Brevet FR2658797A1 — publié le 19910830

La présente invention concerne un contenant alimentaire métallique. Elle concerne plus précisément un contenant alimentaire métallique favorisant l'échange thermique par rayonnement entre l'ambiance et le dit contenant. I1 est å noter que le mot 11contenant" est à comprendre dans le sans général du terme. Un contenant peut donc être un récipient quelconque, une barquette, une boite de conserve, une papillote, etc...,. Dans ce qui suit, on parlera pour des raisons de simplification d'une forme ou d'une autre de contenants, mais il est bien entendu, que ce qui est dit pour une de ces formes est valable aussi pour les autres formes. On sait que l'échange thermique entre un contenant renfermant par exemple, un aliment et une ambiance dont la température est différente de celle de aliment, s'effectue, au moins, partiellement à travers le contenant lui même. Dans le cas d'une ambiance relativement chaude (comme par exemple un four), la chaleur est reçue par la surface extérieure du contenant puis conduite a travers son épaisseur et enfin communiquée l'aliment contenu dans le dit contenant. Dans le cas inverse, c'est-à-dire, d'une ambiance relativement froide (comme par exemple un congélateur), la chaleur véhiculée par l'aliment franchit la surface intérieure du contenant puis traverse son épaisseur et enfin s 'évacue vers l'ambiance. Dans tous les cas, l'échange thermique entre l'ambiance et le contenant se situe au niveau de la surface extérieure du dit contenant. Pour une ambiance gazeuse (comme l'air), comportant des sources de chaleur, comme c'est le cas d'un four, ou de parois froides, comme c'est le cas d'un congélateur, l'échange thermique entre la dite ambiance (l'intérieur du four ou du congélateur) et la surface extérieure du contenant s'effectue par - le contact entre les molécules gazeuses et la dite surface et, - les rayonnements thermiques reçus ou émis par la dite surface. Pour un four, les proportions de chaleur véhiculée par les molécules gazeuses et par les rayonnements thermiques varient en fonction du type d'échauffement du four. Dans un four électrique et plus généralement à parois ou éléments échauffants, la chaleur est véhiculée essentiellement par des rayonnements thermiques émis par des éléments de chauffe portés à une température élevée. Dans un four à gaz, la chaleur est véhiculée essentiellement par les molécules d'air et par les molécules du gaz brûlé. Pour un congélateur contenant un objet (récipient par exemple) d'une température relativement élevée, l'évacuation de chaleur du dit objet s'effectue par - le contact entre les molécules d'air et la surface extérieure du dit objet et, - les rayonnements thermiques émis par le dit obJet. Les proportions de chaleur véhiculée par les molécules d'air et par les rayonnements émis dépendent du pouvoir absorbant (ou émissif) de surface du dit objet. Une bonne surface émettrice (ou absorbante) rend la quantité de chaleur véhiculée par des rayonnements plus importante. Dans ce qui suit, on parlera essentiellement de l'aluminium comme un exemple de métaux possédant un pouvoir émissif (et absorbant) très médiocre. Ceci peut être, bien entendu, applicable à tout autre métal (ou ensemble métallique) présentant les mêmes tendances, notamment, les feuilles de fer recouvertes par l'étain et/ou par d'autres métaux (fer blanc). On sait que les surfaces d'aluminium (brillantes ou satinées) ont un pouvoir réfléchissant très important pour les ondes thermiques, ceci veut dire qu'elles ont un pouvoir d'absorption et d'émission médiocres pour les mêmes ondes. Par conséquent, l'utilisation de récipients en aluminium, dans un four électriquement chauffé ou dans un congélateur (ou équivalents, comme par exemple, un tunnel de congélation) rend la partie de chaleur véhiculée par rayonnements (four électrique) ou véhiculable par rayonnements (congélateur) non exploitable. Ceci entraine une lenteur pour le transfert de chaleur dans le cas de congélation comme dans le cas d'échauffement dans un four électrique et par conséquent