Collage : les nouvelles recettes de la performance

Hausse des coûts énergétiques, montée en cadence et exigences de recyclabilité poussent fabricants d’adhésifs et constructeurs d’équipements à faire évoluer simultanément formulations, systèmes d’application et outils de pilotage. Une évolution discrète, mais déterminante pour les performances industrielles.

A l’heure où les industriels de l’agroalimentaire cherchent à concilier productivité, sobriété énergétique et réduction de leur empreinte environnementale, le collage des emballages connaît une profonde mutation. L’opération paraît pourtant simple. Dans le cas des adhésifs thermofusibles (hot melt), largement utilisés pour l’assemblage des cartons, un fondoir chauffe l’adhésif, une pompe le met sous pression et des tuyaux chauffants l’acheminent jusqu’aux têtes d’application qui déposent précisément la quantité nécessaire. Mais chacune de ces étapes fait aujourd’hui l’objet d’innovations destinées à réduire les consommations tout en améliorant la qualité du collage.

Sobriété énergétique à tous les étages
Premier axe de développement : la réduction des consommations d’énergie, aussi bien au niveau des formulations que des équipements. Chez H.B. Fuller, les nouvelles générations d’adhésifs permettent d’abaisser sensiblement les températures d’application. «On est passé de 160°C à 110°C en quelques années», précise Yann Maire, directeur des ventes France, à propos de la gamme Advantra® LT. L’objectif est triple : réduire la consommation électrique des systèmes d’application et accroître la productivité globale tout en limitant les risques de brûlures et le vieillissement du matériel. Ces formulations basse température doivent néanmoins conserver une excellente tenue thermique afin de résister aux fortes chaleurs parfois rencontrées lors du transport des emballages. Cette recherche d’efficacité se poursuit au niveau des équipements. Nordson mise sur un générateur à fusion séquentielle qui ne liquéfie que la quantité d’adhésif immédiatement nécessaire. «Les granulés sont d’abord ramollis dans une cuve de préfusion, avant qu’une faible quantité — quelques centaines de grammes seulement — soit portée à la température idéale dans la zone de fusion. Il s’agit en quelque sorte d’une fusion à la demande», explique Fabrice Valot, directeur général de Nordson France. Cette architecture réduit fortement les besoins énergétiques. Là où certains systèmes concurrents nécessitent entre 1 800 et 4 000 W, Nordson annonce une puissance de seulement 800 W.

Chez Robatech, cette quête a conduit au développement de la plateforme APV, composée du fondoir Alpha, des tuyaux Performa et des têtes Volta : «trois éléments spécialement conçus pour limiter les déperditions thermiques», résume Emmanuel Bilard, directeur des ventes et du marketing de Robatech France. Selon le constructeur, les économies d’énergie atteignent 45% sur les fondoirs et les tuyaux, et jusqu’à 60% sur les nouvelles têtes d’application.
S’agissant des tuyaux, les anciens raccords vissés constituaient autant de points froids favorisant les pertes de chaleur et l’épaississement local de l’adhésif. Avec Performa, les nouveaux raccords enfichables, intégrés au tuyau, suppriment ces ruptures thermiques, améliorant à la fois la stabilité du procédé et la consommation électrique.

Les avantages du stitching
La réduction des quantités d’adhésif constitue le deuxième grand chantier des industriels. Les gains peuvent sembler modestes à l’échelle d’un emballage, mais deviennent en effet considérables sur des lignes fonctionnant plusieurs milliers d’heures par an.
L’avenir appartient à une technique connue sous le nom de stitching. Plutôt qu’un cordon ininterrompu, l’applicateur dépose une succession de points ou de courts segments assurant le même niveau d’assemblage avec beaucoup moins de matière. Chez Nordson, les nouveaux applicateurs électropneumatiques SolidBlue IIpermettent de dépasser 50% d’économie d’adhésif grâce à cette technique. Une évolution qui impose cependant de fortes contraintes mécaniques, chaque point correspondant à un cycle complet d’ouverture et de fermeture de la tête d’application. «Nous avons entièrement revu la cinématique des modules afin d’augmenter de 25% leur durée de vie, déjà supérieure à 300 millions de cycles sur la génération précédente», précise Fabrice Valot.

