Brevet FR3133841A1 — publié le 20230929

L’invention concerne un dispositif de compactage (1) d’une poudre comprenant : - une chambre de compactage (11) qui est destiné à recevoir la poudre et qui comprend une ouverture de remplissage (12) ; - une unité de compression (30) comprenant un piston (40) et un actionneur (31), le piston étant positionné à l’opposé de l’ouverture de remplissage et étant adapté à être déplacé dans la chambre de compactage par l’actionneur ; - un obturateur (20) mobile entre une position de fermeture dans laquelle l’obturateur obture l’ouverture de remplissage et une position de dégagement dans laquelle l’obturateur est situé à distance de l’ouverture de remplissage. Figure pour abrégé : Fig. 1. Dispositif et procédé de compactage d’une poudre Domaine technique de l'invention La présente invention concerne de manière générale le domaine des blocs ou tablettes solides constitués d’une poudre compactée et destinée à une mise en solution aqueuse avant usage. Elle concerne plus particulièrement un dispositif et un procédé de compactage d’une poudre. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans la fabrication en série de cosmétiques solides, de détergents ou de compléments alimentaires. Elle concerne également une composition pulvérulente adaptée pour la fabrication d’une poudre compactée au moyen du dispositif et du procédé. Dans une application préférée mais non limitative, l’invention se rapporte aux cosmétiques solides. Etat de la technique Les cosmétiques solides à réhydrater permettent de répondre à la fois à des contraintes économiques et environnementales. En effet, leur forme solide et sèche évite le transport et le conditionnement d’une grande quantité d’eau, l’eau pouvant représenter jusqu’à 90% du poids d’un gel douche, d’un shampoing liquide ou d’une pâte dentifrice. De plus, lors de l’utilisation de cosmétiques solides destinés à permettre la reconstitution avant utilisation de cosmétiques sous une forme liquide, l’utilisateur est incité à réutiliser les contenants qu’il possède déjà pour réhydrater les nouveaux cosmétiques solides qu’il se procure. Une fois réhydratés, ils permettent de reconstituer des savons liquides, des gels douches, des shampooings liquides. Les cosmétiques solides ainsi utilisés consistent généralement en une poudre compactée, par exemple sous la forme de pastilles ou de bâtonnets qui en facilitent le transport et la mise en œuvre. Dans le domaine des cosmétiques solides, il est connu, pour la réalisation de pastilles de fards à joues ou à paupières, des dispositifs de compactage de poudre comprenant une enceinte dans laquelle est disposée une capsule métallique dans laquelle la poudre de fard est agglomérée ou compactée au moyen d’un piston coulissant dans l’enceinte. A l’issue de l’opération de compactage, l’ensemble constitué de la capsule et de la pastille de fard est éjecté du dispositif, la capsule assurant la cohérence de l’ensemble et la protection de la pastille contre les chocs. Un tel dispositif n’est pas adapté à la réalisation de cosmétiques solides tels qu’envisagés par l’invention qui ne comprennent pas de capsule métallique recevant la poudre. Par ailleurs, il est connu des dispositifs de compactage de sels de bain comprenant une enceinte de compactage et un piston. Le fond de l’enceinte et le piston présentent par exemple des formes hémisphériques complémentaires pour obtenir des sels de bains sphériques. Toutefois, en l’absence de capsule, une fois la poudre compactée, il est difficile de sortir de l’enceinte le cosmétique solide obtenu sans risque de l’endommager. D’une manière générale, les dispositifs existants s’avèrent peu adaptés à une fabrication de cosmétiques solides résistants et à une cadence élevée. Il est donc apparu le besoin d’un dispositif de compactage de poudre qui présente une capacité de production élevée et de préférence à faible coût tout en garantissant l’intégrité et la qualité visuelle des blocs de cosmétiques solides obtenus. Il est également apparu le besoin d’une poudre à compacter suffisamment fluide pour remplir efficacement l’enceinte mais qui, une fois compactée, permet de former un bloc tel qu’une pastille ou un bâtonnet qui ne soit ni fragile ni friable, de manière à permettre