Brevet FR3009212A1 — publié le 20150206

- 1 - DESCRIPTION La présente invention concerne un procédé et un système pour la caractérisation et/ou le tri de contenants et/ou d'emballages monocouches et multicouches. De nombreux procédés ont été développés pour les applications 5 de tri automatique de contenants ou d'emballages. Cest notamment le cas dans le brevet EP 1 243 350, au nom de la demanderesse, qui décrit un système d'analyse en surface utilisant la spectroscopie infrarouge. Ce système permet la différenciation d'objets de différentes catégories tels que différents plastiques (PET, PETG, PE, PP, 10 PS, ABS, etc). Cest l'analyse spectroscopique de l'objet qui permet de réaliser cette différenciation. Le montage décrit dans ce brevet européen est de type rétrodiffusion, c'est-à-dire que la lumière est émise du haut vers le bas sur un tapis convoyeur et que la lecture s'effectue dans une tête optique située au-dessus du flux de produits. 15 Par ces méthodes spectroscopiques, les produits constitués de résines différentes présentent des spectres différents, qui permettent de les reconnaître de façon fiable quelle que soit leur apparence physique. Des produits dont la couche supérieure est plus épaisse donnent lieu à des trajets optiques plus longs pour les rayons rétrodiffusés, et il est donc possible de 20 détecter partiellement ces différences d'épaisseur. Dans le cas des emballages contenant des boissons sensibles aux perturbations extérieures, on souhaite souvent créer une barrière aux gaz pouvant circuler entre le contenu et l'atmosphère environnante : la barrière peut viser l'imperméabilité à l'oxygène, au dioxyde de carbone, ou à 25 d'autres gaz. Une telle barrière est alors réalisée dans un polymère de type nylon (par exemple le polyamide MxD6), mais ce polymère n'est pas un bon constituant pour former seul remballage entier (notamment parce qu'il 1-fest pas transparent en fortes épaisseurs). Une solution est alors d'utiliser un emballage tri-couche, avec 30 les couches extérieures et intérieures réalisées en PET (polyéthylène téréphtalate), comme pour les autres bouteilles de boisson, et la couche centrale en MxD6. La couche centrale est fine (environ 10 !am), et les deux couches PET sont plus épaisses (100 à 200 !am chacune). - 2 - Lors du recyclage du PET par exemple, on souhaite éviter la présence de cette couche de nylon qui peut affecter la qualité ou la couleur du recyclât. Il convient donc de trier à part les bouteilles multicouches pour qu'elles ne polluent pas le flux principal (des bouteilles exclusivement en PET), et ultérieurement pour leur faire subir un traitement de recyclage adapté à leur cas. Il existe donc un besoin, voire une nécessité de trier les multicouches des monocouches, sachant que leur couche extérieure est constituée du même matériau, généralement de PET, dans les deux cas. Si on tient compte en plus des épaisseurs relatives indiquées plus haut, même une analyse dans toute l'épaisseur de la bouteille ne donnerait qu'un faible pourcentage du signal correspondant à la couche de nylon (environ 3 %). C'est pour cela que les machines de tri optique comme celle évoquée dans le brevet européen précité ne détectent pas de différences significatives entre ces matériaux. Cependant, des différences de couleur ont été relevées, avec une opacité supérieure dans le cas des multicouches. Cela se comprend par la présence de dioptres en plus grand nombre : avec deux dioptres par couche (un sur chaque face), on peut s'attendre à ce que 5 % du signal optique soit réfléchi par chaque dioptre. Donc, un emballage tri-couche devrait réfléchir trois fois plus qu'une monocouche, ou au moins deux fois plus, si la couche intermédiaire est trop fine. De fait, cet effet est observé, mais une distinction fiable est difficile à obtenir. Il a également été tenté de faire un tri à base de laser, en exploitant les réflexions multiples créées par ces multiples dioptres. Toutefois, cette solution bute forcément sur une objection simple: elle est inopérante quand les dioptres disparaissent (produits mouillés du fait d'une phase de lavage préalable). Une autre différence visuelle entre les deux types de produits 30 est le jaunissement de la couche de nylon, qui reste néanmoins faible vu l'épaisseur de la couche en question. Le jaunissement peut aussi provenir de l'eau sale introduite pendant la phase de lavage (après évaporation, il reste les saletés jaunies entre les couches). 