Papier magazine, SC, LWC, supercalandrage, soft calandrage, lisse, super calandrage

Le calandrage est un procédé de finition utilisé pour améliorer les caractéristiques de surface du papier, en particulier le lissé et le brillant. L’origine de ce procédé est très ancienne. Les égyptiens polissaient déjà les feuilles de papyrus à l’aide de coquillages ou de pierres, il y a quelques 4 500 ans !
Le principe du calandrage est très simple : on applique une pression pendant un temps très court sur une bande de papier entre deux rouleaux ou plus, ces rouleaux pouvant être chauffés. Il en résulte une diminution de l'épaisseur du papier, et donc de la main, ainsi qu’une amélioration de son état de surface. De nombreux papiers (papier journal, papier magazine, papiers couchés, supports pour étiquettes, papier d’emballage cristal, calque,…) sont calandrés mais les conditions d’application de la pression sur la feuille sont variables. Ainsi les techniques du calandrage ont fortement évoluées en quelques décennies et les appellations en vigueur actuellement sont les suivantes : lissage, calandrage, soft-calandrage, supercalandrage,…
Le résultat attendu de ce procédé de finition est dans tous les cas une amélioration de l'état de surface du papier en veillant à limiter les conséquences internes à la feuille (diminution de l'épaisseur, donc de l'opacité et modifications des propriétés mécaniques).

II - Plusieurs types de papiers supercalandrés

Le monde des papiers supercalandrés est vaste. Il comprend les papiers magazine, les papiers cristal (usine Ahlstrom de Rottersac), les papiers couchés sans bois (usine de Condat ou usine Arjo de Bessé), les papiers pour support siliconés (usine de La Gère)…
Dans le cadre de notre rapport de veille technologique, nous avons choisi d'étudier plus spécialement les papiers magazine ; papiers supercalandrés les plus courants et produits en grande quantité. Nous avons donc étudié les papiers SC (supercalandrés) et leurs concurrents directs sur le marché des papiers magazine : les papiers LWC (papier à faible poids de couche).

II-1 - Les papiers SC

Les papiers SC (supercalendered ou supercalandrés) sont utilisés pour les gros tirages des éditions de qualité moyenne (programmes télévisions, pages de certains magazines, gros catalogues…), ils sont imprimés en offset ou en héliogravure. Ces procédés d’impressions nécessitent une très grande homogénéité du support afin d'éviter les défauts d’absorption ou de moutonnage, donc des problèmes dans les aplats.
On distingue plusieurs types de papiers supercalandrés : SC-A, SC-B, SC-C, SC-A+. Ces dénominations traduisent la qualité du papier. Un papier SC-A aura un excellent état de surface, alors qu’un SC-C aura une qualité d’imprimabilité moindre. L’usage de ces différentes catégories de papier SC se fera en fonction des besoins d'impression.

La composition du papier SC repose sur un équilibre entre pâte chimique, pâte mécanique et pâte recyclée. La tendance actuelle est d’utiliser de plus en plus de fibres recyclées au détriment de la pâte chimique. En effet, apporter des éléments fins permet de contrecarrer la diminution de l’opacité au cours du calandrage. La pâte est chargée entre 20 et 30% en masse, ce qui permet de diminuer les coûts de fabrication, les charges étant moins chères que les fibres.

La description des étapes liées au supercalandrage sera détaillée au chapitre suivant. D’une manière très simplifiée, ce procédé consiste à passer la feuille de papier alternativement entre des rouleaux durs chauffés et des rouleaux mous.

II-2 - Les papiers LWC

Les papiers LWC (light-weight coated) sont des papiers de faible grammage (inférieur à 80g/m²) ayant subit un traitement de surface (couchage ou pigmentation). Ils sont généralement couchés en ligne même si cela a longtemps posé des problèmes de production (casse, temps d’arrêt, encrassage). Le poids de couche est compris entre 5 et 10 g/m² par face et la composition chimique de la couche est sensiblement la même que pour les papiers SC, si ce n’est qu’il n’y a pas de charge dans la masse, mais une couche en surface. Les papiers LWC peuvent ensuite être plus ou moins calandrés afin d’obtenir le brillant et l’état de surface recherché.
Ils sont utilisés pour des éditions de meilleure qualité (magazines, catalogues de vente par correspondance, publicité) imprimées en offset ou en héliogravure.