son extraction de l’enceinte puis son transport sans risque de dégradation. Présentation de l'invention Dans ce contexte, la présente invention propose un dispositif de compactage d’une poudre comprenant : - une chambre de compactage qui est destinée à recevoir la poudre et qui comprend une ouverture de remplissage ; - une unité de compression comprenant un piston et un actionneur, le piston étant positionné à l’opposé de l’ouverture de remplissage et étant adapté à être déplacé en translation dans la chambre de compactage par l’actionneur selon une direction principale ; - un obturateur mobile selon un plan sensiblement orthogonal à la direction principale entre une position de fermeture dans laquelle l’obturateur obture l’ouverture de remplissage et une position de dégagement dans laquelle l’obturateur est situé à distance de l’ouverture de remplissage. Ainsi, grâce à l’invention, la poudre compactée n’est pas enfermée dans le fond d’une enceinte puisque la surface de compactage, à savoir l’obturateur, peut être déplacée vers la position de dégagement, ce qui permet d’extraire le cosmétique solide. Avantageusement, lorsque l’obturateur est en position de dégagement, le piston peut même poursuivre sa course vers l’ouverture de remplissage pour faire sortir ou éjecter le cosmétique solide hors de la chambre de compactage. De plus, le piston reste positionné dans la chambre de compactage entre deux cycles de compactage, c’est-à-dire entre la fabrication de deux cosmétiques solides. Il n’est donc pas nécessaire de sortir le piston de la chambre de compactage pour y insérer la poudre, comme cela est le cas dans les dispositifs de l’art antérieur. Par ailleurs, le fait que le déplacement de l’obturateur soit globalement perpendiculaire à la direction de compactage permet de désolidariser efficacement, par cisaillement, le cosmétique solide qui a été compacté contre l’obturateur. La récupération du cosmétique solide est donc simplifiée par rapport aux dispositifs de l’art antérieur. Enfin, le dispositif selon l’invention permet de doser précisément la quantité de poudre à compacter en choisissant la position de départ du piston dans la chambre de compactage. Selon une caractéristique de l’invention, la direction principale est sensiblement verticale, l’ouverture de remplissage étant située au-dessus du piston. Cet agencement facilite d’une part le remplissage de la chambre de compactage par gravité et, d’autre part, évite que les cosmétiques solides ne chutent lors de leur sortie des chambres. Selon une caractéristique de l’invention, l’obturateur est mobile en translation selon une direction sensiblement orthogonale à la direction principale. Ce déplacement simplifie la mise en œuvre de l’obturateur tout en conservant une désolidarisation efficace du cosmétique solide et de l’obturateur. De plus, une telle cinématique de déplacement de l’obturateur permet d’optimiser la reprise des efforts de compactage par l’obturateur. Selon une caractéristique de l’invention, l’unité de compression comprend : un moyen de mesure d’une force exercée par l’actionneur sur le piston ; une unité de commande programmée pour déterminer, sur la base de la force, une vitesse de déplacement du piston. Selon une caractéristique de l’invention, l’unité de compression comprend : un moyen de mesure d’une course du piston ; une unité de commande programmée pour déterminer, sur la base de la course, au moins l’une parmi une vitesse de déplacement du piston et une force exercée par l’actionneur sur le piston. Adapter la vitesse de déplacement du piston permet notamment de vider rapidement l’air contenu dans la poudre afin d’augmenter la cadence de production tout en compactant la poudre de façon homogène. Selon une caractéristique de l’invention, le dispositif de compactage comprend une structure support sur laquelle sont fixés l’obturateur et l’actionneur, la chambre de compactage et le piston étant maintenus de façon amovible par rapport à la structure support. La forme du cosmétique solide ou du bloc formé peut donc être modifiée simplement en interchangeant la chambre de compactage avec une autre chambre de compactage de la forme désirée. Selon une caractéristique de l’invention, la chambre de compactage est un cylindre de