conduit à un coût plus élevé dû d'un côté à une perte de temps et d'un autre côté à une consommation d'énergie de fonctionnement allongée. On connait les trois brevets japonais J-62 224 682, J 62 224 681 et J 62 224 651 nommés en ce qui suit dans l'ordre D1, D2 et D3. L'objet de ces trois brevets est une feuille d'aluminium dont l'une de ses deux surfaces est rendue émettrice de rayonnements thermiques. Le D1 propose une feuille d'aluminium revêtue de poudre de céramique. Le D2 propose une feuille d'aluminium dont l'une de ses deux surfaces est anodisée, c'est-à-dire, incorpore une couche d'oxyde d'aluminium. Le D3 propose une feuille d'aluminium fabriquée à partir du métal mélangé avec des particules de céramique, ceci bien évidemment avant le laminage de l'aluminium. Le but de ces trois brevets est d'homogénéiser la cuisson d'un aliment dans un four. L'aliment à cuire est enveloppé dans la feuille d'aluminium, la surface émettrice étant la surface intérieure (dans le cas de la feuille d'aluminium sujet du D3 les deux surfaces sont émettrices), la chaleur reçue par la surface extérieure de la feuille est transmise à l'aliment sous la forme de rayonnements infra-rouges grâce à la surface intérieure émettrice. Le résultat de cette cuisson par rayonnements infra-rouges est, comme il est connu, l'obtention d'un aliment cuit dans sa profondeur sans avoir besoin de l'exposer à une température très élevée, autrement dit, en évitant d'éventuelles brûlures sur sa surface. Le but donc de ces trois brevets est de transformer la chaleur reçue sous une forme quelconque par l'une des deux surfaces d'une feuille d'aluminium en une chaleur émise sous une forme de rayonnements thermiques par l'autre surface de la dite feuille. En fait, ces trois brevets s'intéressent à l'échange thermique aliment-feuille d'aluminium et non pas à l'échange thermique ambiance-feuille d'aluminium. En effet, si on remplace le four à gaz utilisé dans les essais de ces feuilles d'aluminium (voir les dessins), par un four électrique, la quantité de chaleur absorbée par la surface extérieure de la feuille diminue sensiblement dans le cas de D1 et D2, ceci car la surface extérieure est non absorbante d'infra-rouges. En ce qui concerne le cas du D3 dont la surface extérieure est aussi absorbante, la chaleur absorbée par cette surface extérieure est conduite avec difficulté vers la surface intérieure de la feuille, ceci car la poudre de céramique contenue dans la masse de la feuille rend celle-ci thermiquement moins conductrice. Le but de la présente invention est de proposer un contenant métallique pour lequel l'échange thermique par rayonnements contenant-ambiance est très amélioré, ceci soit pour un échauffement dans un four électrique soit pour un refroidissement dans un réfrigérateur. Un autre but de la présente invention est de minimiser le temps nécessaire pour l'acquisition ou l'évacuation de la chaleur par le contenant et par conséquent économiser d'un côté du temps et d'un autre côté de l'énergie nécessaire pour faire fonctionner les appareils utilisés pendant le temps économisé. Un autre but de la présente invention est d'obtenir un tel contenant avec un coût réduit, ceci sans modification des chaines actuelles de production et sans avoir besoin d'entreprendre d'étapes supplémentaires lourdes. Encore un autre but de la présente invention est de pouvoir obtenir un contenant dont la surface extérieure est absorbante (et émettrice) d'infra-rouges, ceci soit à partir d'un contenant traditionnel soit à partir d'une feuille métallique à utiliser par la suite pour la fabrication d'un contenant. A cet effet, le contenant faisant l'objet de la présente invention se caractérise essentiellement en ce que sa surface extérieure est couverte par une couche constituée par un polymère chargé en particules favorisant l'échange des rayonnements thermiques. