L’invention concerne une capsule destinée à recevoir une substance pour la préparation d'une boisson.

On connaît des capsules dont le corps présente une paroi latérale bordée de part et d’autre par un fond et par un rebord entourant une ouverture dudit corps, la substance pour la préparation d’une boisson étant introduite dans ladite capsule par ladite ouverture, puis enfermée à l’intérieur de ladite capsule par association, par exemple par collage, d’un opercule sur le rebord pour occulter l’ouverture.

De telles capsules sont notamment destinées à la préparation d’une boisson chaude de type café, thé ou infusion. Pour ce faire, une capsule est installée dans le logement d'une machine prévue à cet effet, où elle est tenue par un piston pendant le passage d’un liquide extracteur, par exemple de l’eau chaude, à travers elle et la substance qu'elle contient.

La capsule doit être ouverte pour permettre l’écoulement de la boisson au travers d’elle, mais la substance doit être conservée dans la capsule avec de bonnes propriétés de barrière contre l’oxygène et l’humidité de l’air afin de préserver ses propriétés organoleptiques.

Pour ce faire, on connaît des capsules dont le corps est formé par emboutissage d’une feuille de matériau métallique, notamment en aluminium. De telles capsules présentent de bonnes propriétés d’étanchéité à l’air et à l’humidité, mais s’avèrent onéreuses à produire, en plus d’être difficilement recyclables.

On connaît également, par exemple des documents WO-2019/185637 et WO-2022/112615, des capsules dont le corps est formé par moulage par injection d’une matière plastique compostable, ces capsules comprenant en outre un film d’étanchéité qui est associé à au moins l’un parmi le fond, la paroi latérale ou l’ouverture supérieure dudit corps, notamment lors de son moulage suivant un procédé IML (pour l’anglais « In-Mould Labelling »), ledit film étant compostable et présentant des propriétés de barrière à l’oxygène et/ou à l’humidité.

Ces capsules présentent un impact écologique amélioré, en ce qu’elles sont notamment biodégradables et compostables, tant au niveau industriel que domestique, et garantissent en outre une bonne conservation organoleptique de la substance qu’elles contiennent.

Toutefois, ces capsules s’avèrent en pratique coûteuses et complexes à produire.

L’invention vise à perfectionner l’art antérieur en proposant une capsule combinant de bonnes propriétés de barrière à l’oxygène et à l’humidité en ayant un impact écologique limité, notamment en étant biodégradable et/ou compostable, tout en étant facile et peu coûteuse à produire.

A cet effet, l’invention propose une capsule destinée à recevoir une substance pour la préparation d'une boisson, ladite capsule comprenant un corps présentant une paroi latérale bordée de part et d’autre par un fond et par un rebord entourant une ouverture dudit corps, le corps étant formé par moulage d’une pulpe de cellulose, ladite pulpe comprenant de la cellulose microfibrillée MFC.

D’autres particularités et avantages de l’invention apparaîtront dans la description qui suit, faite en référence aux figures annexées, dans lesquelles :

- la figure 1 représente en perspective éclatée une capsule selon un mode de réalisation de l’invention ;

- les figures 2 et 3 représentent chacune en perspective éclatée, respectivement vue de dessous (figure 2) et vue de dessus (figure 3), une capsule selon respectivement un autre mode de réalisation de l’invention. En relation avec ces figures, on décrit ci-dessous une capsule 1 destinée à recevoir une substance pour la préparation d’une boisson.

La capsule 1 comprend un corps présentant une paroi latérale 2 bordée de part et d’autre par un fond 3 et par un rebord 4 entourant une ouverture 5 dudit corps.

Le corps est formé par moulage d’une pulpe de cellulose, et contient de préférence exclusivement de la cellulose, notamment issue à 100% de l’agriculture raisonnée et/ou biologique.

Ainsi, on peut fabriquer une capsule 1 facilement recyclable de façon peu coûteuse et avec un rendement élevé, avec des émissions de dioxyde de carbone réduites, notamment par rapport à un moulage par injection d’une matière plastique.

En outre, l’utilisation exclusive de cellulose permet d’obtenir une capsule 1 dont le corps peut être facilement composté, tant de façon industrielle que domestique, notamment avec une durée de compostage réduite (de l’ordre d’un mois) par rapport à la durée de compostage moyenne des capsules réalisées en matière plastique moulée compostable (environ 6 mois).

En particulier, la capsule 1 est biodégradable et/ou compostable selon la norme EN 13432.