II-3 - Comparaison entre papiers SC et LWC

Les papiers SC et LWC se disputent le marché du papier magazine. Pourtant, s’ils sont utilisés pour les mêmes applications, ils n’offrent pas exactement les mêmes caractéristiques.

Comparons les caractéristiques d’un papier SC-A avec un papier LWC. La première caractéristique que l’on peut observer est le brillant. Le LWC possède de meilleures valeurs de brillant que le SC-A. Par contre, au niveau du lissé, les valeurs sont équivalentes pour les deux papiers. La blancheur est un peu plus faible pour un SC-A, sans que la différence ne soit importante.
Un des problèmes à résoudre pour le papier SC est le phénomène de "blackening" : au fur et à mesure qu'un papier est calandré, les fibres de papier prennent une couleur grisâtre entraînant une diminution de la blancheur liée à la densification. Notons également que le papier SC perd beaucoup de rigidité avec le procédé de super calandrage. Cela le rend inapte à certaines applications comme par exemple les couvertures de magazines.

Le papier LWC présente globalement une meilleure qualité que le papier SC, mais il est aussi plus cher. En fait, c’est le latex contenu dans la couche du papier LWC qui est la cause de cette différence de prix. C’est pourquoi, on utilisera préférentiellement du papier SC pour les gros tirages, et du papier LWC pour les tirages plus faibles. Ainsi, les magazines à forts tirages comme Télérama, les catalogues de ventes par correspondance ou les campagnes de publicité à l’échelle nationale des chaînes de la grande distribution seront imprimés sur des papiers SC. Pour des publicités diffusées à l’échelle d’une ville, ou des magazines à plus faible tirage, les papiers LWC sont préférés. Il existe même certains magazines tels que Télé Z qui combinent les 2 types de papiers dans un même journal selon la fonctionnalités des pages.

Un rapide coup d’œil sur le graphique suivant permet de situer les papiers SC et LWC en fonction de leur qualité et de leur prix. Les papiers SC sont de moins bonne qualité, mais en contre partie coûtent moins chers.

III - Différents procédés de calandrage

III-1 - Présentation du calandrage

Le calandrage est un procédé mécanique au cours duquel le papier passe alternativement entre des rouleaux durs et/ou des rouleaux déformables. L’effet du calandrage résulte de l’action combinée de la pression exercée sur la feuille et de la température des rouleaux. La difficulté majeure du calandrage est d'avoir une action à la surface de la feuille sans en affecter l’intérieur.

Il existe trois grands types de calandrage : la lisse, le soft calandrage et le supercalandrage.
Leur grande différence réside dans le nombre de nips (nombre de passage du papier entre deux rouleaux) et dans la nature des rouleaux.
Ces différentes techniques de calandrage permettent d’obtenir du lissé et du brillant au détriment de la main.

III-2 - La lisse

La lisse est constituée de deux rouleaux durs. Cette technique ne donne pas en général les meilleurs résultats. En effet, malgré l’obtention d’un papier ayant une apparence impeccable, possédant une épaisseur constante, la non-uniformité de la densité peut conduire à des problèmes d’impression. Ceci est essentiellement dû à un problème de limitation de la charge linéique du lissé (120 kg/cm) et cela malgré les diverses possibilités de chauffage.

Son principal avantage est qu’elle est située sur machine. Utilisée historiquement pour le papier journal, elle tend de plus en plus à être remplacée par la soft calandre.

III-3 - La soft calandre

Les soft calandres existent depuis une quarantaine d’années mais elles ont commencé réellement à être développées et exploités vers les années 80. Contrairement à une lisse, la feuille passe entre un rouleau dur et un rouleau mou recouvert d’un revêtement en élastomère. Le fluage de l’élastomère crée un phénomène de minivague dans la zone de pincement (nip).

Dans le cas du soft calandrage, on exerce des pressions moins importantes sur les fibres, de ce fait on rencontre des largeurs de nips plus grandes afin d’équilibrer. Ceci implique qu’il est impossible de récupérer les défauts d’uniformité d’épaisseur comme dans le cas des lisses mais par contre on obtient un meilleur lissé.

