Capsulage des bocaux en verre

Introduction

Le capsulage est l’opération mécanique qui consiste à fermer hermétiquement un récipient avec une capsule. Le système récipient-capsule constitue ce qu’on appelle « l’emballage ».

On trouve, dans le commerce, plusieurs types d’emballages dont la fermeture est assurée par capsulage : « récipient en verre-capsule métallique »,  « récipient en verre-capsule plastique », « récipient plastique-capsule plastique », etc.  Mais dans ce document, nous nous limiterons essentiellement au système emballage constitué d’un bocal en verre et d’une capsule métallique.

En agroalimentaire, le capsulage est utilisé comme technique de fermeture pour la conservation des denrées alimentaires : après remplissage du récipient par le produit, il est fermé par une capsule, puis l’ensemble est soumis à un traitement thermique adéquat. La sécurité du produit alimentaire ainsi réalisé ne peut être garantie que par la maîtrise de cette opération de capsulage via des contrôles programmés.

Différents éléments composant un bocal en verre

Un bocal en verre est constitué de trois éléments de base : la bague, le corps et le fond. Chacun de ces éléments est fabriqué par une moule qui lui est y spécifique. A côté de ces trois éléments, on peut remarquer sur certains types de bocaux, la présence d’un col. Ce dernier, lorsqu’il est présent, se présente sous forme d’une partie cylindrique située entre le corps et la bague.

La figure 1 représente les différents éléments composant un bocal en verre.

éléments composant un bocal en verre

Bague

La bague est la partie supérieure du bocal. Elle est fabriquée à l’intérieure d’un moule sous forme de bague et sert à retenir le couvercle (la capsule) grâce au filetage en verre.

L’examen d’une bague de bocal fait ressortir l’existence des éléments suivants : la surface de scellage, le filetage, la contre-bague de transfert et deux plans de joint dont l’un est vertical et l’autre est horizontal.

Surface de scellage

La surface de scellage est la partie qui se situe au sommet de la bague ; parfois, elle peut couvrir aussi une partie latérale de la bague. C’est cette surface qui entre en contact avec le joint de la capsule et assurant ainsi l’étanchéité de la fermeture.

Filetage

Le filetage est un bourrelet en verre situé sur la partie latérale de la bague et sert à retenir la capsule sur le bocal. Il peut être continu ou discontinu (Figure 2), et donc adaptée à un type de capsule bien spécifique.

Le filetage continu est constitué d’un seul bourrelet sous forme d’une spirale servant de guide au filetage continu d’une capsule vissante.

Le filetage discontinu est composé de plusieurs bourrelets effilés agencés tout autour de la circonférence de la bague. Il permet, dans le cas de la capsule de type ¼ de tour (Twist-off), de guider les pattes et de la bloquer sur le bocal en moins d’un tour. Le nombre de bourrelets composant le filetage ainsi que leur configuration sont déterminés par le fabricant des capsules. La figure 2 représente quelques types de filetages.

quelques types de filetages bocaux

Contre-bague de transfert

La contre-bague est un bourrelet horizontal en verre situé près de la base de la bague, juste avant le plan vertical de bague (Figure 1). Cet élément n’a aucun rôle dans le capsulage ; il sert uniquement à la manipulation des bocaux et peut ne pas être présent sur certains types de bocaux.

Plans de joint de bague

Le plan de joint de bague est une ligne verticale ou horizontale apparaissant sur la bague.

Le plan de joint vertical de bague est causé par l’assemblage des deux moitiés de la bague, alors que le plan de joint horizontal (plan de joint bague/corps) est causé par l’assemblage de la bague avec le corps. Dans le cas des bagues formées d’une seule pièce, le plan de joint vertical ne peut être présent.

Fond

Le fond est la partie inférieure du bocal sur laquelle celui-ci repose (Figure 1). Il est caractérisé par la présence du « plan de joint fond » qui se présente sous la forme d’une ligne horizontale causée par l’assemblage du fond avec le corps ; et de la surface portante. Cette dernière peut avoir une surface spéciale, adaptée à l’empilement des bocaux l’un sur l’autre.

Corps

Le corps est la partie du bocal qui se trouve entre le fond et la bague ou le col lorsqu’il existe. Les différentes parties du corps d’un bocal sont : l’épaule, le talon, la paroi latérale et le plan de joint de corps (Figure 1).

  1. Epaule : l’épaule est la partie du corps où le diamètre diminue pour s’adapter au col ou, en son absence, à la bague.
  2. Talon : le talon est la partie du corps où le diamètre diminue pour s’adapter au fond.
  3. Paroi latérale : la paroi latérale est la partie du corps comprise entre le talon et l’épaule.
  4. Plan de joint de corps : Ligne verticale apparaissant à la surface du corps et causée par l’assemblage des deux moitiés du corps.