Selon une réalisation, le corps de la capsule 1 est formé par moulage par voie sèche d’une nappe de pulpe de cellulose, ce qui permet d’augmenter de façon considérable le rendement de fabrication de la capsule tout en limitant le nombre, l’encombrement et le coût des installations nécessaires, ainsi que les coûts en eau et en énergie.

En particulier, le recours à un tel procédé de fabrication permet d’obtenir un rendement de production de capsules 1 de l’ordre de 1000 capsules par minute, pour un volume de production annuel supérieur au milliard de capsules 1 . Le procédé de fabrication par moulage par voie sèche du corps de la capsule 1 prévoit de :

- former une nappe de pulpe de cellulose ;

- thermoformer la capsule 1 par moulage à chaud de ladite nappe.

Selon une réalisation de ce procédé, on prévoit, préalablement au thermoformage, d’injecter de l’air dans la nappe 20 de pulpe de cellulose. En particulier, le procédé peut prévoit de :

- séparer des fibres de cellulose d’une source de cellulose, notamment par broyage d’une source naturelle de cellulose, telle que de la pulpe de bois, du coton, du lin, du chanvre, ou encore de la canne à sucre, ou d’une source de recyclage, telle que du papier, du carton ou du textile ;

- recueillir les fibres de cellulose ainsi séparées sur un tapis roulant, notamment en leur injectant de l’air en amont de leur broyage, suivant un procédé appelé « air laid », de manière à former sur ledit tapis roulant une couche duveteuse, épaisse et dense, avec un grammage compris entre 300 et 15000 g/m ² ;

- compacter ladite couche duveteuse, notamment par passage entre deux rouleurs compresseurs, éventuellement chauffés, de manière à obtenir une nappe de pulpe de cellulose d’épaisseur contrôlée, notamment comprise entre 500 et 700 pm ;

- préchauffer ladite nappe, notamment à une température comprise entre 150 et 170°C ;

- compresser ladite nappe ainsi préchauffée dans un moule de forme adaptée, notamment au moyen d’une presse hydraulique, avec une pression de l’ordre de 45 MPa, afin d’obtenir par thermoformage des corps de capsule 1 à partir de ladite nappe compressée.

Selon une autre réalisation de fabrication par moulage par voie sèche du corps de la capsule 1 , on prévoit de former la nappe sous la forme d’une feuille de pulpe de cellulose, présentant notamment une épaisseur comprise entre 0,5 et 1 mm, par exemple de l’ordre de 0,75 mm. En particulier, la feuille peut être à base de pulpe de cellulose de type NBSK (Northern Bleached Softwood Kraft, ou kraft de bois tendre du Nord blanchie).

De façon avantageuse, la feuille peut être mouillée, par exemple par vaporisation d’eau en surface, avant le thermoformage afin d’améliorer sa capacité de moulage tout en permettant l’évaporation de l’eau lors du thermoformage.

Selon une autre réalisation, le corps de la capsule 1 peut être formé par moulage par voie humide, c'est-à-dire par la préparation d’une pâte comprenant de la pulpe de cellulose en suspension dans de l’eau, la capsule 1 étant formée avec ladite pâte avant son séchage.

La pulpe de cellulose utilisée permet d’obtenir la compatibilité alimentaire qui est nécessaire pour le conditionnement une substance de préparation d’une boisson dans la capsule 1 , notamment en s’affranchissant de l’ajout d’un revêtement intérieur compatible avec la nourriture.

En particulier, la pulpe de cellulose utilisée est dépourvue de substances nocives pour la santé et/ou l’environnement, qui pourraient contaminer la substance de préparation de la boisson par contact avec le corps de la capsule 1.

De façon avantageuse, la pulpe de cellulose formant le corps de la capsule 1 comprend de la cellulose microfibrillée (MFC, pour l’anglais Micro-Fibrillated Cellulose), notamment entre 1 % et 50% en poids de cellulose microfibrillée MFC.

La cellulose microfibrillée MFC est constituée de microfibrilles de cellulose individualisées ou sous forme d'agrégats. Ces microfibrilles présentent généralement un diamètre de 2 à 20 nanomètres, et une longueur de l'ordre de quelques micromètres. Les agrégats de microfibrilles sont composés de plusieurs microfibrilles de cellulose agglomérées les unes aux autres.

