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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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Sécherie
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2. Section des presses
À la sortie de la partie humide, c’est-à-dire en fin de table plate ou de former, la feuille de papier n’a pas encore toutes les propriétés physiques exigées en fonction de son utilisation finale. Elle est encore très humide et donc très fragile : elle nécessite ce que l’on appelle une phase de « consolidation ». C’est le rôle principal de la section des presses. La deuxième fonction importante de cette partie de la machine est d’éliminer de façon mécanique, par essorage, le plus possible d’eau avant d’utiliser en dernier ressort la voie thermique, dans la sécherie, beaucoup plus gourmande en énergie.
Le principe du pressage est basé sur une compression du matelas fibreux entre deux rouleaux dont un au moins est habillé d’un feutre. Une partie de l’eau contenue dans la feuille, prise en sandwich entre ces deux rouleaux, va s’écouler sous forme liquide dans le feutre récepteur. Cette eau est ensuite extraite de ce feutre au moyen de caisses aspirantes.
En fonction de la résistance à cet écoulement à travers la feuille comprimée, on distingue généralement deux types de comportements :
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pour les bas grammages (donc les faibles épaisseurs de papier), la résistance à l’écoulement opposée par la structure de la feuille est faible et l’élimination de l’eau n’est limitée que par la pression appliquée (sortes contrôlées par la compression) ;
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pour les grammages lourds, la résistance à l’écoulement de l’eau à travers la structure devient prépondérante et limite la quantité d’eau éliminée (sortes contrôlées par l’écoulement). Dans ce cas, un des moyens pour améliorer la performance de la presse est d’augmenter la longueur de la zone de pincement (presses à sabots).
La feuille est ainsi soumise à plusieurs actions de pressage successives (2, 3 ou 4), avec des charges linéaires variables et souvent au moyen de technologies différentes, au fur et à mesure que le taux d’humidité diminue. À la fin de la section des presses, la feuille peut atteindre des niveaux de siccité allant de 38 % à 52 %, suivant les types de papier, le nombre de zones de pressage et les techniques utilisées.
Les performances d’une section de presses dépendent de plusieurs facteurs dont :
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le type de presse ;
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le type de feutre récepteur ;
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Section des presses
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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