Pourquoi des emballages isothermes en VIP ?

Les isolants traditionnels pour la conception d’une caisse isotherme

Les isolants classiques les plus utilisés dans la fabrication des emballages isothermes sont le polyuréthane, le polystyrène expansé ou extrudé, et le polyéthylène. Avec une conductivité thermique de 20 à 25 mW/m. K, le polyuréthane est le plus performant des isolants traditionnels. Associées à des plaques de gel eutectique 0°C, les caisses en polyuréthane offrent une autonomie allant jusqu’à 5 jours entre +2°C/+8°C, contre une durée inférieure à 3 jours pour les autres. 

Qu’est ce que le VIP, ou Vacuum Insulated Panel ?

Le VIP est un panneau isolant sous vide. Il est caractérisé par une conductivité thermique comprise entre 3 et 7 mW/m.K. En clair, pour la même source de froid, le VIP offre une autonomie allant de 7 à 10 jours, soit 2 à 3 fois celle réalisée par un isolant classique. Le VIP (Vacuum Insulated Panel) répond ainsi aux besoins spécifiques des grandes expéditions et plus particulièrement sous forte chaleur. Cet isolant est utilisé depuis le début des années 2000 dans les industries de l’aéronautique, de la marine, du bâtiment, de la réfrigération, etc. 

Daniel Quenard, chef de la division matériaux du Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB) nous en dit plus :

« Pour réaliser un isolant thermique, on emprisonne un gaz dans des cavités de petites tailles, plus ou moins fermées, avec une quantité de matière minimale ou une porosité très élevée (< 90 %). Dans un matériau isolant, le principal contributeur au transfert de chaleur est donc le gaz emprisonné, généralement de l’air, qui a une conductivité thermique de 25 MW / mK. Pour réduire cette contribution la solution la plus efficace est donc « d’éliminer » ce gaz en faisant le vide, ou tout au moins en appliquant une basse pression. 

Un panneau isolant sous vide VIP (Vacuum Insulated Panel) est donc constitué d’un matériau « coeur », poreux à cavités ouvertes (mats fibreux, mousses, grains…), emballé dans un film étanche. Le film est généralement un multicouche polymère-aluminium-polymère qui est le garant de la durabilité du VIP. En effet, il doit empêcher la pénétration des composants de l’air dans le matériau, principalement l’azote, l’oxygène et surtout la vapeur d’eau. Les principaux matériaux coeur utilisés sont les mousses cellulaires à cellules ouvertes et les silices « pyrogénées » qui présentent l’avantage d’avoir un certain volume de pores nanométriques, ce qui permet d’augmenter la pérennité du vide dans le panneau. La conductivité thermique du VIP est de l’ordre de 10 mW/mK pour un vide d’environ 1 mbar. »

Différents types de panneaux VIP

Les panneaux isolants sous vide VIP offrent une meilleure isolation et une épaisseur réduite. Ils ont beaucoup progressé au cours des 10 dernières années : introduction de matériaux cœur de meilleure qualité, amélioration de la disponibilité des films barrières.

«  Le vide consiste en un matériau cœur enveloppé dans une barrière métallisée multicouches résistant à l’oxygène et à la vapeur d’eau pour des VIP de longue durée de vie, ou une barrière constituée uniquement de polymère pour les applications d’une durée de vie plus courte, comme les emballages isothermes utilisés dans la chaîne du froid. Les matériaux cœur peuvent être composés de mousse polymère à cellules ouvertes, de fibre de verre et à base de silice. Comparée aux autres matériaux cœur, la silice ne nécessite pas un niveau de vide très bas, ce qui offre la stabilité des performances dans le temps, sans recourir aux pièges à gaz ou à des très bas niveaux de vide. » nous explique Quentin Shrimpton de NanoPore Insulation.

Avec des parois moins épaisses que les isolants classiques, une caisse isotherme en VIP offre de bonnes performances pour un volume et des coûts de transport réduits.

Le panneau isolant sous vide VIP est caractérisé par une conductivité thermique comprise entre 3 et 7 mW/m.K, soit un ratio de 3 à 7 par rapport aux isolants traditionnels. Ces valeurs, fournies par les principaux fabricants de VIP, dépendent de la nature du matériau cœur, du niveau du vide et de la qualité du film utilisé. Le Vacuum Insulated Panel est combiné avec d’autres matériaux, souvent un isolant classique, permettant de le protéger, ce qui augmente le coefficient de transfert de chaleur. Il présente également des ponts thermiques spécifiques lors de l’assemblage ce qui réduit le ratio réel des performances thermiques des caisses à une valeur comprise entre 2 et 3. 

Pourquoi concevoir des emballages isothermes en VIP ? 

Le VIP s’intègre dans les emballages isothermes car : 

• Pour la même source de froid, le VIP offre une autonomie allant de 7 à 10 jours, soit 2 à 3 fois celle réalisé par un isolant classique, et répond ainsi à un besoin spécifique. 
• Utilisée sans source de froid, la caisse isotherme en VIP améliore la durée de maintien.
• La caisse isotherme en VIP résiste mieux aux segments et aux profils extrêmes chauds.

Nous vous en dirons bientôt plus sur les avantages et les inconvénients du VIP dans les emballages isothermes !