Le grand retour de la pâte de rayonne

Envoyer Imprimer PDF

1. INTRODUCTION

Le cycle de vie de la plupart des produits de pâte et papier comprend les mêmes phases que plusieurs autres produits: naissance, ascension, apogée, déclin et disposition.

Il n'en est pas de même avec la pâte de rayonne, dite viscose (ou avec un spectre plus étendu d'usagers finaux, le groupe des pâtes à alpha élevé). Il s'agit d'un grade de pâte, ou plutôt une famille de pâtes avec un contenu alpha élevé, servant à une multitude d'usages et à la confection de différents produits, tel qu'illustré ci-dessous.

 

Figure 1-1 Usages finaux et produits finaux pour la pâte de rayonne
poyry-image1

Cette famille de produits était en sérieuse difficulté pendant les années 1970, 1980 et 1990, mais ceux-ci ont depuis effectué un retour remarquable.

2. HISTORIQUE

L'origine de la pâte viscose à usage textile remonte à la ville d'Echirolles, qui est aujourd'hui une banlieue de Grenoble, la ville olympique des Alpes françaises. Un célèbre savant français - et industriel - Hilaire de Chardonnet, plus tard comte de Chardonnet, y a inventé, en 1884, un tissu qu'il appela « soie artificielle ». Cette invention est fondée sur le processus de nitration et s'est pleinement industrialisée. Les fibres et textiles qui en découlent ont d'ailleurs été présentés à l'Exposition de Paris en 1889. Bien que le processus ait été lent à fonctionner, dangereux et coûteux, la renommée de Chardonnet à titre de «père de la rayonne » fut bien méritée. Le procédé fut utilisé commercialement jusqu'à la fin de 1949.

Au début des années 1890, trois scientifiques britanniques; Beadle, Bevan et Cross, ont découvert que la cellulose peut être dissoute en xanthate, après traitement à l'alcali et au sulfure de carbone. Ce suivi des travaux de Chardonnet s'est transformé en un produit breveté.

Même avant le développement de la pâte viscose, d'autres scientifiques ont essayé d'utiliser la cellulose comme matière première pour mettre au point des substituts synthétiques aux coûteux produits naturels. Un Anglais nommé Parkes avait remporté une médaille de bronze à l'Exposition universelle de Londres en 1862 avec son produit, le Parkesine, traitée à la cellulose avec de l'acide nitrique et un solvant. Le produit n'a jamais été industrialisé, mais le compatriote de Parkes, John Wesley Hyatt, a mis au point la celluloïde en 1863. L'objectif était de remplacer l'ivoire ; l'un des premiers produits conçu fut d'ailleurs de fausses dents. Après qu'un thé servi trop chaud eut ramolli les dents, des usages plus pratiques furent trouvés, notamment les peignes et, plus tard, la pellicule cinématographique. Antérieurement, le nitrate de cellulose (dissolution nitrés de cellulose dans de l'alcool et de l'éther) fut développé - mais non pour le textile – ainsi que le cupro (dissolution de l'hydroxyde de curammonium).

Avec le développement des fibres de viscose, qui est en réalité une fibre semi-synthétique fabriquée à partir de polymères d'origine naturelle, les premiers "usages durs" furent progressivement remplacés par des utilisations plus «douces». La cellulose servait à produire des tissus. L'objectif premier était de remplacer la fibre naturelle de soie, jugée trop chère. La soie d'art, produite par procédé au xanthate, s'est révélée beaucoup plus sûre et plus rapide. Une partie importante du processus provient du développement d'équipements de filature par Stearn and Cross. Cette entreprise a créé la Viscose Spinning Syndicate Ltd avec Alfred Nobel comme l'un de ses premiers actionnaires. La vente des droits de brevet par ce syndicat à une entreprise textile française, Courtauld, en 1904, a marqué le véritable coup d'envoi d'une production industrielle à grande échelle (pour les standards de l'époque) de pâte viscose et d'autres pâtes à alpha élevé.