35 La demanderesse a essayé de baser le tri sur les différences de luminance évoquées ci-dessus, associées aux différences de jaunissement. Toutefois, elle a constaté que ce type de tri présente une efficacité - 3 - insuffisante, à savoir de l'ordre de la moitié seulement des bouteilles quand le jaunissement est faible (lavage à l'eau propre). Pour compléter la description du contexte de l'invention, il y a lieu de noter que ces emballages monocouches et multicouches, notamment lorsqu'il s'agit de bouteilles, peuvent être couverts d'un manchon faisant fonction d'étiquette, sur une partie ou toute leur hauteur, ainsi que les bouteilles monocouches trouvées dans les mêmes flux. La première étape de la régénération consiste donc à les faire passer dans une machine à retirer les manchons, ou "râpe à étiquettes" (également connue sous la désignation "bottle stripper" - dénudeuse de bouteilles). Le principe de fonctionnement de ces machines est de lacérer pendant plusieurs minutes la face extérieure des bouteilles pour déchirer et faire tomber les manchons. Lors de cette opération, la surface des bouteilles est endommagée (coupures, fentes, crevées) avec percement de la paroi, partiellement ou totalement. Les bouchons et les collerettes des goulots sont souvent détruits. Dans ce contexte, le but de l'invention est de fournir une solution plus fiable et plus répétitive pour reconnaître de manière automatique spécifiquement les contenants ou emballages multicouches, dans un flux défilant renfermant des contenants ou emballages monocouches et multicouches mélangés, en des matériaux similaires ou différents. De plus, la solution proposée devrait pouvoir s'intégrer sans modification notable dans les procédé et système de caractérisation et de tri connus, en particulier par le document EP 1 243 350 précité, et en conservant si possible la même technologie de mesure et de détection. Idéalement, l'invention ne devrait nécessiter aucun moyen matériel additionnel pour sa mise en oeuvre sur les systèmes existants de tri/caractérisation, en particulier ceux utilisant la spectroscopie proche infrarouge classique pour la détection des signatures chimiques des matériaux constitutifs des contenants ou emballages défilants. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé automatique de caractérisation et/ou de tri d'emballages, notamment de contenants du type bouteilles ou analogues, en défilement selon un flux sensiblement planaire et sensiblement sans chevauchement ou superposition mutuel(le), ledit flux comprenant des emballages monocouches et multicouches, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à introduire un fluide liquide, notamment de l'eau ou un liquide à base d'eau, entre les couches - 4 - non solidaires des emballages multicouches, à détecter la présence de ce fluide liquide interstitiel dans les emballages multicouches par un système de détection sans contact et à exploiter l'information résultante pour effectuer la caractérisation et/ou le tri entre les deux types d'emballages. L'invention a également pour objet une installation automatique de caractérisation et/ou de tri d'emballages pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus comprenant au moins une râpe à étiquettes, un poste de lavage, un système de détection sans contact, ainsi qu'un moyen assurant un défilement à plat (c'est-à-dire sensiblement sur une seule couche) desdits emballages au niveau de la zone de détection, installation caractérisée en ce qu'elle comprend également un moyen exploitant les signaux informatifs fournis par le système de détection pour discriminer les emballages monocouches par rapport aux emballages multicouches, en se basant sur l'information relative à la présence ou non de liquide interstitiel. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : La figure 1 est un schéma de principe illustrant les principaux poste d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon un mode de réalisation de l'invention (chaque bloc du schéma synoptique correspondant à la fois à un poste et à une étape opératoire) ; Les figures 2A et 2B sont des vues partielles en coupe des 25 parois de bouteilles multicouches et monocouche à l'état sec et avec leurs étiquettes, et, Les figures 3A et 3B sont des vues partielles en coupe similaires à celles des figures 2A et 2B des mêmes parois de bouteilles lors de leur inspection par le système de détection, après avoir été soumises à la 30 râpe et lavées. L'invention concerne premièrement un procédé automatique de caractérisation et/ou de tri d'emballages, notamment de contenants du type bouteilles ou analogues, en défilement selon un flux sensiblement planaire et sensiblement sans chevauchement ou superposition mutuel(le), ledit flux 35 comprenant des emballages 1 monocouches et multicouches. Conformément à l'invention, le procédé consiste à introduire un fluide liquide 2, notamment de l'eau ou un liquide à base d'eau, entre les - 5 - couches l', 1" non solidaires des emballages multicouches, à détecter la présence de ce fluide liquide 2 interstitiel dans les emballages multicouches par un système 13 de détection sans contact et à exploiter l'information résultante pour effectuer la caractérisation et/ou le tri