Brevet FR2815937A1 — publié le 20020503

L'invention concerne le conditionnement des produits liquides dans des emballages ou récipients intrinsèquement déformables. Elle consiste plus particulièrement en un procédé et une installation de conditionnement de produits liquides permettant de conditionner de tels produits, par exemple des produits liquides alimentaires, dans des emballages ou récipients ayant une paroi de faible épaisseur, sans augmenter les risques de détérioration de l'emballage ou/et de perte de produit, par rapport aux risques encourus avec des emballages d'épaisseur plus importante. En effet, en vue de réduire le coût des emballages et le poids de ceuxci, la tendance actuelle est de conditionner les liquides (sirops et autres boissons) dans des emballages (boîtes métalliques connues sous le nom de "cans", bouteilles en matériau synthétique, briques, etc. ) dont la paroi est de plus en plus mince. Par suite de la minceur de leur paroi, ces emballages sont intrinsèquement déformables et leur manipulation et leur empilage sont délicats. Il est connu de remédier à cet inconvénient en établissant une surpression à l'intérieur de l'emballage lors du conditionnement de son contenu, ce qui lui confère une bonne résistance mécanique. Cette surpression peut être obtenue en injectant une petite quantité de gaz inerte à l'état liquide, de préférence de l'azote à l'état liquide, à la surface du liquide par exemple alimentaire en cours de conditionnement, entre l'opération de remplissage et l'opération de scellement de l'emballage. Cette technique a pour inconvénient d'avoir un coût relativement élevé. L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient, et concerne à cette fin un procédé de conditionnement de produit liquide dans au moins un emballage, caractérisé en ce que l'on mélange à un liquide, un gaz inerte tel que l'azote, ou/et du gaz carbonique, à l'état gazeux, de manière à former un produit constitué par le liquide saturé ou sur-saturé en gaz ; on emmagasine ce produit dans un réservoir-tampon que l'on emplit partiellement de produit jusqu'à un niveau prédéterminé ; on maintient ce niveau approximativement constant et, au-dessus de ce niveau, un ciel dudit gaz à l'état gazeux, dû à la saturation ou la sur-saturation, à une surpression approximativement constante prédéterminée ; on transfère à la demande ledit produit du réservoir-tampon à l'emballage, ouvert à la pression atmosphérique, en maintenant dans le réservoir-tampon ledit niveau prédéterminé et ladite surpression prédéterminée, de manière à emplir partiellement l'emballage dudit produit avec un ciel dudit gaz à une pression dont la valeur est approximativement égale à celle du ciel du réservoir-tampon, et on scelle l'emballage. Grâce à cette technique, le coût de mise en surpression des emballages est notablement abaissé. Le procédé peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : lorsque dans le réservoir-tampon la surpression du ciel dudit gaz atteint la surpression prédéterminée, on évacue le gaz excédentaire ; pour mélanger au liquide le gaz inerte, ou/et le gaz carbonique, à l'état gazeux, on injecte ce gaz dans le liquide ; on régule la surpression dans le ciel du réservoir-tampon à une valeur comprise dans la gamme de 10 mbars à 3 bars ; on régule la surpression à une valeur d'environ 50 mbars. L'invention consiste également en une installation de conditionnement de produit liquide dans au moins un emballage, caractérisée en ce qu'elle comprend un premier circuit dans au moins une partie duquel un liquide est mis en circulation, un deuxième circuit dans au moins une partie duquel un gaz inerte tel que l'azote, ou/et du gaz carbonique, est mis en circulation sous pression à l'état gazeux et qui comprend en sortie un injecteur débouchant dans une zone d'injection du premier circuit de manière à former un produit constitué par le liquide saturé ou sur-saturé en gaz, le premier circuit comprenant un réservoir-tampon dans lequel ledit produit est introduit, des moyens pour maintenir un niveau prédéterminé de liquide dans ce réservoirtampon, des moyens de commande et de régulation pour maintenir une surpression due à la saturation ou la sur-saturation, approximativement constante prédéterminée dans le réservoir-tampon, et des moyens de soutirage dans le réservoir pour en transférer dudit produit dans l'emballage avec un ciel à une pression dont la valeur est approximativement égale à celle du ciel du réservoir-tampon. Cette installation simple allie une bonne fiabilité à un coût modéré. L'installation peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : le premier circuit comprend une pompe de transfert dont l'entrée est alimentée en liquide à saturer ou sur-saturer en gaz, pour mettre ce liquide en circulation, et une ligne de remplissage dont l'extrémité