Parmi les autres jalons, mentionnons le développement des acétates au début des années 1900, le deuxième usager en importance de pâtes à alpha élevé aujourd'hui. Le mot rayonne a commence à être utilisé en 1924. L'introduction de fibres discontinues est venu peu de temps après, permettant l'utilisation de machines à filer traditionnelles. Les ventes de fibres de viscose se sont mises à augmenter très rapidement avec le procédé de rayonne, sorti vainqueur parmi toutes les techniques de production. Toujours à fin des années 1920 / début 1930, les progrès techniques permettent la production de fibres beaucoup plus fortes pour la confection, principalement, de pneu-cordon, une fibre de renforcement pour pneus de voitures et autres. La période de la guerre a stimulé l'utilisation de plusieurs produits finis à base de cellulose à alpha élevé, y compris les fibres de viscose.

Une tendance plus menaçante cependant a pris forme avec le développement de fibres moins chères à base d'huile, comme le nylon, le polyester et le polypropylène. La première de ces fibres synthétiques à base de polymère a été utilisée au début des années 1940, pendant la Seconde Guerre Mondiale. Au début des années 1970, ces fibres synthétiques bon marché ont poussé les fibres de viscose vers un déclin à long terme. La production de fibres de viscose était passée de quelques centaines de tonnes en 1900 à 14 000 tonnes en 1920. Au début des années 1930, la production dépassait les 200 000 tonnes. L'année 1973 a marqué un record de production absolu avec 3,9 millions de tonnes.

Les autres usagers finaux à l'extérieur du textile ont aussi fait face à des problèmes. Des explosifs ont été mis au point à partir de matières premières sans cellulose et le cordon de rayonne a peu à peu été remplacé par une combinaison de polyester et d'acier comme fibre de renforcement dans les pneus d'autos. L'effondrement de l'Union Soviétique a accéléré le déclin de la pâte dissoute dans les années 1990.

3. REVIREMENT

Depuis la fin des années 1990, les pâtes dissoutes et autres pâtes à alpha élevé ont repris du poil de la bête et les records de production des années 1970 seront bientôt battus, si on ajoute la consommation de pâte de coton aux chiffres de la consommation de pâte dissoute et de pâte de bois à alpha élevé, représentés dans la figure 3 (consommation par région). Les perspectives pour la pâte viscose et autres pâtes à alpha élevé sont bonnes, malgré la présence des risques habituels.

Figure 3-1 Demande pour la pâte de bois dissolvante
poyry-image2

Plusieurs raisons expliquent ce revirement que les dirigeants de Courtaulds, de retour au milieu des années 1950 après avoir jugé la pâte viscose comme un produit avec un avenir peu attrayant, ne pouvaient anticiper. Après tout, leur évaluation des problèmes vécus de 1970 à 1990 était tout à fait correcte, et il leur était difficile à ce stade d'envisager un tel retour. Les facteurs supportant la croissance des pâtes viscose et à alpha élevé sont varies, mais nous retiendrons les facteurs clés suivants:

  • Croissance et structure de la population
  • Croissance du revenu moyen per capita, surtout dans les marchés émergeants
  • Changements dans les styles de vie
  • Côté pratique (les fibres viscose et de coton sont plus confortables que les fibres à base d'huile)
  • Dossiers environnementaux et de santé (comme les analyses d'empreinte de carbone ou l'augmentation rapide des filtres cigarettes dans les pays développés, qui ont stimulé la demande de cellulose d'acétate
  • Durabilité de la base de matières premières
  • Développement des secteurs de l'énergie et de sous-produits des procédés de mise en pâte dissoute
  • Dossiers sociaux, comme l'utilisation de la main-d'œuvre dans les usines de pâte versus les conditions de travail dans les champs de coton des pays en voie de développement
  • Industrialisation des marches émergeants
  • Nouvelles applications et utilisations finales + développement technique (surtout pour la pâte viscose utilisée avec les différents textiles et la croissance rapide du secteur des textiles non tissés, qui a besoin de quantités substantielles de fibres de viscose discontinues)
  • Réutilisation de vieilles applications (cordon de pneu d'auto en cas de crevaison)
  • Développement de Lyocell et de d'autres procédés/produits innovants à base de fibre viscose
  • La fibre viscose vient remplacer certaines fibres compétitrices

- Hausse du prix de l'énergie en général et du prix du pétrole en particulier
- Baisse récente et limites anticipées dans l'approvisionnement de coton
- Hausse des volumes de fibre viscose dans les produits à base de fibres non tissées


