L’emballage a une longue histoire liée à la civilisation humaine, son concept étant apparu lorsque les premiers humains ont utilisé pour la première fois des outils. L’un des premiers exemples d’« emballage » est probablement l’utilisation de feuilles pour emballer les aliments. Dans les temps modernes, l’emballage fait généralement référence à un objet qui renferme et protège les produits pour la distribution, le stockage, le transport, la vente, l’utilisation et la réutilisation. Sa fonction principale est de protéger les produits en toute sécurité, mais à mesure que la dégradation de l'environnement s'aggrave en raison de l'augmentation des déchets d'emballage, il existe une demande croissante pour que les emballages soient conçus, fabriqués, consommés et recyclés de manière plus durable.
Face au besoin urgent d'un écosystème plus sain et durable, le concept d'économie circulaire (EC) a été proposé par les décideurs politiques européens et chinois pour relever les défis mondiaux en bouclant la boucle du cycle de vie des produits. La transition vers l’EC nécessite un changement radical par rapport au modèle économique linéaire ; son principe fondamental est celui des boucles de ressources fermées où les matériaux sont utilisés, réutilisés et recyclés, créant ainsi de la valeur sur plusieurs cycles de vie. Les biens à la fin de leur durée de vie sont convertis en ressources pour d'autres, minimisant ainsi les déchets grâce à ce système en boucle fermée.
Le développement du CE nécessite des efforts de collaboration de la part de divers secteurs : fournisseurs, fabricants, recycleurs, distributeurs, détaillants, consommateurs et prestataires de collecte des déchets. L'industrie de l'emballage est un secteur économique crucial en croissance rapide : son chiffre d'affaires en Europe occidentale représente environ 2 % du PIB, l'industrie alimentaire étant le principal utilisateur (près de 60 % de la production totale). L'emballage imprègne la vie quotidienne, mais son inconvénient réside dans les énormes problèmes environnementaux liés aux modèles linéaires traditionnels « fabrication-transport-consommation-élimination ». Les plastiques dominent les matériaux d'emballage : la consommation mondiale d'emballages en plastique a explosé depuis les années 1950, représentant 40,5 % de tous les plastiques produits (le plus grand secteur consommateur de plastique de l'UE). Cependant, les taux de recyclage restent faibles : 34,6 % dans l'UE, dont plus de 23 % sont mis en décharge ; La Chine et les États-Unis ont des taux encore plus bas (respectivement 25 % et 9 %), provoquant une grave pollution.
L’emballage implique de multiples acteurs : producteurs de matières premières, concepteurs, fabricants, transporteurs, distributeurs, consommateurs et autorités. La conception des emballages est un maillon décisif de la chaîne de valeur, car elle détermine les matériaux, les processus de fabrication et les options de fin de vie, tous essentiels au modèle en boucle fermée de CE. Pourtant, les revues de littérature existantes abordent rarement systématiquement la conception d’emballages axée sur le CE ; la plupart se concentrent sur le comportement des consommateurs, la gestion des déchets plastiques ou les techniques de recyclage, négligeant la phase de conception. Notamment, le design influence environ 80 % des impacts environnementaux des emballages. Bien que certaines études portent sur le développement d'emballages industriels et les outils de conception de base, le processus et les considérations de conception détaillées restent sous-explorés. Aucune étude antérieure n'examine spécifiquement la conception d'emballages pour le CE d'un point de vue centré sur la conception.
Ainsi, cette étude se concentre sur la conception d’emballages liés au CE, en effectuant une revue de la littérature de pointe. Les résultats sont synthétisés dans un cadre de conception d’emballage circulaire, décrivant les facteurs et considérations clés pour le processus de conception. Le document est structuré comme suit : la section 1 présente les antécédents en matière de CE et d'emballage ; La section 2 présente les réglementations/politiques relatives à la conception des emballages liées au CE à différents niveaux gouvernementaux ; La section 3 détaille la méthodologie de revue de la littérature ; La section 4 présente des revues systématiques de publications universitaires sur la conception d'emballages axées sur le CE ; La section 5 discute des résultats et des tendances futures de la recherche.
Cette section donne un aperçu des réglementations et politiques introduites par les gouvernements à différents niveaux pour relever les défis des déchets d'emballages et parvenir à une économie circulaire.
Pour relever les défis urgents en matière de protection de l’environnement, l’UE a adopté de nombreuses réglementations et politiques. La législation européenne sur les déchets définit des objectifs et des dispositions pour le recyclage des déchets : comme le détaille la directive-cadre sur les déchets 2018/851, les taux de réutilisation et de recyclage des déchets municipaux doivent atteindre 55 % d'ici 2025, 60 % d'ici 2030 et 65 % d'ici 2035. Étant donné que les déchets d'emballage constituent une part importante des déchets ménagers, la réalisation de ces objectifs nécessite que les emballages soient conçus pour des réutilisations multiples et une recyclabilité améliorée.
Parmi les types de déchets comme le papier et le verre, les déchets d'emballages en plastique sont spécifiquement mis en avant dans la directive 2018/852, qui fixe des objectifs de recyclage stricts basés sur le poids : un minimum de 65 % de tous les déchets d'emballage doivent être recyclés d'ici 2025, et ce pourcentage devrait atteindre 70 % d'ici 2030. Conformément à la politique et à la législation de l'UE en matière de déchets, la première stratégie européenne pour les plastiques dans une économie circulaire a été lancée, visant à améliorer la conception des produits en plastique, à augmenter les taux de recyclage des déchets plastiques et à améliorer la qualité des plastiques recyclés.
