De la conception à la réalité
Évolution de la bouteille en plastique
Dans les moments de doute, je m'inquiète de l'incohérence de ma vie. La table basse que j'ai fabriquée il y a un ou deux ans devait ressembler à la table de salle à manger construite quelques années plus tôt, mais en réalité, elles n'ont qu'une vague ressemblance. Ouvrez un tiroir de ma boîte à outils au hasard, et vous trouverez peut-être une collection thématique d'outils à main bien-aimés, méticuleusement rangés dans de la mousse Kaizen, ou peut-être un assortiment aléatoire de clés spécialisées oubliées. Ma bibliothèque est bien ordonnée, mais mes magazines sont jetés dans un panier sans aucun ordre.
Nous parvenons à investir des quantités embarrassantes d'ingénierie et d'infrastructure dans des objets physiques qui méritent à peine d'être mentionnés.
Alors, quand je regarde le monde en dehors de chez moi, je suis rassuré de constater que même nos objets les plus jetables sont le résultat d'une quantité stupéfiante de travail d'ingénierie sérieux et rigoureux. Il faut le reconnaître à l'humanité : nous ne consacrons pas tous nos cycles de conception aux grands projets impressionnants — pyramides, ponts et usines de semi-conducteurs. Non : nous parvenons à investir des quantités embarrassantes d'ingénierie et d'infrastructure dans des objets physiques qui méritent à peine d'être mentionnés. Les animaux en peluche, offerts comme prix de carnaval, bénéficient d'efforts logistiques et de gestion de chaîne d'approvisionnement incalculables. Une paire de bas nylon peut contenir des matériaux ayant nécessité des investissements de recherche et développement se chiffrant en dizaines ou centaines de millions. Une bouteille d'eau en plastique, dont la durée de vie utile se mesure en secondes, est le résultat de décennies d'ingénierie couvrant une gamme de fonctions.
Du verre au plastique
Je me lève, je mets mes chaussures et je marche jusqu'à l'épicerie. Le trajet prend environ 120 secondes, et je le fais presque tous les jours. Je reconnais que c'est une fréquence absurde et je prends plaisir à traiter l'épicerie comme une extension de mon garde-manger. Aujourd'hui, j'achète du ketchup et des cra crackers, puis je passe au rayon des produits laitiers pour du beurre non salé. En passant devant l'eau embouteillée, je m'arrête — la sélection est honnêtement incroyable, une petite compétition darwinienne se jouant sur les étagères. Je reste là, observant les différents phénotypes et réfléchissant à la façon dont chaque espèce et sous-espèce de bouteille d'eau a évolué. Un homme d'une trentaine d'années tend la main devant moi pour saisir un gallon de Poland Spring sur l'étagère. Je lui laisse de la place, considère mes options et, pour une raison quelconque, je finis avec un litre de Pellegrino, d'Evian et de Smartwater.
Aussi étrange que cela puisse paraître, l'eau de la source Evian a été embouteillée dans des cruches en terre cuite de 1826 jusqu'en 1908. Le verre et le soufflage du verre n'étaient pas très fiables au milieu du XIXe siècle, mais au tournant du XXe, la technologie du verre avait filtré des lentilles et des ampoules pour proliférer dans l'emballage des boissons. Si vous lanciez une entreprise d'embouteillage en 1900, vous commenciez probablement par le verre. Coca-Cola a été embouteillé pour la première fois (en verre) en 1899, l'année même où Pellegrino, avec sa bouteille en verre vert caractéristique, a été fondée. Evian est passée au verre en 1908.
La mésaventure de l'acrylonitrile de Coke
Bien que les plastiques synthétiques aient été développés dans les années 1880, et que Dustin Hoffman ait été sermonné sur le potentiel commercial du matériau en 1967, ce n'est qu'au milieu des années 70 que des formulations adaptées aux aliments (ou du moins vaguement compatibles) ont commencé à voir le jour. L'une des plus notables était le copolymère d'acrylonitrile, commercialisé sous la forme de la bouteille « Easy-Goer » de Coca-Cola en 1975. Les bouteilles en acrylonitrile de Coke sont restées sur le marché moins de deux ans.
