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Auteur(s)
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Michel PETIT-CONIL : Ingénieur de l’École Française de Papeterie et des Industries Graphiques de Grenoble Docteur en Génie des Procédés Ingénieur de recherche senior au Centre technique du papier
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le papier est peut-être le matériau le plus utilisé de par le monde sous les diverses formes où il est possible de le produire : papiers pour impression et écriture, papiers techniques, cartons plats, cartons ondulés, emballages… Il peut même être destiné à d'autres emplois que la communication et l'emballage : de nombreux papiers dits techniques sont produits pour entrer dans la conception de pièces pour automobiles ou pour composants électriques.
Comme nous le verrons dans les différents paragraphes, il existe diverses techniques de préparation de la matière première (bois ou plantes annuelles), mais le principe fondamental de formation d'une feuille de papier reste le même : dépose d'une suspension de fibres papetières (pâte à papier) sur une toile permettant l'égouttage et la création de liaisons entre ces fibres, puis essorage par pressage et séchage. Seules les technologies utili-sées ont été modernisées. Le principe de base reste le même depuis l'invention de ce matériau si utile à l'homme.
En grande majorité, le papier ou le carton (association de différentes couches de papiers) est produit à partir de fibres provenant du bois. Mais tout matériau lignocellulosique peut être une source potentielle de fibres papetières. C'est pourquoi de nombreuses plantes annuelles (paille de blé ou de riz, bambou, roseau, lin, chanvre) sont utilisées, surtout dans les pays pauvres en forêts.
Il existe deux grands types de procédés de fabrication de la pâte à papier : les procédés mécaniques de séparation des fibres par défibreur ou raffineur et les procédés chimiques basés sur la dissolution de la lignine.
Ces procédés seront décrits dans cet article. Le fascicule suivant [J 6 901] présentera les procédés de fabrication des papiers et cartons.
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Procédés de fabrication de pâtes à papier
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1. Généralités
Le papier a certainement été inventé en Chine au premier siècle de notre ère. Par le biais des Mongols puis des Arabes, la technique de sa fabrication se répandit dans le Moyen-Orient puis dans l'Occident. Le papier était essentiellement, et ce pendant plus de 500 ans, produit à partir de chiffons de lin et de chanvre. Ce n'est qu'à partir du XVIIe siècle que le bois fut considéré comme source potentielle de fibres papetières. Avec l'essor de l'industrialisation au XIXe siècle et l'augmentation de la production et de la consommation, le papier fut essentiel-lement fabriqué à partir de bois selon les différents procédés que nous allons aborder.
La technologie de préparation des pâtes à papier, des papiers et des cartons a beaucoup évolué depuis son invention jusqu'à nos jours. De la forme manuelle, couramment utilisée par le papetier, jusqu'à la machine à papier moderne produisant une feuille à plus de 1000 m/min sur une largeur de plus de 8 m, l'évolution de la technologie a été considérable, grâce d'une part à l'invention de la machine à papier en continu par Louis-Nicolas Robert au XIXe siècle, d’autre part à l'automatisation et à l'informatique. L'industrie papetière est devenue une industrie moderne associant les dernières technologies (électronique, régulation automatique, informatique, mécanique…) aussi bien en matière de production que d'environnement.
1.1 Structure morphologique et composition chimique des bois
Comme il est d’usage dans la profession, les pourcentages indiqués sont des pourcentages massiques.
Il est important, avant de développer les procédés de fabrication des pâtes et des papiers, de donner quelques informations sur la structure du bois et sur les éléments constitutifs qui se retrouvent dans les pâtes et les papiers.
Il existe deux classes de végétaux : les gymnospermes, ou bois résineux, se caractérisant par des graines naissant sans protection et les angiospermes dont les graines sont contenues dans un fruit, famille qui se divise en deux classes : les monocotylédones ou céréales et les dicotylédones ou bois feuillus.
Le bois comporte différentes zones de croissance représentées dans le tronc de l’arbre par des cernes sous forme d’anneaux concentriques annuels. Chaque cerne est composée :
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