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Minimiser l’impact environnemental post récolte des aliments frais par éco-conception du couple « emballage sous atmosphère modifiée/chaîne du froid »

Mis à jour le 01/04/2019
Publié le 19/02/2019
Mots-clés : Glofoods - cepia - 3PERF-2

Etudier l'impact de l'emballage sous atmosphère modifiée (EAM) dans le cas de la fraise

Le bénéfice santé des aliments frais n’est plus à démontrer, pourtant leur grande fragilité induit des pertes et gaspillages post-récoltes considérables qui constituent un verrou majeur à leur consommation et un point critique de leur impact environnemental. La réfrigération permet de réduire ces pertes en ralentissant la vitesse de dégradation de l’aliment, mais son empreinte carbone en réduit le bénéfice environnemental. L’Emballage sous Atmosphère Modifiée (EAM) constitue la principale alternative au froid en maintenant dans l’environnement proche de l’aliment une concentration en gaz (O2 et CO2) favorable au ralentissement des cinétiques de dégradation mais l’impact positif de l’emballage lui-même est mal évalué. Le projet Pack4Fresh a développé une approche innovante permettant, pour la première fois, de quantifier le bénéfice de l’emballage sous atmosphère modifiée sur la durée de vie des produits et sur la réduction des pertes post-récoltes afin d’en évaluer le bénéfice environnemental par Analyse de Cycle de Vie. Un gain de durée de vie allant de 0.3 jours à 2.8 jours en fonction de la combinaison EAM et chaîne du froid appliquée a été obtenu pour la fraise, par rapport au mode de conservation classique (emballage macro-perforé sans atmosphère modifiée). Si l’atmosphère modifiée est préservée tout au long de la chaîne post-récolte, y compris chez le consommateur, la réduction des pertes chez le consommateur peut atteindre 40 % et engendrer un bénéfice environnemental, évalué par ACV, de plus de 25% comparé à la situation initiale (pas d'EAM et conservation à température ambiante). En termes de potentiel de réduction des pertes, l’EAM employé comme seule technique de conservation ne permet pas de compenser le bénéfice d’une réfrigération exclusive sur toute la chaîne post-récolte. Ce bénéfice s’inverse si l’on intéresse au bilan environnemental du fait de l’empreinte carbone très important de la chaîne du froid. Ainsi, une solution se basant sur l’usage d’un EAM à température ambiante, bien que cette dernière génère près de 7% de pertes chez le consommateur, est équivalente d'un point de vue environnemental à une solution mettant en œuvre 100% de réfrigération et permettant de réduire les pertes à seulement 3,5 % chez le consommateur.

  • Contexte et enjeux

Réduire les pertes et gaspillages des fruits et légumes frais est une urgence à traiter étant donné qu’ils représentent environ 40% des pertes et gaspillages à l’échelle mondiale avec un impact environnemental conséquent (à peu près 30% de la production agricole est perdue ou gaspillée chaque année en Europe ce qui correspond à 495 millions de tonnes d’équivalent CO2 émis, une consommation de 37 milliards de m3 d’eau et 210 millions d’hectares de terre occupés en vain) [1-2]. Si le gaspillage, défini comme l’élimination volontaire de produits alimentaires encore consommables, est difficile à anticiper et prévenir, les pertes, liées à une problématique de conservation du produit peuvent, quant à elles, être plus facilement limitées en mettant en place une stratégie de conservation adéquate. Cependant, si la stratégie mise en œuvre (e.g. emballage barrière, utilisation de la chaîne du froid, etc.) peut s’avérer très efficace pour réduire les pertes alimentaires et donc l’impact environnemental, elle a, elle-même, un impact qui n’est que rarement évalué et mis en balance avec le bénéfice obtenu.

L’emballage sous atmosphère modifiée (EAM) basé sur la modification des concentrations de gaz intra-emballage (diminution de l’O2 et augmentation du CO2) liée à la respiration du produit et à une perméation contrôlée de ces gaz via l’emballage, peut ralentir le métabolisme respiratoire et la sénescence du produit au même titre qu’un abaissement de température. L’EAM peut être donc une alternative intéressante à l’usage exclusif de la chaîne du froid permettant de réduire l’intensité de la réfrigération ou bien de s’en passer totalement ou en partie sur la chaîne post récolte.