Pour atteindre les objectifs à long terme définis dans la législation européenne sur les déchets, le « Un nouveau plan d'action pour une économie circulaire pour une Europe plus propre et plus compétitive » de l'UE a proposé un plan d'action. Un élément essentiel de ce plan consiste à concevoir et produire des produits durables tout en transformant les modes de consommation. Le plan se concentre sur plusieurs secteurs, les emballages et les plastiques étant identifiés comme ayant un fort potentiel de circularité. Les concepteurs d’emballages jouent donc un rôle central dans la promotion de l’économie circulaire : en créant des emballages durables, ils peuvent influencer le comportement des consommateurs et minimiser les déchets tout au long des étapes de fabrication et de consommation du produit.
Niveau national
Pour répondre à la directive européenne 2018/852 sur les emballages et les déchets d'emballages et à la législation européenne sur les déchets, de nombreux gouvernements nationaux ont formulé des politiques correspondantes. Par exemple, le gouvernement britannique a publié la déclaration politique du Circular Economy Package (CEP), qui définit trois exigences fondamentales pour les emballages :
(i) les emballages doivent être conçus, fabriqués et commercialisés pour permettre la réutilisation ou la valorisation ;
(ii) la teneur en substances dangereuses ou nocives de l'emballage doit être réduite au minimum ;
(iii) le poids et le volume de l'emballage doivent être limités au minimum nécessaire tout en garantissant les niveaux requis d'hygiène, de sécurité et d'acceptation par le consommateur.
En outre, la France a promulgué une nouvelle loi en 2020 visant à réduire la consommation de plastique, à améliorer la réutilisation et le recyclage, à accroître la responsabilité des producteurs et à fournir obligatoirement des informations aux consommateurs pour faciliter le tri des emballages. La Suède a également annoncé une stratégie nationale d'économie circulaire, avec une conception durable des produits et des emballages associés, ainsi qu'une utilisation durable des matériaux, identifiés comme deux de ses quatre domaines d'intervention clés. Pour plus de détails sur les politiques et stratégies mises en œuvre dans d’autres pays, les lecteurs sont invités à consulter la littérature pertinente.
Niveau régional
S'alignant sur les politiques et la législation nationales sur l'économie circulaire (EC), les autorités locales ont publié des stratégies et des feuilles de route régionales d'EC adaptées à leurs contextes économiques locaux. Ces plans régionaux sont façonnés non seulement par des considérations environnementales mais également par les intérêts des secteurs clés de la région.
Le livre blanc « Les gouvernements municipaux et leur rôle pour permettre une transition vers une économie circulaire » résume les feuilles de route municipales en matière d'économie circulaire, dont beaucoup adoptent une approche sectorielle. Par exemple, le plan d'économie circulaire de Rotterdam donne la priorité au secteur des matériaux d'origine biologique. La feuille de route CE d'une autre ville propose des mesures visant à réduire l'utilisation de sacs d'emballage en plastique à usage unique, ce qui est essentiel car le tourisme local, un moteur économique majeur, génère également d'importants déchets d'emballages à usage unique. Paris vise à installer des fontaines potables pour réduire la consommation d'eau en bouteille et les déchets plastiques associés.
La stratégie d'économie circulaire de Glasgow encourage les concepteurs à sélectionner des matériaux respectueux de l'environnement, à éliminer les déchets grâce à la conception et à adhérer aux principes de conception en matière de démontage et d'adaptabilité. Des villes du monde entier, comme [exemples omis], ont développé des stratégies similaires ; les livres blancs pertinents fournissent des aperçus détaillés des initiatives circulaires municipales mondiales.
À travers ces stratégies d’EC dirigées par les gouvernements locaux, un accent constant se dégage : pour réaliser la circularité, les concepteurs et les producteurs doivent assumer une plus grande responsabilité à l’égard des déchets post-utilisation de leurs produits – responsabilité qu’ils n’assument pas entièrement actuellement.
Méthodes
Afin d'identifier les études académiques portant sur la conception d'emballages dans le contexte de l'économie circulaire, une revue systématique de la littérature a été réalisée, en s'appuyant sur la méthodologie proposée. L'examen a suivi trois étapes principales : la planification, l'exécution et le reporting.
Au cours de la phase de planification, des mots clés de recherche clés ont été identifiés ainsi qu'un protocole d'examen détaillé. L'étape d'exécution impliquait la recherche de littérature dans plusieurs bases de données universitaires réputées, notamment ISI Web of Science, Scopus, Google Scholar et Ei Compendex, suivie d'une sélection initiale et d'une analyse approfondie des sources pertinentes. Enfin, les conclusions de l'examen ont été synthétisées et documentées au stade du rapport.
Conformément à la méthodologie adoptée, des mots clés et termes de recherche spécifiques (énumérés ci-dessous) ont été sélectionnés. Pour garantir un examen complet, des combinaisons de ces mots-clés ont été utilisées dans plusieurs recherches dans des bases de données afin de localiser des études pertinentes sur la conception d'emballages orientés vers l'économie circulaire. La recherche a été effectuée exclusivement à partir des bases de données universitaires susmentionnées afin de sélectionner la littérature appropriée pour la recherche.
Résultats et discussions
Cette section se concentre sur l’examen des dernières recherches sur la conception d’emballages dans le contexte d’une économie circulaire. Les résultats de cette revue de la littérature se retrouvent dans la sélection des matériaux, l’étape de conception du concept, l’étape de développement de la conception ainsi que les outils et indicateurs de vérification de la conception. Une discussion approfondie a été menée sur les résultats et des opportunités de recherche futures ont été identifiées.