D'un point de vue technique, le copolymère d'acrylonitrile était parfaitement adapté aux bouteilles de soda. Il était transparent, résistant et imperméable aux gaz. Les dirigeants de Coca-Cola ont vanté ses « avantages environnementaux » (notamment son poids réduit lors du transport) et sa résistance à la biodégradation, affirmant que les bouteilles, fabriquées par Monsanto, coûteraient « essentiellement la même chose que le verre ». Pepsi, qui travaillait également sur des bouteilles en plastique, fulminait en coulisses. Alors que Coke était installé dans un hôtel pour lancer l'Easy-Goer, Pepsi a organisé un événement de relations publiques concurrent, dans le même hôtel, pour dévoiler « un champagne d'Union soviétique ». La courte carrière (1975-1977) de la bouteille en acrylonitrile Easy-Goer conçue par Monsanto pour Coke. L'auteur n'a pas pu identifier de manière définitive des images du champagne soviétique de Pepsi, mais ce site russe appartenant à l'État semble indiquer qu'il s'agissait de Nazdorovya.
Les bouteilles Easy-Goer étaient, à mon goût, un peu massives. Les bouteilles en acrylonitrile de Coke sont restées sur le marché moins de deux ans. Il s'avère que les bouteilles en acrylonitrile libèrent de l'acrylonitrile dans les liquides qu'elles contiennent; de plus, les animaux de laboratoire nourris avec de « grandes quantités d'acrylonitrile dans leur eau potable » ont développé un « poids corporel significativement plus faible et d'autres effets indésirables, notamment des lésions du système nerveux central et des excroissances dans les conduits auditifs ». La FDA a interdit les contenants de boissons en acrylonitrile en mars 1977; Monsanto a poursuivi en justice et a perdu; Coke s'est tourné vers d'autres matériaux.
Moulage par injection-soufflage étiré (ISBM)
Voici comment la plupart des bouteilles de boissons en plastique sont fabriquées aujourd'hui : une préforme de bouteille, également appelée paraison, est généralement moulée par injection à partir de PET. La préforme ressemble à un tube à essai, avec des filetages à l'ouverture et un col en forme de disque juste en dessous. Ses parois sont épaisses. Peut-être est-elle stockée pendant un certain temps, sans bouchon, mais elle est finalement installée sur une machine de moulage par soufflage étiré où elle est chauffée, étirée longitudinalement par une tige métallique et injectée d'air comprimé, se gonflant rapidement comme un ballon avant d'être refroidie et éjectée. La même préforme peut être soufflée en une variété de designs de bouteilles différents, chacun avec des volumes, des épaisseurs de paroi et des détails de conception distincts, mais leurs profils de filetage et leurs cols resteront identiques à la préforme dont ils sont issus.
Les Easy-Goers de Coke avaient des bouchons en métal, mais aujourd'hui, pratiquement toutes les bouteilles en plastique sont également scellées avec du plastique. Les bouchons en plastique sont moulés par injection ou par compression, avec leurs bagues d'inviolabilité attachées. Les moules d'injection sont honnêtement magnifiques — des assemblages polis en plusieurs parties, avec douze, vingt-quatre ou quarante-huit bouchons moulés en même temps. Regarder le moulage par compression des bouchons est fascinant : des boules de plastique semi-souples sont extrudées, coupées et écrasées dans un outil rotatif qui éjecte ensuite un bouchon fini. Quoi qu'il en soit, lorsque les bouchons rencontrent leurs bouteilles, celles-ci ont été remplies d'un fluide et, dans certains cas, pressurisées avec du dioxyde de carbone (pour le pétillant) ou de l'azote liquide (pour des raisons structurelles et de conservation). Tout cela se produit à une vitesse stupéfiante, des dizaines de bouteilles par seconde, des dizaines de milliers par heure, des nombres de bouteilles par jour franchement inimaginables. Le moulage par injection-soufflage étiré forme les bouteilles en deux étapes : une préforme en PET chauffée est étirée et soufflée à l'intérieur d'un moule, alignant les chaînes de polymères pour créer un contenant léger à haute résistance et clarté.