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée ci-après et accompagnée des dessins dans lesquels - la figure 1A est un schéma représentant un récipient selon le brevet japonais J 62 224 682 (D1) ou J 62 224 681 (D2), - la figure 1B est un schéma représentant un récipient selon le brevet japonais J 62 224 651 (D3), - la figure 2A est un schéma représentant un récipient selon la présente invention, le récipient étant dans un milieu relati vement chaud, - la figure 2B est un schéma représentant un récipient, selon la présente invention, le récipient étant placé dans un milieu relativement froid, - la figure 3 est un schéma représentant un mode d'application de la couche extérieure chargée en particules favorisant l'échange des rayonnements thermiques. Sur les figures 1A et 1B sont présentés des récipients dessinés suivant les enseignements des D1, D2 et D3. Sur les figures 2A et 2B sont présentés des récipients selon la présente invention. Sur ces quatre figures est considéré l'échange thermique récipient-ambiance uniquement par rayonnement. Le récipient 1 présenté sur la figure 1A est un récipient fabriqué à partir d'une feuille d'aluminium 2 possédant une couche intérieure 3 émettrice d'infra-rouges. Bien que les D1 et D2 ne décrivent pas de récipients, ils décrivent tout simplement une feuille d'aluminium, des récipients sont présentés dans les figures (1A) et (1B) pour des raisons de comparaison avec ceux présentés sur les figures (2A) et (2B) selon la présente invention. Selon le D1, cette couche intérieure 3 est constituée par une poudre de céramique incrustée à chaud dans la feuille d'aluminium. Selon le D2, cette couche 3 est constituée par de l'oxyde d'aluminium obtenu par anodisation. Le récipient 4 représenté sur la figure (1B) est fabriqué à partir d'une feuille d'aluminium incorporant, dans la masse, de la poudre de céramique. Le récipient 1 a une surface extérieure réfléchissante et une surface intérieure émettrice (et absorbante). Le récipient 4 a ses deux surfaces intérieure et extérieure émettrices (et absorbantes). Sur les figures (2A) et (2B) est présenté un récipient 5 selon la présente invention, il est fabriqué à partir d'une feuille d'aluminium 6. Sur sa surface extérieure est appliquée une couche 7 émettrice (et absorbante) de rayonnements thermiques. Cette couche est constituée d'un liant chargé en particules favorisant l'échange des rayonnements thermiques. Selon la présente invention, ce liant est un polymère qui supporte la variation en température allant de celles de congélation jusqu'S celles régnant dans un four domestique. Ce polymère a également une bonne adhérence aux surfaces métalliques et supporte la déformation et le froissement de la feuille en aluminium. Un polymère remplissant ces conditions peut être un polyester linéaire, comme par exemple, le polyester linéaire thermoplastique/benzoguamine utilisé comme véhicule de pigments pour peindre des surfaces métalliques. Un autre polymère remplissant ces conditions peut être un polymère époxyde. Le mot 11polymère époxyde" est à comprendre comme un polymère renfermant une ou plusieurs fonctions d'époxydes et utilisable comme vernis ou comme véhicule pour encre ou peinture. Ces polymères sont à séchage (durcissement) thermique, comme par exemple, de l'air chaud ou des rayonnements infra-rouges. Un autre polymère remplissant ces dites conditions peut être un dérivé acrylique à séchage (polymérisation) par des rayonnements ultra-violets ou des rayonnements bêta. Ce type de polymère un fois chargé en pigments est connu sous le nom de M encre W". Il est utilisé pour l'impression sur des surfaces imperméables (non absorbantes). Ces polymères sont en général peu absorbants vis à vis des rayonnements thermiques (longueur d'ondes de 1 à 15 micromètres). L'avantage d'utiliser ces types de polymères est qu'ils sont applicables d'une façon traditionnelle comme une peinture encre ou vernis soit à l'aide d'un pistolet à peinture soit à l'aide de machines à rouleaux. Sur la figure 3 est présenté un schéma d'une machine à rouleaux couramment utilisée pour l'application d'une couche de peinture, d'encre ou de vernis sur une bande ; la bande d'aluminium 8 avance dans le sens de la flèche 9, le rouleau 10 applique une couche 11 de