révolution présentant un diamètre compris entre 10 et 30 mm. Une telle forme permet de bien répartir les contraintes radiales (perpendiculaires à la direction de compactage) sur toute la surface du cylindre. Une telle chambre de compactage est donc très résistante. Selon une caractéristique de l’invention, le dispositif de compactage comprend : - une pluralité de chambres de compactage, chacune destinée à recevoir une partie de la poudre et comprenant chacune une ouverture de remplissage ; - un obturateur mobile entre une position de fermeture dans laquelle l’obturateur obture toutes les ouvertures de remplissage et une position de dégagement dans laquelle l’obturateur est situé à distance de toutes les ouvertures de remplissage ; - une unité de compression comprenant une pluralité de pistons et au moins un actionneur, chaque piston étant positionné à l’opposé d’une des ouvertures de remplissage et étant adapté à être déplacé par l’actionneur dans la chambre de compactage correspondante. Le dispositif de compactage est alors particulièrement adapté à la fabrication de cosmétiques solides en série et à une cadence élevée. Avantageusement, le dispositif de compactage ne comprend qu’un seul obturateur pour l’ensemble des chambres de compactages. Selon une caractéristique de l’invention, l’unité de compression est adaptée à exercer sur la poudre reçue par chaque chambre au moins l’une des contraintes mécaniques suivantes : - une charge comprise entre 50 kg et 400 kg ; - un taux de compression compris entre 50 % et 95 % ; - une pression comprise entre 1 bar et 20 bar. Le dispositif de compactage, en compactant très fortement la poudre, permet d’obtenir des cosmétiques solides très résistants mais aussi de mettre en œuvre une large variété de poudres telles que des poudres comprenant un grand nombre d’ingrédients, par exemple supérieur à cinq ou six. L’invention propose également un procédé de compactage d’une poudre mis en œuvre au moyen du dispositif de compactage présenté ci-dessus, le procédé comprenant : - le remplissage d’une chambre de compactage par la poudre, le remplissage étant effectué par une ouverture de remplissage de la chambre de compactage ; - le déplacement d’un obturateur d’une position de dégagement, dans laquelle l’obturateur est situé à distance de l’ouverture de remplissage, à une position de fermeture, dans laquelle l’obturateur obture l’ouverture de remplissage ; - le compactage de la poudre par déplacement d’un piston dans la chambre de compactage, le compactage comprenant une phase initiale d’expulsion d’air au cours de laquelle une première vitesse de consigne est imposée au piston et une phase subséquente de compression de la poudre au cours de laquelle une deuxième vitesse de consigne, non nulle et inférieure à la première vitesse de consigne, est imposée au piston. Ainsi, grâce à l’invention, la poudre est compactée de façon à diminuer la durée du cycle de compactage tout en assurant un compactage homogène. En effet, la décomposition du compactage en une phase initiale et une phase subséquente permet notamment de vider rapidement une grande quantité de l’air contenu dans la poudre puis d’obtenir un compactage homogène de la poudre en ralentissant la vitesse du piston. Ainsi, le procédé de compactage selon l’invention permet de produire des cosmétiques solides sous forme de poudre compactée à une cadence élevée et à faible coût. En effet, il permet notamment de réduire ou de simplifier les opérations manuelles en automatisant un grand nombre d’étapes de fabrication. Selon une caractéristique de l’invention, lorsqu’une force exercée par un actionneur sur le piston ou une course du piston est inférieure à une valeur seuil, la première vitesse de consigne est imposée au piston et lorsque la force exercée par l’actionneur sur le piston ou une course du piston est supérieure à la valeur seuil, la deuxième vitesse de consigne est imposée au piston. Ainsi, lorsque la résistance exercée par la poudre est faible (phase d’expulsion d’air) le piston est déplacé rapidement afin d’augmenter la cadence de production. Il est ensuite ralenti pour compacter de façon homogène la poudre. Selon une caractéristique de l’invention, le procédé comprend, après le compactage, le déplacement