Capsule

La capsule est le couvercle qui ferme un bocal ; il peut être métallique ou plastique. Dans ce document, nous nous intéressons plus particulièrement aux capsules métalliques.

Plusieurs types de capsules sont disponibles sur le marché. Le choix de l’un ou l’autre est conditionné par le produit à conditionner, le procédé à utiliser, le type du bocal et aussi par le prix de la capsule.

Caractéristiques des capsules

Les principaux éléments constituant une capsule métallique sont représentés sur la figure 3.

éléments d'une capsule quart-de-tour

La partie plane de la capsule est appelé « Macaron » au centre de laquelle se trouve éventuellement le « diaphragme de sécurité ». Ce dernier, lorsqu’il existe, sert à détecter, dans les produits conditionnés sous vide, les bocaux dont le vide est imparfait ou inexistant. Pour le consommateur, ce diaphragme constitue une preuve d’étanchéité : à l’ouverture du bocal, le diaphragme se soulève et émet un bruit caractéristique (« pop »). Ceci indique que le bocal était bien fermé et qu’il est ouvert pour sa première fois.

Sur la face interne de la capsule, on note la présence d’un joint en plastique qui couvre la partie destinée à être en contact avec la surface de scellage du bocal ; c’est le joint d’étanchéité. Ce dernier est l’élément qui assure vraiment la fermeture hermétique du bocal. Les joints d’étanchéité sont fait de plusieurs matières, et ce, en fonction du produit alimentaire et du procédé employé. Il en existe deux sortes : joint coulé (cas des capsules quart-de-tour) et joint moulé (cas des capsules Press-on, Twist-off). Dans le cas des capsules quart-de-tour, le joint d’étanchéité est appliqué sur la face interne du macaron, alors que dans le cas des capsules PT (Press-on, Twist-off), celui-ci est appliqué sur la face interne du macaron et celle de la partie latérale.

La partie latérale de la capsule est appelée « bague de serrage » ; c’est celle-ci qu’on tient pour viser ou dévisser la capsule. Cette partie, en vue de face, cache deux éléments importants : l’ourlet et les pattes.

L’ourlet est la partie recourbée en bas de la bague de serrage. Il sert à améliorer la rigidité de la capsule.

Les pattes se présentent sous forme de tubérosité dans l’ourlet. Leur rôle est de maintenir la capsule scellée en s’encastrant sous le filetage de la bague du bocal. Le nombre des pattes est de 4, 6 ou 8 selon le diamètre de la capsule. Il est à noter que la présence des pattes est une caractéristique des capsules Twist-off ; les autres types de capsules sont pourvus de pattes.

Types de capsules

On distingue généralement cinq groupes de capsules : les capsules Eurocap, les capsules de pression, les capsules quart-de-tour, les capsules PT et les capsules vissantes.

Capsules Eurocap

Les capsules de type Eurocap (Figure 4) sont généralement utilisées pour la fermeture des bouteilles en verre contenant des boissons gazeuses (limonades, bière, etc.).

capsule Eurocap

L'étanchéité de la fermeture est horizontale et assurée par l'intermédiaire d'un joint plastique coulé, qui épouse sous pression la bague de la bouteille.

Les capsules ont avant sertissage une forme évasée ; le principe d'application consiste à replier les crochets de la capsule sous la bague de verre qui impose une pression sur le joint. De ce fait, les capsules Eurocap résistent à une certaine pression interne.

Une conserve ainsi bouchée ne peut être ouverte qu'avec un outil adapté faisant levier ; elle est donc inviolable sur les lieux de vente. Après ouverture de l’emballage, la capsule ne peut être réutilisée pour la fermeture de la bouteille.

Capsule de pression (Pry-off)

Les capsules de pression (Anglais : Pry-off cap) sont destinées aux bocaux avec des bagues sans filetage (Figure 2). Dans ce cas de capsules, l’étanchéité est latérale est assurée par un joint en caoutchouc plaqué sur le rebord intérieur de la capsule (Figure 5).

schéma d'une capsule Pry-off montée sur un bocal

Le capsulage s'effectue simplement, en enfonçant la capsule sur la bague de verre du bocal, mais il doit être effectué sous vide. Pour l'ouverture, il faut faire levier sous la capsule en prenant l'épaulement du pot comme point d'appui. De ce fait, ces capsules ne sont pas utilisables après ouverture.