amont est connectée à la sortie de la pompe, un injecteur appartenant au deuxième circuit débouchant dans la ligne en aval de la pompe pour y injecter le gaz sous pression à l'état gazeux ; les moyens de commande et de régulation comprennent un appareil de régulation, un transmetteur de pression mesurant la pression du gaz dans le ciel du réservoir et un détecteur de niveau détectant le niveau dudit produit dans le réservoir, reliés à l'appareil de régulation, et une vanne d'échappement de régulation commandée par l'appareil de régulation et reliée au ciel du réservoir, pour en évacuer du gaz excédentaire sur commande de l'appareil de régulation ; le deuxième circuit comprend un appareil d'injection alimentant l'injecteur, et les moyens de commande et de régulation comprennent un appareil de régulation relié électriquement ou pneumatiquement à l'appareil d'injection pour lui transmettre un signal de régulation d'injection ; la surpression maintenue approximativement constante est comprise dans la gamme de 10 mbars à 3 bars ; la surpression a une valeur d'environ 50 mbars ; les moyens de commande et de régulation comprennent une soupape tarée de sécurité, reliée au sommet du réservoir. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, d'une forme de réalisation de l'invention donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée sur la figure unique jointe, qui montre un schéma d'une installation selon l'invention. L'installation représentée sur ce schéma est une installation de transfert dans un liquide aqueux, par exemple un liquide alimentaire destiné à constituer une boisson, d'azote ou un autre gaz inerte, ou/et de gaz carbonique, à l'état gazeux ; dans une telle application au domaine alimentaire, le gaz a été préalablement filtré et stérilisé, par exemple par le procédé de la demande de brevet français publiée sous le numéro 2 774 006. Cette installation comporte un premier circuit 1 comprenant d'amont en aval une pompe de transfert 11 dont l'entrée est alimentée en liquide à charger et ici plus précisément à saturer ou sur-saturer en gaz, une ligne de remplissage 12 dont l'extrémité amont est connectée à la sortie de la pompe, une vanne 13 insérée dans la ligne de remplissage pour autoriser ou interdire le débit dans cette ligne, et une capacité-tampon formant réservoir 14 dans laquelle débouche l'extrémité aval de la ligne 12. L'installation comporte un deuxième circuit 2 alimenté en gaz inerte tel que l'azote, ou/et en gaz carbonique, sous pression à l'état gazeux ; ce circuit 2 comprend en sortie un dispositif d'injection de gaz comportant un appareil d'injection 21 tel que celui commercialisé sous la dénomination"coffret d'injection Carb'Eco"par la société"Carboxyque Française", alimentant un injecteur de sortie 22 à clapet anti-retour débouchant dans une zone, située entre la pompe de transfert 11 et la vanne 13, de la ligne de remplissage 12 mise en pression par la pompe. L'appareil d'injection 21 est relié électriquement à la pompe 11 pour en recevoir un signal d'autorisation d'injection asservissant l'appareil d'injection à la pompe de sorte notamment que l'injection de gaz soit interrompue en cas d'arrêt du fonctionnement de la pompe. L'installation comporte en outre : des moyens de commande et de régulation 3 de la saturation ou de la sur-saturation du liquide en gaz, comprenant un appareil de régulation 31 tel que celui commercialisé sous la dénomination"coffret de régulation Carb'Eco"par la société"Carboxyque Française" ; un transmetteur de pression 32 relié par une tubulure 321 au sommet du réservoir-tampon 14 pour y mesurer la pression de gaz et qui est relié électriquement à l'appareil de régulation 31 pour lui transmettre un signal de pression mesurée correspondant ; un détecteur de niveau 33 pour détecter le niveau dans le réservoir du produit constitué par le liquide saturé ou sursaturé en gaz et qui est relié électriquement également à l'appareil de régulation 31 pour lui transmettre un signal de niveau mesuré correspondant ; une vanne d'échappement de régulation 34 reliée par un conduit 341 au sommet du réservoir pour évacuer à l'extérieur le gaz excédentaire et qui est reliée par un conducteur électrique 342 à l'appareil de régulation 31 pour en recevoir un signal de régulation de pression ; et une soupape tarée de sécurité 35 reliée par un conduit 351 également au sommet du réservoir pour évacuer à l'extérieur le gaz excédentaire en cas de dysfonctionnement de la régulation. L'appareil de régulation 31 est en outre relié électriquement ou pneumatiquement d'une part à l'appareil d'injection 21 pour lui transmettre un signal de régulation d'injection en fonction du signal de pression mesurée, et d'autre part à la pompe 11 pour lui transmettre un signal de régulation de niveau adapté pour modifier le débit