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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 :
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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.) ;
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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 .
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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2. Raffinage
L’objectif de cette étape fondamentale de la préparation de la pâte est de modifier par une action mécanique, l’état physique des fibres afin d’obtenir les qualités requises pour la mise en œuvre et l’utilisation du papier fabriqué. Si cette phase était supprimée, le papier produit à partir de fibres non raffinées n’aurait jamais (sauf exception pour le papier buvard) les caractéristiques physiques souhaitées.
Le raffinage a trois actions principales sur les fibres, avec des conséquences diverses sur le procédé de fabrication et sur les propriétés du papier :
-
le gonflement ou l’hydratation des fibres qui se traduit par une pénétration de l’eau à l’intérieur et une augmentation de leur souplesse ;
-
la fibrillation ou création de fibrilles et d’éléments fins qui vont contribuer à augmenter les possibilités de contact entre fibres et donc de liaisons ;
-
la coupe, qui malheureusement diminue la longueur des fibres mais qui améliore l’uniformité de leur répartition sur la toile de fabrication.
Le raffinage influence fortement la formation de la feuille et ralentit l’égouttage du matelas fibreux sur la table de formation. L’efficacité du pressage est diminuée et le retrait sens travers pendant le séchage est accentué. Les caractéristiques du papier final sont très dépendantes de l’intensité du raffinage, avec souvent des effets contradictoires : l’épair est amélioré par le raffinage alors que l’opacité, la blancheur, la déchirure et la perméabilité à l’air diminuent ; en revanche, l’éclatement, la traction, l’allongement à la rupture et la rigidité augmentent avec l’hydratation et la fibrillation, mais diminuent avec la coupe.
Anciennement, l’opération de raffinage était réalisée, en discontinu, dans des piles constituées d’un canal en circuit fermé, où la pâte circulait entre un cylindre à lames parallèles et une platine à lames inclinées. Actuellement, on utilise essentiellement deux types de matériel, fonctionnant en continu ou en discontinu :
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le raffineur à disques (figure 2) : il se compose d’un disque rotor muni de lames, tournant entre deux stators également équipés de lames mais inclinées...
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