entre les deux types d'emballages 1. Préférentiellement, l'introduction d'un fluide liquide 2 à base d'eau entre les couches l', 1" des emballages 1 multicouches est réalisée lors d'une opération de lavage préalable de l'ensemble des emballages à caractériser et/ou trier. Afin de faciliter davantage encore la différentiation des deux types de contenants/emballages 2 précités, il est avantageusement prévu que la phase de lavage (ou la phase d'introduction analogue d'eau entre les couches disjointes des parois multicouches) soit suivie d'une phase d'égouttage, préférentiellement contrôlée, avant la phase de détection, et éventuellement d'une phase de séchage active en surface. Pour assurer une introduction rapide et fiable de liquide, notamment de liquide de lavage, dans les contenants 2 et pour les contenants multicouches entre les couches l', 1", l'invention prévoit un traitement préparatoire adéquat. Ainsi, avant la phase d'introduction de fluide liquide 2, l'ensemble des emballages ou contenants 1 est soumis à une opération de lacération ou de percement des parois 3 desdits emballages 1, de manière à créer des fentes ou des découpes similaires traversantes 4 dans les parois. Préférentiellement, l'opération de lacération ou de percement des parois des emballages est réalisée par une râpe à étiquettes 9. Ainsi, l'invention tire profit de deux étapes existantes du traitement des contenants 1 et n'ajoute aucune étape additionnelle pour la préparation des contenants 1 aux fins de discrimination entre monocouche et multicouches. En ce qui concerne la technologie de détection de liquide interstitiel, plusieurs variantes peuvent être prévues, reposant toutes sur des techniques connues de l'homme du métier. Ainsi, le système de détection sans contact peut utiliser par exemple : - la spectroscopie proche infrarouge ; - des ondes hyperfréquences absorbées par le liquide 2 ; - des rayons X absorbés par le liquide 2. - 6 - Comme cela ressort de l'exposé ci-dessus, la présente invention met à profit une propriété physique importante des bouteilles 1 multicouches, et plus généralement de nombreux emballages multicouches : comme les couches l', 1" n'adhèrent pas entre elles, elles se remplissent d'eau lors du lavage (généralement séjour de plusieurs minutes dans de l'eau presque bouillante), et ce d'autant plus facilement que le passage préalable des bouteilles dans la râpe à étiquettes 9 a créé des fentes 4 multiples au moins à la surface (couches externes) des parois de ces bouteilles. En sortie de poste de lavage 10, la surface extérieure de toutes les bouteilles s'égoutte, y compris pour les monocouches, et leur contenu Beau interne s'échappe. Par contre, l'eau 2 introduite entre les couches l', 1" reste piégée par capillarité, et y reste très longtemps. Des tests effectués par la demanderesse ont montré que le contenu d'eau interstitielle reste élevé au-delà de 4 heures après le lavage, même en posant les bouteilles à température ambiante sur un support sec. Or, la signature proche infrarouge de l'eau est particulièrement forte (de même que pour des rayons X ou des ondes hyperfréquences de longueur d'onde adaptée) : on détecte donc dans ces conditions une combinaison PET et eau si, et seulement si, la bouteille est multicouche. Le résultat est bien entendu applicable à d'autres polymères que le PET. Plus précisément, on a une couche sensiblement continue d'eau interstitielle 2 entre les couches l', 1" des parois 3, alors que sur les faces externe et interne desdites parois, il ne reste que des gouttes résiduelles (voir figures 2 et 3). Pour optimiser cet effet, on a intérêt à allonger la phase d'égouttage, voire à ajouter un séchage bref (par exemple par un radiant industriel) en surface des bouteilles : le séchage n'a le temps d'agir que sur la couche supérieure l', et pas entre les couches. A l'extrême et en cas de réglage optimal, l'invention permet même de trier des bouteilles sèches en 30 surface, mais humides en interne uniquement si elles sont multicouches. Une observation intéressante peut être faite en relation avec certaines conditions de mise en oeuvre de l'invention. En effet, si la râpe 9 a mal fonctionné sur certaines bouteilles, l'étiquette 5 peut rester, en totalité ou en partie. Une couche d'eau interstitielle peut alors s'immiscer entre 35 l'étiquette 5 et la paroi 3 de la bouteille. L'eau reste piégée plus longtemps que sur une bouteille nue (environ 15 à 20 mn), mais moins longtemps qu'à l'intérieur d'un multicouche. Une détection effectuée dans un temps bref - 7 - après le lavage risque donc de confondre une bouteille multicouche et une bouteille avec étiquette. Il se trouve que cette conséquence est plutôt favorable : une étiquette 5 résiduelle est un défaut (et donc la bouteille qui la porte est un contaminant), puisqu'on a cherché à la retirer