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RÉSUMÉ
La machine à papier permet, à partir d'une pâte préparée à cet effet, de produire en continu du papier ou du carton. Elle est composée de trois parties principales : la partie humide, la section des presses et la sécherie. Cet article décrit en détail la machine à papier et ses organes de contrôle-commande. Puis il décrit plus succinctement les machines particulières que sont la machine à carton et la machine monocylindrique.
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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
La machine à papier proprement dite va servir, à partir d’une matière première (ou pâte) préparée à cet effet (cf. Procédés papetiers- Préparation des pâtes), à fabriquer en continu une feuille de papier ou de carton, d’une largeur donnée et correspondant à un cahier des charges bien défini (grammage, épaisseur, propriétés physiques et optiques données). Les vitesses atteintes par les machines modernes sont actuellement de 1 800 m/min (papier journal), voire 2 200 m/min pour les machines spéciales utilisées pour les papiers sanitaires et domestiques. Certains constructeurs de machines cherchent à augmenter les vitesses jusqu’à 2 500 m/min et plusieurs machines à papier pilotes tournent d’ores et déjà, au-delà de 2 000 m/min pour des sortes légères (journal). La laize (largeur) des machines peut atteindre 10 m, mais une augmentation de cette largeur est peu probable à court terme.
La machine à papier est composée de trois parties principales (figure 1) :
-
la partie humide, constituée de la caisse de tête et de la table de fabrication. C’est dans cette partie que la feuille est formée puis égouttée, d’abord par gravité puis par dépression ;
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la section des presses, où la feuille va être essorée le plus possible, par voie mécanique ;
-
la sécherie où l’eau restante est éliminée par voie thermique (évaporation).
À la sortie de la sécherie, la feuille, à une humidité comprise entre 4 et 9 % (en masse), est stockée en bobines grâce à une enrouleuse. Avant cette ultime étape, qui constitue la fin de la machine à papier, la feuille peut subir un certain nombre de traitements supplémentaires en ligne : enduction, couchage, lissage, calandrage, etc. Toutes ces opérations qui apportent en général une valeur ajoutée au papier, peuvent bien sûr s’effectuer hors machine, sur des installations spéciales : coucheuses, calandres, supercalandres.
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Machines particulières
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4. Contrôle-commande
Le développement du contrôle-commande en papeterie a démarré dans les années 1950 avec la mesure en continu du grammage du papier (poids au m2). En 1960 apparaît la mesure sens travers de grammage et d’humidité avec la première régulation numérique par ordinateur. Ensuite, le premier contrôle-commande numérique de machine à papier, utilisant un minicalculateur dédié à cette application, est installé en 1970. Depuis sont apparus les commandes centralisées qui gèrent hiérarchiquement l’ensemble des boucles locales de régulation de l’usine, puis les réseaux usine capables de distribuer toutes les données disponibles à l’ensemble des acteurs du site.
Pour ce qui concerne la machine à papier, de nombreuses boucles de régulation ont été installées de manière à contrôler le fonctionnement du procédé et maîtriser la qualité du papier en fin de machine. En parallèle ont été développés des techniques de mesures en ligne et des capteurs spécifiques à la pâte à papier et au matériau papier.
Pour le papier en fin de machine, certaines mesures fournissent non seulement la valeur moyenne mais aussi la distribution dans la largeur de la feuille.
4.1 Mesures en ligne sur le papier
Les mesures en ligne suivantes sur le matériau papier sont utilisées le plus souvent en régulation :
-
grammage du papier fin de machine : moyenne et sens travers (rayonnement bêta) ;
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humidité de la feuille fin de machine : moyenne et sens travers (infrarouge, ou micro-ondes) ;
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épaisseur fin de machine (moyenne et sens travers induction, déplacement) ;
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taux de charges (rayons X) ;
-
couleur, blancheur et fluorescence (méthodes optiques).
D’autres mesures en ligne ont été développées mais celles-ci ne sont pas utilisées en régulation :
-
épair du papier fin de machine : indice de qualité de la formation de la feuille (laser, analyse d’image) ;
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détection de défauts (méthode optique) ;
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brillant du papier (optique) ;
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opacité (optique) ;
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porosité (différence de pression) ;
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propriétés mécaniques du papier (ultrasons par contact) ;
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taille...
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ANNEXES
D’après l’enquête annuelle de la revue « Pulp and Paper International » parue en juillet 2002, la production mondiale s’élevait en 2001 à 179 374 000 tonnes de pâtes à papier et à 318 147 000 tonnes de papiers et cartons (tableaux , et ).
La consommation annuelle par habitant varie d’un extrême à l’autre : si les États-Unis ont une consommation par habitant de 324 kg, la Chine n’en est qu’à 29 kg, malgré une place de deuxième producteur de papiers et cartons. Pour les pays de l’Union européenne, cette consommation varie de 83 à 295 kg selon les pays avec une moyenne à 220 kg.
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La fabrication du papier consomme de l’énergie thermique, notamment en sécherie et de l’énergie électrique à tous les stades du procédé.
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