La production de cellulose microfibrillée MFC est basée sur la libération des éléments constitutifs de la paroi secondaire des fibres lignocellulosiques par des moyens mécaniques couplés à des prétraitements, enzymatiques ou chimiques. Les fibres utilisées peuvent être des pâtes chimiques écrues ou blanchies, des pâtes mécaniques produites à partir de bois, des pâtes recyclées...

En relation avec les figures 1 à 3, le corps de la capsule 1 présente une géométrie de révolution autour d’un axe central formant une paroi latérale 2 qui s’inscrit globalement dans un tronc de cône à génératrice droite entre le fond 3 et le rebord supérieur 4.

La capsule 1 est équipée d’un opercule supérieur 16 qui est associé au rebord 4 pour venir recouvrir l’ouverture 5, en formant dans ledit corps un compartiment de chargement de la substance.

Dans les modes de réalisation représentés, l’ouverture 5 peut permettre le chargement de la substance dans le compartiment qui est fermé à l’opposé par le fond 3, ladite ouverture étant ensuite fermée par l’opercule supérieur 16 après ledit chargement.

Sur la figure 1 , le fond 3 comprend une ouverture inférieure 6 destinée à être recouverte par un opercule inférieur 17. En particulier, l’ouverture inférieure 6 peut être occultée en premier par l’opercule 17, afin de charger la substance dans le compartiment par l’ouverture supérieure 5, qui est ensuite fermée par l’opercule 16.

En variante, la capsule 1 représentée sur la figure 1 peut être chargée par le fond 3. Dans ce cas, l’ouverture supérieure 5 est occultée en premier par l’opercule 16, puis la capsule 1 est retournée pour pouvoir charger la substance par l’ouverture inférieure 6, l’opercule inférieur 17 étant ensuite associé à ladite capsule pour venir fermer ledit compartiment avant la préparation de la boisson.

La capsule 1 est notamment destinée à la préparation d’une boisson chaude de type café, thé ou infusion. Pour ce faire, la capsule 1 peut être disposée dans le logement d'une machine prévue à cet effet, afin d’y être traversée par au moins une broche pour injecter du liquide extracteur, notamment de l’eau chaude, dans la substance contenue dans la capsule 1.

L’injection du liquide induit une augmentation de la pression dans le compartiment pour permettre, après rupture d’une paroi frangible de la capsule 1 , l’écoulement de la boisson hors de ladite capsule.

Durant la préparation de la boisson, la capsule 1 est soumise à une injection d’eau de température comprise entre 86°C et 90°C et sous une pression qui peut aller jusqu’à 20 bars, pendant une durée d’environ 2 minutes. En particulier, pour préparer une boisson de type café, la quantité d’eau injectée dans la capsule 1 est comprise entre 40 mL et 150 mL.

La capsule 1 représentée sur les figures 1 et 3 est adaptée pour être disposée dans une machine dans laquelle elle est tenue par un piston muni de picots pour percer son fond 3 ou son opercule inférieur 17. En outre, le fond 3 ou l’opercule inférieur 17 est traversé par au moins une broche pour injecter du liquide extracteur dans la substance contenue dans la capsule 1 , ce qui induit une augmentation de pression dans le compartiment pour permettre, après rupture de l’opercule supérieur 16, l’écoulement de la boisson au travers de l’ouverture 5.

Selon la réalisation de la figure 1 , l’opercule inférieur 17 peut être agencé pour être traversé facilement par les broches à injecter, notamment plus facilement que le fond 3 en cellulose de la capsule 1 , afin de limiter les risques de déformation de ladite capsule lors de son utilisation.

Sur la figure 2, le fond 3 présente un orifice central 19 qui débouche dans le compartiment de conditionnement de la substance, ainsi qu’une paroi supérieure qui s’étend sensiblement radialement dans ledit compartiment, et sur laquelle est formé un réseau de picots en relief, une membrane perforable étant disposée dans ledit compartiment entre la substance et les picots en relief. Ainsi, lorsque la capsule 1 est placée dans une machine pour préparer une boisson, l’opercule supérieur 16 est traversé par au moins une broche pour injecter du liquide extracteur dans le compartiment, ce qui entraine une augmentation de la pression, sous l’effet de laquelle la membrane vient se déchirer sur les picots en relief du fond 3, afin de permettre l’écoulement de la boisson par l’orifice central 19.

Pour pouvoir conserver les caractéristiques organoleptiques de la substance stockée avant son utilisation pour préparer une boisson, la capsule 1 doit être étanche, notamment en formant une barrière contre la circulation de l’oxygène et de l’humidité, tant vers l’intérieur de ladite capsule, pour éviter l’altération de la substance qu’elle contient par l’air et l’humidité ambiants, que vers l’extérieur, notamment pour éviter l’assèchement d’une substance conditionnée sous forme humide et/ou graisseuse.

