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RÉSUMÉ
Le principe de fabrication du papier a très peu évolué au cours du temps, mais les technologies utilisées dans chaque étape ont, elles, considérablement évolué. Cet article se focalise sur la préparation de la pâte à papier, pâte dont les propriétés et la composition vont directement conditionner le type de papier obtenu. les différentes étapes de la préparation sont détaillées : désintégration, raffinage, introduction d'additifs, épuration et dilution.
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André LEMAÎTRE : Ingénieur de l’École Française de Papeterie de Grenoble (EFPG) - Docteur-ingénieur en automatique - Coordonnateur du département Conseil et Expertises au Centre Technique du Papier (CTP)
INTRODUCTION
Le principe de fabrication du papier a très peu évolué depuis son invention. À partir d’une suspension aqueuse de fibres cellulosiques, une feuille est formée sur une toile par égouttage : ce matelas fibreux est ensuite pressé et séché afin d’éliminer l’eau en excès. La fabrication du papier consiste donc à mettre en contact des fibres papetières avec de l’eau, pour favoriser les liaisons hydrogènes
et ensuite extraire cette eau de manière à stabiliser les propriétés de solidité du réseau fibreux. Ces liaisons entre fibres, créées dans la partie humide de la machine, vont apporter les principales qualités du matériau papier qui vont se matérialiser au cours des différentes phases de consolidation de la feuille que sont le pressage puis le séchage.
Si le principe n’a pas changé, les technologies utilisées au cours des différentes étapes ont, quant à elles, considérablement évolué. Ces transformations successives du procédé ont pour origine le souci permanent de l’industriel de fabriquer du papier de meilleure qualité, toujours plus vite et avec un coût de production le plus faible possible.
On peut distinguer deux phases principales dans le procédé :
-
la préparation de la pâte, objet de cet article [J 6 901], qui va permettre d’envoyer à la machine à papier, une matière première adaptée au cahier des charges du papier souhaité, c’est-à-dire, bien dispersée, propre, décontaminée et complétée, si nécessaire, avec des additifs appropriés (charges, colorants, etc.) ;
-
la fabrication du papier ou du carton, proprement dite, sur la machine à papier, où intervient la mise en forme définitive du matériau, qui fait l’objet de l’article Procédés papetiers- Machines à papier.
La pâte à papier, qu’elle soit issue de procédés mécaniques ou chimiques ou qu’elle provienne de fibres de récupération, nécessite une phase de préparation, avant d’être envoyée à la machine à papier proprement dite.
Les étapes principales de cette préparation sont les suivantes :
-
désintégration et mise en suspension ;
-
raffinage ;
-
introduction d’additifs divers ;
-
épuration ;
-
dilution à la concentration souhaitée.
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Circuits de tête de machine
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4. Épuration
L’objectif de cette phase d’épuration est de débarrasser la pâte qui va être envoyée sur machine, de ses impuretés résiduelles : bûchettes, incuits, pastilles, plastiques, encres, sables, etc.
Deux types d’épurateurs sont utilisés : les épurateurs tourbillonnaires (hydrocyclones ou « cleaners ») et les classeurs sous pression (« screens »).
En tête de machine, on installe plusieurs types d’épuration en série :
-
d’abord un premier groupe d’épurateurs tourbillonnaires, pour l’épuration grossière de particules lourdes ;
-
et ensuite juste avant la caisse de tête un deuxième groupe de classeurs sous pression, pour une épuration plus fine.
Pour certaines sortes, notamment celles avec 100 % de fibres recyclées, l’épuration tête de machine ne comporte que des classeurs sous pression, la préparation des fibres recyclées proprement dite ayant déjà éliminé les plus gros contaminants.
4.1 Épurateurs tourbillonnaires
Ces systèmes, basés sur la force centrifuge, éliminent les impuretés lourdes (sables, bûchettes, encres, pastilles, écorces, etc.). Le flot de pâte arrive tangentiellement par la partie supérieure de l’appareil en forme de cône inversé (figure 4). Les impuretés les plus lourdes (par rapport à la densité des fibres) sont éliminées dans la partie basse du cône. La pâte épurée est évacuée par le haut de l’appareil. L’efficacité d’élimination est d’autant plus importante que la pâte est diluée. Les concentrations habituellement utilisées varient entre 0,7 et 1,5 %.
Les densités des contaminants étant en général, proches de celle des fibres, il est nécessaire de traiter la pâte en plusieurs étapes. Ces hydrocyclones sont disposés en 2, 3, 4 voire 5 étages successifs, montés en cascade afin de minimiser les pertes en fibres. Chaque étage est composé d’une série d’appareils de petite dimension, installés en parallèle, leur nombre étant fonction du débit de pâte à traiter. À chaque étage, la pâte envoyée se décompose en deux parties : les acceptés et les refus. Les acceptés...
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