Sélection des matériaux
Principes de sélection des matériaux
La sélection des matériaux est au cœur du concept d’économie circulaire (EC). L’importance de l’adoption de matériaux respectueux de l’environnement a été soulignée à plusieurs reprises dans la littérature universitaire, dans les stratégies gouvernementales nationales et dans le discours public. Les emballages peuvent être fabriqués à partir de divers matériaux (papier, verre, métal, plastique, etc.), les plastiques faisant particulièrement l'objet d'une attention particulière : les déchets d'emballages en plastique constituent la plus grande part des déchets d'emballage dans le monde, ce qui constitue une menace grave pour les écosystèmes de la Terre.
Dans le contexte de changements législatifs européens majeurs, les matériaux polymères utilisés dans les emballages doivent désormais être correctement gérés tout au long du cycle de vie du produit. Deux priorités essentielles pour atteindre les objectifs de l’UE sont : la réduction de la production de déchets d’emballage et l’amélioration de la recyclabilité des matériaux d’emballage pour la valorisation matière. La réduction des déchets peut être obtenue en minimisant l'utilisation de matériaux grâce à une conception réfléchie (détaillée dans les sections suivantes sur la conception conceptuelle, le développement de la conception et la réutilisation des emballages) et en adoptant des matériaux biodégradables qui évitent la mise en décharge ou l'incinération. Le recyclage des matériaux, quant à lui, peut être réalisé en utilisant des matériaux recyclés ou ceux à forte teneur recyclée ; lorsque le recyclage n’est pas réalisable, la valorisation énergétique (valorisation énergétique) constitue une alternative viable. Des exemples pratiques incluent les emballages écologiques de Dell (ses plateaux utilisent plus de 93 % de plastiques recyclables en poids, dont 25 % de plastiques issus des océans et du polyéthylène haute densité (HDPE) recyclé provenant de bouteilles et de contenants alimentaires) et la stratégie AIR d'Adidas-Parley, où les chaussures de course en mousse de mer incorporent des fibres de polyéthylène téréphtalate (PET) provenant de bouteilles en plastique et du nylon provenant de filets maillants jetés.
Au-delà des principes de sélection des matériaux spécifiques CE, les critères traditionnels de conception des emballages restent applicables :
(i) améliorer la fonctionnalité des matériaux pour protéger la qualité du produit ;
(ii) réduction des coûts ;
(iii) utiliser des matériaux propres, sûrs et non dangereux pour les humains et les écosystèmes.
Les sous-sections suivantes décrivent les principales considérations pour la sélection des matériaux dans la conception d'emballages circulaires.
Propriétés des matériaux d'emballage réutilisés et recyclés
Matériaux et propriétés mécaniques des matériaux réutilisés et recyclés
La viabilité de la fermeture des boucles de matériaux dépend fortement des propriétés des matériaux réutilisés et recyclés, en particulier de la question de savoir si ces matériaux (ou les composants et produits fabriqués à partir de ceux-ci) peuvent être efficacement récupérés, retraités et redistribués pour être réutilisés ou recyclés, compte tenu de leurs propriétés, caractéristiques et fonctionnalités résiduelles.
Les chercheurs ont exhorté les concepteurs et les ingénieurs à comprendre les propriétés matérielles et mécaniques des plastiques d’emballage, car ceux-ci peuvent se dégrader progressivement après de multiples utilisations ou cycles de retraitement. Les recherches indiquent que les plastiques se détériorent généralement au point de devenir inutilisables après sept itérations de recyclage. Par exemple, des études ont montré que le module élastique du polypropylène (PP) diminue après le retraitement, rendant le matériau moins élastique et plus fragile ; des lavages répétés ont également un impact négatif sur la qualité des emballages PP. De plus, le traitement du polyéthylène téréphtalate (PET) recyclé augmente la viscosité de la matière fondue, réduisant ainsi la fluidité du matériau pendant le moulage par soufflage et conduisant à des produits finis de qualité inférieure. En revanche, le polyéthylène haute densité (HDPE) conserve des propriétés mécaniques presque inchangées au cours de plusieurs cycles de retraitement, ce qui le rend supérieur au PP et au PET à cet égard. D'autres recherches ont exploré le rapport du mélange PET vierge/recyclé, concluant qu'un mélange 70/30 présente des propriétés rhéologiques, mécaniques et thermiques favorables lors de l'extrusion. Des études analysant l'aptitude au traitement et les performances mécaniques des échantillons retraités de PET, de polyéthylène (PE) et de PP ont révélé que les déchets de PET, même avec une forte hétérogénéité, sont bien adaptés au recyclage en boucle fermée et peuvent être recyclés plusieurs fois, alors que les déchets de PP (qu'ils soient mixtes ou de type unique) ne le sont pas, en raison d'une dégradation importante lors du recyclage. Des recherches plus approfondies ont évalué l'impact de la teneur en éthylène-alcool vinylique (EVOH) dans les emballages alimentaires multicouches en PEHD recyclés (par exemple, les bouteilles de yaourt à boire pour la consommation hors domicile). Comme indiqué dans des travaux antérieurs, les plastiques océaniques et autres PEHD recyclés sont mélangés dans un rapport de 1:3 dans certaines applications d'emballage, garantissant ainsi que la composition chimique et la qualité du produit final ne sont pas significativement compromises par les impuretés présentes dans les plastiques recyclés. Lors de la sélection des matériaux pour la conception d'emballages circulaires, les concepteurs doivent également prendre en compte les processus de recyclage ultérieurs : par exemple, le recyclage du PET consomme plus d'énergie en raison de sa résistance aux températures élevées et de sa relative inertie. Une étude sur les impacts économiques et environnementaux de divers polymères a identifié le PP, le PE, le chlorure de polyvinyle (PVC) et l'acide polylactique (PLA) comme options privilégiées, car leur production réduit l'épuisement des ressources fossiles et leur recyclage nécessite moins d'énergie. De plus, les polyoléfines ont un taux de sorption des contaminants plus élevé que le PET, ce qui nécessite un nettoyage intensif lors du recyclage et augmente les coûts associés. Pour des informations détaillées sur les techniques de recyclage et la gestion des déchets plastiques, les lecteurs sont renvoyés à la littérature citée.