La substitution a été le catalyseur le plus important au cours des dernières années. Les pâtes à dissolution et autres pâtes à alpha élevé ont pris des parts de marché aux fibres synthétiques à base d'huile, et pour nombre d'applications, ces fibres gardent toujours leurs parts de marché. La transformation la plus perceptible fut au niveau de la relation entre le coton et la viscose. Tout d'abord, et surtout, la zone de culture du coton a été réduite, nommément dans le Sud des États-Unis, où le maïs et le soja ont pris une partie de la superficie précédemment détenue par le coton. Deuxièmement, le développement technique des fibres de viscose a permis un remplacement plus direct pour certains produits finis. Troisièmement, les techniques de filature et autres techniques nécessaires à la production de textiles ont été développées pour permettre de plus en plus de mélanges. Une bonne partie de cette substitution a eu lieu dans le cadre de ces mélanges, grâce à l'entrée progressive de quantités plus élevées de fibres de viscose dans les applications où les caractéristiques particulières des fibres de la pâte à dissolution peuvent être utilisées, en particulier dans la production avec tissage à vitesse élevée.

Les sécheresses et autres problèmes liés aux conditions météorologiques ont également limité l'approvisionnement en coton. Comme environ 25% de la pâte à dissolution est produite à partir de duvets de coton, les difficultés de la culture du coton ont influé sur la production de pâte à dissolution à base de duvets de coton, mais bénéficié à la production de pâte de bois.

L'importance de l'impact de la substitution est facile à constater dans ce tableau révélant l'utilisation de différentes fibres dans la production textile (moyenne des années 2007-2009; chiffres arrondis). D'autres fibres naturelles comprennent par exemple la laine et la soie. Le volume de viscose comprend les duvets de coton et l'utilisation de fibres discontinues dans les produits non-tissés.

Tableau 1. Consommation de fibres dans l'industrie textile
poyry-image3

La faible proportion de fibres de viscose sur le volume total des fibres utilisées dans les textiles signifie que si la viscose remplace 1% de fibres synthétiques, la demande pour la pâte à dissolution augmente de près de 11% alors que si la viscose remplace 1% de coton, environ 6% de pâte dissoute supplémentaire est nécessaire.

La combinaison de la substitution de ces catalyseurs positifs chez l'utilisateur final de textile, la demande croissante en produits non-tissés et une croissance positive pour certaines autres utilisations finales, principalement dans le secteur des pâtes de spécialité, a provoqué, on l'a vu précédemment, le revirement de la demande pour la pâte dissoute au début des années 2000, et ce après un long déclin entre les années 1970 et 1990.

4. UN RETOUR QUI SE POURSUIT?

Contrairement à la plupart des autres grades de pâte, la consommation de pâte dissoute et autres pâtes à alpha élevé n'a pas connu de récession en 2009, grâce à la demande chinoise, et ce même si plusieurs usines de textile ont fermé leurs portes durant la première moitié de l'année. Les premières statistiques de 2010 indiquent qu'une forte croissance se poursuit. Les statistiques d'importations chinoises démontrent que la consommation de pâte dissoute pour le premier trimestre de 2010 a bondi de 79% de janvier à mars 2010, gonflant d'autant l'importance de ce marché. Le prix pour le grade standard de pâte dissoute a atteint un niveau quasi-record.

Alors que nous estimons que la croissance de la demande se poursuivra à un rythme variant de 3 à 7% par année, dépendant de l'abondance des récoltes de coton, des niveaux de prix du pétrole et de d'autres facteurs, il faut faire preuve de prudence avant de sauter avec enthousiasme dans le train de la pâte de rayonne et d'aller chercher sa part du gâteau.

