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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. ), 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) :
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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 ;
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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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3. Sécherie
À la sortie de la section des presses, la feuille contient encore plus d’une fois sa propre masse en eau. Tous les moyens mécaniques d’extraction de l’eau ayant été utilisés, il ne reste que les techniques de séchage, basées sur l’évaporation pour éliminer cette eau résiduelle.
Les diverses solutions utilisées pour sécher la feuille de papier font appel aux techniques classiques de transfert de chaleur par conduction, par convection et par rayonnement. Le procédé le plus utilisé est la sécherie multicylindrique constituée d’une série de cylindres sécheurs métalliques chauffés à la vapeur. Les techniques de séchage sans contact (air chaud, infrarouges gaz ou électriques) sont en général, appliquées pour le séchage des enductions ou des couches, en ligne ou hors machine.
La sécherie est le poste le plus gros consommateur d’énergie thermique. Le séchage joue également un rôle fondamental dans l’obtention des propriétés physiques du papier. C’est en effet dans la sécherie, lors de l’évaporation de l’eau que s’établissent les liaisons entre les fibres. La façon dont l’eau est éliminée (séchage sous contrainte ou séchage libre) et les différentes tensions auxquelles est soumise la feuille influent sur la structure, les caractéristiques mécaniques et le comportement du papier fini.
3.1 Sécherie multicylindrique
La sécherie multicylindrique est composée d’une double rangée de cylindres métalliques alimentés en vapeur détendue à moyenne pression, provenant d’une chaudière. Le fluide chauffant utilisé est donc de la vapeur d’eau saturée, qui se condense en cédant son énergie de vaporisation. L’énergie thermique est transférée par conduction au travers de la paroi métallique du cylindre. La feuille est plaquée contre la surface du sécheur par un habillage qui permet d’améliorer le contact et par suite le coefficient de transfert de chaleur. Les condensats formés sont extraits des cylindres en continu à l’aide d’écopes ou de siphons et sont renvoyés à la chaudière. La vapeur d’eau qui s’échappe de la feuille s’accumule dans l’air ambiant qui doit donc être renouvelé, grâce à l’apport d’air chaud et sec et à l’extraction en continu des buées humides....
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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 1, 2 et 3).
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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