L'essor du PET
Encore une fois, je suis frappé par le fait stupidement évident que les êtres humains ont inventé tout cela. De vraies personnes, avec des rêves, des peurs et des familles à soutenir, ont passé de grandes parties de leur vie à inventer non seulement l'emballage des boissons lui-même, mais aussi les machines nécessaires pour fabriquer, remplir, boucher et emballer ces nombres inimaginables de bouteilles. L'ingénierie des bouteilles d'eau jetables est un choix de carrière possible, et si vous le faisiez, vous ne seriez pas seul.
Alors que Monsanto travaillait sur ses bouteilles en copolymère d'acrylonitrile non éprouvées, un groupe entièrement différent, chez DuPont, travaillait sur le polyéthylène téréphtalate.
Plus incroyable encore est le fait que certains contemporains de Dustin Hoffman — en fait, beaucoup d'entre eux — ont choisi des carrières dans l'ingénierie des bouteilles en plastique, avant même que les bouteilles en plastique ne soient prouvées viables. Alors que Monsanto travaillait sur ses bouteilles en copolymère d'acrylonitrile non éprouvées, un groupe entièrement différent, chez DuPont, travaillait sur le polyéthylène téréphtalate. Polyéthylène Téréphtalate, « PET ». Tant d'éthylènes ! Prenez un tas de molécules d'éthylène gazeuses et catalysez-les avec des sels métalliques de sorte qu'elles forment de longues molécules solides ressemblant à des chenilles, chaque segment contenant un atome de carbone et deux atomes d'hydrogène. Sous cette forme, le polyéthylène en vrac peut être incroyablement solide et durable, surtout lorsque les molécules ressemblant à des chenilles deviennent très longues. (Le polyéthylène à ultra-haute masse moléculaire, dont les éthylènes enchaînés peuvent atteindre des centaines de milliers d'unités de long, a des limites d'élasticité comparables à l'acier — à des densités nettement inférieures. Beaucoup de gréements de voile haut de gamme sont fabriqués à partir de ce matériau, ainsi que du matériel de camping ultraléger.) Le polyéthylène est également stable sur le plan environnemental, optiquement clair et ne libère pas, comme l'acrylonitrile, de substances dans les aliments ou les boissons avec lesquels il est en contact. Les gens catalysent le polyéthylène de cette manière depuis environ 75 ans maintenant, et en raison de ses propriétés physiques remarquables, nous en produisons aujourd'hui plus que tout autre polymère; la production mondiale annuelle de polyéthylène est de l'ordre de cent millions de tonnes métriques — équivalent en masse à près de huit ans de production de déchets solides de la ville de New York.
Deux ans après la chute de l'Easy-Goer, DuPont était en pleine production, fabriquant des bouteilles en PET de deux litres pour l'eau sucrée couleur caramel de la compagnie Coca-Cola.
Je peux imaginer l'excitation de l'équipe polyéthylène de DuPont lorsque la FDA a mis fin aux aventures de l'acrylonitrile de Coke. DuPont travaillait sur des bouteilles de soda depuis au moins 1967, lorsque Nathaniel Wyeth (un « ingénieur » de DuPont qui était aussi le frère du peintre Andrew Wyeth) a commencé à bricoler avec du polypropylène. À cette époque, le plus jeune Wyeth avait une peinture dans la collection permanente du MoMA; j'imagine Nathaniel, le Wyeth moins célèbre, rampant dans les mauvaises herbes chimiques, cherchant un moyen de se faire un nom. Il a finalement trouvé sa voie à travers les broussailles : un « article thermoplastique creux », qu'il a breveté en 1973. Deux ans après la chute de l'Easy-Goer, DuPont était en pleine production, fabriquant des bouteilles en PET de deux litres pour l'eau sucrée couleur caramel de la compagnie Coca-Cola. La nécrologie de Wyeth en 1990 met en avant son invention de la bouteille de soda en plastique PET désormais omniprésente. Source : New York Times.