Parmi les risques et problèmes appellant à la prudence et à une préalable planification technique, financière et de marketing, mentionnons que:

  • Des prix plus bas pour le pétrole ainsi que de meilleures récoltes de coton pourraient renverser, du moins pour un temps, la récente tendance favorisant la substitution.
  • Beaucoup plus d'argent est investi dans le développement de fibres synthétiques que dans les pâtes à fibres de bois; les nouveaux produits et applications faisant appel à ces fibres pourraient venir gruger dans la demande de pâte dissoute.
  • Certaines tendances récentes chez les usagers finaux auront un impact moins positif, ou même négatif. C'est le cas par exemple de la pâte à alpha élevé pour filtre acétate. Jusqu'à maintenant, le passage vers les cigarettes filtres dans les pays en développement s'est accéléré et dépasse la réduction du nombre de fumeurs dans les pays de l'Ouest. Une fois cette migration quasi-complétée, de nouvelles baisses du nombre de fumeurs viendront amputer considérablement la consommation de ce produit.
  • Le message environnemental de la pâte à base de fibres de bois, en terme d'empreinte de carbone, passe mieux que celui des fibres synthétiques ou de coton. De plus, les actifs de pâte dissoute sont âgés et les usines continuent d'éprouver des problèmes environnementaux.
  • Le contrôle de la qualité se veut très strict et l'acceptation de la qualité de la part d'une nouvelle usine peut prendre jusqu'à deux ans chez certains usagers finaux.
  • Les investissements dans une nouvelle ligne de mise en pâte dissoute doivent "produire" une quantité égale de capacité de fibres synthétiques.
  • La conversion de lignes de pâtes à papier existantes en lignes de pâte dissolvante n'est pas simple. Il existe des scénarios de réussite, mais aussi des faillites complètes ou partielles. Tous les maillons de la chaîne, de la ressource forestière à la mise en marché des produits finaux, doivent être pris en compte dans le processus de planification.

 5. BARRIÈRES TECHNIQUES

Les marchés de la pâte dissoute sont attirants, surtout pour les producteurs traditionnels de pâtes et papiers. En outre, la base d'actifs a atteint un stade de maturité depuis longtemps et les lignes de production sont généralement de petite taille. Cela permet de générer des flux de trésorerie intéressants avec les usines de pâte plus petites et plus vieilles qui n'auraient pas été économiquement viable pour la production de pâte à papier kraft standard ou au bisulfite.

Pour cette même raison, il existe une demande relativement robuste pour les usines de pâte qui seraient disponibles à peu de frais, et qui peuvent être converties à la production de pâte dissoute moyennant un investissement peu élevé. Il existe des centaines d'usines de pâte dans le monde qui ne génèrent pas de profits financiers adéquats. On pourrait donc conclure qu'il existe un nombre élevé de bonnes usines candidates à une conversion. Mais est-ce vraiment le cas? De plus, si les super-usines de 1,5 millions de tonnes constituent des investissements intéressants pour l'industrie des pâtes et papiers, n'est-il pas permis de penser qu'une usine de pâte dissoute de même taille serait encore plus profitable?

Le principal défi se trouve dans le fait que le marché est incapable d'absorber les ajouts de capacité sans consentir à des escomptes de prix significatifs, le tout combiné à une baisse dramatique de coût marginal de production, ce qui exerce une pression supplémentaire à la baisse sur les prix. Il faut donc que les ajouts de capacité soient relativement modestes, ce qui fait grimper le coût spécifique d'investissement. De plus, le développement d'essences d'eucalyptus à croissance rapide se concentre sur la minimisation du contenu en lignine de bois plutôt que sur la maximisation de son contenu en cellulose. Conséquemment, les bénéfices de rendement du développement génétique demeurent marginaux, du moins pour le moment.

Malgré ces vents contraires, Saiccor et RGM/Säteri ont ajouté, avec succès d'ailleurs, de la nouvelle capacité à leurs usines d'Afrique du Sud et du Brésil. Toutefois, il faut reculer de plusieurs dizaines d'années pour retrouver des investissements dans de nouvelles usines de pâte dissoute. Parce que l'histoire démontre que les investissements de type "Greenfield" (usines neuves) ne sont pas rentables, les conversions d'actifs de vieilles usines sont privilégiées.

