

L’avènement des onduleuses sans peignes qui produisent une surface de carton plus régulière et la modernisation du procédé flexographique ont réduit très sensiblement ce risque d’écrasement.

La pré-impression du papier couverture élimine totalement ce risque.

III - Les conséquences de l'écrasement du carton

Les tests usuellement utilisés pour caractériser la performance d’un carton ondulé sont inopérants pour révéler les écrasements à plat subis par le carton.

En effet l’étude ONDEF a montré que l’épaisseur normalisée (c’est à dire mesurée sous une pression de 20 kPa), le F.C.T. (résistance maximale à la compression à plat), l’E.C.T. (résistance maximale à la compression sur chant) et la résistance à la perforation dynamique sont très peu sensibles à ces écrasements : la résistance à l’éclatement du carton est logiquement non affectée par l’écrasement de la cannelure.

Aussi, ce dernier ne présente donc pas d’effet sur la qualité du carton répondant aux critères de l’estampille, définis dans la norme NF Q 12 008.

Et pourtant, l’écrasement du carton peut avoir des conséquences dramatiques sur la résistance à la compression verticale de la caisse, et par suite sur son aptitude au gerbage.

Cela s’explique par le fait que si la résistance maximale à la compression à plat n’est que très peu modifiée par les écrasements à plat subis par le carton, la pente à l’origine de la courbe donnant la résistance en fonction de la compression est, quant à elle, très révélatrice de ces écrasements, comme l’illustre la figure suivante.

Résistance carton à platCette figure représente la résistance à la compression à plat d'un carton double face à moyenne cannelure. La courbe rouge correspond à un échantillon de carton en bon état, la courbe bleue à un échantillon de carton écrasé.

On voit sur la figure que, si les deux carton présentent la même résistance maximale à la compression à plat, le carton écrasé résiste bien moins aux faibles charges de compression.

Il sera donc, en particulier, plus sensible aux pressions internes qui peuvent être développés par les produits contenus sur les parois de la caisse, avec en final une forte diminution de l’épaisseur du carton, et par conséquence une très forte diminution de l’aptitude au gerbage de la caisse.

Dans les conditions normalisées, la mesure de l’épaisseur d’un carton ondulé est obtenue par la distance entre deux touches circulaire de 10 cm², entre lesquelles le carton est comprimé sous une pression de 20 kPa.

La figure précédente montre clairement que cette pression normalisée de 20 kPa (soit 2 kg sur 10 cm²) est insuffisante pour révéler l’écrasement à plat subi par le carton. Cette figure dévoile aussi une méthode simple pour caractériser cet écrasement : la comparaison de l’épaisseur normalisée à celle mesurée avec une pression de 80 kPa(soit 8 kg sur 10 cm²) :

    lorsque le carton n’a pas été écrasé, ces deux mesures sont voisines ;
  lorsque le carton a été écrasé, la mesure sous 80 kPa est très inférieure à la mesure normalisée.

C’est ainsi que l’étude ONDEF s’est intéressée à ces deux grandeurs (E20 = épaisseur normalisée et E80 = épaisseur sous 80 kPa).

Cette étude a montré que, pour les cartons ondulés moyenne et grande cannelure, le rapport de ces deux épaisseurs (E80/E20) égalait la variation de R.C.V. relativement à celle mesurée avec un carton non écrasé.

Plus concrètement, un rapport E80/E20 = 0,7 signifie que la R.C.V. de la caisse sera diminuée de 30 % comparativement à celle mesurée avec un carton non écrasé.

A noter que dans ces travaux, les mesures de R.C.V. ont été réalisées sur des caisses vides et n’intègrent donc pas l’influence des pressions internes développées par le produit contenu. En situation réelle, les pertes de R.C.V. peuvent donc être encore bien plus élevées que celle évaluées par ce rapport E80/E20.
 

IV - Le contrôle des écrasements à plat subis par le carton ondulé

La mesure de l’épaisseur du carton ondulé sous les pressions de 20 kPa et de 80 kPa permet donc de révéler l’écrasement subi par le carton.

Micromètre surchargéLes micromètres du marché sont conçus pour appliquer la pression normalisée de 20 kPa. Certains micromètres sont utilisables pour mesurer l’épaisseur sous 80 kPa, en appliquant une surcharge de 6 kg, comme le montre la figure ci-contre.

L’inconvénient de cette méthode est de limiter la possibilité de mesure aux bords des plaques à cause du faible espacement entre le pilier support et les touches de mesure.

Pour atteindre les zones centrales, il est nécessaire de découper des éprouvettes d’essai, ce qui rend cette mesure destructible et nuit à l’efficacité de son utilisation en autocontrôle.

Micromètre différentiel portableC’est pourquoi un appareil portable, représenté ci-contre (photo reproduite à partir d'un document Méca Marne cité en référence), fut développé par l’ONDEF, afin de permettre un contrôle simple, efficace et rapide, des écrasements subis en un lieu quelconque de la plaque de carton ondulé.

Par le contrôle de la perte d’épaisseur entre les deux pression de 20 kPa et 80 kPa, cet appareil permet de vérifier la bonne conservation de la cannelure à tous les stades de la fabrication et de la transformation du carton.

Peu encombrant et portable, il peut être emmené partout. Il se déplace avec le contrôleur, ou reste au pied de la machine, ce qui évite d’emmener les plaques de carton en salle de contrôle.
 

V - Références

Documents techniques USFO n° 42 (1982) et  n° 43 (1983)
Document technique BOBST : "Le carton ondulé"
Classeur USFO : "Le carton ondulé"
Notice technique Méca Marne (micromètre différentiel portable)
 

Gérard JAYET est consultant transformateur pour le secteur de la transformation. Ses spécialités concernent la fabrication et la transformation du carton ondulé ; la découpe, le rainage et le pliage-collage du carton plat ; les procédés d'impressions flexographique, héliogravure et offset ; les tests papetiers appliqués au secteur de la transformation et l'analyse vidéo rapide des chaînes de conditionnement (sacs, étuis, enveloppes ...).

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