En particulier, pour assurer une conservation optimale de la substance, la capsule 1 présente les caractéristiques suivantes :

- un taux de transmission d’oxygène inférieur à 10 cm ³ /m ² .jour.atm, notamment d’au plus 5 cm ³ /m ² .jour.atm, et plus particulièrement inférieur à 1 cm ³ /m ² .jour.atm, mesuré selon la norme ASTM D3985 ;

- un taux de transmission de vapeur d’eau inférieur à 60 g/m ² .24h, et plus particulièrement inférieur à 10 g/m ² .24h, mesuré selon la norme ASTM E96 en condition tropicale (38°C et 90% d'humidité).

Avec de telles caractéristiques, la capsule 1 peut notamment être stockée :

- avant son remplissage avec une substance de préparation d’une boisson : à une température comprise entre 15 et 25°C, et jusqu’à 50°C durant une durée maximale de 6 semaines durant son transport ;

- après remplissage : dans un lieu sec et tempéré, avec un taux d’humidité ambiant maximal compris entre 35 et 55%. De façon avantageuse, le corps de la capsule 1 est soumis à un traitement préliminaire pour fermer les pores de la nappe de cellulose le constituant, afin de former une première barrière contre l’oxygène et la vapeur d’eau.

Par ailleurs, l’utilisation d’une pulpe de cellulose comprenant de la cellulose microfibrillée MFC contribue favorablement à l’étanchéité de la capsule contre l’oxygène et la vapeur d’eau.

Toutefois, dans la mesure où le matériau constituant le corps de la capsule 1 ne présenterait pas des performances suffisantes, notamment en raison de la porosité de la cellulose, la paroi latérale 2 peut être recouverte d’une étiquette d’étanchéité 18 et/ou d’un revêtement d’étanchéité formant une deuxième barrière contre l’oxygène et l’humidité.

Le revêtement et/ou l’étiquette d’étanchéité 18 peut être appliquée sur la paroi latérale 2, non seulement pour renforcer ses propriétés de barrière à l’oxygène et à la vapeur d’eau, mais également pour lui apporter des propriétés de barrière additionnelles, notamment des propriétés lipophobes, afin de préserver davantage les propriétés organoleptiques de la substance conditionnée dans ladite capsule, mais également pour empêcher l’imprégnation du corps de la capsule 1 par la substance de préparation de la boisson, lorsque celle-ci se présente sous forme d’une pâte humide et/ou graisseuse.

Dans les modes de réalisation représentés, les opercules 16, 17 permettent d’assurer une fermeture étanche de la capsule 1 , notamment en formant une barrière contre l’oxygène et l’humidité.

L’opercule supérieur 16 et l’éventuel opercule inférieur 17 sont notamment fixés au corps de la capsule 1 par thermoscellage, en appliquant pendant environ 350 ms une pression entre 3 et 6 bars à une température entre 190°C et 260°C.

Dans les modes de réalisation représentés, la paroi latérale 2 est recouverte d’une étiquette d’étanchéité 18 qui est formée d’un film d’étanchéité 12, l’opercule inférieur 17 pouvant être réalisé avec le même film et l’opercule supérieur 16 dans un film 12 selon le document WO-2022/112613.

L’étiquette d’étanchéité 18 peut être associée à la paroi latérale 2 lors ou après le moulage du corps de la capsule 1 , suivant un procédé IML (pour l’anglais « In- Moulding Process), durant lequel ladite étiquette est disposée contre une paroi latérale d’une cavité de moulage dudit corps avant réalisation effective dudit moulage, de manière à réaliser simultanément les étapes de formation dudit corps et d’association de ladite étiquette à sa paroi latérale 2. En variante, l’étiquette peut être associée par thermoformage.

L’étiquette d’étanchéité 18, et de façon plus générale le film 12 constituant ladite étiquette et l’(les) opercule(s) 16, 17, peut également comprendre de la cellulose, notamment comprenant de la cellulose microfibrillée MFC.

En particulier, le film d’étanchéité 12 comprend au moins une couche à base de cellulose microfibrillée MFC. De façon avantageuse, la couche MFC peut être sous la forme d’une couche de papier formée avec de la cellulose microfibrillée de sorte à être hautement fibrillée, en pouvant être notamment translucide, de sorte à pouvoir être particulièrement barrière à l’oxygène.

