Conditionnements

À travers les âges, une multitude de structures (fosses, silos, greniers, jarres, paniers) ont été développées pour protéger les denrées alimentaires de l’air, de l’eau (humidité de l’air ou du sol, précipitations), des contaminations microbiennes et des nuisibles (insectes, rongeurs, oiseaux). Les systèmes d’emballage et de conditionnement actuels reposent sur ces principes archaïques. Aujourd’hui, les procédés les plus utilisés sont ceux qui permettent d’éliminer l’oxygène autour des aliments ou de limiter le contact avec l’air et l’humidité ambiante.

L’oxygène est essentiel à la vie biologique. La plupart des microorganismes (levures, moisissures, bactéries) sont aérobies : ils ont besoin de dioxygène (O2 ou oxygène de l’air) pour leur métabolisme énergétique (respiration) et se développent donc en aérobiose, dans un milieu suffisamment riche en oxygène. La prolifération microbienne est ainsi considérablement ralentie en anaérobiose, c’est-à-dire dans un milieu pauvre en oxygène. De nombreuses enzymes intervenant dans la biodégradation des aliments (notamment celles impliquées dans les réactions d’oxydation) voient également leur activité réduite. Ainsi, lorsque l’on parvient à chasser l’oxygène autour de l’aliment, on peut prolonger sa conservation de plusieurs jours à plusieurs mois, voire plusieurs années, selon les cas.

Dans les aliments, le dioxygène disponible pour les microorganismes se présente sous deux formes :
- gazeuse : les molécules de dioxygène sont présentes sous forme de gaz dans l’air autour de l’aliment (l’air ambiant ou atmosphérique est constitué à 21 % de dioxygène) ;
- dissoute : les molécules de dioxygène sont présentes sous forme dissoutes dans l’eau libre de l’aliment.

Pour prolonger la conservation des aliments, il est possible de baisser la disponibilité de l’oxygène (gazeux et dissout) par diverses approches :
- en entourant l’aliment d’une barrière étanche à l’air. Cette barrière évite le contact de l’aliment avec l’oxygène de l’air. Certaines denrées humides peuvent toutefois contenir une petite quantité d’oxygène dissout (la biodégradation est ralentie mais pas totalement bloquée) ;
- en baissant la pression de l’oxygène dans le milieu environnant. Cette solution est plus efficace car elle s’accompagne d’une diminution de l’oxygène dissout dans l’aliment (la biodégradation est ainsi davantage freinée).

Il existe néanmoins des bactéries qui ont la capacité de se développer en l’absence d’oxygène : les bactéries anaérobies. La première catégorie de bactéries, les anaérobies facultatives, se développent avec ou sans oxygène. C’est le cas de nombreuses bactéries lactiques (du genre Lactobacillus sp. par exemple) qui peuvent persister et se développer dans des préparations conditionnées sans contact avec l’air. En revanche, la deuxième catégorie, les bactéries anaérobies strictes, ne tolère pas la présence d’oxygène qui leur est toxique : ces dernières ne se développent qu’en l’absence d’oxygène. C’est le cas des bactéries du genre Clostridium sp. dont certaines espèces sont responsables de toxi-infections alimentaires graves (telles que Clostridium botulinum, agent du botulisme). Une méthode complémentaire de conservation peut donc être nécessaire pour limiter le développement des germes anaérobies (réfrigération, congélation, pasteurisation, appertisation).
 

Les techniques ancestrales visant à limiter le contact des denrées alimentaires avec l’air, l’eau, les contaminations et les nuisibles ont permis l’émergence d’emballages modernes dont certains sont encore utilisés aujourd’hui.

L’enfouissement dans le sable ou la terre permettait de maintenir les aliments à l’abri des prédateurs, des nuisibles, du gel, de la lumière, de la chaleur du soleil, des précipitations, de l’air, etc. On pouvait ainsi conserver des fruits et des légumes (tubercules, racines) plusieurs mois. Le procédé a été amélioré avec l’apparition de structures (fosses, monticules) plus élaborées (enterrées, semi-enterrées ou hors-sol), réalisées à partir de terre, paille, charbon de bois, etc. Ces dernières assuraient une ventilation douce autour des denrées et limitaient l’entrée d’humidité et d’oxygène. Cette technique était encore utilisée en France dans les productions paysannes des années 1950-1960 (pommes de terre, navets, carottes, betteraves).

