Bibliographie & annexes
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En anglais
RÉSUMÉ
La chimie des procédés de fabrication des pâtes lignocellulosiques écrues par cuisson chimique conventionnelle (procédés soude, kraft et bisulfite) ou par cuisson organosolve (solvolyse) est revue dans cet article. Sont décrites les principales réactions conduisant à la dégradation et à la solubilisation de la lignine et les réactions d'hydrolyse des polysaccharides. La nature chimique du substrat principal, le bois, ainsi que celle de ses trois constituants polymériques majoritaires (cellulose, hémicelluloses et lignine), est détaillée. La connaissance de ces mécanismes s'inscrit dans le contexte du développement renforcé des bioraffineries lignocellulosiques, usines produisant des fibres, de l'énergie et des biomatériaux issus de ressources végétales non alimentaires.
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The chemistry of the main conventional pulping processes for producing unbleached lignocellulosic pulps: soda, kraft and bisulfite processes, or organosolv pulping (solvolysis), is reviewed in this paper. The principal reactions in the degradation and solubilization of lignin in the cooking liquor, and the main mechanisms of polysaccharide degradation, are described. The chemical nature of the main substrate, wood, and of its three main macropolymer components (cellulose, hemicelluloses and lignin), are detailed. Knowledge of these mechanisms takes on special importance with the increased development of lignocellulose biorefineries, mills for producing fibers, energy, and biomaterials from non-food sustainable plant resources.
Auteur(s)
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Gérard MORTHA : Professeur des Universités - Laboratoire de Génie des Procédés Papetiers (LGP2 – UMR CNRS 5518), École Internationale du Papier, de la Communication Imprimée et des Biomatériaux, Institut Polytechnique de Grenoble, Université Grenoble-Alpes, Saint Martin d’Hères, France
-
Anne-Laurence DUPONT : Docteur ès Sciences, HDR, chercheur au CNRS - Centre de recherche sur la conservation des collections (CRC, USR 3224), Sorbonne Universités, Muséum national d’Histoire naturelle, Ministère de la Culture et de la Communication, CNRS, Paris, France
INTRODUCTION
La chimie des procédés de fabrication des pâtes lignocellulosiques écrues par cuisson chimique conventionnelle (procédés soude, kraft et bisulfite) ou par cuisson organosolve (solvolyse) est revue dans cet article. Sont décrites les principales réactions conduisant à la dégradation et à la solubilisation de la lignine et les réactions d’hydrolyse des polysaccharides. La nature chimique du substrat principal, le bois, ainsi que celle de ses trois constituants polymériques majoritaires (cellulose, hémicelluloses et lignine), est détaillée. La connaissance de ces mécanismes s’inscrit dans le contexte du développement renforcé des bioraffineries lignocellulosiques, usines produisant des fibres, de l’énergie et des biomatériaux issus de ressources végétales non alimentaires.
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MOTS-CLÉS
Mécanismes réactionnels pâtes lignocellulosiques bioraffineries délignification bisulfite et organosolve
KEYWORDS
reaction mechanisms | lignocellulosic pulps | biorefineries | delignification | bisulfite and organosolv pulping
DOI (Digital Object Identifier)
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Composition des fibres papetières : cellulose, hémicelluloses et lignine
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1. Contexte
1.1 Fibres cellulosiques et papiers
Une feuille de papier est un enchevêtrement de fibres cellulosiques, objets cylindriques creux et courbés de quelques millimètres de longueur et d’environ 30 à 50 micromètres d’épaisseur. Dans le papier sec, les fibres sont disposées à plat en couches superposées, liées entre elles aux points de contact par des liaisons hydrogène entre les fonctions alcool des polysaccharides (constituants majeurs de la paroi fibreuse) et forment un réseau. La cohésion du papier est bonne à l’état sec, mais relativement mauvaise à l’état humide du fait du relâchement des liaisons hydrogène interfibres. Les propriétés mécaniques du papier sont liées, d’une part, à la morphologie du réseau (longueur des fibres, épaisseur, fracturation ou fibrillation des parois, densité du réseau, nombre de points de contact, orientation du réseau…) et, d’autre part, aux propriétés des macropolymères (chaînes de cellulose et d’hémicelluloses, lignine) constitutifs de la paroi des fibres, organisée en faisceaux filamentaires et microfibrillaires.
