Brevet FR2753684A1 — publié le 19980327

FOND DE BOITE METALLIQUE ALIMENTAIRE. La présente invention concerne le domaine du conditionnement des aliments. Elle a trait spécifiquement aux boites métalliques alimentaires spécialement conçues pour le remplissage à chaud des aliments qu'elles contiennent, et plus spécifiquement aux fonds dont elles sont pourvues. Les boites métalliques alimentaires sont réalisées en deux ou en trois pièces. Les boites réalisées en deux pièces sont constituées d'un corps de boite comportant un fond et une jupe périphérique, obtenu par emboutissage-réemboutissage d'un flan métallique, sur lequel est assemblé, généralement par sertissage, un fond indépendant. Ce fond indépendant est assemblé au corps de la boite après remplissage ce celle-ci par sertissage étanche de son bord sur l'élément du corps de boite. Les boites réalisées en trois pièces sont constituées d'une virole métallique soudée longitudinalement, obtenue par roulage et soudage d'un flan métallique, et de deux fonds assemblés chacun à une des extrémités de la virole. Un premier fond est assemblé à la virole pour former un récipient et le second fond n'est assemblé qu'après remplissage. Certains aliments nécessitent un remplissage à chaud, c'est à dire que ces aliments sont déversés dans la boite à température élevée, variant selon le type d'aliment. Après remplissage, les fonds sont assemblés sur les boites afin de les fermer, et les boites sont soumises à une opération de stérilisation de leur contenant par élévation de température. II est connu de réaliser des fonds pour boites métalliques alimentaires comportant des gradins qui permettent d'assurer le retour du fond à sa position initiale après gonflement au cours de la stérilisation. En effet, lors de la stérilisation des aliments contenus dans la boite, I'augmentation de pression interne à l'intérieur du récipient, consécutive à l'élévation de température des aliments, impose au fond un gonflement, et après refroidissement, ce fond doit revenir à sa forme initiale avant stérilisation. Ces fonds rigides sont particulièrement bien adaptés à la stérilisation des boites, et sont parfaitement adaptés aux boites destinées au aliments remplis à froid. En revanche, dans le cadre du remplissage à chaud des boites ce type de fond pose un problème. En effet, lorsque l'on vient fermer la boite remplie à chaud, le refroidissement des aliments contenus dans la boite entraîne une dépression interne. Les conditions de pression au moment du remplissage sont alors différentes des conditions de stockage de la boite. En effet, au moment du remplissage, la pression à l'intérieur de la boite et à l'extérieur sont identique, généralement égales à la pression atmosphérique, et dans les conditions de stockage de la boite, après refroidissement de celle-ci, la pression à l'intérieur de la boite a diminué et est plus faible que celle régnant à l'extérieur. Cette dépression interne n'est pas préjudiciable à la tenue du fond, celui-ci étant un fond relativement rigide destiné à supporter l'augmentation de la pression lors de la stérilisation des aliments, mais est très préjudiciable à la tenue des parois latérales de la boite. Ce phénomène ne se produit pas lors de la stérilisation, car cette opération s'effectue en exerçant une contre-pression à l'extérieur des parois latérales de la boite dans le but de venir équilibrer la pression régnant à l'intérieur de la boite au cours de la stérilisation. L'exercice d'une contre-pression venant équilibrer la pression régnant à l'intérieur de la boite est possible au cours de l'opération de stérilisation, car cette opération est de courte durée et très vite la pression à l'intérieur de la boite redevient normale. Mais cette solution ne peut s'appliquer pour venir équilibrer la dépression qui existe dans la boite à froid soit avant la stérilisation, soit en permanence après la stérilisation. En conséquence, il est nécessaire de réaliser des boites dont les parois ont une épaisseur suffisante pour résister à cette dépression sans déformation sensible ou du moins visible. Ce type de fond est donc un frein à l'effort d'allégement et de réduction d'épaisseur des parois des boites alimentaires, que celles-ci soient en acier, en aluminium, ou alliage d'aluminium. Certains aliments nécessitent un remplissage aseptique qui consiste à remplir la boite du produit déjà stérilisé dans