III-4 - La supercalandre

La supercalandre est constituée d’une série de dix à vingt rouleaux durs ou déformables, montés les uns au dessus des autres. Elle est généralement située hors machine. Les charges linéaires peuvent atteindre et dépasser 450 kN/m.

IV - Papiers SC et LWC et leurs procédés de finition

IV-1 - Le papier SC

De nos jours, il existe deux grandes classes de technologies pour supercalandrer un papier : la technologie dite « classique » et les technologies modernes. Les technologies modernes ont été mise au point par Voith et Valmet : la supercalandre Janus MK2 (Voith) depuis Octobre 1996 et l’Optiload (Valmet) depuis Avril 1997. Elles reposent sur un même principe et peuvent être installées directement sur machine en ligne. Les vitesses annoncées dépassent les 1500 m/mn avec des températures allant jusqu'à 1700°C. Ces équipement très onéreux doivent encore faire leur preuve.

1. La supercalandre "classique"

C’est en fait une alternance de rouleaux durs et mous, montés les uns au dessus des autres, située hors machine.

2. Le concept Janus MK2 (Voith)

Cette supercalandre a comme principale caractéristique d’être utilisée en ligne.
En effet, le principal point faible des supercalandres est en général le fait que cette opération doit être effectuée hors ligne.

La supercalandre Janus est par ailleurs modulable. Il est possible de se servir de tous les rouleaux pour « supercalandrer » mais aussi de n’utiliser qu’un nip seulement pour « soft calandrer ».

Le fait que les rouleaux soient inclinés par rapport à la verticale représente un avantage certain : le poids des rouleaux supérieurs influe moins sur ceux situés en aval (comme c'est le cas dans une super calandre classique). Ainsi, le papier subit une répartition des charges plus constante tout au long de son parcours. Le problème c'est que cette inclinaison sur la machine requiert plus de place.
Les types de papiers pouvant être traités avec cet équipement sont pour l’instant assez restreints mais dans un avenir proche ils se diversifieront !

3. La technologie Optiload (Valmet)

Il s’agit d’une nouvelle génération de calandre, une machine hybride ou un mélange de soft calandre et de supercalandre. Tout comme la Janus, cette calandre permet également d’avoir une charge répartie dans toutes les nips. Le papier subit ainsi un traitement uniforme du haut en bas de l’Optiload comme le montre la photo de la vue d’ensemble et non une charge croissante.
De plus, il est possible d’arriver au même résultat qu’une supercalandre tout en appliquant une charge linéique globale moindre. Ceci permet d’obtenir un gain d’énergie et d’user moins les revêtements des rouleaux. Le revêtement polymère des rouleaux mous est très résistant (Dura Polymer Technology de Valmet), supportant des gammes de charges, de températures et de vitesses importantes. La spécificité de l’Optiload vient d'un système de vérins de compensation sur chaque rouleau.

La production sur ce type d’appareil est facilement interchangeable, en jouant sur la gamme de charges linéiques (papier soft calandré à supercalandré).

IV-2 - Le papier LWC

Au cours des dernières décennies, l'imprimé a du répondre à des besoins d'amélioration en terme d'imprimabilité et d'esthétique. Le couchage du papier permet d'améliorer ses propriétés optiques (blancheur, brillance et lissé). Par ailleurs, ses caractéristiques d'imprimabilité sont également améliorées grâce à l'emploi de trames plus fines. Le papier LWC est un papier couché avec un poids de couche limité.
S'il existe de nombreuses techniques pour le couchage des papiers, toutes ne s'appliquent au papier LWC. Par ailleurs, certaines sont encore actuellement en phase pilote, d’autres se sont implantées depuis de nombreuses années et font office de référence.
Il est possible de distinguer plusieurs catégories de couchage : le couchage à lame, à spray et à film. Les résultats et les coûts varient d’une technologie à une autre :

Tableau de comparaison des propriétés des papiers liées aux technologies de couchage

V - Analyse économique

V-1 - Le marché du papier magazine

Le marché des papiers magazine se répartit sur deux catégories de papier, le papier SC et le papier LWC.
Les capacités de production mondiale en 2004, de ces deux papiers, étaient de 13,6 millions de tonnes/an pour le papier LWC et de 6,85 millions de tonnes/an pour le SC.