Je me souviens de ces bouteilles lors des fêtes d'anniversaire de ma jeunesse. Produite de la fin des années 70 au début des années 90, la première génération d'énormes contenants de boissons en PET, avec leurs bases opaques collées, est apparue en tandem avec le passage de l'industrie du soda au sirop de maïs à haute teneur en fructose. Le « New » Coke et le « Crystal » Pepsi étaient tous deux emballés dans ces bouteilles de deux litres à parois épaisses, nos parents utilisant leurs deux mains pour les verser dans nos tasses en plastique tremblantes. Ces bouteilles étaient des totems de l'excès américain, leur contenu devenant lentement plat dans le réfrigérateur s'il n'était pas renversé sur la table de la salle à manger en premier.
En regardant ces contenants robustes, on ne peut s'empêcher de penser que c'est trop. Trop de sucre, trop de plastique, trop de placement de produit flagrant dans nos films de vacances. Les parois des premières bouteilles de deux litres de Coke mesuraient environ 0,3 à 0,4 mm d'épaisseur, et leurs bases collées (nécessaires car les bouteilles elles-mêmes avaient des fonds ronds — bons pour résister à la pression interne, mais terribles pour tenir debout) mesuraient jusqu'à 0,6 mm. En conséquence, la masse totale d'une bouteille vide de deux litres atteignait 96 grammes — exactement le double de celle des bouteilles modernes de deux litres. C'était, du point de vue d'aujourd'hui, un produit à faible volume, pas vraiment optimisé pour le coût ou le transport. L'industrie des boissons avait trouvé comment inciter le public à acheter ses boissons dans des bouteilles en plastique jetables, mais elle n'avait pas encore trouvé comment en produire et en vendre efficacement des milliards chaque année. Les tomodensitogrammes industriels montrent une réduction de l'épaisseur des parois qui a permis aux ingénieurs en emballage de réduire la masse totale de la bouteille de 2L de moitié depuis l'introduction des bouteilles de boissons en PET. Pour en savoir plus sur la bouteille de Coke originale par rapport à celle d'aujourd'hui, consultez Scan of the Month.
Mais vous pouvez être sûr que les ingénieurs chimistes (et les spécialistes du marketing) travaillaient dur sur ce problème. Au début des années 1990, Coke et Pepsi ont compris quelle boisson ils pouvaient nous vendre par milliards de bouteilles en plastique jetables. La solution ne provenait pas d'une source de montagne, d'un vignoble soviétique ou des glucides concentrés extraits de maïs cultivé industriellement. Non, l'application phare pour l'industrie de la bouteille en plastique jetable était un robinet d'eau municipal à Wichita, au Kansas.
Boom de l'eau embouteillée
Avec le recul, le boom de l'eau embouteillée ressemble à une évolution ridicule — mais compréhensible — de notre culture des briques de lait et des bouteilles de soda de deux litres du début des années 90. Les signes étaient là en 1992, lorsque, après une guerre d'enchères, Nestlé a acquis Perrier, obtenant non seulement la marque française pétillante distinctive, mais aussi Poland Spring, Arrowhead et Great Bear dans la même transaction. Puis, en 1994, Pepsi a introduit Aquafina, avec ses bouteilles transparentes de 500 ml et son image de marque banale esquissant l'esthétique résolument moyenne qui définirait l'industrie émergente de l'eau embouteillée de masse. Pour ne pas être en reste, Coke a lancé Dasani (un concurrent direct d'Aquafina, bien qu'avec une image de marque légèrement plus distinctive) en 1999.