la boite préalablement aseptisée, le tout étant disposé dans une enceinte aseptique pour éviter de contaminer le produit. Lorsque ce remplissage aseptique s'effectue à chaud, on rencontre le même phénomène de création d'une dépression interne générée au cours du refroidissement de la boite. Enfin, certains aliments sont remplis sous vide. Dans ce cas ceux-ci sont disposés dans la boite et le vide à l'intérieur de la boite est créé par exemplebpar injection de vapeur d'eau qui chasse l'air et après fermeture de la boite se condense. Dans ce cas également, il apparaît une différence de conditions entre celles du remplissage et les conditions de stockage de la boite. En effet, au cours du remplissage, celui-ci étant réalisé dans une enceinte sous vide, il n'existe pas de différence de pression entre la pression régnant à l'intérieur de la boite et la pression régnant à l'extérieur de la boite. En revanche, lorsque la boite est dans les conditions de stockage, il existe une différence de pression entre celle régnant à l'intérieur de la boite, très faible du fait du vide, et la pression à l'extérieur de la boite, la pression atmosphérique en général. Ainsi donc, quel que soit le mode de remplissage des boites alimentaires, remplissage à chaud, remplissage aseptique ou remplissage sous vide, on constate un écart entre les conditions de remplissage des boites et leurs conditions de stockage, et cet écart crée une dépression relative entre la pression régnant à l'intérieur de la boite et celle régnant à l'extérieur de la boite. La présente invention à pour but de proposer un fond spécialement adapté aux boites métalliques alimentaires, en acier, en aluminium ou en alliage d'aluminium, qui permette de diminuer le niveau de dépression à l'intérieur de la boite, et donc qui permette de réduire l'épaisseur des parois de la boite. L'invention a pour objet un fond pour boite métallique alimentaire qui présente en soi un aspect concave et qui, une fois assemblé à la boite, présente un aspect convexe. L'invention concerne plus particulièrement un fond pour boite métallique alimentaire, caractérisé en ce qu'il comporte un bombé, dirigé d'origine vers l'extérieur de la boite, et en ce que la forme du fond et ses caractéristiques mécaniques et dimensionnelles permettent que l'orientation du bombé s'inverse à une valeur déterminée de la dépression relative entre la pression régnant à l'intérieur de la boite et la pression régnant à l'extérieur de celle-ci, après remplissage et fermeture de la boite. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - la valeur de la dépression relative qui déclenche l'inversion de l'orientation du bombé est comprise entre 0,05 et 0,25 bars; - le bombé est une calotte sphérique; - le bombé est constitué d'une partie centrale plane; - le fond comprend une gorge de sertissage et le bombé prend naissance dans le fond de la gorge de sertissage; - le fond comprend une gorge de sertissage et comporte au moins un jonc situé entre le bombé et la gorge de sertissage; - le fond comporte de un à trois joncs adjacents, situés entre le bombé et la gorge de sertissage; - la hauteur d'origine du bombé est comprise entre 1 et 7 mm; - la hauteur des joncs est sensiblement égale au tiers de la hauteur d'origine du bombé. La présente invention concerne également une boite métallique alimentaire munie d'au moins un fond présentant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. Les caractéristiques et avantages apparaîtront mieux à la suite de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'une boite alimentaire munie d'un fond selon l'invention, avant sertissage de celui-ci sur la boite, - la figure 2 est une vue schématique d'une boite alimentaire munie d'un fond selon l'invention serti sur celle-ci après remplissage à chaud et refroidissement, - les figures 3 à 7 sont des vues schématiques en coupe d'exemples de réalisation d'un fond selon l'invention. Comme on peut le voir sur la figure 1, le fond 1 comprend, de manière connue, une gorge de sertissage 2 et un rebord de sertissage 3, destiné à coopérer avec l'extrémité libre 4 de la boite 5 pour former un bourrelet de sertissage 10. Le fond 1 selon l'invention comporte d'origine un bombé 6, dirigé vers l'extérieur de la boite (voir figure 1). L'orientation du bombé 6 s'inverse à une valeur déterminée de la dépression générée à l'intérieur de la boite 5 au cours du