du piston à l’opposé de l’ouverture de remplissage. Cela permet de relâcher la pression entre le cosmétique solide et l’obturateur contre lequel il a été compacté. La désolidarisation du cosmétique solide de l’obturateur est alors facilitée. Selon une caractéristique de l’invention, le procédé comprend, après le compactage, le déplacement de l’obturateur de la position de fermeture à la position de dégagement pour pouvoir sortir le cosmétique solide de sa chambre de compactage. Selon une caractéristique de l’invention, le procédé comprend, après le déplacement de l’obturateur de la position de fermeture à la position de dégagement, un déplacement du piston en direction de l’ouverture de remplissage. Selon une caractéristique de l’invention, le procédé comprend, après le déplacement de l’obturateur de la position de fermeture à la position de dégagement, l’extraction de la poudre compactée depuis la chambre de compactage. En sortant le cosmétique solide de sa chambre de compactage, le piston limite ou facilite une opération manuelle délicate d’extraction du cosmétique solide. De plus, une fois les cosmétiques solides sortis par les pistons, l’obturateur, en se déplaçant latéralement, peut récupérer les cosmétiques solides, par exemple en les balayant vers un réceptacle. L’ouverture de remplissage étant située au-dessus du piston, le cosmétique solide ne chute pas lorsque le piston le pousse hors de la chambre. L’invention propose également une composition pulvérulente pour la fabrication de cosmétiques solides à reconstituer en milieu aqueux comprenant un promoteur de compactage qui comprend un agent compactant sous forme solide ou un agent compactant sous forme liquide, le promoteur de compactage étant compris entre 5 % et 30 % en poids, par rapport au poids total de la composition. Avantageusement, l’utilisation d’un promoteur de compactage améliore la cohésion de la poudre compactée et donc la solidité des cosmétiques solides formés. Ils rendent toutefois la composition pulvérulente plus difficile à manipuler avant son compactage (risque de grumeaux et d’échauffement). Grâce à l’invention, la proportion de promoteur de compactage est à la fois suffisamment faible pour que la composition pulvérulente soit fine et fluide avant son compactage, ce qui permet de facilement remplir la chambre de compactage, et à la fois suffisamment élevée pour que les blocs de cosmétiques solides, c’est-à-dire la poudre compactée, soient résistants aux chocs. Selon une caractéristique de l’invention, l’agent compactant sous forme solide est compris entre 2 % et 30 % en poids, par rapport au poids total de la composition et est par exemple sélectionné dans un groupe comprenant : zinc citrate, maltrodextrine, trisodium citrate dihydra. Selon une caractéristique de l’invention, l’agent compactant sous forme liquide est compris entre 2 % et 10 % en poids, par rapport au poids total de la composition et est de préférence sélectionné dans un groupe comprenant : maltitol, un arôme, un parfum. Selon une caractéristique de l’invention, l’agent compactant sous forme liquide n’est pas en phase aqueuse. Cela permet notamment d’améliorer la conservation du cosmétique solide. De manière préférée l’agent compactant sous forme liquide comprend moins de 1 % en poids d’eau. Selon une caractéristique de l’invention, au moins 95 % des particules constituant la composition présentent une granulométrie inférieure à 1 mm, ce qui améliore la résistance du cosmétique solide. Avantageusement, avec une granulométrie inférieure à 1 mm, les interfaces entre deux particules au sein du cosmétique solide sont suffisamment petites pour que le détachement d’une de ces interfaces n’entraine pas la cassure de tout le cosmétique solide. De manière préférée 95 % des particules constituant la composition présentent une granulométrie comprise entre 0,5 mm et 1 mm. Selon une caractéristique de l’invention, la composition comprend un agent effervescent compris entre 12 % et 60 % en poids, par rapport au poids total de la composition, de préférence sélectionné dans un groupe comprenant : bicarbonate de sodium, acide citrique anhydre. Cette quantité d’agent effervescent permet une dissolution rapide du cosmétique solide en milieu aqueux pour son utilisation. Selon