Notamment, lors de la sélection des matériaux potentiels, l’application du produit doit être une considération primordiale, car elle restreint largement la disponibilité des matériaux. Par exemple, les emballages rechargeables de gel nettoyant pour les mains nécessitent des matériaux rigides et durables, idéalement translucides dans des zones spécifiques, tandis que les bouteilles de boissons consignées exigent des matériaux élastiques et légers (pour réduire les coûts de transport) avec une excellente retraitement pour plusieurs cycles de recyclage.
Dangers des matériaux recyclés
Bien que le plan d'action de l'UE pour l'économie circulaire encourage l'utilisation de matériaux recyclés comme une « règle d'or », il est crucial de noter que certains matériaux recyclés comportent des dangers inhérents. Les concepteurs doivent être pleinement conscients de ces risques potentiels lorsqu'ils utilisent de tels matériaux dans des applications spécifiques, en particulier les emballages alimentaires et les emballages de jouets pour enfants.
Les polymères recyclés présentent des dangers principalement en raison des phtalates, une classe de produits chimiques nocifs pour la santé humaine couramment ajoutés comme plastifiants lors de la fabrication du plastique. Cependant, l’élimination complète des phtalates n’est pas toujours réalisable, car ils constituent des additifs essentiels pour donner aux produits la forme souhaitée. Des phtalates supplémentaires peuvent être introduits lors du retraitement des plastiques recyclés ou lors d'étapes de production ultérieures (par exemple, étiquetage et collage), et ces substances ne sont généralement pas éliminées lors du recyclage des déchets plastiques ménagers.
Les chercheurs ont développé une base de données documentant les produits chimiques utilisés dans les emballages plastiques, y compris ceux dangereux pour la santé humaine et l'environnement. Des études mesurant la teneur en phtalates dans les plastiques vierges, recyclés et usagés ont révélé que les plastiques recyclés accumulent davantage de phtalates au cours du processus de recyclage. D'autres recherches ont établi un lien entre l'utilisation accrue de bouteilles en PET recyclées dans les emballages alimentaires et une exposition plus élevée aux phtalates chez les enfants. Au-delà des phtalates, d'autres additifs, tels que des retardateurs de flamme, ont été détectés dans les jouets pour enfants, des preuves suggérant que ces substances entrent dans le cycle de vie de nouveaux produits via des matériaux recyclés. Des ignifugeants interdits à base d'éther diphénylique bromé (BDE) ont également été trouvés en concentrations élevées dans divers produits de consommation et emballages nouveaux et réutilisables (y compris des jouets pour enfants et des composants automobiles). Ces BDE bioaccumulables et autres substances persistantes ne peuvent pas être efficacement séparés des flux de déchets plastiques. Des restrictions plus strictes devraient donc être imposées sur l'utilisation de plastiques recyclés pour des produits et des applications spécifiques.
Phase de conception
Après avoir sélectionné les matériaux appropriés, la phase suivante consiste à générer plusieurs concepts de conception d'emballage. Il convient de souligner qu'il s'agit d'un processus itératif depuis la sélection des matériaux jusqu'à la conception conceptuelle, étant donné leur nature interconnectée. Cette sous-section passe en revue et résume les facteurs que les concepteurs doivent prendre en compte lors de la phase de génération du concept.
Emballage réutilisable
Les emballages réutilisables s'alignent parfaitement sur le concept d'économie circulaire et devraient être la priorité des concepteurs lorsque cela est possible : leur utilisation évite les coûts supplémentaires associés au traitement des emballages recyclés et à leur refabrication ultérieure. En général, les emballages réutilisables peuvent être classés en quatre types : les emballages rechargeables en vrac (réutilisables), les emballages parents rechargeables (bouteilles et conteneurs), les emballages consignés (récipients, bouteilles, tasses et assiettes) et les emballages de transit (boîtes et emballages souples).
Les chercheurs ont analysé les facteurs influençant les impacts économiques et environnementaux des emballages réutilisables. Il a été constaté que les taux de retour, les distances de transport ainsi que la difficulté et le coût du tri, du nettoyage et de l'entretien exercent des effets négatifs sur les avantages des emballages réutilisables, toute augmentation de ces facteurs compromettant leur valeur. Un équilibre minutieux doit être trouvé entre les emballages réutilisables et à usage unique, en tenant compte de la production de matériaux, de l'élimination des matériaux à usage unique et des exigences croissantes de transport des emballages réutilisables. De plus, lors de la conception d’emballages réutilisables pour des marchés traditionnellement tributaires d’options à usage unique, les concepteurs doivent comprendre les obstacles à leur adoption. Les recherches indiquent que l’introduction d’emballages réutilisables nécessite des changements systémiques non seulement pour les producteurs et les détaillants mais aussi pour les consommateurs, ce qui n’est possible que grâce à une réorganisation de la chaîne d’approvisionnement et à de nouveaux investissements dans les chaînes de production. Vous trouverez ci-dessous un résumé des principaux obstacles pour chaque partie prenante :
Producteurs : complexité logistique accrue ; réorganisation de la chaîne d'approvisionnement pour s'adapter aux nouveaux scénarios d'emballage et d'inventaire ; des coûts et des retards plus élevés dans le traitement des emballages rechargeables retournés (par exemple, les conteneurs), en particulier dans les chaînes d'approvisionnement mondiales ; des investissements importants pour établir des systèmes de fabrication d’emballages réutilisables.