changement des pressions régnant à l'intérieur et à l'extérieur de ladite boite entre les conditions de remplissage de celle-ci et ses conditions de stockage normal (voir figure 2). En d'autres termes, dans les conditions de remplissage, le fond comporte un bombé dirigé vers l'extérieur de la boite, comme représenté à la figure 1 et, dans les conditions de stockage de la boite, I'orientation du bombé est inversé, comme représenté à la figure 2. Le fait que l'orientation du bombé 6 du fond 1 passe d'une orientation initialement dirigée vers l'extérieur de la boite à une orientation dirigée vers l'intérieur de la boite génère une diminution du volume disponible à l'intérieur de la boite. Cette diminution du volume disponible à l'intérieur de la boite permet de diminuer la valeur de la dépression relative entre la pression régnant à l'intérieur de la boite et la pression régnant à l'extérieur de celle-ci, après remplissage et fermeture de la boite. Les exemples de réalisation représentés sur les figures sont des fonds circulaires, mais l'invention ne se limite pas à des fonds circulaires elle concerne tout type de fond, par exemple de forme générale oblongue, ovale, rectangulaire, carrée. Dans un premier exemple de réalisation d'un fond 1 selon l'invention, représenté sur la figure 3, le bombé 6 est une calotte sphérique adjacente à la gorge de sertissage 2. Dans un second exemple de réalisation d'un fond 1 selon l'invention, représenté sur la figure 4, le bombé 6 est constitué d'une partie centrale plane 7, et d'une couronne périphérique 8, adjacente à ladite partie centrale 7. La couronne périphérique 8 relie la partie centrale 7 à la gorge de sertissage 2. La couronne périphérique 8 peut présenter un profil en forme d'un arc de cercle ou constitué de plusieurs segments rectilignes lui conférant cette forme. Elle peut également présenter un profil rectiligne, comme représenté sur la figure 4 La présence d'une partie centrale plane 7, bien que non absolument nécessaire, revêt une certaine importance, car c'est cette partie centrale plane qui va commencer par se creuser avant d'entraîner le basculement de l'ensemble du fond. Ainsi, munir le fond 1 d'une partie centrale 7 plutôt que de réaliser un bombé 6 en forme de calotte sphérique permet de faciliter le basculement dudit bombé. Selon un autre mode de réalisation d'un fond 1 selon l'invention, celui-ci comporte au moins un jonc 9 situé entre la couronne périphérique 8 et la gorge de sertissage 2. Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures 1 et 2 le fond 1 comporte un seul jonc 9 situé entre la couronne périphérique 8 et la gorge de sertissage 2. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 5, le fond 1 comporte deux joncs 9, adjacents l'un à l'autre, situés entre la couronne périphérique 8 et la gorge de sertissage 2. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 6, le fond 1 comporte trois joncs 9, non adjacents l'un à l'autre, situés entre la couronne périphérique 8 et la gorge de sertissage 2. Enfin, dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 7, le bombé 6 n'est pas adjacent à la gorge de sertissage 2. Les joncs 9, par leur rôle de ressort, permettent de faciliter le basculement du bombé 6, et donc de diminuer la valeur de la dépression relative qui déclenche l'inversion de l'orientation du bombé 6. La forme du fond et ses caractéristiques dimensionnelles, c'est à dire la taille et la géométrie du bombé 6, la présence ou non de joncs 9, le nombre et la géométrie des joncs, la proportion de la surface du bombé par rapport à la surface totale du fond, sont déterminées de telle sorte que l'orientation du bombé 6 s'inverse à une valeur déterminée de la dépression relative entre la pression régnant à l'intérieur de la boite et la pression régnant à l'extérieur de celle-ci, après remplissage et fermeture de la boite. Cette forme et ces caractéristiques dimensionnelles sont fonction des dimensions de la boite, de l'épaisseur du fond, des caractéristiques mécaniques du métal constitutif, et de la valeur de la dépression pour laquelle on désire l'inversion de l'orientation du bombé 6. Dans le cadre des boites alimentaires habituelles, on vise une valeur de la dépression relative qui déclenche l'inversion de l'orientation du bombé 6 comprise entre 0,05 et 0,25 bars. La hauteur d'origine H du bombé 6 est choisie en fonction de la variation du