Capsule quart-de-tour (Twist-off cap)

C’est la capsule d’un bocal qui se ferme et s’ouvre en moins d’un tour (¼ de tour), en anglais elle est désignée par le terme « Twist-off cap » (Figure 3). C’est ce qu’on appelle une capsule fonctionnelle car elle s’ouvre à la main sans ustensile et peut se refermer aisément et plusieurs fois.

Après ouverture du bocal, le consommateur peut le refermer hermétiquement. De ce fait, la capsule twist-off convient surtout aux produits qui ne sont pas destinés à être consommés en une seule fois (confiture, pâté, miel, etc.). Pour pallier à la violabilité de ce type de conditionnement, la présence du diaphragme de sécurité peut être exigée par certains distributeurs.

Capsule PT (Press-on, Twist-off cap)

Les capsules PT sont couramment employées sur les petits pots d’aliments pour bébés ainsi que pour d’autres produits alimentaires (Figure 6). Il combine facilité de scellage, par simple pression, des capsules Pry-off et fonctionnalité des capsules Twist-off.

bocal fermé par une capsule Press-on, Twist-off

L’étanchéité de la fermeture par une capsule PT est assurée par un joint en plastisol moulé qui couvre à la fois la surface plane (joint horizontal) et la surface latérale (joint latéral) de la capsule (Figure 7). Ce joint d’étanchéité doit avoir été chauffé correctement au préalable.

schéma d'une capsule PT (Press-on, Twist-off) montée sur un bocal

Le scellage se fait par simple enfoncement de la capsule sur la bague. Elle (la capsule) reste en place sur la bague grâce au vide principalement et avec l’aide de la gravure crée par le filetage de la bague dans le joint d’étanchéité latéral, une fois la capsule est refroidi (Figure 7).

Capsules vissantes (CT)

L’abréviation CT (Continuous Thread) est utilisée pour décrire le type de capsules qui se vissent pour fermer un bocal menu d’une bague à filetage continu (Figure 8).

capsule vissante

Le filetage de la capsule CT s’engage en-dessous de celui de la bague pour maintenir la face interne du macaron serré contre la surface de scellage du bocal. L’étanchéité de la fermeture est assurée soit par un joint d’étanchéité, soit à l’aide d’un opercule. Ce dernier maintient la fermeture étanche du bocal même après enlèvement de la capsule ; il faut donc le détruire pour ouvrir définitivement le bocal.

La capsule CT peut être réutilisée par le consommateur pour refermer le bocal après son ouverture. Cependant, l’étanchéité de la fermeture reste à désirer, à moins que la capsule soit menue d’un joint d’étanchéité.

La fermeture des bocaux par les capsules CT peut être effectuée de différentes manières : manuellement, semi-automatiquement ou automatiquement. Dans le dernier cas, le capsulage est effectué à l’aide des machines pouvant être incorporées dans les lignes de production et travaillant à cadence élevée.

Capsulage des bocaux en verre

Le capsulage des bocaux peut parfois être réalisé manuellement ; c’est le cas des capsules Twist-off (quart-de-tour) et les capsules vissantes. Mais, lorsque la présence du vide dans le bocal et le chauffage préalable du joint d’étanchéité sont nécessaires, et surtout lorsqu’on veut travailler à grande cadence, on a alors recours au scellage mécanique.

Le vide à l’intérieur des bocaux joue un rôle important dans la formation et la permanence d’une bonne étanchéité. Il est obtenu par deux types de machines : (1) la machine capsuleuse sous vide et (2) la machine capsuleuse à vapeur.

La capsuleuse sous vide est utilisée principalement pour le scellage des produits secs. Le capsulage est réalisé au sein d’une chambre à vide ; ce dernier est créé mécaniquement.

La capsuleuse à vapeur est utilisée essentiellement pour le capsulage des bocaux contenant des aliments hydratés. Le bocal est soumis à une atmosphère de vapeur contrôlée, laquelle chasse par son flux les gaz présents dans l’espace libre. La vapeur est piégée dans l’espace libre lorsqu’est posée la capsule, puis se condense en créant un vide qui aide à maintenir le couvercle en place. La vapeur sert également à ramollir le joint et améliore d’avantage l’étanchéité de la fermeture.

capsuleuse à vapeur pour le scellage des capsules Twist-off

Une autre façon de créer le vide est le remplissage à chaud des bocaux suivi d’un capsulage immédiat. Après refroidissement, le volume du produit diminue et crée du vide à l’intérieur du bocal. Cette façon de faire est pratique pour le scellage manuel des bocaux.

La formation du vide dépend de quatre facteurs principaux : l’espace libre, la température du produit, l’air présent dans le produit et l’efficacité de formation du vide de la capsuleuse utilisée.

