Processus de recyclage du papier
INTRODUCTION
Le papier est une matière fabriquée à partir de fibres cellulosiques végétales et animales réduite en couche mince utilisée pour écrire, essuyé, envelopper.
DEVENIR DU PAPIER USAGE
Le papier représente près de la moitié de nos ordures ménagères. Il est recyclé pour faire du papier hygiénique, des boites à œufs, des cartons...etc. Les déchets de papier de meilleure qualité provenant des bureaux peuvent être recyclés en papier d'imprimerie ou papier à écrire.
Exemple :
En France , à peu près un tiers des produits en papier neuf est fait à partir de papiers recyclés. Chaque tonne de papier recyclé sauve environ 15 arbres.
PROCESSUS DU RECYCLAGE
La préparation des produits papiers-cartons récupérés a pour but la mise en suspension des fibres et l'élimination des contaminants présents. La phase de désencrage n'est pas systématique. Elle s'applique aux produits papiers-cartons récupérés encrés, dont la consommation par l'industrie de la papetière ne représente qu'un tiers de la consommation totale de produits papiers-cartons récupérés (Utilisation selon les types de produits papiers-cartons récupérés).

Le défibrage
Le défibrage dans l'eau des produits papiers-cartons récupérés a lieu :
• Dans un pulpeur : C'est une cuve cylindrique dans laquelle un rotor crée de fortes turbulences qui désagrègent les produits papiers-cartons récupérés. Des dispositifs adaptés (poire à pulpeur, sacs de décontamination) permettent une première extraction des contaminants dans le pulpeur .
• Soit dans un tambour en rotation et légèrement incliné, facilitant ainsi l'évacuation des matières indésirables (plastiques, CD-Rom, détritus, etc.).
• En sortie de pulpeur ou de tambour, une pré-épuration permet d'éliminer les impuretés grossières grâce à des tamis vibrants, des classeurs à fentes et à trous et des épurateurs centrifuges. L'épuration fine complète cette opération et permet d'éliminer les contaminants résiduels selon leur densité (dans des cyclones) ou leur dimension.
• Le défibrage des papiers-cartons encrés, même suivi d'une épuration très poussée ne permet d'obtenir qu'une pâte grise, plus ou moins foncée. L'utilisation de cette pâte dans la fabrication de certains papiers (papiers à usage graphique, papiers sanitaires blancs) n'est possible qu'en éliminant cette coloration due à l'encre.
Le désencrage par flottation
Pour désencrer un papier il est nécessaire dans un premier temps de décrocher les particules d'encres. Ce décrochage est facilité lors de l'étape de défibrage. On agit pour cela sur différents paramètres :
paramètre de désencrage
- la quantité et la nature des produits chimiques ajoutés ;
- le pH ;
- la température ;
- le temps de contact ;
- etc.
Les produits chimiques intervenant dans le désencrage de la pâte à papier sont les suivants :
- la soude caustique est employée pour améliorer le détachement de l'encre en élevant le pH et en faisant gonfler les fibres ;
- un surfactant permet de stabiliser les particules d'encre décrochées en solution et empêche qu'elles soient redéposées sur les fibres ;
- le silicate de sodium séquestre certains ions métalliques présents dans l'eau (essentiellement les ions calcium et magnésium). En l'absence de ce produit, les ions métalliques formeraient des dépôts insolubles en réagissant avec le surfactant ;
Complément :
- le peroxyde d'hydrogène et un agent séquestrant sont utilisés pour maintenir un niveau de blancheur de la pâte. Celle-ci a tendance à jaunir du fait de l'action de la soude caustique sur la lignine. Le peroxyde d'hydrogène est un agent de blanchiment qui peut se décomposer sous l'action de métaux lourds en composés inutilisables pour le blanchiment. Un agent séquestrant est alors utilisé afin de capter les métaux lourds présents dans l'eau. La principale technique utilisée pour la phase d'élimination de l'encre est le procédé par flottation. Le procédé repose sur les différences physiques et physico-chimiques superficielles des fibres et des particules d'encre. La suspension fibreuse est envoyée dans une succession de cellules à la base desquelles des bulles d'air sont injectées. En montant à la surface, ces bulles d'air se chargent des particules d'encres, séparées des fibres, qui se concentrent sous forme de mousses à la surface des cellules. Ces mousses sont raclées, aspirées puis évacuées vers l'installation de traitement des boues de l'usine. Ces boues peuvent être récupérées et recyclées sous la forme d'un amendement calcique pour les sols agricoles. Elles sont fortement chargées en calcium provenant des substances introduites pour améliorer la blancheur et les qualités d'imprimabilité du papier.