volume disponible à l'intérieur de la boite entre les deux positions du fond. Ainsi, plus cette hauteur sera grande, plus la variation de volume entre les deux positions du fond sera grande, pour une dimension du bombé identique, en l'occurence son diamètre dans le cas d'une boite cylindrique. De même par exemple, plus la partie centrale 7 sera importante et la couronne périphérique sera petite, plus la variation de volume entre les deux positions du fond sera grandie, à hauteur de bombé identique. De manière préférentielle, cette hauteur d'origine H est comprise entre 1 et 7 mm, de préférence comprise entre 1 et 3 mm pour les fonds de plus grande dimension inférieure à 80 mm et entre 3 et 7 mm pour les fonds de plus grande dimension supérieure à 80 mm. Le tableau ci-après va permettre de mieux comprendre l'influence des différents paramètres, hauteur du bombé 6, présence de joncs 9 ou non, nombre de joncs 9, hauteur des joncs 9, sur la diminution du volume disponible à l'intérieur de la boite, et sur la valeur de la dépression qui déclenche l'inversion de l'orientation du bombé 6. Une série d'essais ont été réalisés sur la base d'un fond circulaire de diamètre égal à 70 mm, présentant un bombé 6 de diamètre égal à 56 mm, constitué d'une partie centrale plane de diamètre égal à 26 mm. Différents fonds ont été réalisés, présentant ou non des joncs 9, et dont on a fait varier la hauteur d'origine H du bombé 6, la hauteur h des joncs 9. Chaque fond a été soumis à une surpression relative entre sa face interne à la boite et sa face externe, égale à 1,1 bars, puis à une dépression entre sa face interne à la boite et sa face externe, égale à -0,4 bars. A chaque fois, nous avons relevé: - la variation V1 de volume entre sa position au repos, sans surpression ni dépression, et sa position soumis à la surpression relative de 1,1 bars, - la variation V2 de volume entre sa position au repos, sans surpression ni dépression, et sa position soumis à la dépression relative de 0,4 bars, - la valeur Divers. de la dépression relative qui déclenche l'inversion de l'orientation du bombé 6. Le tableau ci-dessous est un récapitulatif de ces différents essais, le profil dessiné en pointillés étant le profil du cas A (H=1,5 > 5 mm, h=0,5mm). Forme du fond V1 V2 Divers. (cas) (cas) (bars) 3,66 -5,74 -0,198 B ~ tt 3,29 â,16 -0,200 C \ BJ 3 79 -5,98 -0,198 D f 2 3,71 -5,71 -0,199 E ~ ~ JxfS 3,71 -5,68 -0,196 F ~ 3,66 -5,79 -0,199 G ~ X 3,70 -5,84 -0,205 r H - v 3,69 6,18 -0,205 H I 3,82 -5,34 -0,196 J 3,88 -5,75 4,199 J K j\Èf 3,20 -6,62 -0,247 L ~ S 2,20 -7,13 -0,247 M -À 8,88 -1,88 Comparons dans un premier temps toutes ces valeurs à celles obtenues avec un fond rigide selon l'état de la technique, c'est à dire muni de gradins de rigidification (cas M). On constate que.la valeur de la variation V2 de volume entre la position au repos, sans surpression ni dépression, et la position soumis à la dépression de 0,4 bars d'un fond selon l'invention est très supérieure à celle du fond de l'état de la technique. En revanche la valeur de la variation V1 de volume entre la position au repos, sans surpression ni dépression, et la position soumis à la surpression de 1,1 bars d'un fond de l'invention est très inférieure à celle du fond de l'état de la technique. Mais la variation de volume entre les deux positions extrêmes (V1 - V2) reste sensiblement identique, légèrement inférieure pour un fond de l'invention, ce qui permet au fond de l'invention de se comporter correctement lors de l'opération de stérilisation. Si on compare les cas A, H et I où seulement la hauteur H du bombé 6 varie, on constate que si la hauteur H du bombé 6 diminue, les variations de volume V1 et V2 sont plus faibles et la valeur de la dépression qui déclenche l'inversion diminue également. En revanche, si cette hauteur H augmente, les variations de volume V1 et V2 sont plus importantes mais la valeur de la dépression qui déclenche l'inversion augmente également. Si on compare les cas A et L, on constate que la présence des joncs 9 permet de diminuer la valeur de la dépression qui déclenche l'inversion du bombé 6, au détriment de la variation de volume V2. Comparons maintenant les cas A, B et C. On constate que c'est le jonc 9 adjacent à la gorge de sertissage 2 qui a la plus grande influence sur la valeur de la dépression qui déclenche l'inversion du bombé 6. En effet cette valeur est