PROCESSUS DE FABRICATION PAPIER

1. Papier et carton
Jean-Sébastien
Bessette
111 074 985
BES en sciences et
technologie

2. www.ulaval.ca 2
Qu’est-ce que du papier?
• Deux définitions du Petit Robert en ligne :
• « Feuille très mince de métal, servant à
envelopper. »
• « Matière fabriquée avec des fibres
végétales réduites en pâte, étendue et
séchée pour former une feuille mince. »

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Le bois et ses composants
• 3 substances principales :
• 45 – 50 % de cellulose
• 20 – 30 % d’hémicellulose
• 20 – 30 % de lignine
• Et quelques autres substances – matière
résineuse, minérale et organique
3
http://www.chm.ulav
al.ca/gecha/chm2904
/index.html
Une unité de cellulose

4. www.ulaval.ca
Le bois un polymère
• Le papier, tout comme le bois, est un
polymère.
4
http://www.chm.ulav
al.ca/gecha/chm2904
/index.html

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La fabrication du papier : différents
types de pâtes
• Procédé ayant pour but d’extraire les fibres de
cellulose du bois ou du moins les séparer.
• Différentes méthodes pour différentes pâtes :
• la méthode mécanique  Pâtes mécaniques
• la méthode chimique  Pâtes chimiques
• la méthode mi-chimique Pâtes mi-chimiques
5
Une unité de cellulose

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Évaluation selon trois propriétés
• les propriétés mécaniques de résistance (ex.
traction)
• les propriétés optiques (ex. blancheur)
• les propriétés de texture ex. perméabilité à
diverses substances)
• Ces propriétés diffèrent d’un papier à l’autre
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Conifères et résineux
• Fibres longues (2 à 4 mm v.s. 0.8 à 3 mm)
• Permet un papier plus résistant
7
Au Québec, les fibres
cellulosiques non
recyclées viennent
principalement du
pin, du sapin et de
l’épinette (noir)
Sapin  https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3c/Sapin_des_vosges.jpg

8. www.ulaval.ca
Fibre de cellulose
http://www2.cegep-ste-foy.qc.ca/profs/gbourbonnais/pascal/fya/chimcell/notesmolecules/glucides_3.htm
8

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Fibres de résineux
9

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Papier avant la pâte de papier!
• Papyrus
• Fabriqué par collage de bandes croisées à
l’aide des tiges d’une plante poussant près
du Nil
• Des traces de cet outil de calligraphie datant
de 3000 av. J.C.
10
Papyrus égyptien  Observez la texture
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f3/Papyrus2.jpg

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À qui le mérite du papier moderne?
• 105 ap. J.C. – Cai
(Tsai) Lun découvre
une pâte à papier fait
à base d’écorce, de
vieux chiffons et de
filets de pêche.
• Trace de papier plus
archaïque avant Cai
Lun.
• Où? En Chine.
11

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Un petit bout d’histoire
• 1450 – Gutenberg invente la presse à imprimer
• 17ième siècle – Pénurie de Chiffon
• 1825 - Industrialisation massive de la
fabrication du papier
• Entre 1850 et 1878 - Inventions de la pâte
mécanique et chimique
12
https://fr.wikipedia.org/wiki/Johannes_Gutenberg#/media/File:Presse_
xylographie.jpg

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• L’écorce des arbres retirée lors de l’écorçage.
Pourquoi?
• L’écorce ne contient pas de bonnes fibres
• Elle réduit la résistance et la propreté de la pâte
• Elle occasionne la formation de dépôts de résines
• Elle consomme les produits chimiques de mise en
pâte
L’écorce
Machine pour l’écorçage du bois

14. www.ulaval.ca
Enfin la pâte!
14
Pâte à papier-mâché
http://monblogrecettes.centerblog.net/2-pate-a-papier-macher
Pâte mécanique
http://www.thequestforoptimality.com/cases/lsj/?page_id=12

