L’opération de calandrage

Revue bibliographique

Ce premier chapitre de la thèse publié sur clicours.com a pour but de présenter le matériau étudié : le papier, mais également les étapes de son élaboration pour arriver à l’opération qui nous intéresse plus particulièrement : le calandrage. Cette partie s’appuie sur les ouvrages de Vallette et de Choudens ([Vallette et al., 1989]), Gullichsen, Paulapuro et Lehtinen ([Gullichsen et al., 1999]) et Guérin ([Guérin, 2000]). Les deux dernières parties font le point sur les modèles mécaniques de comportement du papier dans un nip de calandre et sur le calandrage des papiers couchés. Le procédé mécanique consiste à désintégrer le bois. Il s’effectue à l’aide de meules pour les rondins et de défibreurs pour les copeaux. L’échauffement et l’action de frottement mécanique permettent de fractionner le bois en fibres, on parle alors de défibrage du bois. La pâte obtenue est assez grossière et très hétérogène (amas de fibres, bûchettes, fibres individualisés, éléments fins). Des étapes supplémentaires de classage et de raffinage permettent de produire des fibres avec des propriétés homogènes aptes à donner au papier les qualités requises à la production. Des traitements à la vapeur avant l’opération de défibrage sont effectués pour les pâtes thermomécaniques (TMP). Cela permet de ramollir la lignine du bois, facilitant ainsi la séparation des fibres. Dans le cas des pâtes chimicothermomécaniques (CTMP), des agents chimiques sont utilisés à une température supérieure à 100°C afin d’améliorer encore la séparation des fibres.

Le procédé chimique consiste à faire cuire le bois dans un réacteur appelé « lessiveur » avec une liqueur de cuisson (acide ou basique) à chaud (entre 130 et 180°C selon le procédé) et sous pression. Les réactions chimiques permettent d’éliminer les éléments non cellulosiques, en particulier la lignine et de séparer les fibres les unes des autres avec une action mécanique limitée. Ainsi, la pâte obtenue dite Kraft par le procédé basique (soude caustique et sulfures de sodium) présente d’excellentes propriétés mécaniques. Il existe également des traitements mixtes qui combinent une action chimique et une action mécanique. Ces pâtes sont appelées mi-chimiques. Enfin, les pâtes recyclées sont également de plus en plus présentes sur le marché. Elles offrent des caractéristiques très variables en fonction de la matière première et du nombre de cycle de recyclage. Les pâtes mécaniques sont appelées pâtes à haut rendement comparativement aux pâtes chimiques (cf Tableau 1.1). Par ailleurs, elles offrent une bonne opacité et une bonne aptitude au calandrage. Par contre, leurs caractéristiques mécaniques sont plus faibles que celles des pâtes chimiques et la présence de lignine engendre un jaunissement du papier après vieillissement à la lumière. Le Tableau 1.1 présente quelques caractéristiques des pâtes obtenues par un procédé mécanique ou chimique.

La couleur des pâtes fabriquées par les procédés évoqués précédemment est différente. Selon leur utilisation, elles nécessitent un blanchiment plus ou moins prononcé. Par exemple, les papiers d’impression et d’écriture nécessitent une étape de blanchiment de la pâte. On distingue le blanchiment des pâtes mécaniques de celui des pâtes chimiques. Q 01-007, on distingue les papiers sans bois et avec bois. Les papiers sans bois contiennent moins de 5% de pâte mécanique, thermomécanique ou mi-chimique alors que les papiers avec bois en contiennent entre 40 à 70%. Les usines qui ne fabriquent pas leurs pâtes reçoivent de la pâte en balles. C’est le cas pour les pâtes CTMP et chimiques. La première opération de la fabrication de la feuille de papier est donc de mettre les fibres en suspension dans l’eau. La désintégration a pour but de désagréger la pâte jusqu’à l’obtention de fibres individualisées et hydratées. Cette étape est facilitée par le caractère hydrophile de la cellulose. opposée, garnis de lames.

Les fibres sont hydratées (gonflement et assouplissement de la fibre) et fibrillées (arrachement partiel de la paroi externe de la fibre entraînant une augmentation de la surface et donc de la possibilité de créer des liaisons inter-fibres). Ce traitement conduit également à une coupe des fibres cellulosiques, phénomène qui n’est pas forcement recherché. Enfin, la pâte est épurée, diluée pour diminuer sa concentration et des charges peuvent être ajoutées avant son arrivée sur la machine à papier. Il existe plusieurs procédés de formation de la feuille, mais le principe reste identique : une suspension très diluée de pâte (2 à 4 grammes de fibres par litre d’eau) est déposée sur une toile au niveau de la caisse de tête. La suspension s’égoutte à travers la toile afin d’éliminer une certaine proportion d’eau. Le matelas fibreux supporté par un feutre entre ensuite dans la section des presses où l’action mécanique permet d’éliminer une quantité supplémentaire d’eau avant son entrée dans la sécherie. Dans cette dernière partie, l’eau restante est éliminée par évaporation sous l’action de la chaleur et de l’air.