(1) L’espace libre est la partie vacante du bocal qui se situe entre la surface du produit et le sommet du bocal. Il joue un rôle important dans le capsulage, particulièrement avec les capsuleuses à vapeur. L’espace libre doit être suffisant pour emmagasiner assez de vapeur. Après refroidissement, ladite vapeur se condense et crée du vide à l’intérieur du bocal. Le volume de l’espace libre dépend de l’aliment, du procédé et du type de récipient, mais on peut dire grosso modo qu’il doit représenter au minimum 6% du volume du récipient pris à la température du capsulage.

(2) La température du produit au capsulage a aussi un rôle important dans la formation du vide, et ce, de deux façons :

  1. (3) L’air présent dans le produit a un effet défavorable sur la formation du vide ; on a donc intérêt à diminuer son volume au maximum. Le chauffage du produit à une température convenable est la méthode la plus simple qui permet d’atteindre ce but en chassant les gaz présent dans le produit.
  2. Le produit chaud, lorsqu’il se refroidit, occupe moins de volume et permet ainsi de créer un vide supplémentaire à celui créé par la condensation de la vapeur emmagasinée dans l’espace libre. Plus la température du produit est élevée, plus le vide est important.

(4) L’efficacité de formation du vide de la capsuleuse utilisée est sa capacité à créer du vide aux seins de récipients hermétiquement fermés. Dans le cas des capsuleuses à vapeur, cette efficacité est vérifiée à l’aide de la méthode appelée « vérification du vide à l’eau froide ».

Principe de la méthode « vérification du vide à l’eau froide » :

Cette méthode consiste à remplir une série de bocaux (4 à 6 bocaux) avec de l’eau du robinet tout en laissant un même espace libre. On les scelle dans la capsuleuse après avoir laissé celle-ci chauffer à température normale de fonctionnement. On ouvre les bocaux, puis on les fait repasser une deuxième fois dans la capsuleuse. Enfin, on en mesure le vide à l’aide d’une jauge à vide.

La première passe dans la capsuleuse sert à chasser l’air présent dans l’eau et à fournir ainsi une mesure du vide plus précise.

On juge que l’efficacité de la capsuleuse à créer le vide est suffisante lorsque la mesure obtenue est de  0,75 bars minimum.

Contrôle du capsulage

On distingue deux types de contrôles : (1) le contrôle non destructif basé sur l’observation visuel externe et qui n’affecte en rien l’herméticité des bocaux contrôlés et (2) le contrôle destructif qui implique l’ouverture des bocaux, ou tout simplement la violation de l’étanchéité de la fermeture, afin d’effectuer les observations et mesures nécessaires.

Les vérifications à effectuer varient en fonction du type de capsules : « Twist-off cap », « Pry-on cap », « PT cap (Press-on, Twist-off cap) », etc. Dans ce documents nous allons nous limiter aux différentes vérifications effectuées sur les capsules « Twist-off » et les capsules « Press-on, Twist-off ».

Contrôle non destructif

Capsule inclinée : Sur les systèmes « Press-on, Twist off », la capsule doit être à l’horizontale, ni sautée, ni inclinée (penchée), et elle doit être bien enfoncée autour de la bague. Cette caractéristique est jugée d’après le niveau de la capsule par rapport à la contre-bague de transfert et ne doit pas excéder 2,38 mm.

Saut de patte : Ce défaut concerne les capsules à pattes (capsules quart-de-tour). Il apparait lorsqu’une patte ne s’est pas installée correctement sous le filetage. On le remarque facilement, car la capsule est anormalement inclinée (Capsule inclinée).

Patte écrasée : Ce défaut concerne aussi les capsules à pattes. Il apparait lorsqu’une patte est forcée, par la capsuleuse, à se positionner au dessus du filetage ; la patte se plie vers l’intérieur, et on dit qu’elle est écrasée. Ce défaut peut être détecté par un examen externe, mais parfois il faut décapsuler pour s’en rendre compte.

Capsule écartée : Une capsule écartée est une capsule quart-de-tour qui a été serrée au point que les pattes se sont écartées au passage du filetage. A l’inspection visuelle, on peut voir que les pattes sont écartées.

Contrôle destructif

Vide : Pour les capsules menées d’un diaphragme de sécurité, on peut noter la présence du vide lorsque ce diaphragme a une position concave (forme en creux). En d’autres cas, et pour la mesure exacte de la valeur du vide, on se serre d’un manomètre à vide ; le vide devrait se situer à l'intérieur des valeurs normales pour le produit en cause. Il s'agit d'une épreuve destructive qui résulte en la perte de l'intégrité de l'emballage.