15. www.ulaval.ca
Pâte mécanique
• Pâte de meule (conifères et résineux)
• Rondins râpés sur meule abrasive ou défibreur
• Pâte de raffineur (feuillus)
• Transformation des rondins en copeaux
• Agressions mécaniques moindres que la pâte de meule
• Pour pallier aux inconvénients
• Pâte thermomécanique (PTM)
• Proportion de fibre longue dans la pâte augmente
• Pâte chimico-thermomécanique (PCTM)
• Emplois de soude et bisulfite de soude facilitant le
défibrilage
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16. www.ulaval.ca
Défibreur v.s. Coupeuse à disque
https://fr.wikipedia.org/wiki/Papier#/media/File:Defibreur.png
16
Coupeuse à disque
Document Boréalis

17. www.ulaval.ca 17
La pâte mécanique de
défibreur
Avantages
• Faible consommation
d’énergie
• Opacité
• Réceptivité à l’encre
• Pâte claire si le bois est frais
• Rendement du bois de 90 à
95 %
Inconvénients
• Beaucoup de manutention
• Peu résistante
• Variations de qualité
• Automatisation faible

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Pâtes thermomécaniques
et autres pâtes de raffineur
Avantages
• Plus résistante
• Automatisation
• Peu de main d’œuvre
• Résidus des scieries
• Coût de production
faible
Désavantages
• Consommation
d’énergie élevée
• Blancheur modérée
• Jaunissement

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Pâte mécanique utile?
• Permet de produire du papier de qualité
moindre à prix réduit.
• du papier journal ;
• du papier pour magazine ;
• des papiers à usage graphique (édition,
bureau, écriture, enveloppe, affiche,
imprimante) ;
• du carton plat ;
• des papiers sanitaires et domestiques
19

20. www.ulaval.ca
Pâte chimique
• Utilise des réactifs chimiques  « cuit » le bois
• « liqueur de cuisson »  mélange des copeaux
de bois et réactifs chimiques. Sépare la lignine
des fibres sans les briser.
• Deux procédés:
• Alcalin (sulfate) (kraft)
• Acide (bisulfate)
• Pourquoi?
• Permet de retirer les autres substances que
la cellulose de la fibre de bois
20

21. www.ulaval.ca
La liqueur noire
Produit final après le filtrage de la lignine +
pâte.
21

22. www.ulaval.ca
Procédé alcalin
• Alcalin (sulfate) (kraft)
• Le plus commun
• bonne résistance mécanique
• un bon indice de déchirure
• une bonne longueur de rupture.
• Plus difficile à blanchir que la pâte du
procédé acide
22

23. www.ulaval.ca
Procédé acide
• Acide (bisulfate)
• Rarement employé (pollution)
• Caractéristiques mécaniques plus faibles
(encore plus en déchirure)
• Pâte plus claire, plus facile à blanchir
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24. www.ulaval.ca
Pâte chimique utile?
• Elle permet la fabrication :
• du papier kraft ;
• de papiers impression-écriture ;
• de certains papiers d'emballages
• Afin d’augmenter la résistance mécanique de
certains papiers spécialisés.
24

25. www.ulaval.ca
Procédé chimique (kraft)
Avantages
• Pâte très résistante
• Blancheur élevée
après blanchiment
• Blancheur stable
• Cycle de récupération
efficace
Désavantages
• Coûts élevés
• Rendement de moins
de 50 %
• Opacité moindre

26. www.ulaval.ca
Les classes de fibres recyclées
Les résidus de
transformation
• Plus propres
• Peu contaminées
• Catégories précises
(49 catégories de
base, 27 spéciales)
Les papiers de post-
consommation
• Moins propres
• Très contaminées
• Peu de catégories

27. www.ulaval.ca
Pâtes recyclées
Avantages
• Environnement
• Économique
Désavantages
• Qualité variable
• Taux de
contamination
• Coût des fibres

28. www.ulaval.ca
Gouvernement du Québec un
propos sur la production de papier
• « De plus en plus, le papier et le carton sont
fabriqués à partir des sous-produits des
scieries (copeaux, sciures, etc.) et de fibres
recyclées (cartons ondulés, journaux,
magazines et papiers récupérés). Le bois
rond provenant de la récolte en forêt ne
constitue plus qu’une source secondaire
d’approvisionnement. »
28
http://www.mddelcc.gouv.qc.ca/milieu_ind/bilans/pates-procedes-rejets-reglementation.pdf