Par ailleurs, l’utilisation d’une pulpe de cellulose comprenant de la cellulose microfibrillée MFC contribue favorablement à l’association de l’étiquette 18 sur la paroi latérale 2, notamment en limitant granulosité de ladite paroi.

Pour des raisons esthétiques et/ou commerciales, notamment en relation avec la réalisation de l’étiquette 18, la couche MFC peut être pourvue d’une impression réalisée par dépôt d’encre sur une de ses faces, ladite impression comprenant par exemple une information textuelle et/ou un élément décoratif, tel que par exemple un logo, une marque, et/ou une description de la substance contenue dans la capsule 1 . En particulier, la couche MFC étant transparente, l’encre d’impression peut être déposée sur sa face intérieure afin d’être protégée. En outre, pour améliorer les qualités esthétiques de la capsule 1 , l’impression peut présenter des propriétés de brillance et/ou antistatiques.

Selon des exemples de réalisation, la couche MFC présente :

- une épaisseur comprise entre 30 et 70 pm ; et/ou

- une masse surfacique comprise entre 40 et 90 g/m ² .

La couche MFC permet notamment d’obtenir un film d’étanchéité 12 présentant une masse surfacique élevée et une étanchéité à l’oxygène suffisante pour la fonction de barrière, et ce tout en étant parfaitement biodégradable et/ou compostable.

L’étiquette d’étanchéité 18 peut avoir été traitée pour améliorer sa résistance à l’humidité, par exemple au moyen du revêtement d’étanchéité, appliqué sous forme d’une laque ou par métallisation sur ladite étiquette. En variante, le revêtement d’étanchéité est appliqué directement sur la paroi latérale 2 de la capsule 1. Par ailleurs, le revêtement d’étanchéité peut également être appliqué sur au moins l’un des opercules 16, 17.

De façon avantageuse, le revêtement d’étanchéité, tout comme le film d’étanchéité 12, est biodégradable et/ou compostable, afin d’améliorer l’impact environnemental total de la capsule 1 , notamment en évitant au consommateur d’avoir à séparer l’étiquette 18 et l’(les) opercule(s) 16, 17 du corps de la capsule 1 avant son compostage.

Selon une réalisation, le revêtement d’étanchéité peut comprendre de la cellulose microfibrillée MFC, par exemple issue de végétaux alimentaires, notamment de légumes-racines tels que la betterave. Une telle composition fait notamment l’objet du document EP-3 145 958. Le revêtement d’étanchéité peut être à base d’une dispersion aqueuse de cellulose microfibrillée MFC, comprenant notamment entre 0,5% et 20% en poids de cellulose microfibrillée MFC, notamment moins de 5% en poids.

Selon une réalisation, le revêtement d’étanchéité est réalisé à base d’une dispersion anionique de cellulose microfibrillée MFC, et présente notamment les caractéristiques suivantes :

- un taux de particules solides de l’ordre de 32% en poids ;

- un pH sensiblement neutre ou légèrement basique, de l’ordre de 7 à 8 ;

- une viscosité comprise entre 300 et 500 mPa.s ;

- une densité de l’ordre de 1 ,02 à 20°C.

Une telle dispersion anionique présente d’excellentes propriétés de barrière à l’oxygène et l’humidité, ainsi qu’une excellente étanchéité à la graisse et à l’huile, et peut être figée par la chaleur sur son support d’application, notamment la paroi latérale 2 de la capsule 1 et/ou l’étiquette 18 la revêtant, pour y former une barrière d’étanchéité telle que souhaitée.

En particulier, le revêtement d’étanchéité peut être appliqué par trempage, par pulvérisation ou par transfert, avant d’être éventuellement exposé à une source de chaleur de température adaptée pour y former revêtement étanche. De façon avantageuse, la masse surfacique du revêtement d’étanchéité est comprise entre 2 et 12 g/m ² .

Par ailleurs, le film d’étanchéité 12, notamment l’étiquette 18, peut comprendre une couche de scellage sur le corps de la capsule 1 , notamment sur sa paroi latérale 2, ladite couche de scellage pouvant être adaptée au scellage à chaud et/ou à froid.

Selon une réalisation, le revêtement d’étanchéité forme une couche de métallisation, par exemple à base d’aluminium. En particulier, cette couche peut être appliquée par transfert ou par pulvérisation en présentant une épaisseur inférieure à 10 pm, notamment inférieure à 1 pm.