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cerig.efpg.inpg.fr |
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complexe > Microtomographie aux rayons X : le papier sous toutes ses coutures |
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Révision : 03 mars 2004 |
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Le papier, un matériau complexe |
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Jean-Francis Bloch /EFPG
(01 mars 2004) |
IV - Le papier sous toutes ses coutures
Microtomographie aux rayons X
Avec la microtomographie aux rayons X, les papetiers peuvent caractériser très finement le
papier, pour mieux répondre aux attentes des consommateurs et optimiser la fabrication.
IV-1- Introduction
Le papier est un exemple singulier de matériau qui couple propriétés de structure et propriétés d'usage. Autrement dit,
les propriétés physiques que l'on souhaite obtenir dépendent directement de la structure fibreuse. D'où l'intérêt d'étudier finement cette
dernière.
Notre projet vise à faire profiter à l'industrie papetière de la microtomographie aux rayons X, une technique originale
et novatrice, qui permet de mieux caractériser le matériau et d'en optimiser sa fabrication.
Le matériau papier se caractérise par sa structure à plusieurs échelles (fibres, structure fibreuse, taille de
l'échantillon macroscopique industrielle). Ses propriétés d'usage dépendent non seulement de ses propriétés “dans la masse”
mais également de celles de surface, par exemple la perméabilité et le brillant.
IV-2- La microtomographie aux rayons X
Accessible à l’ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) la microtomographie aux rayons X permet de caractériser la structure. Les
images obtenues sont analysées afin de déterminer les paramètres 3D primordiaux de structure, et pour identifier les paramètres de modèles
probabilistes, qui permettent de simuler les types de microstructures étudiées. Les paramètres structuraux déduits de ces analyses d’image
sont ensuite pris en compte dans l’identification théorique (changement d’échelle) et numérique des propriétés physiques effectives
(mécanique, thermique, optique...) du matériau fibreux. Les perspectives consistent à comparer les résultats des simulations numériques aux
valeurs expérimentales obtenues, à partir d'échantillons issus soit de papiers industriels soit de formettes de laboratoire.
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| Représentation schématique de la mesure d'une structure 3D à l'ESFR |
IV-3- L'application au papier
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| Papier buvard |
Cette démarche intéresse particulièrement l'industrie papetière qui, régulièrement, doit optimiser sa fabrication en ligne
et contrôler des produits de plus en plus techniques. L'optimisation des opérations unitaires telles que le pressage permet d'envisager une
réduction de coût de l'opération suivante (le séchage), grande consommatrice d'énergie.
De plus, on peut créer des matériaux à structure complexe (multicouche) dont le développement a été entravé par le manque
de technique d'analyse structurale non destructive.
A titre d'illustration, nous présentons les images des structures tridimensionnelles d'un papier buvard (ci-contre) et
d'un mouchoir en papier (ci-dessous), avec une résolution de 2 microns.
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| Mouchoir en papier |
Mouchoir (détail) |