polymère qui est séchée (durcie) par des rayonnements 12. Les rayonnements 12 peuvent être des rayonnements infra-rouges, U.V. ou Béta, ceci suivant la nature du polymère. Des particules favorisant l'échange des rayonnements thermiques sont à inclure dans le polymère choisi, ces particules doivent être stables chimiquement aux températures d'usage des récipients comme dans un four de cuisson par exemple. Ces particules peuvent être choisies en général parmi les sels ou les oxydes métalliques, les pigments organiques, les minéraux, les particules métalliques, le noir de carbone ou le noir de fumée, à l'exception de ceux représentant un risque alimentaire. Les particules choisies doivent avoir bien évidemment un pouvoir réfléchissant très bas, autrement dit, un pouvoir d'émission et d'absorption très élevé. Des tables de pouvoirs réfléchissants en fonction des longueurs d'ondes pour les différentes matières sont établies et publiées dans divers ouvrages. Les oxydes de métaux sont préférés grâce à leur stabilité chimique. Des oxydes et des sels valables pour cet usage sont l'oxyde de zinc (ZnO), l'oxyde de fer (Fe203), l'oxyde de manganèse (MnO), l'oxyde de cobalt (Co203) et le carbonate de manganèse (MnCO3). D'autres particules peuvent être également utilisées comme particules favorisant l'échange thermique, notamment le noir de carbone et le noir de fumée. Considérons les récipients présentés sur les figures (lA), (1B) et (2A). Ces récipients contiennent, chacun, un aliment aqueux à une température T1 et ils sont exposés à des rayonnements correspondant à une température T2 plus élevée que T1. Les rayonnements sont présentés sur les dessins par des flèches ondulées. Les rayonnements qui tombent sur la surface extérieure du récipient 1 sont réfléchis en leur majorité, ceux qui tombent sur les surfaces extérieures des récipient 4 et 5 sont absorbés et transformés en chaleur (agitation d'atomes ou de molécules). La chaleur produite dans la couche mince 7 est conduire dans l'épaisseur d'aluminium 6 jusqu'à la surface intérieure du récipient 5. La chaleur produite dans la couche superficielle extérieure du récipient 4 est conduite dans l'épaisseur du dit récipient jusqu'à sa surface intérieure. Le mode essentiel de transmission de la chaleur à travers un solide est la condution. La conductivité thermique de l'aluminium est plus importante que celle de l'aluminium contenant des particules thermiquement isolantes (poudre de céramique). La quantité de chaleur transmise par l'épaisseur du récipient 4 est inférieure à celle transmise par l'épaisseur d'aluminium 6, ceci bien évidemment en considérant que - l'épaisseur du récipient 4 est égale à celle du récipient 5 (c'est-à-dire, la somme de l'épaisseur de la couche 7 plus celle de l'aluminium 6), - la couche 7 est une couche mince, - les surfaces extérieures des deux récipients reçoivent la même quantité de rayonnements. La chaleur arrivant à la surface intérieure du récipient 4 est transmise par rayonnement au contenu du dit récipient et celle arrivant à la surface intérieure du récipient 5 est transmise par contact (d'abord conduction puis convection) au contenu du récipient. Si le contenu des deux récipients est assez fluide (comme c'est souvent le cas des plats cuisinés en sauce, par exemple) le risque de brulure de l'aliment est écarté. En effet, la transmission de chaleur d l'aliment par rayonnement est justifiable lorsque le dit aliment est peu liquide comme les exemples de poisson et de pomme de terre donnés dans les trois documents D1, D2 et D3. Dans le cas où le récipient selon l'invention est placé avec son contenu (T1) dans une ambiance à une température T2 inférieure à Ti, (fig.2B), la chaleur emmagasinée dans le contenu traverse par conduction l'épaisseur de l'aluminium 6 jusqu'à la couche 7 contenant les particules favorisant l'échange thermique par rayonnements Ces particules émettent la chaleur reçue vers l'extérieur sous la forme de rayonnements, ceci accélère l'évacuation de la chaleur de la surface extérieure du récipient et favorise par conséquent le