L'industrie papetière exploite ce sous-produit en le commercialisant afin de répondre en partie aux besoins de l'agriculture.
Les traitements de la pâte
Le blanchiment
Les pâtes à papier obtenues par les différents procédés sont plus ou moins écrues. Cet aspect peut convenir à la fabrication de certains papiers, notamment les papiers et cartons d'emballages. Pour d'autres usages, la couleur blanche du papier est souhaitée. Il s'agit des papiers destinés à l'impression-écriture, des papiers d'hygiène, de certains papiers et cartons d'emballages.
L'opération de blanchiment compte plusieurs étapes de traitements chimiques, plus ou moins nombreuses selon la blancheur exigée et le type de pâte traitée. Ainsi, les pâtes naturellement claires ne nécessitent qu'une à deux étapes alors que les pâtes naturellement foncées en exigent de six à sept.
Dans le cas des pâtes mécaniques, les traitements actuels sont réalisés à l'aide de composés non chlorés :
• l'eau oxygénée ;
• l'hydrosulfite de sodium.
Le principe consiste à modifier les groupements chromophores de la lignine permettant l'éclaircissement de la pâte. Mais ce procédé est réversible sous l'action de la lumière, ce qui cause le jaunissement des papiers, celui des journaux par exemple.
En ce qui concerne le blanchiment des pâtes chimiques, le problème est plus complexe car il faut dissoudre la lignine résiduelle. Le blanchiment consiste à mélanger la pâte dans un « mixeur » avec le réactif choisi puis à le faire réagir dans une tour de blanchiment. Après réaction, on extrait les jus de blanchiment et la pâte est lavée puis filtrée. Les réactifs utilisés sont :
• des composés chlorés comme l'eau de Javel ;
• des composés non chlorés comme le peroxyde d'hydrogène, l'oxygène et l'ozone.
En plus du traitement de blanchiment classique, la pâte à papier peut subir d'autres traitements visant à améliorer d'autres caractéristiques du papier.
Les traitements spécifiques
Beaucoup de papiers contiennent des adjuvants, introduits dans la pâte au niveau des cuviers de mélange, qui leur confèrent des propriétés particulières. Les adjuvants sont répartis en trois catégories :
• les charges minérales ;
• les adjuvants proprement dits ;
• les agents de collage.
Les charges minérales
Ce sont des poudres fines (1 à 10 microns) et blanches, de kaolin (silice d'aluminium), d'oxyde de titane (pigment minéral de synthèse), de talc, etc. Ces charges améliorent l'imprimabilité et l'opacité du papier.
Les adjuvants
Ce sont des corps introduits en petite quantité pour améliorer :
• la cohésion interne de la feuille. On utilise de l'amidon ;
• la rétention des charges. On utilise des résines cationiques* ;
• la blancheur du papier. On utilise des azurants optiques (corps synthétiques qui n'ont pas de couleurs propres) qui transforment en rayons bleus visibles une partie des rayons ultraviolets du spectre lumineux.
Les agents de collage
Ces agents permettent de tapisser la surface des fibres avec un dérivé hydrophobe. On utilise en général des résines naturelles ou synthétiques que l'on ajoute à la pâte raffinée. Ces agents font rouler les gouttelettes aqueuses sur le matériau cellulosique. Cela augmente la résistance mécanique du papier mouillé.
LE PROCÉDÉ DE LA FABRICATION PAPETIÈRE
L'appellation « papier » désigne les matériaux fibreux dont le grammage est inférieur à 225 grammes par mètre carré; pour les grammages supérieurs à 225 grammes par mètre carré, le terme employé sera celui du « carton ».
Les pâtes obtenues par l'ensemble des méthodes sont :
• soit acheminées directement vers la table de fabrication du papier. Dans ce cas, la pâte est dite « intégrée » ;
• soit commercialisées sous forme de plaques solides contenant de 70 à 90 % de matière sèche vers les usines à papier, où elles sont remises en solution aqueuse dans des pulpeurs. Dans ce cas, la pâte est dite « marchande ».