Les quatre plus grandes entreprises de papier magazine (UPM, Stora Enso, Myllykoski et Norske Skog) produisent près de 70% de la production mondiale (Source Jaakko Pöyry).
Ce marché est à caractère oligopolistique.

Actuellement, la consommation européenne de papier magazine représente 60% de la consommation mondiale. L’Europe produit 50 % de la production totale. L’Amérique du Nord en produit 1/3 et en consomme 1/3. L’Asie, malgré 7% de production et 14% de consommation, est un marché en pleine expansion. Les grands pays producteurs de papiers magazines exportent de plus en plus vers l’Asie.

1. Le marché européen

Comme dans tous les secteurs du monde, le marché européen des papiers magazines est en croissance depuis de nombreuses années. En 2004 la capacité de production européenne était de 9,5 millions de tonnes pour les papiers LWC et de 4,7 millions de tonnes pour les papiers SC ; soit respectivement une augmentation de 4,3 % et 1,2% par rapport à 2003 (Source CEPIPRINT). L’Europe a tendance à avoir une capacité de production de LWC nettement supérieure à la demande. Cela est beaucoup moins marqué pour le papier SC.

Depuis 2001, les prix des papiers magazines ont chuté régulièrement jusqu’à atteindre les prix les plus bas de leur histoire en 2004 (Source PPI). Cette baisse des prix peut se justifier par la différence entre la capacité de production et la demande. A partir de 2000, les grandes entreprises papetières ont probablement surévalué la demande, ce qui a conduit à un taux d’investissement irrationnel. En 2001, la capacité de production a donc largement augmentée alors que la demande s’est maintenue à un niveau constant. Cette longue période de surcapacité maintient une tension sur les prix (Source CEPIPRINT). Cependant il faut constater un léger retour à la croissance de la demande pour les papiers LWC en 2003 et 2004 grâce à la hausse du marché publicitaire, à l'augmentation de la pagination des magazines et à la parution de nouveaux titres.

En février 2005, les prix des différents papiers magazine étaient les suivants :

Cependant pour la fin de l'année 2005, les grands producteurs de papiers magazine dont UPM-Kymmenne et Norske Skog ont déjà annoncé des hausses de l'ordre de 6 à 8 % pour l'Europe. L'amélioration sur le plan de la demande et l'offre a déjà permis ces augmentations de prix sur le marché Nord-Américian au cours du premier semestre 2005. En Europe, même si la demande reste à un bon niveau, les négociations ont été retardées à cause des conflits sociaux en Finlande.

2. Dynamique concurrentielle autour du marché des papiers magazine

Pour illustrer cette dynamique concurrentielle, une adaptation du diagramme de Porter permet de situer les acteurs en présence sur ce marché. Les technologies de supercalandrage sont placées au coeur du diagramme. En effet, l’évolution de la demande en nouveaux papiers conduit au développement de nouvelles machines et à l'adaptation des technologies actuelles !

Dans ce contexte, les acteurs autour de la technologie de supercalandrage se positionnent de la manière suivante :

V-2 - Analyse stratégique du système

Afin d’analyser les forces et faiblesses de cette technologie, la réalisation d'une matrice de SWOT représente une aide précieuse. Elle permet l’analyse de l’environnement du marché et de dégager les différentes perspectives de cette étude.

1. Les forces et les faiblesses du système

Le papier SC possède de nombreuses forces. Le supercalandrage améliore ses propriétés de surface du papier donc l’imprimabilité est meilleure. De plus, ce papier possède une très bonne régularité d’épaisseur sur la laize et certains défauts sont supprimés par le passage dans la supercalandre. On effectue aussi une densification de la feuille, ce qui augmente la machinabilité du papier.

Cependant, ce procédé consomme beaucoup d’énergie et représente un fort coût d’investissement. La supercalandre fonctionne à faible vitesse, il faut donc l’installer hors machine (exemple : à la Gère, il faut deux supercalandres pour absorber la production de la machine à papier). De plus, les rouleaux souples demandent un entretien régulier de leurs revêtements.