Si le bénéfice des EAM a souvent été souligné et, au cas par cas, mis en évidence par de nombreux scientifiques, il n’existait pas, au démarrage de ce projet, d’études ayant quantifié d’une manière claire et transparente le bénéfice des EAM sur la conservation des produits et formalisé le lien avec la réduction des pertes et l’impact environnemental en résultant. Dans ce contexte et dans le but de proposer une approche d’écoconception pour la conservation des fruits et légumes frais dans la chaîne post-récolte, le projet Pack4Fresh s’est intéressé à trois grands aspects : i) le développement d’un modèle de détérioration d’un produit sous EAM permettant de décrire et prédire l’effet des atmosphères modifiées sur la détérioration du produit ; ii) la prédiction des pertes de produit emballé en stockage post-récolte et plus particulièrement chez le consommateur, en tenant compte de ses pratiques en matière de stockage (température, préservation de l’EAM) et de consommation ; iii) l’évaluation de l’impact environnemental du système EAM à l’aide d’une analyse de cycle de vie (ACV) en prenant en compte la quantification du bénéfice environnemental en terme de réduction des pertes et en le comparant avec le poids environnemental de l’emballage lui-même et de la chaîne du froid.

Ce travail a été mené sur un cas d’étude, la fraise, produit hautement périssable.  C’est un projet transdisciplinaire qui a nécessité une collaboration étroite entre les sciences des aliments et génie des procédés alimentaires (UMR IATE), les sciences humaines et sociales (UMR MOISA) pour l’analyse du comportement du consommateur et les sciences de l’environnement, (UMR QUALISUD et pôle ELSA spécialisé en Analyse de Cycle de Vie (ACV).

Impact de l'utilisation d'EAM sur la détérioration de fraises "Charlotte". © Inra, C. Matar
Impact de l'utilisation d'EAM sur la détérioration de fraises "Charlotte" © Inra, C. Matar

  • Résultats

Ce projet a tout d’abord permis la mise en place d’une méthode complète de suivi de la durée de vie des produits conditionnés sous EAM en tenant compte de l’acceptabilité du consommateur. Cette méthode a été validée et appliquée à la fraise de variété "Charlotte". Les expérimentations qui ont été réalisées, nous ont permis de développer un modèle de prédiction de la détérioration du produit intégrant la composition de gaz autour du produit et de la température. L’intersection entre la courbe de détérioration et la détérioration maximale acceptable, cette dernière étant évaluée visuellement par un panel de consommateurs non avertis, permet d’évaluer la durée de vie au-delà de laquelle le consommateur refuse l’achat, le produit étant alors jeté [3-4].

Ensuite, pour aller plus loin dans l’approche, le modèle de détérioration précédent a été utilisé pour estimer un pourcentage de pertes de produit chez le consommateur en se basant sur une hypothèse de proportionnalité entre ce pourcentage de perte et le pourcentage de produit dégradé. Ce produit ne sera donc pas consommé mais jeté après avoir été ôté de son emballage. Ce pourcentage de dégradation donc de pertes dépend bien évidemment des conditions de stockage mise en œuvre (EAM, réfrigération, etc.) et du comportement du consommateur. En effet, les sondages réalisés par l’UMR MOISA auprès de plus de 800 consommateurs ont révélés que 21.4 % des consommateurs seulement gardaient l’emballage intègre jusqu’à la consommation des fraises alors que les autres l’enlèvent systématiquement après achat, perdant alors le bénéfice de l’EAM pour l’étape de conservation domestique. Par ailleurs, 42.8 % des consommateurs garderaient le produit au réfrigérateur, les autres à température ambiante. 132 scenarii post récolte ont donc été simulés pour tenir compte de la diversité des comportements à chaque étape (coopérative, grossiste, distribution, consommateur). L’exploration numérique de ces 132 scénarii possibles de conservation et leurs probabilité d’occurrences dans la chaîne post-récolte a montré que, dans les conditions actuelles de stockage, en France, le pourcentage de perte enregistré chez le consommateur en utilisant l’emballage actuel, macro perforé, (donc sans atmosphère modifiée) serait de 9.2%. Ces pertes correspondent aux produits consommés et dont une partie seulement est jetée. Le gaspillage des produits n’est pas considéré dans cette approche.
En mettant en œuvre une EAM dans la filière ‘fraise’ en France, une réduction de 40% des pertes pourraient être obtenues en considérant que 100% des consommateurs conservent l’emballage intègre jusqu’au moment de consommation et dans les conditions de réfrigération domestique actuellement rencontrées. Cette réduction pourrait s’élever à 70% en mettant en œuvre une EAM jusqu’à l’instant de consommation, et un suivi stricte de la chaine du froid y compris chez le consommateur [5].