L’enfouissement dans la paille, les céréales ou le son permettait de protéger les aliments de l’humidité et des nuisibles, mais pas de l’oxygène. Utilisé généralement pour les denrées périssables stabilisées (charcuteries, fromages, céréales), le principe s’est démocratisé avec des contenants en bois (caisses, tonneaux, cages), en fibres végétales (panier en osier, toile de jute) ou en poteries (urnes, jarres, pithos) et avec des matériaux de remplissage non périssables : papier, pailles, copeaux de bois, etc. Les emballages en carton ou papier utilisés aujourd’hui pour la conservation peuvent être considérés comme une évolution moderne de ce procédé.

Les silos enterrés à atmosphère confinée (ensilage) étaient utilisés pour conserver en anaérobiose les récoltes de graines (céréales et légumineuses) sur de longues périodes, jusqu’à cinquante ans. Les grains séchés étaient déposés dans une fosse (silo) enterrée et enduite de boue séchée ou creusée à même la roche (dans les régions calcaires) puis fermée hermétiquement par un bouchon. Les grains consommaient en quelques jours tout l’oxygène puis entraient en dormance, en anaérobiose. Le principe s’est répandu avec l’apparition des silos maçonnés ou en terre cuite.

Le grenier est un local ventilé qui permettait de maintenir les aliments secs (céréales surtout) à l’abri des intempéries, du soleil, des rongeurs et éloignés du contact avec le sol (via par exemple une structure posée sur pilotis). Le principe du grenier est très ancien et a existé sur tous les continents. Il a donné naissance aux silos hors sol, fréquents aujourd’hui en coopératives agricoles ou à la ferme.

L’enrobage ou l’enfouissement dans la graisse ou l’huile étaient utilisés pour protéger les aliments vis-à-vis des insectes, des contaminations microbiennes et du contact direct avec l’air et l’humidité ambiante. On pouvait ainsi conserver en poteries et céramiques des pièces de viande, des filets de poissons, des légumes (cuits, séchés) ou des fromages. Plusieurs stratégies étaient envisageables : l’enfouissement (les aliments sont plongés dans un bain d’huile ou de graisse chaude), l’enrobage (les aliments sont enduits d’une pellicule plus ou moins épaisse d’huile ou de graisse) ou l’operculage (les aliments sont recouverts d’une couche de saindoux, d’huile et même de paraffine). La méthode était utilisée pour la conservation des aliments stabilisés (cuits, confits, salés, sucrés). Elle est encore employée en industrie dans les semi-conserves grasses (tomates confites, cuisses de canard confites, anchois marinées, rillettes de porc), souvent en complément avec un autre moyen de conservation.

L’eau de chaux et le silicate de soude étaient utilisés autrefois dans les fermes pour conserver les œufs (entre 6 et 9 mois). Lorsqu’elles sont dissoutes dans l’eau, les poudres de chaux aérienne (hydroxyde de calcium) et de silicate de soude (silicate de sodium) donnent des solutions alcalines (au pH basique). Les œufs crus (avec leur coquille) étaient simplement immergés dans ces solutions. L’hydroxyde de calcium et le silicate de sodium réagissent avec le calcaire de la coquille pour former une protection dure, étanche à l’air et à l’eau ; la coquille perd sa porosité. Pour éviter que la coquille ne se fende à la cuisson (dans l’eau), on la perçait avec une aiguille. Cette technique a aujourd’hui disparu.

Les procédés d’enrobage consistent à recouvrir l’aliment d’une barrière protectrice, étanche à l’air et à l’eau qui peut prendre différentes formes : film, pellicule, vernis, couche de cire… Les microorganismes qui se trouvent à la surface ou à l’intérieur de l’aliment se trouvent ainsi privés d’oxygène et, souvent, de l’humidité ambiante. La multiplication des bactéries, levures et moisissures aérobies (qui ont besoin d’oxygène) est donc ralentie et les aliments peuvent se conserver plus longtemps. 