2. Menaces et opportunités

Les principales menaces proviennent des nouveaux papiers couchés (LWC) destinés à l’impression des magazines. Ces papiers peuvent être calandrés (soft calandre ou supercalandre). Ils présentent de très bonnes propriétés de surface et ont de meilleure qualité que le papier SC. Cependant le papier LWC a un coût de production supérieur.

Par contre, l'opportunité vient d'une demande qui est croissante sur le marché des papiers spéciaux. Les imprimeurs de magazines veulent des papiers de meilleure qualité avec un prix moindre à l’achat. Cette combinaison permettrait aux imprimeurs d'être capable d’augmenter les vitesses des machines d’impression. L'enjeu est de taille.

VI - Analyse stratégique

L'établissement de différents scénarios va permettre de dégager des perspectives quant à l'avenir des papiers supercalandrés. Trois scénarios possibles ont été développés : un scénario tendanciel, un scénario pessimiste et un scénario optimiste. La conception des scénarios se base sur les tous les arguments développés dans cette étude qu'ils soient techniques ou économiques.

V-1 - Scénario n°1 : Augmentation des parts de marché pour le papier SC

La demande en papier magazine continue d’augmenter (tous types confondus : SC et LWC). Mais le problème des papiers magazines est la surproduction, puisque comme on l’a expliqué précédemment, les gros groupes investissent dans de grosses machines à grande productivité. Notons cependant que la différence entre la demande et la production est beaucoup plus importante pour les LWC. On peut envisager que les prix du papier LWC vont continuer à décroître plus fortement que ceux du SC. Cela peut être une volonté des plus grands groupes producteurs de papier magazine afin de décourager les plus petites entreprises de prendre des parts de marché dans ce secteur. Cela constitue une forte barrière à l’entrée sur ce marché.

De plus, le prix de la pâte à papier risque d’augmenter dans les mois à venir (une étude publiée récemment dans Nouvelles Graphiques). Le papier SC pourrait donc devenir plus rentable grâce au coût de fourniture en matières premières moins élevé. La tendance est en effet à l’augmentation du taux de papiers recyclés dans la composition fibreuse.

V-2 - Scénario n°2 : Disparition du Supercalandrage

Le principal défaut des supercalandres est leur manque de productivité : la vitesse des machines est telle que le supercalandrage doit se faire hors ligne, et constitue ainsi le point de blocage au niveau de l’usine. De plus, les supercalandres sont très fragiles et difficiles d'entretien. L'évolution du marché tend plutôt vers le soft calandrage en ligne. En effet, le calandrage en ligne évite les manutentions successives et permet d'atteindre des lissés qui, s'ils ne sont pas aussi bons que ceux des papiers LWC, peuvent être largement suffisants pour certaines applications.

Par exemple, certains papiers LWC (couchés puis supercalandrés) sont remplacés par des papiers couchés sur SIZER en ligne (15 g de couche) puis soft calandrés (1 passage sur chaque face).

Ce scénario cautionne et justifie la disparition des supercalandres au profit de produits de substitution (couchage + soft calandrage).

V-3 - Scénario n°3 : Evolution des technologies autour du super calandrage

Les supercalandres poursuivent leur évolution technologique en suivant les concepts Janus et Optiload, c'est-à-dire en s’adaptant à la vitesse de la machine et en permettant de lever le point faible : le supercalandrage en ligne. En fait, ces deux concepts sont déjà des hybrides entre soft et super calandres, et on peut raisonnablement penser que le papier SC et le papier LWC vont laisser place à un papier magazine mixte. Les nouvelles supercalandreuses ont tendance à être polyvalentes (c'est-à-dire qu’on peut à la fois soft et super calandrer).

VII - Conclusion

Cette veille technologique nous a permis de comparer deux grands types de papier destinés au marché du magazine, d’étudier leurs process de fabrication et de détailler les opérations de finition qui leurs sont adaptées. Comme nous l’avons vu dans ce rapport, les deux types de papiers qui se retrouvent en concurrence (papier SC et papier LWC) sont fabriqués de manière très différente, ont des caractéristiques spécifiques, mais sont utilisés pour un même marché, le papier magazine avec cependant des applications souvent complémentaires.
A l’avenir, ces différences vont probablement tendre à s’effacer pour donner un papier mêlant les deux technologies de fabrication et obtenir les meilleures propriétés des deux types aujourd'hui placés en concurrence.