L'attrait « yuppie » de ces marques ne m'a jamais vraiment parlé personnellement; elles semblaient gauches, corporatives, superflues. Mais je me souviens avoir acheté des bouteilles de Vitaminwater (la marque sœur de Smartwater appartenant à Glacéau) et m'être considéré (alors adolescent) comme sophistiqué et vaguement « alternatif ». Ce sentiment a duré à peu près jusqu'au moment précis où Glacéau a été acquis par Coca-Cola, en mai 2007. Dans les années qui ont suivi, je n'ai acheté leurs produits qu'en période de détresse. Les bouteilles d'eau légères de 500 ml d'aujourd'hui utilisent 75 % moins de plastique que celles sur le marché au milieu des années 2000.
Indépendamment de mes propres sentiments, je dois admettre que des marques comme Aquafina, Dasani et Smartwater ont bien aidé Pepsi et Coke à remplacer leurs ventes de soda en déclin à la fin des années 90 et au début des années 2000. Elles ont également donné aux géants du soda l'occasion de vraiment optimiser les coûts de leurs opérations d'embouteillage, en ajustant leurs designs de bouteilles et de bouchons pour réduire la masse et raccourcir les temps de cycle de fabrication. Les bases de bouteilles « pétaloïdes », qui ont pris de l'importance dans les années 90, ont éliminé le besoin de bases collées — réduisant l'utilisation de matériaux tout en répartissant les contraintes plus uniformément sur les parois de la bouteille. Des parois de bouteille plus fines (celles d'Aquafina mesuraient environ 0,2 mm) et des bouchons plus courts signifiaient une production de bouteilles plus rapide; les nervures en spirale sur les parois des bouteilles signifiaient qu'elles pouvaient être empilées plus haut et résisteraient aux dommages pendant le transport. Les distributeurs automatiques de marque Dasani et Aquafina, approvisionnés par les distributeurs de boissons gazeuses existants, ont permis aux produits de circuler efficacement dans les chaînes d'approvisionnement. Finalement, de nombreux embouteilleurs d'eau — Coke, Pepsi, Evian, Nestlé — ont basculé une partie de leur production vers du polyéthylène 100 % recyclé, qui s'est avéré durable, commercialement souhaitable et sans danger pour les aliments.
Allègement et efficacité
Une fois que l'eau embouteillée s'est imposée comme un produit de consommation à haut volume, ses variantes ont proliféré. Regardez dans presque n'importe quel rayon de boissons, dans n'importe quel magasin aux États-Unis, et vous trouverez de l'eau emballée non seulement dans des bouteilles en PET, mais aussi dans du verre, des canettes en aluminium et des boîtes en carton multicouches. Ma minuscule épicerie urbaine alloue à peu près autant d'espace sur les étagères à l'eau embouteillée qu'au pain. Même les minuscules dépanneurs de New York proposent généralement un large éventail de marques d'eau embouteillée, dont beaucoup sont expédiées de l'autre bout du monde.
Niagara (une entreprise privée comptant environ 7 500 employés travaillant dans plus d'une douzaine d'installations d'embouteillage) affirme avoir réduit la quantité de plastique dans sa bouteille de 500 ml de 60 % depuis 1998, avec des réductions tout aussi impressionnantes de son empreinte carbone.