une caractéristique de l’invention, la composition comprend un agent hydratant compris entre 5 % et 60 % en poids, par rapport au poids total de la composition, par exemple sélectionné dans un groupe comprenant : erythritol, polysaccharide, polysaccharide anionique, un extrait huileux de plante, un extrait sec d’aloe vera. Selon une caractéristique de l’invention, la composition comprend un agent gélifiant compris entre 10 % et 20 % en poids, par rapport au poids total de la composition, de préférence sélectionné dans un groupe comprenant : alginate de sodium, gomme xanthane, sodium polyacrylate. Ces quantités d’agent hydratant et d’agent gélifiant confèrent à la solution comprenant le cosmétique solide dissous une texture appropriée. Selon une caractéristique de l’invention, la composition comprend un régulateur de pH compris entre 3 % et 40 % en poids, par rapport au poids total de la composition, de préférence sélectionné dans un groupe comprenant : sodium gluconate, acide citrique anhydre, monosodium citrate. Cette quantité de régulateur de pH confère à la solution comprenant le cosmétique solide dissous un pH approprié. Selon une caractéristique de l’invention, la composition comprend un conservateur compris entre 5 % et 20 % en poids, par rapport au poids total de la composition, de préférence sélectionné dans un groupe comprenant : sodium benzoate, potassium sorbate, isopropyl methylphenol, sodium gluconate. Cette quantité de conservateur permet d’obtenir cosmétique facilement stockable. L’invention propose enfin, un cosmétique solide à dissoudre en milieu aqueux obtenu par le compactage d’une composition telle que décrite ci-dessus en mettant en œuvre le procédé décrit précédemment. Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. Dispositif de compactage (1) d’une poudre (2) comprenant : - une chambre de compactage (11) qui est destinée à recevoir la poudre (2) et qui comprend une ouverture de remplissage (12) ; - une unité de compression (30) comprenant un piston (40) et un actionneur (31), le piston (40) étant positionné à l’opposé de l’ouverture de remplissage (12) et étant adapté à être déplacé en translation dans la chambre de compactage (11) par l’actionneur (31) selon une direction principale (D1); - un obturateur (20) mobile selon un plan sensiblement orthogonal à la direction principale (D1) entre une position de fermeture dans laquelle l’obturateur (20) obture l’ouverture de remplissage (12) et une position de dégagement dans laquelle l’obturateur (20) est situé à distance de l’ouverture de remplissage (12). Dispositif de compactage (1) selon la revendication 1, dans lequel la direction principale (D1) est sensiblement verticale, l’ouverture de remplissage (12) étant située au-dessus du piston (40). Dispositif de compactage (1) selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel l’unité de compression (30) comprend : - un moyen de mesure d’une force exercée par l’actionneur (31) sur le piston (40) ; - une unité de commande (35) programmée pour déterminer, sur la base de la force, une vitesse de déplacement du piston (40). Dispositif de compactage (1) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel l’unité de compression (30) comprend : - un moyen de mesure d’une course du piston (40) ; - une unité de commande (35) programmée pour déterminer, sur la base de la course, au moins l’un parmi une vitesse de déplacement du piston (40) et une force exercée par l’actionneur (31) sur le piston (40). Dispositif de compactage (1) selon l’une des revendications 1 à 4, comprenant une structure support (3) sur laquelle sont fixés l’obturateur (20) et l’actionneur (31), la chambre de compactage (11) et le piston (40) étant maintenus de façon amovible par rapport à la structure support (3). Dispositif de compactage (1) selon l’une des revendications 1 à 5 comprenant : - une pluralité de chambres de compactage (11), chacune destinée à recevoir une partie de la poudre (2) et comprenant chacune une ouverture de remplissage (12) ; - un obturateur (20) mobile entre une position de fermeture dans laquelle l’obturateur (20) obture toutes les ouvertures de remplissage (12) et une position de dégagement dans laquelle l’obturateur (20) est situé à distance de toutes les