Cette barrière limite également la contamination des bactéries, levures et moisissures qui proviennent de l’environnement. Elle évite les pertes d’eau (desséchement) et ralentit les activités microbiennes ou enzymatiques impliquées dans les phénomènes de fermentation, de murissement, de brunissement, de pourrissement, etc. Elle a aussi l’avantage de donner une identité visuelle et un aspect attractif au produit (coloré, brillant, satiné). L’enrobage anti-oxygène est employé largement en industrie agroalimentaire, notamment pour couvrir les fruits frais et entiers (dont la peau ne se consomme pas : oranges, pastèques), les charcuteries industrielles (saucisson, jambon) et de nombreux fromages à pâte pressée, notamment les fromages jeunes de Hollande (gouda, édam, mimolette, maasdam). La barrière étanche bloque en effet le processus d’affinage à l’origine des saveurs plus corsées ou typées.

En agroalimentaire, on utilise aujourd’hui principalement trois types de matériaux en vue d’éviter le contact avec l’oxygène :
- des plastiques : ces films alimentaires de toute nature (fins ou épais, mono ou multicouches, étirables ou thermorétractables) adhèrent à la surface du produit et sont ôtés au moment de la consommation. Le procédé d’application (thermoformage) exploite les mêmes technologies que le conditionnement sous vide ou sous atmosphère modifiée.
- des résines : ces composés organiques ont l’avantage d’être comestibles. Il s’agit d’additifs alimentaires répertoriés parmi les émulsifiants et épaississants, par exemple les esters d’acides gras, gommes, celluloses, etc.
- des cires : ces additifs alimentaires ne sont pas comestibles (bien qu’inoffensifs). Ils sont répertoriés parmi les agents d’enrobage ou de glaçage, par exemple la cire d’abeille, cire de candelilla, cire de carnauba, paraffines, cires de pétrole microcristallines et huiles minérales, etc.
Dans l’industrie agroalimentaire, l’enrobage par cires ou résines exploite souvent des lignes continues de trempage ou de pulvérisation (type aérographe). Par exemple, pour les fruits et légumes entiers, les produits sont d’abord lavés et séchés à chaud (50-70 °C) avant de recevoir une fine couche de cire. Les produits passent ensuite dans un tunnel de séchage à chaud (50-70 °C) pour une meilleure finition. Les industriels intègrent parfois à ces matériaux des principes actifs (conservateurs antifongiques ou antimicrobiens, colorants, arômes, antioxydants, agents antimûrissement).

Ces procédés de conditionnement consistent à mettre l’aliment « sous vide », en éliminant l’air ambiant, ou sous « atmosphère protectrice », en remplaçant l’air par un mélange gazeux. Les deux approches permettent de rallonger la durée de vie et l’état de fraîcheur des aliments frais hautement périssables (viandes et poissons crus, crustacés, crudités, fruits) ou des denrées stabilisées (viandes et poissons transformés, fromages, charcuteries, plats déshydratés). La qualité organoleptique, nutritionnelle et microbiologique des denrées est ainsi prolongée de quelques jours (produits frais) à plusieurs mois (produits stabilisés). Les germes qui se trouvent à la surface de l’aliment ou à l’intérieur se trouvent isolés de l’air atmosphérique et n’ont plus accès au dioxygène gazeux. Dans certains procédés, le dioxygène dissout dans l’aliment tend également à diminuer car la pression en dioxygène dans l’emballage est plus basse. La multiplication des bactéries, levures et moisissures aérobies (qui ont besoin d’oxygène) est ainsi fortement ralentie. Dans les deux cas, ce mode de conservation implique un emballage résistant (métallique ou en plastique), étanche à l’air et à l’eau. 

Le conditionnement sous vide a permis le développement de la cuisson et de la stérilisation sous vide, au sein de l’emballage. Elle optimise aussi grandement la conservation des aliments au froid négatif (congélation). Le sous vide est aussi un moyen de conservation suffisant pour les produits secs ou stabilisés (poudres, viandes confites ou séchées, poissons fumés, fruits secs). Pour les denrées périssables, elle est souvent employée avec un autre mode de conservation. 