préalablement avec la râpe. Si le système de détection 13 confond les deux catégories, il déclenchera l'éjection des deux types de contaminants L'invention concerne également une installation automatique 6 de caractérisation et/ou de tri d'emballages pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus comprenant au moins une râpe à étiquettes 9, un poste de lavage 8, 10, un système de détection sans contact 13, ainsi qu'un moyen 11 assurant un défilement monocouche desdits emballages 1 au niveau de la zone de détection. Cette installation 6 est caractérisée en ce qu'elle comprend également un moyen exploitant les signaux informatifs fournis par le système de détection 13 pour discriminer les emballages 1 monocouches par rapport aux emballages 1 multicouches, en se basant sur l'information relative à la présence ou non de liquide interstitiel 2. A titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de l'installation est décrit ci-après, en relation avec la figure 1 qui représente sous forme d'un schéma-bloc les principales étapes ou postes dune unité ou installation de régénération et de tri 6 organisée selon le principe de l'invention, optimisée pour des bouteilles 1 contenant en forte proportion des manchons plastiques 5. Dans une telle unité, dans la pratique, les produits 1 arrivent en balles en provenance de centres de tri d'emballages, et sont déballés puis arrivent au poste de chargement 7 sur la ligne : ils sont chargés par exemple via une vis sans fin. Ils subissent d'abord une première étape de lavage à froid (poste 8), avec de l'eau froide. Cette étape est destinée à les débarrasser des étiquettes papiers et des contaminations en surface : terre, résidus alimentaires collants ou gras. Ils passent ensuite dans la râpe à étiquettes 9 qui retire 90 à 95 % des manchons 5. Cette râpe est généralement constituée d'un tambour creux de 80 cm à 1 m de diamètre intérieur, et dont la face intérieure est couverte d'ergots coupants. Les bouteilles tournent dans la râpe plusieurs minutes. Les lambeaux d'étiquettes ainsi arrachés sont évacués hors de la ligne de - 8 - lavage. Les diverses coupures ou fentes 4 créées en surface des bouteilles vont faciliter la pénétration ultérieure d'eau. L'étape qui suit est le lavage à chaud (poste 10), à 95° C et avec détergent, en général fortement basique. Le but est cette fois de laver intégralement l'intérieur des bouteilles, et de retirer les restes de colle en surface. Il s'agit là-encore d'un tambour rempli d'eau chaude dans lequel les bouteilles tournent et séjournent plusieurs minutes. Les bouteilles multicouches se remplissent d'eau entre les différents couches l', 1". Les bouteilles sont ensuite reprises par un système de convoyage 11 qui a entre autres pour rôle de les vider de leur contenu d'eau et de les égoutter en surface. Généralement à plus de 97 %, elles sont complètement vidées. Par contre, l'eau contenue entre les couches adhère bien par capillarité et ne s'évacue pas ou très peu. Optionnellement, pour optimiser l'efficacité du procédé de la présente invention, on peut ajouter après l'égouttage et sur le tapis de tri 11 une étape de séchage (poste 12). Celle-ci utilise des radiants industriels qui apportent un bref flash thermique en surface des bouteilles, et qui peuvent être associés à des ventilateurs. Ceci permet d'avoir des bouteilles quasiment sèches en surface, au moins pour la face supérieure ou extérieure. Enfin, les produits à inspecter sont accélérés sur le convoyeur d'un système de détection et de tri automatique, à des vitesses de l'ordre de 3 m/s, avant d'arriver à la ligne de tri optique proprement dite 13. Celle-ci contient un(e) ou plusieurs machine(s) ou système(s) de tri en cascade, dont chacun(e) élimine les défauts ou contaminants en les soufflant hors de la ligne principale, par exemple vers le bas en bout de convoyeur de tri. La sortie rejets (poste 14) contient alors les contaminants matière (toutes les bouteilles qui ne sont pas faites du polymère souhaité), et notamment les multicouches, qui sont faits de plusieurs matières différentes. La sortie des produits non éjectés (poste 15) contient les bouteilles de matière pure et souvent incolore. Elles subiront ensuite un broyage pour être réduites en paillettes, puis éventuellement d'autres étapes chimiques avant de finir sous forme de granulés capables de constituer de nouveaux produits, et notamment de nouvelles bouteilles. Ce dernier processus est dénommé en anglais BTB ("Bottle to Bottle" - "de bouteille à bouteille"), et constitue le processus de recyclage du plus haut niveau de qualité. - 9 - Eventuellement, un premier tri en amont du flux d'emballages a pu être effectué pour alimenter l'installation 6 en emballages 1 pouvant être discriminés par elle. Les figures 2A et 2B montrent respectivement une portion de paroi multicouche et