ouvertures de remplissage (12) ; - une unité de compression (30) comprenant une pluralité de pistons (40) et au moins un actionneur (31), chaque piston (40) étant positionné à l’opposé d’une des ouvertures de remplissage (12) et étant adapté à être déplacé par l’actionneur (31) dans la chambre de compactage (11) correspondant. Dispositif de compactage (1) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel unité de compression (30) est adaptée à exercer sur la poudre (2) reçue par chaque chambre de compactage (11) au moins l’une des contraintes mécaniques suivantes : - une charge comprise entre 50 kg et 400 kg ; - un taux de compression compris entre 50 % et 95 % ; - une pression comprise entre 1 bar et 20 bar. Procédé de compactage d’une poudre (2) comprenant : - le remplissage d’une chambre de compactage (11) par la poudre (2), le remplissage étant effectué par une ouverture de remplissage (12) de la chambre de compactage (11) ; - le déplacement d’un obturateur (20) d’une position de dégagement, dans laquelle l’obturateur (20) est situé à distance de l’ouverture de remplissage (12), à une position de fermeture, dans laquelle l’obturateur (20) obture l’ouverture de remplissage (12) ; - le compactage de la poudre (2) par déplacement d’un piston (40) dans la chambre de compactage (11), le compactage comprenant une phase initiale (P1) d’expulsion d’air au cours de laquelle une première vitesse de consigne (V1) est imposée au piston (40) et une phase subséquente (P2) de compression de la poudre (2) au cours de laquelle une deuxième vitesse de consigne (V2), non nulle et inférieure à la première vitesse de consigne (V1), est imposée au piston (40). Procédé selon la revendication 8, dans lequel lorsqu’une force exercée par un actionneur (31) sur le piston (40) ou une course du piston (40) est inférieure à une valeur seuil, la première vitesse de consigne (V1) est imposée au piston (40) et lorsque la force exercée par l’actionneur (31) sur le piston (40) ou une course du piston (40) est supérieure à la valeur seuil, la deuxième vitesse de consigne (V2) est imposée au piston (40). Procédé selon l’une des revendications 8 à 9, comprenant, après le compactage, le déplacement du piston (40) à l’opposé de l’ouverture de remplissage (12). Procédé selon la revendication 10, comprenant, après un déplacement de l’obturateur (20) de la position de fermeture à la position de dégagement, un déplacement du piston (40) en direction de l’ouverture de remplissage (12). Composition pulvérulente à compacter selon un procédé de compactage selon l’une des revendications 8 à 11 pour la fabrication de cosmétiques solides à dissoudre en milieu aqueux comprenant un promoteur de compactage qui comprend un agent compactant sous forme solide ou un agent compactant sous forme liquide, le promoteur de compactage étant compris entre 5 % et 30 % en poids, par rapport au poids total de la composition. Composition pulvérulente selon la revendication 12, dans laquelle l’agent compactant sous forme solide est compris entre 2 % et 30 % en poids, par rapport au poids total de la composition et est de préférence sélectionné dans un groupe comprenant : zinc citrate, maltrodextrine, trisodium citrate dihydra. Composition pulvérulente selon la revendication 12 ou 13, dans laquelle l’agent compactant sous forme liquide est compris entre 2 % et 10 % en poids, par rapport au poids total de la composition et est de préférence sélectionné dans un groupe comprenant : maltitol, un arôme, un parfum. Composition pulvérulente selon l’une des revendications 12 à 14, dans laquelle l’agent compactant sous forme liquide n’est pas en phase aqueuse. Composition pulvérulente selon l’une des revendications 12 à 15, dans laquelle au moins 95 % des particules constituant la composition présentent une granulométrie inférieure à 1 mm. Cosmétique solide à dissoudre en milieu aqueux obtenu par un procédé de compactage selon l’une des revendications 8 à 11 d’une composition pulvérulente selon l’une des revendications 12 à 16 comprenant un promoteur de compactage qui comprend un agent compactant sous forme solide ou un agent compactant sous forme liquide, le promoteur de compactage étant compris entre 5 % et 30 % en poids, par rapport au poids total de la composition.