Le conditionnement sous atmosphère protectrice ou modifiée (MAP, Modified Atmosphere Packaging) se fait principalement avec de l’azote (diazote N2) et du gaz carbonique (dioxyde de carbone CO2), seuls ou en mélange, pour remplacer l’air. Il s’agit de gaz présents dans la nature, inoffensifs, inodores, incolores et inertes chimiquement ; ils n’induisent aucune modification chimique de l’aliment. L’oxygène à forte concentration (70-80 %) peut être également utilisé pour éviter la décoloration et le brunissement des viandes, tout en bloquant la prolifération des bactéries anaérobies (qui se développent sans oxygène) et les fermentations. Le choix du mélange gazeux dépend de la nature de l’aliment conditionné, du processus de biodégradation que l’industriel veut ralentir en priorité et des propriétés de chaque gaz (le diazote a un pouvoir antioxydant, le dioxyde de carbone est antimicrobien et antibrunissement).

Dans les usines agroalimentaires, le conditionnement sous vide ou MAP requiert l’utilisation de lignes d’emballage relativement sophistiquées pour aspirer l’air ou le remplacer par un autre gaz, positionner et rétracter le film sur le produit et sceller l’emballage de manière hermétique. Beaucoup de machines peuvent être employées : conditionneuses, emballeuses, ensacheuses, scelleuses, machines à cloche, thermoformeuses, operculeuses, etc. adaptées à divers systèmes d’emballage, comme les barquettes, boîtes en fer blanc, films rétractables à chaud, sachets, etc.

Organoleptique (qualité, caractéristique…)
Ensemble des critères d’appréciation d’un produit alimentaire faisant intervenir les cinq sens. La qualité organoleptique est donc définie par l’ensemble des perceptions visuelles (forme, couleur, brillance), olfactives et rétro-olfactives (odeur, arôme), gustatives (saveur, goût, longueur), auditives (croustillant) et tactiles (sensations buccales surtout : fermeté, moelleux, croquant, fondant).

Les emballages « actifs » ou « interactifs » interagissent directement ou indirectement avec le produit alimentaire. Ils peuvent par exemple modifier la composition de l’atmosphère au sein de l’emballage pour ralentir le processus de biodégradation et limiter les effets indésirables (odeurs, saveurs, couleurs). Ils peuvent aussi agir par contact pour bloquer la croissance des germes pathogènes les plus dangereux. Pour cela, on utilise des matériaux d’emballages spécifiques (polymères, plastiques, bois) ou des solutions annexes logeables dans le conditionnement (sachet, pastille, buvard, papier intercalaire, capsule). Le marché des emballages intelligents est en pleine expansion, par exemple il existe aussi les emballages « informatifs » ou « indicateurs » qui apportent aux consommateurs une information relative au produit (niveau de maturité, rupture du froid, risque de toxi-infection, proximité de la date de péremption).
    
Le conditionnement sous atmosphère contrôlée ou conditionnée (EMAP - Equilibrium Modified Atmosphere Packaging) exploite des films plastiques multicouches ou microperforés perméables aux gaz. La perméabilité sélective limite le transfert d’un gaz (souvent l’oxygène) tout en assurant la continuité des échanges gazeux entre l’aliment et l’air ambiant. L’atmosphère autour de l’aliment peut ainsi être rééquilibrée en oxygène, en dioxyde de carbone et en vapeur d’eau. Ces matériaux d’emballage sont surtout utilisés pour les denrées fraîches dont les tissus sont vivants (métaboliquement actifs) comme les fruits et légumes. Après récolte, ces aliments continuent en effet de respirer et de transpirer (rejet de dioxyde de carbone, absorption d’oxygène, libération de vapeur d’eau et de chaleur). La teneur en oxygène et en vapeur d’eau doit toutefois être limitée afin de ralentir le processus de biodégradation, de même que la concentration en dioxyde de carbone (afin d’éviter le brunissement propre aux légumes coupés ou blessés). Les plastiques EMAP vont ainsi permettre d’obtenir un environnement gazeux équilibré. Ils sont souvent utilisés avec les procédés associés au conditionnement sous atmosphère modifiée (injection d’un mélange gazeux).