de la pompe en fonction des fluctuations du niveau du produit liquide saturé ou sur-saturé dans le réservoir. L'installation comporte également des moyens de soutirage 4 pour soutirer, à la demande, du produit liquide du réservoir, afin de transférer ce produit liquide dans des emballages. Ces moyens de soutirage comprennent au moins une ligne de soutirage 41, dans laquelle est insérée au moins une vanne de commande de soutirage, non représentée. Dans cette installation, le liquide alimentant la pompe 11 est mis par celle-ci en circulation sous pression dans la ligne de remplissage 12, tandis que le gaz alimentant l'appareil d'injection 21 est mis en circulation en direction de l'injecteur 22 par lequel il est injecté à l'état gazeux dans la zone d'injection de la ligne 12 de manière à saturer ou sur-saturer en gaz le liquide parcourant cette ligne. Si la vanne 13 est ouverte, le produit constitué par le liquide saturé ou sur-saturé en gaz est transmis dans le réservoir-tampon 14, où il est maintenu à un niveau approximativement constant prédéterminé vérifié en permanence par le détecteur de niveau 33, par une commande appropriée de la pompe 11, de telle manière que le réservoir ne soit jamais totalement empli et qu'existe au-dessus de la surface libre du produit liquide, un ciel contenant du gaz à l'état gazeux initialement introduit dans le liquide et qui a été désorbé lors de la remise à l'équilibre du gaz saturant ou sur-saturant initialement le liquide, en corrélation avec la pression partielle de ce gaz dans la capacité tampon et sa fraction dissoute dans le liquide. Ce ciel constitué de gaz inerte tel que l'azote, ou/et de gaz carbonique, à l'état gazeux, est maintenu à une surpression approximativement constante prédéterminée vérifiée en permanence par le transmetteur de pression 32, par l'appareil de régulation 31, au moyen de la vanne d'échappement 34 qui évacue le gaz superflu à l'extérieur de l'installation. Si cependant, en dépit de la régulation, la surpression augmente au-dessus d'un certain seuil au-delà de la surpression prédéterminée par les moyens de commande et de régulation, la soupape tarée 35 s'ouvre et évacue elle-même à l'extérieur de l'installation le surplus de gaz. Ainsi, on mélange au liquide en circulation dans la ligne de remplissage 12, le gaz inerte ou/et le gaz carbonique, à l'état gazeux, et on forme un produit constitué par le liquide saturé ou sur-saturé en gaz que l'on emmagasine dans le réservoir-tampon 14. Cependant, on n'emplit ce réservoir-tampon que partiellement, jusqu'au niveau prédéterminé que l'on maintient approximativement constant en jouant sur le débit de la ligne 12 ; on obtient au-dessus de la surface libre du produit constitué par le liquide saturé ou sursaturé en gaz, un ciel constitué du gaz qui résulte de la désorption du gaz précédemment injecté dans la ligne 12 et mélangé au liquide ; on maintient ce ciel gazeux à la surpression approximativement constante prédéterminée, et on transfère, à la demande, du produit liquide du réservoir 14 à un ou plusieurs emballages ouverts à la pression atmosphérique, en maintenant dans le réservoir le niveau et la pression prédéterminés, de manière à emplir partiellement les emballages par le produit. Après quoi, on scelle les emballages, et on obtient dans ces emballages un ciel gazeux à une surpression voisine de la surpression prédéterminée précitée. Le choix du débit de gaz que l'on injecte dans la ligne 12 est dicté par la nécessité de saturer ou sur-saturer le liquide avec la surpression constante prédéterminée désirée dans le ciel du réservoir 14. La relation, à une température donnée, entre la pression P du gaz dans le ciel du réservoir et la concentration x du gaz dans le liquide est régie par la loi de Henry selon laquelle P = H. x où H est un coefficient propre à chaque gaz dit"coefficient de Henry". Dans le cas de l'exemple ci-dessus décrit et représenté, qui est celui d'un liquide alimentaire, on injecte dans la ligne 12 au moyen d'un injecteur 22, de l'azote, ou/et du gaz carbonique, à l'état gazeux, pour obtenir, dans le ciel du réservoir 14, une surpression constante à une valeur de préférence comprise dans la gamme de 10 mbars à 3 bars, par exemple de sensiblement 50 mbars, ce qui permet d'obtenir une surpression de valeur voisine dans les emballages ; grâce à cette injection d'azote, ou/et de gaz carbonique, non seulement on rigidifie l'emballage et son contenu, mais en outre on réduit substantiellement la quantité d'oxygène en contact avec le produit, et ainsi on diminue les risques d'oxydation du produit. De plus, l'installation selon l'invention est peu onéreuse, et dans l'état actuel de la technique et des coûts, le coût d'une telle installation est environ un cinquième ou un sixième du coût d'une installation conventionnelle au moyen