Enfin, l’impact environnemental de l’utilisation des EAM en complément ou en alternative à la réfrigération a été évalué et comparé à l’emballage actuel (emballage macro perforé sans atmosphère modifiée). Cette comparaison se base sur le bénéfice des EAM sur la réduction des pertes évaluées à l’étape finale ‘consommateur’. Il s’avère qu’un EAM optimisé, même si le produit est conservé en grande partie à température ambiante chez le consommateur, permet de réduire de 20% l’impact environnemental comparé à l’emballage macro perforé, conservé au froid. Ce gain environnemental n’est pas uniquement dû à la réduction des pertes mais bien également à la réduction de l’usage de la chaine du froid, très consommateur en énergie. Cette approche mérite d’être affinée en complétant les informations sur la réduction des pertes à chaque étape, et notamment à l’étape de distribution. Il s’avère qu’il existe une balance à déterminer entre l’impact négatif des solutions d’emballage et de réfrigération à mettre en œuvre pour limiter les pertes et l’impact positif de réduction de ces pertes. Ainsi, une solution mettant en œuvre 100% de réfrigération et permettant de réduire les pertes à seulement 3,5 % chez le consommateur serait plus coûteuse d’un point de vue environnemental que la solution se basant sur l’usage d’un EAM à température ambiante bien que cette dernière génère près de 17% de pertes [6].

  • Perspectives

L’approche développée chez le consommateur liant les pertes à la détérioration du produit doit aussi être développée au niveau des autres étapes de la chaîne. Par exemple, l’étape distributeur est intéressante à étudier, vu qu’elle concentre le second plus haut pourcentage de pertes (10%) après l’étape consommateur (30%). De plus, à l’étape distributeur, les pertes sont concentrées à un seul endroit et sont plus facile à contrôler que l’étape consommateur. En dépit de multiples enquêtes menées sur le sujet, l’évaluation des pertes aux différentes étapes de la filière reste imprécise : les plages de variation sont très élevées (entre 2 et 30% pour l’étape consommateur). À noter aussi que la définition des pertes n’est pas claires elle-même entre les études menées sur le sujet. En d’autres termes, on ne sait pas exactement ce que ces pourcentages de perte représentent. C’est une piste intéressante de recherche à creuser et qui contribuera à valider les pourcentages de pertes évaluer dans cette étude ou permettra de mesurer plus précisément les pertes liées au comportement du consommateur. L’approche développée dans ce projet combinant à la fois l’expérimentation et la simulation numérique pourra être testé sur d’autres filières agro-alimentaires comme dans le cadre du projet H2020 GLOPACK (http://glopack2020.eu/about/) sur la filière viande ou produits laitiers.

  • Valorisation, références bibliographiques

1. Matar, C., Gaucel, S., Gontard, N., Guilbert, S., & Guillard, V. (2018). Role of Modified Atmosphere Packaging in the sustainability of the post-harvest chain of fresh fruit and vegetables (forthcoming)
2. Matar, C., Gaucel, S., Gontard, N., Guilbert, S., & Guillard, V. (2018). Quantifiying/Modelling shelf life of fruit and vegetables in MAP: A multicriteria decision based on product’s quality and postharvest actors’ behavior (forthcoming)
3. Matar, C., Gaucel, S., Gontard, N., Guilbert, S., & Guillard, V. (2018). Predicting shelf life gain of fresh strawberries ‘Charlotte cv’ in modified atmosphere packaging. Postharvest Biology and Technology, 142(December 2017), 28–38. https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2018.03.002
4. Matar, C., Gaucel, S., Gontard, N., Guilbert, S., & Guillard, V. (2018). A global visual method for measuring the deterioration of strawberries in MAP. MethodsX, 5(April), 944–949. https://doi.org/10.1016/j.mex.2018.07.012
5. Matar, C., Guillard, V., Gauche, K., Costa, S., Gontard, N., Guilbert, S. &. Gaucel, S., (2018). Considering consumer’s behaviour and practices in the prediction of postharvest losses reduction for fresh strawberries packed in Modified Atmosphere Packaging. Innovative Food Science and Emerging Technologies (forthcoming)
6. Matar, C., Hélias, A., Gaucel, S., Gontard, N., Guilbert, S., & Guillard, V. (2018). Benefit of MAP at consumer’s stage on the overall environmental impact of the postharvest chain of packed strawberries (forthcoming)

  • Contact

Valérie Guillard (valerie.guillard@umontpellier.fr), Nathalie Gontard (nathalie.gontard@inra.fr), Sébastien Gaucel (sebastien.gaucel@inra.fr), UMR 1208 IATE, Département CEPIA, Centre Occitanie Montpellier