Électrique ou électropneumatique : deux solutions complémentaires
Le stitching, comme l’augmentation des cadences, conduisent nécessairement les fabricants à faire évoluer les technologies d’application. Robatech a ainsi développé sa tête Volta autour d’une architecture 100% électrique. «Nativement conçue pour le stitching» avec une durée de vie supérieure à deux milliards de cycles, elle fonctionne jusqu’à 200 Hz, soit 200 points de colle par seconde, et peut faire économiser jusqu’à 60% de colle.
Si les têtes électriques séduisent par leur longévité et l’absence de consommation d’air comprimé, elles ne constituent pas pour autant une solution universelle. «L’électropneumatique reste une technologie parfaitement adaptée aux exigences de l’alimentaire et qui nous permet aujourd’hui de dépasser 100 Hz», affirme Fabrice Valot. Selon lui, les systèmes électriques présentent encore certaines limites avec les adhésifs les plus visqueux et peuvent être sujets à des phénomènes de surchauffe aux cadences extrêmes. Le choix dépend donc avant tout de l’application.

Processus sous contrôle numérique
Dans ce domaine, on observe par ailleurs que la qualité du collage dépend désormais autant de la surveillance du procédé que des performances mécaniques des équipements.
Chez Nordson, le système ATS (Adhesive Tracking System), associé au générateur ProBlue Flex, exerce un suivi permanent de la consommation d’adhésif. L’analyse des données est capable de détecter une surconsommation, une dérive de température ou de pression, et corrige le cas échéant les paramètres afin de maintenir une qualité de dépose constante. Des systèmes de vision vérifient en parallèle la présence et le positionnement des cordons de colle sur chaque emballage.
Robatech poursuit la même logique avec sa plateforme RCS (Robatech Control System). Celle-ci centralise les données des équipements, mémorise les schémas de dépose et enregistre les consommations d’énergie, d’adhésif ainsi que le nombre de cycles de chaque tête d’application. «Le RCS permet la surveillance du processus avec des alarmes lorsque l’on sort des seuils définis, aussi bien pour la consommation que pour la longueur ou la position des traits de colle», détaille Emmanuel Bilard. L’exploitation de ces données ouvre également la voie à la maintenance prédictive en anticipant le remplacement des composants avant leur défaillance.

Des adhésifs plus écoresponsables
Les innovations concernent aussi les chimistes qui doivent bien entendu adapter leurs produits à l’évolution des matériaux d’emballage. En particulier, le développement des fibres recyclées modifie les caractéristiques des cartons, avec une qualité de plus en plus hétérogène. «Le fait d’avoir davantage de matière recyclée dans la pâte rend les cartons plus délicats à coller, mais nous avons développé des adhésifs capables de répondre à cette variabilité», assure Pascal Peroni, directeur du marketing stratégique mondial chez Bostik (groupe Arkema). Le groupe a ainsi lancé Kizen® Lime, un adhésif thermofusible «tout-terrain» formulé à partir de matières premières biosourcées (jusqu’à 80%), notamment des huiles alimentaires usagées. «Ce produit se différencie par une empreinte carbone presque neutre tout en offrant des caractéristiques d’adhésion supérieures à la moyenne et une température d’application possible de 110°C».
Enfin, comme tous les adhésifs de la gamme Kizen®, Lime est compatible avec les filières de recyclage du papier établies. «De plus en plus, notre métier consiste à proposer des adhésifs qui collent parfaitement tout en s’intégrant de façon fluide aux procédés de recyclage, soit en se séparant facilement de la pâte à papier, soit en étant compatibles avec le processus de recyclage sans séparation préalable», poursuit Pascal Peroni.
Pour l’alimentaire, Bostik développe également les M-Resins destinées aux emballages refermables. Ces résines permettent le réemploi des emballages tout en restant compatibles avec les procédés actuels de recyclage des barquettes.

Remplacer l’emballage par un adhésif
Même mise en avant de l’écoresponsabilité chez H.B. Fuller, qui développe notamment les adhésifs thermofusibles biosourcés Advantra® Earthic™ 9370, ainsi que des formulations optimisées, telle l’Advantra® Earthic™ 9500, «dont la faible densité réduit la quantité de produit consommée à performances égales», indique Yann Maire.
L’entreprise participe également à plusieurs projets visant à réduire les matériaux d’emballage et supprimer les films plastiques de regroupement. Pour les packs de bouteilles PET, un adhésif appliqué sous forme de mousse permet de coller directement les contenants entre eux, tout en s’adaptant aux variations géométriques des emballages et en favorisant un recyclage efficace du PET. «De tels projets nécessitent cependant d’importants investissements, car ils impliquent souvent le remplacement des équipements de conditionnement existants», conclut le directeur des ventes de H.B. Fuller.