de laquelle on introduit de l'azote liquide dans les emballages avant leur scellement. REVENDICATIONS 1. Procédé de conditionnement de produit liquide dans au moins un emballage, caractérisé en ce que l'on mélange à un liquide, un gaz inerte tel que l'azote, ou/et du gaz carbonique, à l'état gazeux, de manière à former un produit constitué par le liquide saturé ou sur-saturé en gaz ; on emmagasine ce produit dans un réservoir-tampon (14) que l'on emplit partiellement de produit jusqu'à un niveau prédéterminé ; on maintient ce niveau approximativement constant et, au-dessus de ce niveau, un ciel dudit gaz à l'état gazeux, dû à la saturation ou la sur-saturation, à une surpression approximativement constante prédéterminée ; on transfère à la demande ledit produit du réservoir-tampon à l'emballage, ouvert à la pression atmosphérique, en maintenant dans le réservoir-tampon ledit niveau prédéterminé et ladite surpression prédéterminée, de manière à emplir partiellement l'emballage dudit produit avec un ciel dudit gaz à une pression dont la valeur est approximativement égale à celle du ciel du réservoir-tampon (14), et on scelle l'emballage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque dans le réservoir-tampon (14) la surpression du ciel dudit gaz atteint la surpression prédéterminée, on évacue le gaz excédentaire. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, pour mélanger au liquide le gaz inerte, ou/et le gaz carbonique, à l'état gazeux, on injecte ce gaz dans le liquide. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on régule la surpression dans le ciel du réservoirtampon (14) à une valeur comprise dans la gamme de 10 mbars à 3 bars. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on régule la surpression à une valeur d'environ 50 mbars. 6. Installation de conditionnement de produit liquide dans au moins un emballage, caractérisée en ce qu'elle comprend un premier circuit (1) dans au moins une partie duquel un liquide est mis en circulation, un deuxième circuit (2) dans au moins une partie duquel un gaz inerte tel que l'azote, ou/et du gaz carbonique, est mis en circulation sous pression à l'état gazeux et qui comprend en sortie un injecteur (22) débouchant dans une zone d'injection du premier circuit de manière à former un produit constitué par le liquide saturé ou sur-saturé en gaz, le premier circuit (1) comprenant un réservoir-tampon dans lequel ledit produit est introduit, des moyens pour maintenir un niveau prédéterminé de liquide dans ce réservoir-tampon, des moyens (3) de commande et de régulation pour maintenir une surpression due à la saturation ou la sur-saturation, approximativement constante prédéterminée dans le réservoir-tampon, et des moyens (4) de soutirage dans le réservoir pour en transférer dudit produit dans l'emballage avec un ciel à une pression dont la valeur est approximativement égale à celle du ciel du réservoir-tampon (14). 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que le premier circuit (1) comprend une pompe de transfert (11) dont l'entrée est alimentée en liquide à saturer ou sur-saturer en gaz, pour mettre ce liquide en circulation, et une ligne de remplissage (12) dont l'extrémité amont est connectée à la sortie de la pompe, un injecteur appartenant au deuxième circuit (2) débouchant dans la ligne (2) en aval de la pompe (11) pour y injecter le gaz sous pression à l'état gazeux. 8. Installation selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisée en ce que les moyens (3) de commande et de régulation comprennent un appareil de régulation (31), un transmetteur de pression (32) mesurant la pression du gaz dans le ciel du réservoir (14) et un détecteur de niveau (33) détectant le niveau dudit produit dans le réservoir (14), reliés à l'appareil de régulation, et une vanne d'échappement de régulation (34) commandée par l'appareil de régulation (31) et reliée au ciel du réservoir (14), pour en évacuer du gaz excédentaire sur commande de l'appareil de régulation. 9. Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que le deuxième circuit (2) comprend un appareil d'injection (21) alimentant l'injecteur (22), et les moyens (3) de commande et de régulation comprennent un appareil de régulation (31) relié électriquement ou pneumatiquement à l'appareil d'injection pour lui transmettre un signal de régulation d'injection. 10. Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que la surpression maintenue approximativement constante est comprise dans la gamme de 10 mbars à 3 bars. 11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que la surpression a une valeur d'environ 50 mbars. 12. Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisée en ce que les moyens (3) de commande et de régulation comprennent une soupape tarée de sécurité (35), reliée au sommet du réservoir (14).