Détaillants : investissements supplémentaires dans les entrepôts pour stocker les emballages réutilisables retournés (par exemple, les conteneurs) ; des frais supplémentaires pour répondre aux exigences d'hygiène des emballages retournés ; les dépenses courantes pour le nettoyage et l'entretien de l'équipement (par exemple, des distributeurs pour trier et stocker les contenants retournés).
Consommateurs : les principales préoccupations portent sur les inconvénients, notamment :
(i) les problèmes d'utilisation dans tous les groupes d'âge (par exemple, certains emballages rechargeables sont difficiles à utiliser pour les personnes âgées) ;
(ii) la nécessité de retourner les emballages vides aux détaillants ou aux stations désignées pour le remplissage ;
(iii) l'indisponibilité potentielle de recharges ou de remplacements, et (iv) des coûts d'emballage plus élevés.
Les chercheurs ont identifié et évalué 14 facteurs de succès pour les emballages en plastique réutilisables, parmi lesquels la réduction des déchets d'emballage, la diminution des dépenses de transport/emballage/gestion des déchets et l'utilisation efficace de l'espace d'entrepôt sont directement liées à une conception d'emballage efficace. Cependant, d’autres études soulignent que l’engagement de la haute direction, la gestion optimisée des stocks et le soutien simplifié sont les trois facteurs les plus critiques pour la viabilité des modèles commerciaux d’emballages plastiques réutilisables. Les principaux attributs d'un emballage rechargeable efficace ont également été identifiés : bonne qualité et valeur, facilité d'utilisation et réduction significative du volume de matériaux d'emballage produits et distribués.
Utilisation multi-matériaux
L’une des lignes directrices fondamentales de la conception d’emballages circulaires est de minimiser le nombre de matériaux utilisés, ce qui est particulièrement essentiel pour les emballages ménagers en plastique. Les déchets plastiques ménagers sont généralement hétérogènes et peuvent contenir des contaminants, ce qui donne lieu à des plastiques recyclés de moindre qualité qui entravent le recyclage en boucle fermée. Une étude examinant les déchets d'emballage de biberons de préparations pour nourrissons à usage unique dans les maternités irlandaises a révélé que ces biberons sont souvent conçus avec une grande diversité de matériaux (par exemple, biberons, tétines et emballage extérieur), ce qui rend difficile l'identification des méthodes appropriées de traitement des déchets. La recherche a recommandé de réduire la variété des matériaux pour faciliter les processus de recyclage.
De plus, l’utilisation de matériaux multipolymères doit être évitée autant que possible. Les multipolymères contiennent souvent des impuretés qui compromettent la recyclabilité des matériaux et contaminent d'autres déchets plastiques récupérés. Ces matériaux sont généralement rejetés lors du retraitement et détournés vers l'incinération, provoquant une pollution environnementale supplémentaire. Si l'utilisation de multipolymères est inévitable, les chercheurs suggèrent de concevoir des composants individuels séparables (par exemple via une conception modulaire) pour permettre la séparation et le tri des pièces multipolymères lors du recyclage.
Options de fin de vie
Les chercheurs ont étudié les implications environnementales de la réutilisation et du recyclage des emballages, soulignant que les concepteurs doivent considérer et définir les options de fin de vie d'un produit pendant la phase de conception. L'impact environnemental, la législation pertinente, la qualité de l'emballage et les coûts (par exemple, les dépenses de fabrication et de reconditionnement) nécessitent tous une pondération minutieuse, car ces facteurs influencent directement la formulation des politiques de retour.
D'autres chercheurs ont suggéré que les concepteurs devraient repenser la nature de l'emballage, en le présentant non seulement comme un accessoire de protection, mais aussi comme un produit que les consommateurs achètent, possèdent et finissent par jeter. Au lieu des modèles de propriété traditionnels, les consommateurs devraient s'engager dans l'emballage en tant que service : après utilisation, ils retournent l'emballage aux détaillants (et finalement aux producteurs) en échange de crédits pouvant être appliqués à l'achat de nouveaux emballages.
Conception pour la logistique
Les chercheurs ont démontré la complexité logistique accrue et les augmentations de coûts associées, comme indiqué dans des études antérieures. Pour les entreprises commerciales, il est impératif de trouver un équilibre entre les coûts et l’impact environnemental. De plus, l’évaluation de l’impact environnemental comporte de multiples facettes : par exemple, les emballages réutilisables réduisent les déchets mais peuvent augmenter les émissions de CO₂ en raison d’un transport plus fréquent. Une étude a comparé deux systèmes d'emballage et de distribution de fruits et légumes italiens à travers l'Europe : des contenants en carton ondulé jetables et des contenants en plastique réutilisables. Elle a identifié la distance de transport et la taille de l'emballage comme les deux facteurs d'influence les plus critiques.
