Les fibres récupérées après l’opération de classage ont été ensuite mises à nouveau en
sus-pension à des concentrations comprises entre 0,5 g l−1 et 1,3 g l−1 selon les grammages
souhaités pour les feuilles de papiers modèles produites et les appareils utilisés pour fabri-quer les papiers modèles (voir ci-dessous). Cette étape de classement a permis d’éliminer la majeure partie des éléments de la suspension dont la taille inférieure à 0,5 mm : voir la figure
Figure 5.4: Schéma de principe du dispositif de fractionnement Bauer McNett dans lequel la suspension de fibres de pâte à papier doit passer au travers de plusieurs réservoirs disposés en cascade (a) et munis de grilles dont le pas est calibré et décroissant (b). Les fibres ne passant pas par exemple au travers de la grille du premier réservoir sont récupérées dans un récipient placé sous celui-ci. En ajustant le pas de la grille, il est possible de récupérer des fibres dont la longueur est par exemple majoritairement supérieure à 2 mm.
Figure 5.5: Fibre colorée de pin maritime (vue au microscope optique).
5.1(b) qui donne la distribution de la longueur des fibres après cette opération. Des feuilles
de papier ayant un grammage de 40 g m−2à orientation fibreuse isotrope dans le plan ou
ori-entée dans leur plan ont ensuite été produites au laboratoire. La technique de fabrication en laboratoire diffère de la fabrication industrielle (voir chapitre 2), mais reproduit cependant les principales étapes du procédé : formation, pressage et séchage (Fig. 5.6).
Papiers isotropes 2D
Pour obtenir des papiers où les fibres ont une orientation isotrope dans le plan, nous avons utilisé un appareil particulier dit formette Frank (Rapid Köthen) pour former une feuille circu-laire d’un diamètre de 200 mm. Le principe général de fonctionnement est présenté schéma-tiquement sur la Fig. 5.7. Cet appareil permet principalement de réaliser, après avoir versé
Figure 5.6: Principe de fabrication des papiers modèles dans le cas de structures isotropes ou orientées pour des séchages libres ou contraints.
la suspension fibreuse dans une colonne remplie d’eau (étapes 1 à 3), puis avoir réalisé un brassage par l’air (étape 4), l’égouttage des suspensions fibreuses (étape 5), dont les éléments viennent se déposer sur une toile de formation au cours du processus d’aspiration de l’eau de la colonne. Un pressage de la feuille de papier humide où la siccité est de l’ordre de 40% à l’issue de l’opération d’égouttage entre la toile de formation et des feutres (ici ce sont des buvards qui servent de feutres) au moyen d’un rouleau est nécessaire pour détacher la feuille de la toile (étapes 6 et 7). Au cours de ces étapes, la faible concentration de la pâte combinée au brassage par l’air permet d’obtenir une structure homogène, sans formation prononcée d’amas de fibres, et isotrope dans le plan. Dans ce travail, compte tenu du diamètre de la
toile de formation, l’utilisation de suspensions fibreuses concentrées à 1.3 g l−1permettent
d’obtenir des feuilles dont le grammage est 40 g m−2.
Papiers orientés
Fabriquer des papiers dans le plan desquels les fibres sont orientées selon une direction préférentielle nécessite l’utilisation d’un dispositif spécial appelé la formette dynamique : voir le schéma de la figure 5.6 ainsi que la photographie de la figure 5.8. Le principe de cette machine est de projeter la suspension fibreuse très faiblement concentrée (ici un volume de
15 l de suspension à 0,5 g l−1pour obtenir des feuilles de 40 g m−2) au moyen d’une buse
Figure 5.7: Principales étapes permettant la formation du matelas fibreux en utilisant une machine à formettes Frank.
machine. La buse est montée sur un bras qui translate de bas en haut du tambour ce qui permet de former un matelas fibreux humide sur le mur qui est lui-même ensuite aspiré au travers de la toile de formation entraînant le dépôt des fibres sur la toile. La différence de vitesses entre le mur d’eau en rotation et le jet de suspension fibreuse est à l’origine d’un phénomène cisaillement de la suspension fibreuse lorsque celle-ci atteint le mur d’eau, et donc à l’origine de l’orientation préférentielle des fibres. L’intérêt de ce dispositif est qu’il permet la fabrication de papiers dont la structure se rapproche de ceux produits de manière industrielle où il est connu que le procédé à tendance à orienter les fibres dans le sens de fabrication (un phénomène similaire se produit sur les tables de formation des machines à papier industrielles). Cette direction présentant une orientation préférentielle des fibres est appelée dans la suite «Sens Marche» ou «Machine Direction»(SM ou MD) par opposition au «Sens Travers» ou «Cross Direction» (ST ou CD) qui indique la direction perpendiculaire au sens d’avance de la machine à papier. Sur la figure 5.6, nous avons indiqués les paramètres matériau sur lesquels l’opération de formation agit : l’orientation fibreuse et le grammage des papiers produits.
Les feuilles humides obtenues par la formette Frank ou la formette dynamique sont ensuite pressées entre deux buvards pendant 3 min en utilisant une presse équipée de deux plateaux parallèles qui permet de contrôler l’effort normal de compression appliqué (de 0,1 à 0,8 MPa). Cette étape de fabrication agit principalement sur la masse volumique des papiers modèles
Figure 5.8: Vue du tambour de la formette dynamique et de la buse de projections de la suspension fibreuse.
produits (voir figure 5.6).
Les feuilles après pressage sont enfin séchées de deux façons : séchage «libre» ou séchage «contraint». La première méthode consiste à laisser la feuille sécher à l’air ambiant en la plaçant sur une plaque métallique afin d’éviter qu’elle n’adhère au support. Cette opéra-tion permet à la feuille de se déformer librement, ce qui génère des phénomènes de retrait (dans le plan de la feuille environ 1 mm sur un diamètre de 200 mm, du même ordre pour les feuilles dynamiques) ainsi que des phénomènes de déformation hors plan (cloques, ondula-tions), toutefois assez limités dans le cas de nos échantillons. La seconde technique consiste
à utiliser un sécheur plaque (voir figure 5.9) où la feuille est placée pendant 6 min à 85◦C. Ce
sécheur maintient la feuille contrainte dans le plan (pas de retrait possible du papier au cours de séchage) et hors plan (pas de cloques, ni d’ondulations). Cette méthode induit des con-traintes résiduelles complexes (concon-traintes internes dans les segments de fibres entre liaisons et dans les liaisons elles-mêmes) dans les papiers produits.