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cerig.efpg.inpg.fr |
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complexe > Le raffinage à la loupe |
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Révision : 05 avril 2004 |
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Le papier, un matériau complexe |
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Jean-Claude Roux (EFPG)
(05 avril 2004) |
V - Le raffinage à la loupe
La théorie hydromécanique du raffinage permet de prévoir les effets du raffinage sur les
fibres cellulosiques, donc de mieux maîtriser cette opération grande consommatrice d'énergie.
V-1- Introduction
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| Raffineur (ouvert) - Photo EFPG |
Des papiers aux propriétés mécaniques, optiques et "d'imprimabilité" toujours plus étendues : c'est
l'opération de raffinage qui permet de diversifier les propriétés physiques du papier, pour répondre aux exigences croissantes des
utilisateurs finaux. Une fois mise en pâte, la matière première se présente sous la forme d'une suspension de fibres cellulosiques
dispersées dans l'eau. Le raffinage produit des transformations morphologiques et physiques irréversibles à l'échelle de la fibre
cellulosique, qui vont grandement contribuer à développer le potentiel de liaison des fibres lors de la formation de la feuille de
papier. Les fibres sont hydratées, fibrillées (accroissement de leur surface spécifique) et raccourcies, pour devenir plus souples.
Réalisées dans des appareils appelés raffineurs, ces transformations sont obtenues au prix de dépenses énergétiques considérables
(entre 0,4 et 4,0 MJ/kg de matière sèche).
La photo ci-contre montre un raffineur en position ouverte. La suspension de
fibres cellulosiques est introduite au centre des disques striés, et s'écoule vers leur périphérie. L'un des disques tourne à grande vitesse,
l'autre est fixe. La distance entre les deux disques (entrefer) est inférieure au millimètre.
V-2- La pratique du raffinage
Concrètement, la suspension fibreuse (d'une concentration de 20 à 60 kg/m3) est conduite dans l'entrefer d'une
machine tournante. L'entrefer est l'espace -- de quelques centaines de microns -- existant entre les surfaces de lames en vis-à-vis,
disposées sur des disques (ou des cônes) en mouvement relatif. Pendant quelques millisecondes, les fibres y subissent à la fois une
compression et un cisaillement.
V-3- L'étude du raffinage
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| Disque de raffinage (Photo EFPG) |
Comment étudier cette opération complexe ? En partenariat avec les aciéries de Bonpertuis dans l'Isère, puis avec la
Société belge Matech, une méthode a été développée pour définir des profils de disque de raffineurs industriels. Une métrologie spécifique
équipe un raffineur pilote, pour déterminer les forces mécaniques axiales, hydrauliques, le coefficient de frottement global et l'entrefer
en temps réel. Il devient alors possible de prévoir la cinétique de l'opération de raffinage et ses effets sur les fibres cellulosiques.
C'est la théorie hydromécanique du raffinage qui contribue à mieux faire comprendre le fonctionnement de raffineurs et ainsi mieux
prévoir les effets du raffinage.