identique pour les cas A et C, alors qu'elle augmente légèrement pour le cas B. En revanche, la plus grande variation de volume V2 est obtenue avec un seul jonc 9, éloigné de la gorge de sertissage 2 (cas B). Enfin si on compare les cas D, E, F et G, on constate que la hauteur des joncs 9 joue également un rôle sur les différents paramètres. En effet, une diminution de la hauteur du jonc 9 adjacent à la gorge de sertissage 2 entraîne une augmentation de la valeur de la dépression qui déclenche l'inversion du bombé 6, alors qu'une augmentation de cette hauteur entraîne une diminution de la valeur de la dépression qui déclenche l'inversion de ce bombé. En revanche, on constate que la hauteur du jonc 9 adjacent à la couronne périphérique 8 n'a pratiquement aucune influence sur cette valeur de la dépression qui déclenche l'inversion du bombé. Ainsi, compte tenu de l'influence respective de la hauteur H du bombé 6, du nombre de joncs 9 et de leur hauteur h, récapitulée dans le tableau ci-dessus, il est aisé de choisir la configuration dimensionnelle du fond selon l'invention permettant de générer une variation de volume entre les deux positions du bombé 6 plus ou moins importante, avec une valeur de la dépression qui déclenche l'inversion du bombé plus ou moins importante. Le bon compromis se situe généralement pour une importante variation de volume V2 avec une faible valeur de la dépression qui déclenche l'inversion du bombé, ce qui correspond à la hauteur H du bombé 6 comprise entre 1 et 3 mm, et une hauteur h des joncs 9 sensiblement égale au tiers de la hauteur H du bombé 6, pour une valeur de dépression relative qui déclenche l'inversion du bombé 6 comprise entre 0,05 et 0,25 bars (Dinvers. compris entre -0,05 et -0,25 bars). Ce type de fond permet donc de générer une variation de volume importante entre ses deux positions et donc son utilisation permet de réduire la valeur de la dépression interne qui règne à l'intérieur de la boite à froid, par diminution de son volume, et donc de diminuer les contraintes sur les parois de la boite, ce qui permet de réduire l'épaisseur de celles-ci. Dans le cas d'un fond de forme non circulaire, la forme du bombé 6 peut être soit circulaire, soit identique à celle du fond. II en est de même pour les joncs 9. REVENDICATIONS 1 - Fond pour boite métallique alimentaire, caractérisé en ce qu'il comporte un bombé (6), dirigé d'origine vers l'extérieur de la boite, et en ce que la forme du fond et ses caractéristiques mécaniques et dimensionnelles permettent que l'orientation du bombé (6) s'inverse ensuite à une valeur déterminée de la dépression relative entre la pression régnant à l'intérieur de la boite et la pression régnant à l'extérieur de celle-ci, après remplissage et fermeture de la boite. 2 - Fond pour boite métallique alimentaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de la dépression relative qui déclenche l'inversion de l'orientation du bombé (6) est comprise entre 0,05 et 0,25 bars. 3 - Fond pour boite métallique alimentaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bombé (6) est une calotte sphérique. 4 - Fond pour boite métallique alimentaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bombé (6) présente une partie centrale plane (7). 5 - Fond pour boite métallique alimentaire selon l'une des revendications 3 ou 4 comprenant une gorge de sertissage (2), caractérisé en ce que le bombé (6) prend naissance dans le fond de la gorge de sertissage (2). 6 - Fond pour boite métallique alimentaire selon l'une des revendications 3 ou 4 comprenant une gorge de sertissage (2), caractérisé en ce qu'il comporte au moins un jonc (9) situé entre le bombé (6) et la gorge de sertissage (2). 7 - Fond pour boite métallique alimentaire selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte de un à trois joncs (9) adjacents, situés entre le bombé (6) et la gorge de sertissage (2). 8 - Fond pour boite métallique alimentaire selon l'une des revendications 1, 3 ou 4, caractérisé en ce que la hauteur d'origine du bombé (6) est comprise entre 1 et 7 mm. 9 - Fond pour boite métallique alimentaire selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la hauteur des joncs (9) est sensiblement égale au tiers de la hauteur d'origine du bombé (6). 10 - Boite métallique alimentaire, caractérisé en ce qu'elle est munie d'au moins un fond selon l'une quelconque des revendications précédentes.