Cela souligne que les concepteurs doivent intégrer des considérations
liées à la logistique lors du développement d’emballages réutilisables et consignés. Même si les distances de transport sont souvent fixes, les emballages doivent être reconfigurables pour maximiser la capacité de chargement et accueillir davantage d'articles par expédition. Une étude de cas a documenté la refonte des
boîtes d'expédition pour qu'elles soient reconfigurables, leur permettant de contenir des panneaux LCD de différentes tailles et réduisant le besoin de conteneurs supplémentaires pour transporter les articles retournés. Une autre étude a développé un modèle d'emballage conceptuel intégrant la conception technique, les facteurs environnementaux et les systèmes de chaîne d'approvisionnement, qui peut optimiser la conception des conteneurs en carton ondulé afin de minimiser les impacts environnementaux tout au long de la chaîne d'approvisionnement. Les chercheurs ont en outre noté que la réduction des coûts de transport peut être obtenue grâce à la modularité de l'emballage et à des pratiques standardisées.
Les chercheurs ont également exprimé leurs inquiétudes quant à l’augmentation des émissions de gaz à effet de serre liées aux multiples transports d’emballages réutilisables. Un exemple notable est une étude comparant les impacts environnementaux de deux matériaux d’emballage de mangues au Brésil : le composite réutilisable et le carton traditionnel à usage unique. Les principales préoccupations concernaient la consommation électrique plus élevée pour la production d'emballages composites et la plus grande consommation de carburant pour le transport des conteneurs composites plus lourds. L'étude a révélé qu'après plus de quatre utilisations, les émissions de CO₂ liées au transport des emballages composites sont devenues moins favorables à l'environnement que celles des boîtes en carton à usage unique, en raison de la grande taille géographique du Brésil nécessitant un transport sur de longues distances. De plus, le carton à usage unique au Brésil est incinéré à des fins de valorisation énergétique. Ainsi, le carton à usage unique s’est avéré une meilleure option après quatre réutilisations d’emballages composites. En revanche, les résultats ont montré que le seuil de rentabilité (à partir duquel les emballages composites deviennent plus respectueux de l’environnement) n’a été atteint qu’après 35 réutilisations dans le contexte européen. Cela indique que même si les concepteurs sont généralement encouragés à maximiser les cycles de réutilisation des emballages, les distances de transport et les émissions de gaz à effet de serre qui en résultent ne peuvent être négligées.
De plus, si les produits et leurs emballages ciblent des marchés locaux ou régionaux, les taux de retour locaux doivent être intégrés dans le processus de conception. Une étude a évalué le système de collecte des déchets d'emballages ménagers en Slovaquie, révélant que le taux de recyclage de certains matériaux (par exemple les emballages de boissons en PET) était nettement inférieur aux objectifs de l'UE, avec des variations observées entre deux villes. Les chercheurs ont ajouté que les taux de recyclage sont un facteur déterminant affectant les coûts logistiques totaux, car des taux de recyclage plus élevés sont généralement corrélés à des coûts associés plus faibles. Par conséquent, lors de la sélection des matériaux, les concepteurs doivent tenir compte des taux de retour ou de recyclage locaux de ces matériaux. Des choix de matériaux éclairés sont essentiels pour faciliter le recyclage des déchets locaux et ainsi réduire les coûts globaux.
Phase de développement de la conception
Fonctionnalité de l'emballage
Si la fonction première de l'emballage est de protéger le produit emballé, d'autres facteurs influençant la qualité de l'emballage et l'expérience utilisateur sont également étroitement liés à la production de déchets. Les chercheurs ont souligné que les recherches actuelles se concentrent fortement sur l’allongement de la durée de vie des produits ou sur l’utilisation des déchets comme matière première, mais n’accordent pas suffisamment d’attention aux causes profondes des déchets. Une étude portant sur le gaspillage alimentaire lié à une conception inadéquate des emballages a identifié trois principaux facteurs de gaspillage inutile : « la difficulté à vider complètement l'emballage », « les emballages endommagés » et « les aliments se gâtent rapidement dans un emballage refermable ou ouvert ». Cela indique que les emballages alimentaires doivent être conçus pour être facilement vidés et refermés, tout en offrant une protection physique et chimique adéquate pour le contenu.
Les chercheurs conseillent aux concepteurs d'envisager une double perspective dans la conception des emballages alimentaires : bien que les emballages, en particulier les emballages à base de plastique, augmentent les volumes globaux de déchets, ils réduisent simultanément le gaspillage alimentaire en protégeant les produits et en prolongeant la durée de conservation. Les indicateurs clés pour la conception des emballages alimentaires comprennent la prolongation de la durée de conservation, la réduction des dommages alimentaires et la réduction au minimum des emballages secondaires. D'autres études ont montré que l'impact environnemental des emballages alimentaires est relativement mineur par rapport à celui des aliments qu'ils contiennent.
Dans une étude distincte, les chercheurs ont repensé l'emballage rechargeable d'un produit nettoyant pour le corps et ont découvert que le facteur critique de succès était de garantir que les consommateurs puissent facilement comprendre comment remplir le contenant principal et utiliser le produit. Au-delà de la durabilité attendue des emballages rechargeables, la fonctionnalité est tout aussi importante et ne doit pas être compromise.
Taille, forme et couleur
Du point de vue du recyclage, une bonne pratique générale consiste à éviter d’utiliser des plastiques noirs ou de couleur foncée pour les emballages. La principale raison est que la plupart des installations de tri utilisent des scanners à spectroscopie proche infrarouge (NIR), qui sont confrontés à des défis techniques pour détecter les plastiques noirs ou foncés. Néanmoins, 10 à 11 % des plastiques PET, PP et PE actuellement utilisés dans les emballages sont noirs.