29. www.ulaval.ca
Boucle de Möbius
• Deux significations différentes :
• Recyclable
• Contient du recyclé (à l’intérieur le % de
fibres cellulosiques recyclés)
29
http://fr.canson.com/les-labels-produits/cycle-de-mobius-et-apur

30. www.ulaval.ca
Association des Producteurs et
Utilisateurs de Papier Recyclé
• Ou APUR est un logo :
30
• Ce logo indique la proportion de fibres
cellulosiques récupérées dans le produit
consommer
http://www.cercle-
recyclage.asso.fr/publications/dossiers/item/
407-recup03-recuperation-et-recyclage-des-
produits-papiers-cartons-en-france.html#2

31. www.ulaval.ca
Triturateur
• Grande cuve
• Papier carton à
recycler
• Eau
• Vapeur
• Parfois produits
chimiques
• Retour à l’état de pâte
31
Document Boréalis

32. www.ulaval.ca
Triturateur
32
http://innofibre.ca/en/equipment/pulp-treatment/

33. www.ulaval.ca
Papier utile à :
• la fabrication des cartons ondulés ou plats;
• du papier hygiénique;
• du papier essuie-tout;
• des mouchoirs de papier;
• de napperons;
• de certains papiers d’impression
33

34. www.ulaval.ca
Le blanchissement
• Opérations de traitements chimiques différents
selon la pâte.
• Pâte mécanique (réactifs)
• eau oxygénée ;
• l'hydrosulfite de sodium
• Pâte chimique (réactifs)
• des composés chlorés (eau de Javel) ;
• des composés non chlorés comme le
peroxyde d’hydrogène, l’oxygène et l’ozone.
34
Pâte
mécanique
http://www.thequestforoptimality.com/cases/lsj/?page_id=12

35. www.ulaval.ca
Réaction dioxide de chlore (ClO2) avec la
lignine (lors du blanchissement) (abandon)
35
https://www.researchgate.net/figure/254371627_fig2_Figure-2-The-
oxidation-of-primary-lignin-by-chlorine-dioxide-R2-H-for-guaiacyl

36. www.ulaval.ca
Réaction ozone (O3) avec la lignine
(lors du blanchissement)
36
http://www.aet.org/science_of_ecf/eco_risk/sap97sec2.html

37. www.ulaval.ca
Réaction ozone (O3) avec la lignine
(lors du blanchissement)
37
http://images.slideplayer.com/17/5345728/slides/slide_6.jpg

38. www.ulaval.ca
Cartons fabrication
• Deux méthodes très similaires à la fabrication
du papier :
• à partir de pâte à papier (+ d'autres
substances)
• à partir de feuilles de papier
38

39. www.ulaval.ca
Fabrication du papier et du carton
avec la pâte à papier
Procédé général après la fabrication de la pâte à papier
• Buts :
• Forme du papier
• Sécher  retirer l’eau (début haut pourcentage
d’eau)
• Étapes de finition (calandrage, couchage, etc.)
39
http://www.lepapier.fr/lepapier-images/fabrication.jpg

40. www.ulaval.ca
Traitements spécifiques
• Plusieurs papiers différents selon les éléments
ajoutés. Exemples.
• Permet d’améliorer certaines caractéristiques
du papier.
• 1. Les charges minérales
Ce sont des poudres fines (ex. silice
d'aluminium). Ces charges améliorent
l'imprimabilité et l'opacité du papier.
40

41. www.ulaval.ca
• 2. Les adjuvants
Corps en petite quantité dans le papier afin
d’améliorer :
• cohésion interne de la feuille  amidon ;
• la rétention des charges  résines
cationiques;
• la blancheur du papier  azurants optiques
(corps synthétiques n’ayant pas de
couleurs)
41
Traitements spécifiques (suite)