La fabrication du papier se fait ainsi de différentes façons :
• l'industrie fabrique elle-même la pâte à papier dont elle a besoin pour la fabrication papetière. Elle fait alors appel au marché pour se procurer les matières de base dont elle a besoin ;
• l'industrie se fournit en pâte marchande vierge ou recyclée car elle ne dispose pas d'unité de fabrication de pâte à papier. Dans ce cas, elle fait appel au marché national ou à l'importation.
La transformation de la pâte en papier
Les pâtes, avant d'être envoyées sur la machine à papier, subissent d'abord un raffinage et une épuration.
L'opération de raffinage permet, par action mécanique sur les fibres en milieux aqueux, de modifier leurs caractéristiques, en particulier leur aptitude aux liaisons inter-fibres et donc à la résistance du papier. Une fois atteint le degré de raffinage voulu, la suspension fibreuse contenant plus de 99 % d'eau est envoyée dans des cuviers où on ajoute éventuellement des colles, colorants et charges. La suspension est épurée une nouvelle fois pour enlever par exemple les bouts de bois provenant des palettes de manutention. Elle est ensuite envoyée sur la machine à papier.
La suspension fibreuse est introduite dans la caisse de tête qui délivre un flot régulier sur toute la largeur de la toile de fabrication. Cette toile sans fin est animée d'un mouvement vibratoire, ce qui facilite la formation homogène de la feuille de papier. L'eau est évacuée à travers la toile par gravité et sous l'action d'organes d'égouttage (rouleaux, racles). En sortie de toile, le taux d'humidité est de l'ordre de 80 %.
Au niveau de la section des presses, la feuille qui a quitté la toile est comprimée entre une série de rouleaux recouverts de feutres absorbants. Cette opération permet d'augmenter la compacité et d'améliorer l'état de surface par action mécanique sur la feuille encore très malléable. Le taux d'humidité passe alors à 55 % à la sortie des presses.
La feuille de papier est acheminée dans la sécherie constituée de tambours de fonte chauffés. Elle est maintenue contre les sécheurs grâce à un feutre lourd ou une toile de séchage composée de coton et de fibres artificielles. Le taux d'humidité est ramené à 10 %, taux normal du papier sec.
Certains papiers peuvent subir des traitements spécifiques améliorant leurs caractéristiques mécaniques, leurs propriétés de surface, leur aptitude à l'impression, etc.

Les traitements de la feuille
Les traitements mécaniques
Le frictionnage
Le traitement consiste à sécher la feuille humide contre la surface humide d'un cylindre chauffé. Le papier est alors comprimé et frictionné. Ces papiers sont brillants sur une seule face.
Le calandrage ou satinage
Ce traitement consiste aussi en une compression et une friction du papier mais ici le « repassage » est effectué sur des calandres. Ces calandres comprennent entre douze et vingt-quatre rouleaux alternativement faits de métal et de cellulose comprimée. Le papier est poli et brillant.

Le super calandrage ou glaçage
Le papier peut subir un super calandrage (calandrage à hautes températures, hautes pressions et avec un nombre de rouleaux plus important). Ce papier est très brillant.

Le crêpage
Le papier encore humide est décollé du cylindre à l'aide d'un racle. Le crêpage rend le papier plus doux, plus souple, plus élastique.

L'apprêtage
Ce sont des papiers qui sont passés à la lisse c'est-à-dire au travers un dispositif mécanique constitué de plusieurs rouleaux qui effectue une compression de la feuille. Ce traitement est réalisé en fin de sécherie afin d'obtenir un aspect plus uni et plus uniforme sur les deux faces.
Les traitements chimique
Le couchage
On effectue un dépôt sur la feuille d'un mince revêtement de particules minérales (généralement de kaolin et de carbonate de calcium). Ce traitement améliore le rendu et la finesse des impressions.
La sulfurisation
:Après formation, le papier (composé d'un mélange de pâte au sulfate et au bisulfite) est trempé dans l'acide sulfurique. L'acide solubilise la surface des fibres de cellulose qui se soudent entre elles. Le papier est ensuite lavé à l'eau pure. L'acide présent dans les eaux de lavage est reconcentré et régénéré pour une utilisation future. Le papier sulfurisé a des propriétés d'imperméabilité aux corps gras, d'anti-adhérence ainsi qu'une très grande résistance à l'état humide.