L’intégration à l’emballage d’un agent actif, un produit chimique non toxique naturel ou de synthèse, permet de corriger la composition de l’atmosphère autour de l’aliment ou d’agir par contact sur les microorganismes. Cette matière active peut être intégrée via des éléments accessoires placés au sein de l’emballage (sachets microperforés, buvards/papiers imprégnés, pastilles diffuseurs) ou via un revêtement interne (vernis, résines, polymères). Elle peut aussi être intégrée directement dans le plastique par extrusion, injection, encapsulation, etc. Les matières actives ayant un effet sur la conservation ou sur l’état de fraîcheur sont nombreuses. On distingue :
- les agents absorbeurs qui modifient l’atmosphère en absorbant certaines molécules gazeuses ou volatiles : dioxygène, vapeur d’eau (humidité), dioxyde de carbone (rôle dans le brunissement des végétaux), éthylène (rôle dans le murissement des fruits), mauvaises odeurs (hydrogène sulfuré, amines, aldéhydes), etc. Pour piéger le dioxygène ambiant, les industriels utilisent par exemple de l’acide ascorbique, de la poudre de fer ou des enzymes ;
- les agents désorbeurs (ou émetteurs) qui modifient l’atmosphère en libérant certaines molécules gazeuses ou volatiles : dioxyde de carbone, conservateurs ou antioxydants (sulfites, sels, sorbates et acide sorbique, nisine, lysozyme, éthanol, essences d’origan, de cannelle, de clous de girofle). Pour libérer du CO2, les industriels utilisent par exemple un mélange d’acide ascorbique et de bicarbonate de sodium ou bien du carbonate ferreux.

Blaise Pascal était mathématicien, concepteur de la machine à calculer, physicien et artisan de l’assèchement des marais poitevins, inventeur des premiers transports en commun urbains, théologien mystique et polémiste moraliste... Il naît en 1623 à Clermont-en-Auvergne dans une famille bourgeoise. Dès sa première année, une maladie avec des convulsions mystérieuses se déclare. Face à l’impuissance des médecins, son père, pourtant rationaliste croit à un envoûtement : une vieille femme, à laquelle la mère de Blaise a refusé l’aumône, aurait jeté un sort à l’enfant. Tout petit, Blaise apprend à vivre avec un corps qui refuse de lui obéir, sans cesse à la merci de crises suivies de rémissions. Il n’a que 3 ans lorsque sa mère décède. Il se replie sur lui et fait « l’expérience du désert ».

« Son père [...] refuse que ses enfants fréquentent l’école : il sera leur seul maître. »

Son père, homme intransigeant, le tient reclus, avec ses sœurs Gilberte et Jacqueline. Il refuse que ses enfants fréquentent l’école : il sera leur seul maître. Il leur apprend à s’interroger sur la raison de toute chose, à ne rien admettre sans comprendre, hormis la foi, affaire de cœur. Son père, conscient de l’exceptionnelle intelligence de son fils, soigne particulièrement son instruction. Ainsi, à 11 ans Pascal écrit un Traité des sons et retrouve, sans aucune aide les propositions des Éléments de mathématiques d’Euclide. À 16 ans, il rédige un Essai pour les coniques en grande partie perdu où figure le célèbre « théorème de Pascal ». Blaise Pascal est atteint de paralysie et est obligé de marcher à l’aide de béquilles. Ses jambes et ses pieds deviennent froids comme du marbre. Nul ne peut remédier à la maladie qui progresse chaque jour.