42. www.ulaval.ca
• 3. Les agents de collage
Tapissent la surface des fibres avec un dérivé
hydrophobe. Utilisation de résines naturelles
ou synthétiques. Meilleure résistance
mécanique du papier mouillé.
42
Traitements spécifiques (suite)

43. www.ulaval.ca
Quelques papiers/cartons
• Papier kraft
• Papier d’Arménie
• Papier hygiénique
• Papier-mâché
• Papier composite haute densité
• Papier permanent (ISO 9706)
• Papier sulfurisé
• Papier cigarette
43

44. www.ulaval.ca
Papier composite de haute densité
• Fabriquer à partir d’un procédé de
thermodurcissement
• Molécules de résines se lient et forment un
composite.
44
http://www.maglin.com/fr/compositedepapier.html
• Caractéristiques :inerte,
solide, très stable et surtout
très durable

45. www.ulaval.ca
Papier couché
• Papier utilisé pour la fabrication de billets de
banque et l’impression.
• Le papier est recouvert d'une ou deux couches
de produits (minéraux et liants) = surface lisse
+ meilleure caractéristique afin d’être utilisé
en imprimerie + blancheur.
• Utilisation : catalogues, magazines, dépliants,
éditions d'art...
45

46. www.ulaval.ca
Papier permanent
• le pH de l’extrait aqueux de la pâte à papier
doit être compris entre 7,5 et 10 ;
• Indice Kappa (résistance à l’oxydation)
inférieur à 5 ;
• la réserve alcaline supérieure ou égale à 2 %
(protection contre la dégradation);
• Résistance à la déchirure supérieure à 350 mN
pour un papier dont le grammage est
supérieur à 70 g/m2.
• Reconnaissable par le signe mathématique de
l’infini dans un cercle « surmontant la mention
ISO 9706 ».
46

47. www.ulaval.ca
Autres alternatives au recyclage?
Innovons ou pas.
• Il est possible
de transformer
la cellulose des
plantes en
papier.
• Certains
animaux
herbivores tels
que les
éléphants sont
incapables de
digérer la
cellulose
47
Inséré image de fiente
d’éléphant?

48. www.ulaval.ca
Moulin de Brousses
• À ce moulin, ils
utilisent les
excréments de
pachydermes afin
de produire du
papier.
• Méthode mécanique
et chimique?
• Idée
• 1841 - M. Tripot
48
http://www.terraeco.net/Le-crottin-d-elephant-se-recycle,45556.html

49. www.ulaval.ca 49
http://www.moulinapapier.com/#
Moulin de Brousses

50. www.ulaval.ca
Un papier ininflammable
• Chercheurs de l’Institut de Céramique
de Shanghai
• Nouveau papier
• Temps de vie significativement
plus longue que le papier
cellulosique classique
• Produit à partir d’hydroxyapatite
de calcium (Ca10(OH)2(PO4)6; HAP)
• biocompatibilité et non toxique.
• Synthèse  nanofils + éthanol =
fibres plus long (28 mm) possédant
une grande flexibilité.
50
Caractéristiques :
• Ne jaunit
pas
• Ne
s’enflamme
• Grande
flexibilité
• Facilement
recyclable

51. www.ulaval.ca
Tableau récapitulatif
51
Nature du support Date de production Procédé de fabrication
papyrus 4e siècle av. J.C (Egypte) Tiges de papyrus découpées en bandes,
puis déposées en deux couches
perpendiculaires l'une à l'autre ; la
pression exercée crée l'adhérence.
parchemin vers 1400 av. J.C (Egypte) Peaux (mouton, veau) tendues sur un
cadre et dégraissées à la chaux
papier 2e siècle ap. J.C (Chine) Papier fabriqué à partir de fibres végétales
(écorces de mûriers, bambou, etc.)
papier chiffon (en Occident) vers le milieu du 11e siècle ap. J.C Papier fabriqué à partir de vieux chiffons
de lin, de chanvre ou de coton. Ces
chiffons renferment de la cellulose pure,
les autres constituants végétaux ayant été
éliminés au cours des opérations textiles
antérieures.

