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En comparant les deux types de pâtes, il est évident que la pâte chimique présente des propriétés physiques meilleures que la pâte mécanique (T: +40%, Z sec : +19%, Z humide : +15% et E : + 36%) et un degré de blancheur plus élevé (85%). La pâte thermomécanique contient aussi moins de groupements carboxyle que la pâte chimique (3,5 et 8,6 meq /100g pâte, respectivement), ce qui signifie que le potentiel de liaison chimique est plus faible et justifie les propriétés de résistance inférieures de cette pâte (Szadeczki 1997). Le degré Schopper de la pâte mécanique est élevé, mais n’a pas de réelle signification pour ce type de substrat fibreux (Vallette and Choudens 1992).
I.3.Caractérisation des matières premières fibreuses récupérées
Les matières fibreuses récupérées présentent une composition complexe. La matière industrielle composée du mélange journal –magazine en proportion équivalente ne sera pas caractérisée car cela a déjà été fait dans la thèse de Filipe Almeida et des rappels sont présentés dans le chapitre III. En revanche, la caractérisation détaillée de la deuxième matière industrielle récupérée, constituée d’un mélange papiers de bureaux et magazine est présentée dans les paragraphes qui suivent.
I.3.1. Analyse de la composition fibreuse par microscopique
La composition fibreuse des papiers récupérés, MOW (papiers de bureau) et OMG (vieux magazines), a été déterminée via une analyse microscopique. Des réactifs colorés qui teintent de façon spécifique les fibres selon leur origine ont été utilisés ; parmi les plus fréquemment employés, le Lofton-Merritt (ISO 9184-5 :1990) et l’Herzberg (ISO 9184-3 :1990). L’Herzberg (chloro-iodure de zinc et iode) teinte la lignine en jaune et la cellulose en bleu violet s’il s’agit d’une cellulose isolée à partir de fibres lignifiée. Le Lofton-Merritt colore la lignine en bleu ou bleu-vert.
Les pâtes mécaniques contiennent tous les constituants du bois, dans les mêmes proportions: cellulose, hémicelluloses et lignine. Les pâtes chimiques écrues, quant à elles, ne gardent que
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quelques pourcents de lignine, modifiée pendant le procédé chimique de mise en pâte, alors que les pâtes chimiques blanchies n’en contiennent plus.
Ainsi les fibres de pâtes mécaniques apparaissent en jaune lorsque la pâte est imprégnée de chloroiodure de zinc et en bleu-vert dans le Lofton-Merrit. Les fibres de pâtes chimiques en revanche virent au bleu violet avec le chloroiodure de zinc et deviennent violettes pour les pâtes au bisulfite ou vert bleu pour les pâtes au sulfate, mais restent incolores pour les pâtes totalement blanchies. La figure II-1 présente un résumé des colorations de pâtes selon le colorant utilisé.
Figure II-1. Les couleurs d'identification des fibres
La détermination de la composition fibreuse est essentielle dans notre étude. En effet, les études antérieures ont montré que la flottation à l’ozone impactait la blancheur de la pâte désencrée dans le cas où les fibres récupérées contenaient de la pâte mécanique, cette dernière étant sensible au
jaunissement par O3 (Almeida 2009). La flottation à l’ozone sera donc plus adaptée à une matière
première dite sans bois, contenant un pourcentage de pâte mécanique ne dépassant pas 15%. Afin de travailler avec un mélange toujours représentatif d’une matière industrielle, nous avons choisi d’étudier le comportement d’un mélange de papiers de bureaux (connus pour contenir peu de pâte mécanique) contaminé par une faible proportion de magazines (contenant une forte fraction de pâte mécanique). Ce type de matière est typique de celle rencontrée dans les usines produisant de la pâte marchande désencrée.
Dans le but de travailler avec un mélange ne contenant pas plus de 15% de pâte mécanique, nous avons déterminé la composition fibreuse des papiers de bureaux (MOW) et des magazines (OMG) pour déterminer les proportions de chaque type de papier à utiliser dans le mélange étudié. La méthode utilisée est une méthode d’analyse microscopique quantitative, figure II-2.
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Figure II-2. Méthode d'ananlyse quantitative
La méthode de comptage utilisée est basée sur le comptage des fibres soit en nombre d’individu (cas des feuillus) soit en nombre de diamètre de champ (diamètre de champ d’observation du microscope) pour les fibres longues (résineux) comme le montre la figure II-3.
Figure II-3. Le principe de comptage pour la méthode quantitative
Cette méthode permet d’obtenir des ratios de fibres en nombre. Pour passer des nombres aux masses, il faut utiliser un facteur appelé facteur de poids. Chaque pâte a un facteur de poids différent qui change aussi selon l’essence du bois résineux ou feuillu (tableau II-3).
Tableau II-3. Les facteurs de poids (Passas 2019)
Pâte Résineux Feuillus
Pâte mécanique 1,8 0,6
Pâte Kraft écrue 1 0,3
Pâte Kraft Blanchie 0,9 0,3
Résineux : nombre de diamètres de champ Feuillus : nombre d’individus
Dans notre étude, la référence pour la détermination des facteurs de poids est une pâte de résineux bisulfite, dont le facteur de poids est égal à 1. D’autres facteurs de poids pourront être utilisés et sont présentés dans le tableau II-3.
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Le passage des nombres aux masses se fait selon les deux équations suivantes :
𝑃𝑢 = 𝑁𝑢 ∗ 𝑓𝑢
𝑁𝑢 ∗ 𝑓𝑢 + 𝑁𝑟𝑒𝑓 ∗ 𝑓𝑟𝑒𝑓
Équation II-1. Passage des nombres en proportion massique pour une pâte donnée Avec :
fu : Facteur de poids à déterminer du constituant, sans unité
fref : Facteur de poids de la pâte de référence, sans unité
𝑁𝑢: Nombre de fibres du constituant
𝑁𝑟𝑒𝑓: Nombre de fibres de la pâte de référence
𝑃𝑢: Proportion massique du constituant dont on recherche le facteur du poids dans un mélange
constituant u + pâte de référence, en %
Après réarrangement, le facteur de poids peut être calculé suivant l’équation suivante :
𝑓𝑢 = 𝑃𝑢 1 − 𝑃𝑢
𝑁𝑟𝑒𝑓 𝑁𝑢 𝑓𝑟𝑒𝑓
Équation II-2. Calcul du facteur de poids d'une pâte donnée
Cette méthode a été utilisée pour la détermination de la composition fibreuse des papiers de bureaux (MOW) et des magazines (OMG) dans le but d’obtenir un mélange dit « sans bois ». Les résultats de cette étude seront détaillés dans le Chapitre VI.