Dans le bois, les fibres sont soudées entre elles par un ciment ligneux. Les fibres de bois sont courtes (1 à 3 mm dans les résineux, moins de 1 mm dans les feuillus), comparativement aux fibres de plantes annuelles également exploitées en papeterie. Les fibres de bois sont les constituants majeurs des papiers ordinaires ; on incorpore certaines fibres de plantes annuelles dans certains papiers fins ou spéciaux, plus particulièrement exigeants en propriétés mécaniques ou autres propriétés physiques. La fabrication de la pâte à papier consiste à extraire les fibres du végétal pour en faire une suspension de fibres individualisées.
Depuis le XIXe siècle, l’utilisation du bois est très largement majoritaire par rapport à celle des autres sources fibreuses végétales. Le bois a un rendement de culture à l’hectare très nettement supérieur à celui des plantes annuelles. Sa densité est élevée et il peut être transporté avec un très bon rapport poids/volume. Sa teneur en matières minérales est inférieure à 1 % (hormis certains bois exotiques, non utilisés en papeterie), bien plus faible que dans les plantes annuelles, causant un moindre épuisement des sols. En revanche, le bois contient plus de lignine que la plupart des plantes annuelles, laquelle...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - VALLETTE (P.), de CHOUDENS (C.) - Le bois, la Pâte, le Papier. - Éditions du Centre Technique du Papier (3e éd.), Grenoble, 1989.
-
(2) - FENGEL (D.), WEGENER (G.) - Wood : chemistry, ultrastructure, reactions. - Editions Walter de Gruyter, Berlin, 1983.
-
(3) - KLEMM (D.), PHILIP (B.), HEINZE (T.), HEINZE (U.), WAGENKNECHT (W.) - Comprehensive Cellulose Chemistry. Volume I. General Principles and Analytical Methods. - Editions Wiley, 1998.
-
(4) - KONDO (T.), TOGAWA (E.), and (R.M.), BROWN (Jr.) - “Nematic Ordered Cellulose” : A concept of glucan chain association. - Biomacromolecules, 2, 2001, pp.1324-1330.
-
(5) - SIXTA (H.), POTTHAST (A.), KROTSCHEK (A.W.) - in Handbook of Pulp, Sixta H. ed., Wiley-VCH Verlag GmbH &&&& Co. - KGaA, 2006, volume 1.
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Portails de la TAPPI http://www.tappi.org/ et de la PAPTAC http://www.paptac.ca/fr, les grandes associations techniques industrielles nord-américaines dans le domaine des pâtes, papiers et cartons – sites majeurs d’information et de documentation industrielle et scientifique : revues spécialisées, e-learning, bookstore et documentation, fiches techniques, séminaires web, ateliers, forum et listes de discussion, actualité industrielle et scientifique.
Portails de l’ATIP, l’Association Technique de l’Industrie Papetière française http://www.atip.asso.fr/, et de la COPACEL, l’Union Française des Industries des Papiers, Cartons et Cellulose http://www.copacel.fr/fr. Une revue spécialisée (revue ATIP), séminaires, web, ateliers, formation, actualité et information technico-scientifique et industrielle.
Portails du CTP, Centre Technique du Papier http://www.webctp.com/, et du FCBA, Centre technique Forêt, Bois, Construction et Ameublement http://www.fcba.fr/. Documentation et laboratoires spécialisés, essais pilotes, analyses, formation professionnelle.
Portail de PAGORA http://pagora.grenoble-inp.fr/, école Internationale du Papier, de la Communication Imprimée et des Biomatériaux – école d’ingénieurs du groupe Institut Polytechnique de Grenoble, membre de l’Université Grenoble-Alpes. Pagora est la seule école française dispensant les enseignements spécialisés de la filière...
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