Température : La température du produit devrait se situer à l'intérieur des valeurs normales du produit fabriqué. Celle-ci est à noter en même temps que le degré de vide.

Espace libre : Dans la plupart des cas, l'espace libre ne devrait pas être inférieur à 6 % du volume du contenant à la température de scellage. Une fois établi le rapport du volume de l'espace libre pour un produit et un récipient donné, l'espace libre peut être mesuré au moyen d'une gauge de profondeur ou d'espace libre plutôt que par le volume.

Joint entaillé : Après avoir ôté la capsule, on doit pouvoir constater, dans le cas normal, une trace circulaire visible et uniforme dans le joint, crée par un contact serré avec le sommet de la bague (surface de scellage). Le défaut de « joint entaillé » se produit lorsque le sommet de la bague s’est trop enfoncé dans le joint, jusqu’à toucher le métal de la capsule. Ceci provoque une fuite au niveau du joint et il faut remédier immédiatement à la situation.

Sécurité : Les mesures de sécurité (tension de la patte d’un couvercle scellé) sont les mesures de scellage les plus fiables. Les plages de valeurs de sécurité sont spécifiées par le fabricant des capsules ; grosso modo, elles sont comprises entre 3 et 8 mm. Si les valeurs sont plus élevées que les valeurs acceptables, cela indique un emballage bien scellé mais avec un certain degré de fermeture excessive, et devrait être ramené aux valeurs acceptables pour assurer le meilleur rendement du couvercle. Si les valeurs sont de façon uniforme en dessous du minimum requis, cela indique habituellement que la fermeture n'est pas assez enfoncée et il faut remédier immédiatement à la situation.

Le test de sécurité sur un emballage constitué d’un bocal en verre et d’une capsule quart-de-tour se pratique de la façon suivante :

  1. À l'aide d'un marqueur, tracer une ligne verticale sur la capsule et une ligne correspondante sur le contenant (Figure 10-a). (Cette ligne n'a rien à voir avec le plan de joint de la bague ou le plan de joint de corps).
  2. Tourner la capsule dans le sens contraire aux aiguilles d'une montre jusqu’à l’ouverture du bocal (Figure 10-b).
  3. Remettre le couvercle sur le bocal et le refermer légèrement à l’aide des bouts des doigts (Figure 10-c).
  4. Mesurer, à l’aide d’un double-décimètre, la distance entre les deux lignes verticales tracées avant ouverture (Figure 10-d). La sécurité est positive si la ligne sur le couvercle est à droite de celle du bocal et elle est négative si elle est à gauche de celle-ci. Les valeurs négatives obligent à rechercher la cause du problème et à y remédier.

illustration de mesure de la sécurité capsulage

La sécurité est à mesurer après la stérilisation (ou pasteurisation) et le refroidissement de la même façon qu'au niveau de l'appareil de fermeture, mais la plage de mesures normales se trouvent décalée vers des valeurs plus faible du fait que le joint s’aplatit au cours du traitement thermique.  La chaleur et la pression enfoncent le couvercle sur la bague, ce qui change serrage des pattes sur le filetage en verre.

Fréquence d’inspection

La fréquence d’inspection diffère d’une chaîne de production à l’autre suivant la cadence, le type de capsuleuse utilisée et son état d’entretien. L’historique des anomalies de capsulage détectées est un élément indispensable pour la détermination de la fréquence d’inspection. Plus les anomalies surviennent souvent, plus la fréquence d’inspection doit être élevée.

D’une manière générale, les contrôles non destructifs sont plus fréquents que les contrôles destructifs.

Bibliographie

  • Gavin, Austin, Lisa M. Weddig, 1995, CANNED FOODS - Principles of Thermal Process Control, Acidification and Container Closure Evaluation, The Food Processors Institute, 6e édition.

Sites internet :

Commentaires

Bonjour , mes capsules twist off semblent bien misesur mon pot en verre , car je capsule à chaud ( env 80° à la main ), mais après passage en autoclave à 115 ° pendant 1h 15 pour des pots de 15 cl , une partie ne flop pas ( environ 30 % ) certaine flop rapidement et d'autres mettent 24 ou 48 h , je cherche d'ou cela peut venir avez vous idées , merci

Ceci provient du fait que le vide à l'intérieur du bocal est insuffisant pour tirer à nouveau le diaphragme de sécurité (qui est poussé lors de la stérilisation).
Pour remédier, il faut augmenter le vide dans le bocal en agissant sur :
- Augmentation de la température du produit;
- Augmentation de l'espace libre;
- Utilisation du capsulage à vapeur.

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