À mesure que le marché évoluait, une quantité stupéfiante de travail a été effectuée pour réduire la masse des bouteilles d'eau jetables de qualité courante. Aujourd'hui, même les bouteilles d'eau sans marque — des marques fades, bas de gamme, pour la plupart dépourvues de caractère et vendues uniquement par paquets de vingt-quatre ou plus — bénéficient de décennies d'optimisation. Un excellent exemple est la bouteille de 500 ml « Eco-Air » de Niagara, dont des variantes sont vendues sous des marques de distributeur comme Nice! de Walgreens, Kirkland de Costco et Signature Select d'Albertson's. Niagara (une entreprise privée comptant environ 7 500 employés travaillant dans plus d'une douzaine d'installations d'embouteillage) affirme avoir réduit la quantité de plastique dans sa bouteille de 500 ml de 60 % depuis 1998, avec des réductions tout aussi impressionnantes de son empreinte carbone. Fragiles en main même lorsqu'elles sont pleines d'eau, leurs bouteilles ont des épaisseurs de paroi inférieures à 0,17 mm. Les bouteilles en PET offrent l'un des rapports emballage-produit les plus efficaces, alliant une utilisation minimale de matériaux à une protection et une sécurité optimales. Les bouteilles et leurs bouchons sont entièrement recyclables et sans BPA. Source : Niagara Bottling.
Pourtant, ces bouteilles ultra-légères sont étonnamment robustes, leurs propriétés physiques étant adaptées aux exigences de la logistique et du commerce modernes. Les bouteilles comme l'Eco-Air de Niagara (similaire à celle de 500 ml de Poland Spring) sont généralement regroupées par paquets de 32 sous film rétractable, puis transportées sur des centaines, voire des milliers de kilomètres avant d'être déposées dans les zones de réception des épiceries. Ces blocs d'eau plastifiée ne sont pas manipulés avec une grande délicatesse durant le transport et, dans mon épicerie, ils sont empilés à hauteur de poitrine près des caisses. C'est ce qui préoccupe les fabricants comme Niagara : leurs bouteilles doivent être juste assez résistantes pour survivre au trajet jusqu'à mon épicerie, puis au transport vers une fête de quartier ou un repas communautaire. Car une fois le bouchon dévissé, la durée de vie utile de ces bouteilles se compte en secondes.
Recyclage et réutilisation
Les bouteilles de 500 ml comme l'Eco-Air sont omniprésentes dans mon quartier. On en trouve des centaines dans chaque dépanneur à proximité de chez moi, et des dizaines d'autres (vidées de leur contenu original, puis parfois remplies de quelque chose de moins rafraîchissant) jonchent les trottoirs et les bordures de rue. Nous sommes chanceux si ces bouteilles finissent dans des sites d'enfouissement; elles aboutissent bien souvent dans des endroits pires.
Après avoir bu mon litre de San Pellegrino directement à la bouteille de verre vert, je l'ai jetée dans le bac de recyclage avec un mélange confus de fierté et de honte. Quelques jours plus tard, le service de voirie de la ville l'a ramassée; je sais par expérience qu'elle était destinée à être broyée en petits éclats de verre vert dans une installation de transfert sur les rives du port de New York. Mais ma bouteille de Pellegrino écrasée n'est pas triée dans un lot de verre vert pur; elle est mélangée à d'autres verres colorés, ce qui rend le tri par couleur difficile et empêche sa refonte facile en nouveaux contenants. Plus ou moins inutile à ce stade, ce mélange multicolore sera probablement vendu comme matériau de remblai pour un projet d'infrastructure, s'il n'est pas directement enfoui.
Quel avenir pour l'emballage ?
Il est plus difficile de prédire le sort des bouteilles en plastique que j'ai achetées. Après avoir bu l'Evian et la Smartwater, j'ai rempli les deux bouteilles en PET avec l'eau du robinet de New York. Au cours des semaines suivantes, je les ai fièrement et régulièrement transportées avec moi à la salle d'escalade, espérant secrètement que quelqu'un les reconnaîtrait comme certains des plus populaires contenants d'eau parmi la communauté des randonneurs ultralégers. Mais tôt ou tard, même les bouteilles en polyéthylène les plus chanceuses et les plus durables finiront à la poubelle. Mais qui sait. Si vous attendez assez longtemps, quelqu'un finira bien par trouver une solution à ce problème.