Concernant la taille et la forme de l’emballage, les concepteurs doivent équilibrer le volume de recharge et le coût. Les emballages rechargeables sont souvent conçus pour être grands pour contenir plus de contenu, maximisant ainsi les avantages économiques, mais les emballages plus grands augmentent le coût de l'emballage qui est déjà plus cher que les alternatives à usage unique. Les chercheurs suggèrent que les emballages alimentaires doivent être bien adaptés au contenu des aliments : il a été constaté que l’utilisation d’emballages de dimensions appropriées réduisait à la fois les pertes/gaspillages alimentaires et les déchets d’emballage. Les chercheurs ont également souligné que les emballages surdimensionnés contribuent grandement au gaspillage alimentaire et doivent être évités. De plus, pour réduire davantage les coûts d’emballage, des études soulignent la nécessité de réduire la variété des formes et des tailles d’emballage.
Conception modulaire et étiquetage
La conception modulaire est une théorie de conception qui subdivise un produit ou un système en éléments constitutifs plus petits. Ces pièces peuvent être conçues, modifiées, produites, remplacées ou échangées indépendamment au sein d’un seul produit ou entre différents produits et systèmes. Pour les emballages composés de matériaux divers ou de multipolymères, une conception modulaire doit être adoptée lorsque cela est possible. Cela facilite la séparation et le tri des différents matériaux, ce qui est particulièrement critique pour les multipolymères, qui ne peuvent pas être mélangés avec d'autres polymères pour le recyclage, car un tel mélange entraînerait une dégradation substantielle des matériaux recyclés.
Dans une étude de cas sur le cycle de vie des emballages de canettes de boissons de Carlsberg, les chercheurs ont découvert que la conception du corps et du couvercle de la canette pour une séparation facile améliorait la recyclabilité, en particulier dans plusieurs systèmes de recyclage en boucle fermée. Un étiquetage clair de la composition des matériaux et des directives de recyclage a également été identifié comme essentiel pour parvenir à un recyclage de haute qualité. Une autre étude a proposé une structure en polyéthylène (PE) à trois couches pour les emballages alimentaires : des couches extérieures en PE vierge (pour la sécurité du contact alimentaire) et une couche intermédiaire constituée de films PE flexibles recyclés. Cette conception réduit le recours aux matériaux vierges en incorporant du PE recyclé dans la couche sans contact alimentaire, un concept qui peut être étendu aux emballages modulaires, où des matériaux recyclés sont utilisés pour des composants spécifiques. Les hôpitaux génèrent des volumes importants d’emballages plastiques et de déchets de produits ; une étude sur les déchets d’emballages de bouteilles de préparations pour nourrissons à usage unique a révélé qu’un étiquetage clair de recyclabilité pour chaque composant réduisait la complexité des processus de gestion et de recyclage des déchets.
Intégrer le concept d’économie circulaire dans le design
Les avantages environnementaux des emballages circulaires dépendent non seulement des caractéristiques de conception de l'emballage (par exemple, les matériaux utilisés et l'apparence visuelle), mais également de la volonté des consommateurs d'acheter de tels produits. Des études ont montré que l'apparence visuelle et la publicité influencent la perception des consommateurs quant à la durabilité des emballages. Des chercheurs étudiant les réactions des consommateurs à la conception d’emballages – du point de vue des matériaux et des graphismes – ont découvert que les consommateurs sont prêts à payer plus cher pour un emballage durable. Une autre étude sur la motivation des consommateurs à éviter les déchets d'emballages plastiques a révélé une volonté de payer un supplément pour les matériaux d'emballage recyclés et recyclables, en particulier les plastiques. Cependant, le terme « durabilité » est ambigu pour les consommateurs, qui s'appuient souvent sur des croyances profanes inexactes, parfois trompeuses, pour juger de la durabilité d'un emballage. Les chercheurs conseillent vivement que les concepts d'économie circulaire, tels que les emballages rechargeables pour les nettoyants corporels, soient clairement communiqués aux consommateurs, avec une différenciation distincte entre les emballages originaux et les recharges.
Cela souligne la nécessité cruciale d'intégrer les principes de l'économie circulaire dans la conception des emballages, en soulignant les contributions positives du produit et/ou de l'emballage à la circularité. Une étude de synthèse a également noté que la volonté des consommateurs de recycler les emballages en plastique est motivée par des préoccupations environnementales, et que les messages écologiques peuvent renforcer leur motivation à recycler. Ainsi, les concepteurs doivent réfléchir à la manière d’intégrer et de transmettre de manière optimale ces messages à travers la conception des emballages afin de stimuler l’engagement des consommateurs dans le recyclage. Cependant, les chercheurs mettent en garde contre une utilisation excessive des concepts de l'économie circulaire : l'incorporation de plusieurs de ces principes dans un seul emballage n'augmente pas la volonté des consommateurs d'acheter ou de recycler, car cela ne procure qu'une satisfaction morale supplémentaire minime de ces actions.
Pièges de conception
Au-delà des diverses considérations de conception qui améliorent l’emballage circulaire, il existe des pièges courants dans les conceptions d’emballages traditionnelles que les concepteurs devraient éviter. Par exemple, la laque est largement utilisée dans l'industrie de l'emballage des boissons (par exemple les canettes en aluminium). Cependant, les chercheurs estiment que même une faible utilisation de laque et d'autres substances (par exemple, à des concentrations de parties par million) peut nuire à la recyclabilité. La composition chimique de la laque peut introduire des contaminants lors du recyclage, empêchant ainsi la réutilisation des matériaux. Le principe de « conception zéro contamination » devrait être intégré dans la conception des emballages pour permettre le recyclage de canette à canette. De plus, comme indiqué précédemment, la combinaison de stratégies biologiques et techniques ou l'application excessive de plusieurs approches de conception d'économie circulaire n'améliore pas significativement la fonctionnalité de l'emballage ni n'augmente la volonté d'achat des consommateurs.