Le paraffinage
Le papier souvent préalablement traité est soit enduit à sa surface soit imprégné de paraffine. Le papier paraffiné est utilisé pour l'emballage alimentaire pour ses caractéristiques adaptées : sans odeur ni goût et non toxique, ce papier représente une barrière pour les liquides et les vapeurs.
En fin de machine, la feuille de papier peut être enroulée en une bobine « mère » qui sera découpée en rames ou en bobines « filles » plus adaptées à une utilisation ultérieure du papier.
Le papier fabriqué peut ensuite être expédié sur les différents marchés ou être destiné à la fabrication du carton.
LA FABRICATION DU CARTON
L'appellation de carton est réservée aux matériaux fibreux de fort grammage, supérieur à 225 grammes par mètre carré. Le carton est par nature très proche du papier et les procédés de fabrication en sont similaires. Deux méthodes sont utilisées. Le carton est fabriqué :
• soit à partir de pâte à papier avec ou sans addition d'autres substances ;
• soit à partir de feuilles de papier.
La fabrication du carton à partir de pâte à papier
Ce carton est fabriqué suivant la méthode multijets. Cette méthode associe de trois à sept jets de pâtes de composition identique ou différente. Chaque jet fibreux est formé individuellement grâce à un dispositif autonome. L'association des jets se fait par pressage.
La feuille obtenue est envoyée dans la machine à carton qui comporte les mêmes sections qu'une machine à papier, mais elle est adaptée à de plus forts grammages. La fabrication consiste alors à rechercher le meilleur ensemble de propriétés spécifiques à l'utilisation du produit cartonné en combinant des jets de pâtes offrant par exemple une bonne imprimabilité sur la surface et une rigidité intérieure.
La fabrication du carton à partir de feuilles de papier
Le carton est obtenu par contre-collage de feuilles de papier sec au moyen d'une matière adhésive telle que l'amidon ou une résine synthétique. Une feuille de papier est enroulée autour d'un tambour jusqu'à l'épaisseur désirée puis on la coupe selon une génératrice. La production est effectuée feuille à feuille. La feuille de carton est ici homogène.
Un autre type de carton est obtenu par contrecollage de feuilles de papier : le carton ondulé est un matériau d'emballage composé de deux à sept feuilles de papiers pour ondulé. Sa fabrication correspond donc à une étape de transformation du papier. Ce carton comporte trois types de feuilles de papier :
• les couvertures : feuilles planes extérieures qui assurent une résistance de l'emballage aux agressions mécaniques et climatiques et constituent un support d'impression ;
• les médianes : feuilles planes intérieures ;
• les cannelures : feuilles cannelées qui accroissent la rigidité, la flexion, l'élasticité à l'écrasement et la résistance à la compression.
Le carton ondulé est fabriqué sur une onduleuse en plusieurs étapes :
• fabrication de la cannelure : le papier cannelure est ondulé entre deux cylindres cannelés sous l'effet de la température, de l'humidité, de la pression ;
• fabrication du carton ondulé simple face : la couverture est appliquée sur les crêtes enduites de colle du papier cannelé. Le carton ondulé est acheminé vers des bobineuses ou vers la partie double face ;
• fabrication du carton ondulé double face : un, deux ou trois ondulés simple face sont collés à une couverture pour former du carton ondulé double face, double-double face ou triple cannelure. Le carton ondulé est ensuite engagé sur une table chauffante pour la prise de la colle.
Remarque :
Une batterie de matériaux (verre, cuivre, céramique, laitier de haut fourneaux...) sera étudiés en détaille lors des séances de TD, le processus de recyclages du papier est pris a titre d'exemple.
Les sujets de présentation sont communiqués aux étudiants parle biais de la plate forme de l'université en fonction du nombre d’effectifs de chaque promotion.
CONCLUSION
On peut affirmer que le recyclage du papier permet de sauvegarder les forêt des massacres. Il suffit d'installer une station de recyclage pour réduire la consommation de papier de manière significative, en effet, en quelques années, des hectares de notre forêt peuvent être préservé. Même si ce projet représente un investissement très considérable, il est très intéressant à envisager pour préserver la forêt sur un long terme. Il faut également utiliser beaucoup d'eau et d'électricité ainsi que des produits chimiques qui peuvent être nocifs pour l'environnement. Même en consommant que du papier recyclé acheté dans des grandes entreprises, cela représenterait un geste environnemental important. Mais pour réduire de manière plus importante notre impact que nous répercutons sur cette forêt il faudrait inclure d'autres méthodes de recyclage.