Procédés de production des pâtes

Il existe différents procédés de production de pâtes dans l’industrie des pâtes et papiers : 2.1.1 Procédé mécanique de production des pâtes

Le procédé mécanique de production des pâtes représente 25% de la production des pâtes dans le monde [11]. Ce procédé a recours à des méthodes mécaniques pour la génération des fibres et les pâtes produites sont à fortes teneurs en hémicellulose et lignine en comparaison avec les procédés chimiques [12]. Il existe généralement quatre classes des technologies mécaniques pour la production des pâtes :

2.1.1.1 Mise en pâte par broyage du bois

Cette méthode qui consiste à broyer la biomasse forestière contre une meule à rotation offre les avantages du rendement élevé de production des pâtes [13], faible coût, papiers volumineux, absorbants et à grande opacité [12]. Cependant, les fibres produits par ce procédé sont souvent courts et très fragiles [13].

2.1.1.2 Mise en pâte par raffinage

Ce procédé, développé en 1950 [12], consiste à broyer le matériel lignocellulosique entre deux disques rainurés. Cette technique est avantageuse par rapport au procédé de broyage grâce à la génération des fibres plus forts et longues [13]. Cependant, en comparaison avec le procédé par

broyage, cette technique est plus consommatrice d’énergie et les papiers produits sont moins opaques [12].

2.1.1.3 Mise en pâte par voie thermomécanique

Cette technique consiste tout d’abord à cuire les coupeaux de bois à la vapeur puis les broyer comme dans le cas du procédé par raffinage. La qualité supérieure des pâtes ainsi que les rendements élevés de production (aux alentours de 95%) s’insèrent parmi les avantages de cette technologie qui est le procédé mécanique le plus utilisé. Mais, la demande plus élevée d’énergie [13], la faible génération des fibres longues, et la faiblesse des pâtes réduisent la faisabilité de ce procédé [12].

2.1.1.4 Mise en pâte par voie Chimio thermomécanique

Cette méthode intègre l’application des produits chimiques comme le sulfite de sodium en amont de l’étape de raffinage. Telle intégration améliore le nombre et la qualité des fibres (longs, rigides, résistants, etc.) produits. Cependant, une consommation élevée d’énergie accompagne cette voie de production [12, 13].

Dans le but d’élargir la production aux papiers de qualité supérieure en termes de rigidité, luminosité, résistance, etc. les procédés chimiques de production des pâtes sont majoritairement utilisés par les industriels.

2.1.2 Procédé chimique de production des pâtes

Les fibres de la biomasse lignocellulosique sont libérées par le recours aux réactifs chimiques. Ce procédé représente 70% des procédés de production des pâtes en Amérique du nord [11]. La consommation élevée des produits chimiques ainsi que les rendements faibles de la production des pâtes constituent les majeurs inconvénients associés à ce type de traitement [14]. Il existe deux types des procédés chimiques :

2.1.2.1 Procédé à base de sulfites

Le procédé à base de sulfites utilise le dioxyde de soufre comme réactif principal pour la délignification du matériel lignocellulosique [12]. L’addition de ce réactif contribue à la formation des lignosulfonates dans une première étape. Par la suite, une étape de lavage permet d’éliminer

facilement les lignosulfonates solubles [15]. Les fibres de cellulose séparées subissent après une étape de blanchiment puis de séchage pour la production de pâte commercialisée ou acheminée aux unités de production des papiers. L’application de ce procédé est limitée par l’absence d’une unité de récupération des réactifs chimiques. De plus, la pâte produite est faiblement rigide.

2.1.2.2 Procédé Kraft

Ce procédé représente 95% des procédés chimiques. Il consiste à utiliser une solution composée des réactifs chimiques Na2S et NaOH pour séparer la fraction de lignine des fibres de cellulose à haute température. Une étape de lavage en aval permet la génération de deux sortes des effluents : la pâte qui est par la suite blanchie puis finalement séchée et un effluent liquide désigné « la liqueur noire » qui est composée principalement de la lignine et des hémicelluloses. La liqueur est par la suite concentrée [11] puis brûlée dans une chaudière de récupération pour d’une part générer de l’énergie [11, 15] et d’autre part récupérer les solvants qui sont réutilisés dans la digestion des coupeaux de bois [11].

En comparaison avec le procédé à base de sulfites pour la production des pâtes, le procédé Kraft offre l’avantage d’utilisation d’une large gamme de biomasse forestière [12], de récupération des produits chimiques et leur réutilisation [11, 12, 15] pour séparer la lignine lui permettant d’acquérir un privilège économique. De plus, les pâtes générées par ce procédé sont plus blanches et sont caractérisées par leur robustesse [11]. Ces attraits ont suscité l’intérêt de plusieurs industriels. En fait, le procédé Kraft est devenu le plus dominant pour la production des pâtes dans le monde [15]. 2.1.3 Procédé hybride de production des pâtes

Dans le but d’augmenter les rendements de mise en pâte et de rehausser la qualité de la pâte produite, les méthodes chimiques et physiques conventionnellement appliquées sont combinées. En effet, les copeaux de bois subissent initialement une étape de cuisson dans laquelle des réactifs chimiques sont utilisés. Dans une deuxième étape, la pâte issue est mécaniquement manipulée [12, 16]. Cependant, une telle combinaison augmente les coûts de production des pâtes en raison d’une consommation accrue de l’eau, de l’électricité, de l’énergie, etc. De plus, le volume élevé des effluents générés par une telle combinaison représente un obstacle majeur à la faisabilité de ce procédé de production des pâtes.

En se basant sur les caractéristiques des différentes méthodes de production des pâtes, les procédés chimiques et plus spécifiquement le procédé Kraft semble être le plus avantageux pour la production des pâtes et papiers. Cependant, la liqueur noire issue de l’étape de digestion et qui est brûlée pour la génération de l’énergie, contient, en plus de la lignine, les hémicelluloses. Ces polysaccharides sont connus par leur faible pouvoir calorifique en comparaison avec la lignine. L’énergie produite par la combustion des hémicelluloses est donc plus faible et ne représente que 25% de l’énergie totale produite par la combustion de la liqueur noire [5]. Pour augmenter la rentabilité économique du procédé de production des pâtes, l’intégration d’une étape d’extraction des hémicelluloses dans le procédé Kraft est recommandée [11, 17].