transfert de chaleur depuis l'intérieur du récipient jusqu'à l'ambiance via la couche 7. Autre que les différences de fonctionnement entre les récipients représentées sur les figures (1A) et (1B) d'un côté et ceux représentés sur les figures (2A) et (2B) d'un autre côté, il est à noter que l'application d'une couche de polymère par rouleau est plus facile et moins chère que l'anodisation ou l'incrustation à chaud de la poudre de céramique ou encore l'incorporation dans la masse, avant laminage, de la poudre de céramique. Il est à noter également que l'application de la dite couche de polymère, selon l'invention, ne nécessite pas de modifications sur une chaîne actuelle de production, par exemple, de bande d'aluminium. En effet, il suffit d'ajouter à la fin d'une chaîne actuelle une machine à rouleaux à peindre, à vernir ou à encrer. Nous avons effectué des expériences comparatives pour évaluer l'amélioration de pouvoirs d'absorption (et d'émission) d'un récipient fabriqué selon la présente invention comparativement à un récipient traditionnel en aluminium. Les récipients en aluminium choisis pour effectuer ces expériences sont des barquettes en aluminium couramment utilisées pour contenir des produits alimentaires. Ces barquettes sont utilisables pendant la cuisson du dit aliment, pendant la congélation, pendant la décongélation et pendant l'échauffement avant la consommation. Ces expériences consistent à - remplir d'une façon identique deux barquettes d'eau, l'une est une barquette traditionnelle en aluminium (barquette témoin) et l'autre est une barquette dont la surface extérieure est recouverte par une couche absorbante (barquette à l'essai), - placer un thermocouple au centre de chaque barquette, - couvrir chaque barquette avec un couvercle non absorbant tout en laissant les thermocouples accessibles de l'exterieur, - congeler éventuellement les deux barquettes jusqu'à une température (Tla), - placer les deux barquettes dans un four électrique domestique dont la température est stabilisée b 215 C (T2), - relever les températures de chaque barquette à un intervalle d'une minute, ceci jusqu'une température finale (Tlb), - relever le temps nécessaire (t) pour chacune des deux barquettes pour faire monter sa température de (Tla) à (Tlb). Pour ces expériences, la couche extérieure est constituée d'un polyester linéaire thermoplastique/benzoguamine et les particules favorisant l'échange thermique par rayonnements (la charge) sont ajoutées à une valeur pondérale comprise entre 45 et 65 % de l'extrait sec EXPERIENCE 1 - Four : préchauffé à 215"C - Charge : oxyde de zinc + traces de noir de fumée. Tla = -12 C , Tlb = 89"C Temps de chauffage (t) = a) barquette témoin = 40 mn, b) barquette à l'essai = 22 mn. Remarques : Economie de 18 mn. soit 45%. EXPERIENCE 2 - Four : préchauffé à 215"C - Charge : noir de carbone et noir de fumée. Tla = -120C , Tlb = 87"C Temps de chauffage (t) = a) barquette témoin = 42 mn, b) barquette à l'essai = 23 mn. Remarques : Economie de 19 mn. soit 45%. EXPERIENCE 3 - Four : à 20"C au début de l'expérience, - Charge : noir de carbone + noir de fumée. Tla = -110C , Tlb = 90 C Temps de chauffage (t) = a) barquette témoin = 55 mn, b) barquette à l'essai = 32 mn. Remarques : Economie de 23 mn. soit 42%. EXPERIENCE 4 - Four : à 200C au début de l'expérience, - Charge : noir de carbone + noir de fumée. Tla = 15"C , Tlb = 90 C Temps de chauffage (t) = a) barquette témoin = 39 mn, b) barquette à l'essai = 20 mn. Remarques : Economie de 19 mn. soit 48%. EXPERIENCE 5 - Four : à 20"C au début de l'expérience, - Charge : oxyde de zinc. Tla = -9 C , Tlb = 99"C Temps de chauffage (t) = a) barquette témoin = 72 mn, b) barquette à l'essai = 36 mn. Remarques : Economie de 36 mn. soit 50%. Dans un four préchauffé, la montée en température de -12 C jusqu'à 87-88"C (expériences 1 et 2) est réalisée avec une économie de temps de 45%. Il est à noter que la cuisson dans des barquettes dans l'industrie est réalisée dans des enceintes maintenues toujours à chaud. Dans un four domestique dont la température au