52. www.ulaval.ca
Tableau récapitulatif (suite)
papier à pâte mécanique vers 1867 Pâte obtenue par frottement des rondins de bois
sur une meule en présence d'eau ou par défibrage
des copeaux entre deux disques broyeurs d'un
raffineur.
papier à pâte chimique apparition vers 1850 Pâte obtenue en dissolvant la lignine à l'aide de
réactifs chimiques appropriés afin de récupérer
des fibres essentiellement constituées de
cellulose.
procédé au bisulfite (acide) vers 1874 L'élément actif est l'anhydride sulfureux qui
"sulfone" à chaud la lignine et la transforme en
acides ligno-sulfoniques solubles qui sont ensuite
éliminés en même temps qu'une partie des
hémicelluloses.
procédé au sulfate (alcalin) vers 1878 (utilisé à partir de 1930) Le procédé au sulfate alcalin utilise l'hydroxyde
de sodium (la soude) comme agent désincrustant
en présence de sulfure de sodium. La fibre
obtenue par ce procédé ne contient plus de la
lignine. Aujourd'hui les pâtes au sulfate
remplacent progressivement tous les emplois des
pâtes au bisulfite.
papier permanent 1994 Papier fabriqué par le procédé alcalin au sulfate
auquel on ajoute une réserve alcaline. Ce papier
répond à la norme internationale ISO 9706.
52
Nature du support Date de production Procédé de fabrication
http://webworld.unesco.org/safeguarding/fr/txt_grap.htm

53. www.ulaval.ca
Dégradation du papier (facteurs)
• Papier du 19ième siècle  Pâte à bois mal
purifier puis encollé à la résine de pin
(colophane) en milieu acide  Vieilli mal.
• Hydrolyse ou oxydation
• Liaisons glucosidiques de la cellulose stables
en milieu neutre et légèrement alcalin 
hydrolysées par la présence d'un acide fort ou
d'une base forte.
• La lignine et la colophane  formation de
peroxyde (agent oxydant) = réaction avec la
cellulose
53

54. www.ulaval.ca
Réaction Cellulose + NaOH (base
forte)
http://article.sapub.org/10.5923.j.textile.20120106.07.html
54

55. www.ulaval.ca
Effet de l’acidité sur le papier
http://webworld.unesco.org/safeguarding/fr/txt_grap.htm
55

56. www.ulaval.ca
Liens avec l’enseignement au
secondaire (concepts prescrits)
Premier cycle:
• Propriétés caractéristiques (matière)
• Acidité/basicité (pH) (dégradation du papier)
• Changement chimique v.s. Changement
physique (transformation de la pâte, digestion
de la cellulose ou non)
• Conservation de la matière (Recyclage)
• Mélanges et Solutions (hydrophobe)
Deuxième cycle:
• Matériaux  Type de propriété : céramique,
plastique, etc.
56

57. www.ulaval.ca
Sites consultés importants
• http://www.bepub.com/fiches-pratiques/comment-choisir-son-papier-pour-
une-impression
• http://webworld.unesco.org/safeguarding/fr/txt_grap.htm
• http://www.mddelcc.gouv.qc.ca/milieu_ind/bilans/pates-procedes-rejets-
reglementation.pdf
• http://classes.bnf.fr/dossisup/supports/art15bs.htm
• http://www.cercle-recyclage.asso.fr/publications/dossiers/item/407-recup03-
recuperation-et-recyclage-des-produits-papiers-cartons-en-france.html#5
• https://books.google.ca/books?id=iBhRA3mNiJEC&pg=PA49&lpg=PA49&dq=C
EH+CED+CEDED+ODED&source=bl&ots=EP7MGhs3cl&sig=eQdw2CSwO5Bs8
VfWzxuiPJoy0mM&hl=en&sa=X&ved=0ahUKEwiXnoSum_HLAhUCsxQKHdpTCZ
wQ6AEIGzAA#v=onepage&q=CEH%20CED%20CEDED%20ODED&f=false
• http://www.sca.com/global/publicationpapers/pdf/brochures/papermaking_fr.
pdf
• Boréalis – Musée de Trois-Rivière
57