En voyant son père […] s’épuiser à vérifier les comptes, il conçoit sa « machine d’arithmétique », la « pascaline »

En voyant son père, second président à la Cour des aides (impôts) de Montferrand, s’épuiser à vérifier les comptes, il conçoit sa « machine d’arithmétique », la « pascaline », comme on l’appelle à la Cour. Elle automatise la manipulation des signes et permet d’effectuer additions et soustractions avec report automatique des dizaines. Pascal orchestre aussitôt une campagne promotionnelle, en rédigeant le premier prospectus vantant un produit industriel qu’il intitule Avis nécessaire à ceux qui auront la curiosité de voir la machine d’arithmétique et de s’en servir. À l’issue d’une enfance et d’une adolescence perturbées, le voilà, à 19 ans, génial inventeur et publicitaire. Mais la machine, qui est trop chère, se vend mal. Pendant des années, il tente de la perfectionner.
En 1646, il devient janséniste. Il est séduit par ce christianisme sévère pour lequel le salut ne s’obtient que par la grâce. Des transes accompagnent son élan mystique.

« convaincu de l’existence du vide, […] il multiplie les expériences »

Quand il va mieux, il reprend ses travaux sur la question du vide. De grands esprits tels Descartes ou Leibniz sont persuadés que le vide ne peut exister. Lui, à l’instar de Torricelli, est convaincu de l’existence du vide. Pour le prouver, il multiplie les expériences avec des siphons et des seringues. À 23 ans, il découvre le principe de la presse hydraulique. Mais, ses troubles s’amplifient. Il a « peu d’heures de loisir et de santé tout ensemble ». Ses migraines sont plus agressives ; il n’a quasiment plus l’usage de ses jambes. Ses médecins, auxquels il ne fait aucune confiance, lui recommandent d’interrompre tout travail intellectuel. Sa gouvernante préconise des bains de pieds dans du sang. Trop affaibli, il fait appel à son beau-frère pour effectuer, au sommet du puy de Dôme, une nouvelle expérience. Cette dernière établit qu’un changement d’altitude génère un changement de pression atmosphérique, mesurable par la variation de hauteur du mercure dans un tube. L’expérience est répétée à la cathédrale de Clermont, puis, par Blaise lui-même, à la tour Saint-Jacques à Paris. L’existence du vide et de la pesanteur de la masse de l’air ne peut plus être contestée. Il rédige alors le Traité de l’équilibre des liqueurs et une Préface pour un Traité du vide. Pierre Gassendi le qualifie « d’exceptionnel, d’incomparable jeune homme ! »

« L’existence du vide et de la pesanteur de la masse de l’air ne peut plus être contestée. »

Seules ses recherches font diversion à sa maladie. Il devient conseiller scientifique pour l’assèchement des marais ; il revient aux mathématiques par les jeux de hasard. Il s’intéresse à la maîtrise des risques, puis au calcul différentiel et au calcul intégral. Il rédige couché, la Résolution générale des puissances numériques et le Traité du triangle arithmétique, où il énonce, pour la première fois, le raisonnement par récurrence et pose les bases du calcul des probabilités. En mars 1662, quelques mois avant sa mort, Pascal se lance dans la première expérience au monde de transport en commun urbain : les carrosses à cinq sols. Malgré l'étroitesse de la voirie parisienne d'origine médiévale, Pascal, associé à de riches aristocrates, tente d’y implanter un transport public. Il présente une requête pour exploiter des « carrosses qui feraient toujours les mêmes trajets dans Paris d’un quartier à l’autre, savoir les plus grands pour cinq sols, […] et partiraient toujours à heures réglées, quelque petit nombre de personnes qui s’y trouvassent, même à vide s’il ne se présentait personne, sans que ceux qui se serviraient de cette commodité fussent obligés de payer plus que leurs places ». Cinq lignes reliant plusieurs quartiers de Paris sont créées mais les restrictions imposées par le parlement de Paris et la hausse des tarifs, font péricliter l’entreprise quinze ans plus tard. Avant de mourir à 39 ans, Pascal ne peut achever son œuvre majeure : l’Apologie de la religion chrétienne. Après sa mort, des pensées isolées sont retrouvées. Ces feuilles sont regroupées et ordonnées. La première version de ces notes paraît en 1670 sous le titre Pensées de M. Pascal sur la religion et sur quelques autres sujets. Elles s’imposent très vite comme l’une des pièces maîtresses de la littérature.