une portion de paroi monocouche secs. Pour le monocouche, on peut avoir une couche de PET de 200 à 350 !am d'épaisseur. Pour le multicouche, on peut avoir une couche externe de 150 à 200 !am (par exemple de PET), une couche intermédiaire de nylon de 10 !am, et une couche interne de 100 à 150 !am (par exemple de PET). Les figures 3A et 3B montrent les mêmes produits mouillés. On y voit des gouttelettes d'eau dispersées aléatoirement à la surface des bouteilles, sur la face extérieure ou la face intérieure. Cependant, les polymères étant généralement hydrophobes, l'eau ne les mouille pas, et se concentre sous forme de gouttes isolées en surface. A travers une goutte, dès que l'épaisseur de celle-ci atteint 1 mm ou plus, la quasi-totalité du signal est absorbée. La zone de la goutte contribue donc très peu au signal lu par le système de détection optique. A contrario, de part et d'autre de ces gouttes, le signal infra-rouge est quasiment identique à celui d'un produit sec. Dans le cas des multicouches, c'est au contraire un film continu Beau 2 qui se forme entre les deux couches principales l', et la lumière infra-rouge la traverse obligatoirement. On estime à environ 20 !am l'épaisseur de ce film d'eau (en général), et sa signature infra-rouge est très significative car rabsorbance de l'eau est très forte. Cet effet est encore plus fort pour les rayons qui ont atteint la face inférieure de la bouteille (couche l' interne), car ils traversent deux couches d'eau avant de revenir vers le capteur optique. Les signaux nets reçus par le capteur du système de détection sont donc respectivement proches d'un produit sec pour le monocouche, et 30 très influencés par l'eau pour le multicouche, autorisant ainsi une discrimination fiable sur ce critère. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers 35 éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS1. Procédé automatique de caractérisation et/ou de tri d'emballages, notamment de contenants du type bouteilles ou analogues, en défilement selon un flux sensiblement planaire et sensiblement sans chevauchement ou superposition mutuel(le), ledit flux comprenant des emballages (1) monocouches et multicouches, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à introduire un fluide liquide (2), notamment de l'eau ou un liquide à base d'eau, entre les couches (1', 1") non solidaires des emballages multicouches, à détecter la présence de ce fluide liquide (2) interstitiel dans les emballages multicouches par un système (13) de détection sans contact et à exploiter l'information résultante pour effectuer la caractérisation et/ou le tri entre les deux types d'emballages (1). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'introduction d'un fluide liquide (2) à base d'eau entre les couches (1', 1") des emballages (1) multicouches est réalisée lors d'une opération de lavage préalable de l'ensemble des emballages à caractériser et/ou trier. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la phase de lavage est suivie d'une phase d'égouttage, préférentiellement contrôlée, avant la phase de détection, et éventuellement d'une phase de 20 séchage active en surface. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'avant la phase d'introduction de fluide liquide (2), l'ensemble des emballages ou contenants (1) est soumis à une opération de lacération ou de percement des parois (3) desdits emballages (1), de 25 manière à créer des fentes ou des découpes similaires traversantes (4) dans les parois. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'opération de lacération ou de percement des parois des emballages est réalisée par une râpe à étiquettes (9). 30 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le système (13) de détection sans contact utilise la spectroscopie proche infrarouge. 3 0092 1 2 -11- 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le système (13) de détection sans contact utilise des ondes hyperfréquences absorbées par le liquide (2). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, 5 caractérisé en ce que le système (13) de détection sans contact utilise des rayons X absorbés par le liquide (2). 9. Installation automatique (6) de caractérisation et/ou de tri d'emballages pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 comprenant au moins une râpe à étiquettes (9), un 10 poste de lavage (8, 10), un système de détection sans contact (13), ainsi qu'un moyen (11) assurant un défilement monocouche desdits emballages (1) au niveau de la zone de détection, installation caractérisée en ce qu'elle comprend également un moyen exploitant les signaux informatifs fournis par le système de 15 détection (13) pour discriminer les emballages (1) monocouches par rapport aux emballages (1) multicouches, en se basant sur l'information relative à la présence ou non de liquide interstitiel (2).