VIII - Webographie et Bibliographie

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Anon.	"Annual report 2004"	Norske Skog, 2004, Disponible sur <http://www.norske-skog.com/digimaker/documents/Annual_report_2004_4Hxskz38404.pdf >
Anon.	"Paper Market Update"	Quad Graphics, 15 Février 2005 - Disponible sur <http://www.qg.com/whatsnew/paper_news/paper_021505.asp>
Anon.	"Allemagne : les prix des papiers de presse bougent"	Pap’Argus, n°158, 24 février 2005, p 8
Anon.	"Papiers de presse : à chacun sa vérité"	Pap’Argus, n°155, 12 janvier 2005, p 6
M. Goretski	"Prix du papier : Faut-il se préparer à l’inéluctable ?"	Nouvelles Graphiques, n°6, Mars 2005, p 24
Anon.	"Papiers de presse : l’inconnue de 2005"	Pap’Argus n°151, 15 novembre 2005, p 8
M. Auger	"Kimberley PM96 – Position for long term competitiveness"	Twogether, 17 février 2005, p 27
Anon.	"Recent large orders"	Twogether, 17 /02/05, page 73
G. Champon, D. Rama	"Simulateur de soft calandre"	PTE (Projet technico-économique), EFPG. 2000-2001. 19 pages
N.Guy et X. Mathieu	"Couchage léger et pigmentation"	PTE (Projet technico-économique), EFPG. 2003-2004. 45 pages
H. Dölher	"The real alternative - Release liner applications with low cost papers"	Degussa Performance Materials, Décembre 2004, <http://www.finat.com/download/Articledegussadecember04.pdf>
J. Koncel	"Supercalendered paper bucks downturn in printing papers"	Ahead of the Curve, TAPPI, 31 Mars 2004, <http://newsmanager.commpartners.com/tappiaotc/textonly/2004-03-31.html>
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J.S. Ambroz	"The paper Squeeze"	Folio Magazine, 01 Juin 2005, <http://www.foliomag.com/index.php?id=709&backPID=709&begin_at=140&tt_news=875>

	SC-B	SC-A	LWC brillant
Brillant (%)	25 - 35	35 - 50	50 - 65
Lissé PPS (..m)	1,5 - 2,1	0, 96 - 1,4	0,5 - 1,5
Main (cm³/g)	0,9 - 1,1	0,8 - 0,9	0,8 - 0,9
Blancheur (%)	63 - 68	65 - 70	68 - 90
Grammage (g/m²)	48 - 56	45 - 60	41 - 80
Pâte Chimique (%)	15 - 30	15 - 30	30 - 55
Pâte Mécanique (%)	70 - 85	70 - 85	45 - 70
Taux de cendre (%)	10 - 14	25 - 32	< 10

System	Smoothness	Gloss	Colour distribution coverage	Eveness of ink pick-up offset
Rigid Blade	+	+	-	-
Bent Blade	+ +	+ +	0	0
Roll Blade	0	0	+	+
FilmPress	0	0	+	+
AirKnife	- -	- -	+ +	+ +

Types de papier	Prix à la tonne en Euros	Variation par rapport à 2004
LWC hélio 60g	690/700	- 0,70 %
LWC offset 60g	655/675	- 4,30 %
SC roto 56g	585/605	- 1,7 %
SC offset 56g	585/605	- 1,7 %
SC roto 52g	625/640	- 2,7 %


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	Voir aussi
	Le papier : un matériau complexe Les papiers impression minces Le papier thermique


	Les plus grands fabricants de papiers magazine dans le monde (Source Jaakko Pöyry)


	Capacité de production en Europe de l'ouest des papiers magazine SC et LWC et livraison (Source CEPIPRINT)


			MÉMOIRE			Cerig


	Technologie Optiload -Valmet (Source site Metso Paper)

I - Introduction