En outre, les chercheurs ont proposé des considérations clés pour la conception d'emballages rechargeables pour les produits de soins personnels (par exemple, les nettoyants pour le corps). Un constat crucial a émergé : malgré la faisabilité technique de remplir et de réutiliser de tels emballages plus de 10 fois, les consommateurs sont réticents à payer un supplément pour ce potentiel de réutilisation étendu. Au lieu de cela, les consommateurs préfèrent accéder à une large gamme de parfums, ce qui rend les recharges répétées du même parfum moins souhaitables.
Outils et indicateurs pour la validation de la conception
Après avoir finalisé la conception détaillée, l’emballage proposé est soumis à une évaluation et une validation rigoureuses. Une gamme d'outils, tels que les outils d'analyse du cycle de vie (ACV), peuvent faciliter ce processus, et il convient de noter que ces outils sont applicables à toutes les phases de conception. Cette sous-section décrit les outils et indicateurs identifiés dans la littérature qui démontrent le potentiel de soutenir la conception d'emballages circulaires.
Les chercheurs ont développé un outil basé sur l'ACV pour évaluer les impacts environnementaux, la production de déchets et la consommation de ressources. Une autre étude a établi un ensemble d'indicateurs pour évaluer les effets environnementaux de la conception des emballages, notamment la toxicité des matériaux, l'impact sur la biodiversité et la consommation d'énergie, et a présenté un tableau « éco-indicateur » pour évaluer les concepts d'emballage dans trois dimensions : production, transport, mise en décharge et recyclage. Un modèle d'exploration de données a également été proposé, qui réduit la variété des tailles d'emballage en regroupant des formes et des tailles similaires, en les remplaçant par un seul modèle d'emballage universellement adapté. Les chercheurs ont proposé cinq critères pour évaluer la conception d’emballages circulaires :
(i) réduire (minimisation de l’emballage) ;
(ii) réutilisation ;
(iii) récupération (récupération d'énergie issue de la combustion des déchets d'emballages sans pollution secondaire) ;
(iv) recycler ;
(v) dégradabilité.
Des mesures correspondantes pour la conception d'emballages circulaires ont également été suggérées, exhortant les concepteurs à sensibiliser les consommateurs à l'économie circulaire et à utiliser rationnellement les ressources d'emballage logistique. De plus, un outil ACV a été développé pour aider les concepteurs à évaluer les impacts environnementaux sur les processus de production de matériaux, de nettoyage des emballages retournés, de transport et de gestion des déchets, tandis qu'un autre outil ACV intégré a été créé pour analyser les compromis entre la fonctionnalité de l'emballage et la performance environnementale.
D'autres chercheurs ont proposé un cadre combinant l'ACV et le programme de certification Cradle-to-Cradle (C2C). Des études ont examiné le protocole de conception C2C, le cadre d'évaluation de la durabilité du cycle de vie et l'indicateur de circularité matérielle (MCI). Le protocole de conception C2C repose sur trois principes fondamentaux : « les déchets sont synonymes de nourriture », « utiliser les revenus solaires actuels » et « célébrer la diversité », avec des critères de certification clés liés aux emballages, notamment la santé et la réutilisabilité des matériaux, la gestion du carbone et l'utilisation des énergies renouvelables. Le MCI évalue le potentiel de restauration des matériaux depuis la production du produit jusqu'au recyclage, avec des facteurs liés à la conception de l'emballage primaire, notamment le contenu des matériaux recyclés, le taux de recyclage et l'efficacité du recyclage. Un examen de trois types de modèles et d'outils de développement d'emballages (protocoles, diagrammes et évaluations) a révélé que les modèles de type évaluation (par exemple, LCA) sont plus utiles dans les étapes de développement ultérieures. En revanche, les modèles de type protocole manquaient de descriptions tangibles, ce qui limitait leur efficacité dans la conception d’emballages circulaires.
Conclusions
Le modèle traditionnel de production et de consommation d’emballages est linéaire : les emballages sont conçus, fabriqués, consommés, jetés et finalement incinérés ou mis en décharge. En revanche, l’économie circulaire vise à atteindre le zéro déchet en gardant les ressources en boucle fermée le plus longtemps possible, plutôt que de les laisser devenir des déchets nuisibles aux écosystèmes terrestres. L'intégration des principes de l'économie circulaire exige des innovations dans la conception des emballages : environ 80 % des impacts environnementaux sont déterminés au cours de cette étape, qui définit en grande partie les matériaux d'emballage, les processus de production, les modes de consommation, le potentiel de réutilisation et la recyclabilité. Cela rend le design essentiel à la réalisation d’une économie circulaire. À notre connaissance, cette étude est la première revue universitaire à explorer les recherches actuelles sur la conception d’emballages et l’économie circulaire dans une perspective centrée sur la conception.
Bien que cette revue de la littérature se concentre principalement sur la recherche universitaire, il convient de noter que l’industrie adopte activement des pratiques d’emballage circulaires. Les recherches futures devraient examiner et synthétiser les avancées industrielles dans le domaine de l’emballage circulaire, ce qui pourrait fournir des orientations concrètes à une communauté plus large de praticiens de l’emballage. En outre, les résultats de cette étude devraient profiter aux concepteurs, aux responsables de R&D et aux professionnels de l’industrie de l’emballage dans le développement de solutions orientées vers l’économie circulaire, les considérations de conception identifiées servant de référence pratique. Les enseignants peuvent également exploiter ces résultats pour former la prochaine génération de talents axés sur l’économie circulaire.