commencement est de 20"C : - la montée en température de -11 C à 90 , c'est-à-dire, approximativement de même que pour les expériences 1 et 2 est réalisée avec une économie de temps de 42%, ceci montre le pouvoir absorbant de la couche extérieure du récipient pendant la montée en température du four même lorsque la température du récipient est très basse. Cette économie devient de 46% dans le cas où la température initiale de la barquette n'est pas très inférieure à celle du four (expérience 4). - l'économie de temps la plus importante est atteinte lorsque la température finale des récipients s'approche de 100"C, cette économie s'élève à 50% pour une montée de température de 9"C à 99"C (expérience 5). Ces expériences sont données à titre indicatif, il est bien évident que le polymère utilisé peut être remplacé par un autre polymère ou par un autre revêtement remplissant la même fonction de liant ou de support pour les particules favorisant l'échange thermique. De même, les particules favorisant l'échange thermique utilisées dans ces expériences (oxyde de zinc, noir de fumée et noir de carbone) sont données également à titre indicatif, ces particules peuvent être remplacées par d'autres particules ayant un pouvoir important d'absorption (et d'émission) de rayonnements thermiques. Dans ces expériences, on a utilisé des barquettes en aluminium, il est bien évident que d'autres contenants en aluminium , en autre métal, en complexe de métaux ou en métal recouvert par une ou des couche(s) d'autres métaux peuvent être utilisés, notamment les boites de conserve en aluminium et en fer blanc. REVENDICATIONS 1. Contenant alimentaire métallique ayant une surface intérieure destinée à venir en contact avec un aliment aqueux et une surface extérieure destinée à venir en contact avec une ambiance caractérisé en ce que pour favoriser l'échange thermique entre l'aliment et la dite ambiance la surface extérieure du dit contenant est recouverte par une couche extérieure chargée en particules favorisant l'échange thermique des rayonnements thermiques. 2. Contenant selon la revendication 1 caractérisé en ce que la dite couche est choisie parmi celles qui sont applicables comme une peinture un vernis ou une encre et que leur durcissement est effectué par des rayonnements infra-rouges, ultra-violets ou bêta ou encore de l'air chaud. 3. Contenant selon la revendication 2 caractérisé en ce que la dite couche est un polyester linéaire thermoplastique. 4. Contenant selon la revendication 2 caractérisé en ce que la dite couche est constituée des polymères des dérivés acryliques. 5. Contenant selon la revendication 2 caractérisé en ce que la dite couche extérieure est choisie parmi les polymères époxydes. 6. Contenant selon la revendication 1 caractérisé en ce que les particules aptes à échanger des rayonnements thermiques sont choisies parmi : les sels ou les oxydes métalliques, les pigments organiques, les minéraux, les particules métalliques, le noir de carbone ou le noir de fumée. 7. Contenant selon la revendication 6 caractérisé en ce que les particules favorisant l'échange des rayonnements thermiques sont choisies parmi : l'oxyde de zinc,(Zn0), l'oxyde de fer (Fe203), l'oxyde de manganèse (MnO), le carbonate de manganèse (MnC03), l'oxyde de cobalt (Co203), le noir de carbone et le noir de fumée. 8. Contenant selon la revendication 3,4 ou 5 et la revendication 6 caractérisé en ce que la couche extérieure contient au moins l'un des produits : les sels ou les oxydes métalliques, les pigments organiques, les minéraux, les particules métalliques, le noir de carbone ou le noir de fumée. 9. Contenant selon la revendication 3, 4 ou 5 et la revendication 7 caractérisé en ce que la couche extérieure contient au moins l'un des produits : l'oxyde de zinc,(ZnO), l'oxyde de fer (Fe203), l'oxyde de manganèse (MnO), le carbonate de manganèse (MnCO3), l'oxyde de cobalt (Co203), le noir de carbone et le noir de fumée. 10. Contenant selon l'une quelconque des revendications 1-9 caractérisé en ce qu'il est un contenant en aluminium ou en fer blanc.