Tel que souligné plus tôt, il existe une base de quelques centaines de vieilles usines de pâte qui pourraient, théoriquement, être converties à la production de pâte dissoute. Cinq facteurs critiques influencent le plus la faisabilité d'une conversion d'usine:

  • Le coût du bois
  • L'échelle
  • L'investissement
  • La qualité de l'actif
  • L'environnement

De façon générale, le coût du bois constitue l'item le plus coûteux dans la production de pâte chimique. Étant donné que le rendement de la production de pâte dissoute est plus faible que pour les autres pâtes chimiques, l'emphase est mis sur l'importance de l'approvisionnement compétitif en bois, surtout pour les volumes marginaux. En effet, une tonne de pâte viscose standard consomme une tonne verte de plus en bois qu'une tonne de pâte à papier. Avec un différentiel de prix d'environ 300$ la tonne sur un cycle économique et de modestes augmentations de consommation en énergie et en produits chimiques, cette combinaison offre de belles perspectives d'augmentation de la marge de contribution à la tonne.

Par contre, les coûts fixes, pris en compte sur une base "à la tonne", peuvent devenir intolérables lorsque la production chute de 30% ou plus, dépendant des usines. Ce genre de chute est dicté par les contraintes physiques des actifs, mais aussi par des taux d'utilisation plus faibles des lignes de production, au fur et à mesure que les spécifications de produits se précisent et que la direction de l'usine décide de prendre moins de risques. On peut ainsi justifier une augmentation de 60% des coûts fixes à la tonne. Règle générale, toute usine de pâte commerciale marginalement profitable devrait être en mesure d'afficher un meilleur profit d'opération à la tonne avec la pâte dissoute qu'avec un grade de pâte à papier, à condition que les actifs de production conviennent à la production des deux grades de pâte. Les usines plus grosses souffriraient, sur une base absolue, puisque le déclin de volume éliminerait toute amélioration de marge, alors que les plus petites usines sortiraient mieux leur épingle du jeu.

La contrainte clé pour la faisabilité d'un projet de conversion est le coût d'investissement, qui dépend largement de la qualité des actifs en place. Les principaux problèmes sont une récupération chimique serrée, une capacité de cuisson insuffisante découlant de cycles plus longs, un lavage de pâte plus rigoureux ainsi qu'un blanchiment plus agressif. Le séchage est sans conteste l'étape la plus facile, du point de vue de la capacité, puisque la cellulose pure se draine beaucoup mieux que les fibres avec hémicelluloses. Une attention particulière doit être portée sur une formation stable et sur un bon équipement de finition (emballage). Le produit est vendu autant en rouleaux qu'en ballots, mais il n'est pas nécessaire de compter sur les deux capacités.

Le niveau serré de la récupération chimique est d'abord et avant tout une question de capacité. Cependant, plusieurs usines de pâte, candidates idéales pour une conversion, ont laissé vieillir leurs ilôts de récupération et ceux-ci auraient avantage à être remplacés. Le cycle de cuisson allongé est quant à lui tributaire d'un enlèvement intensif des hémicelluloses pendant la phase de cuisson proprement dite. Cela occasionne des taux de production plus bas, non seulement à cause du temps de cuisson allongé, mais aussi d'un moins bon rendement à la tonne du bois. Il faudra, presque sans exception, plus de capacité de cuisson. Le procédé de cuisson par cuvée est généralement privilégié puisqu'il permet un meilleur contrôle. Contrairement à la sagesse populaire, la cuisson en continue convient aussi à la production de pâte dissoute. On a fait appel à cette technique aux usines de pâte de Bratsk, de Guaiba et de Varkaus. Toutefois, aucune de ces usines ne produisent aujourd'hui de la pâte dissoute. Les zones de préparation de la pâte brune et du blanchiment prennent moins de place lors d'une conversion à un grade standard de pâte dissoute, mais des investissements significatifs seront nécessaires au niveau du stade d'extraction caustique à froid, une étape requise pour les grades de pâte à alpha élevé avec le procédé Kraft.

De plus, les contraintes environnementales peuvent occasionner des restrictions pour la disposition des effluents d'usines. Le stade d'enlèvement plus agressif des hémicelluloses implique une charge plus forte de l'effluent et une utilisation potentielle de l'hypochlorite de sodium dans les derniers stades de blanchiment peut entraîner une plus forte toxicité. Un investissement pour améliorer le traitement de l'effluent règlera le problème.

La combinaison des facteurs que nous venons de décrire peut compliquer la recherche d'une usine de pâte candidate à une conversion de ses actifs parmi les usines actuelles de pâte à papier. Mais les perspectives franchement positives du marché offrent aux candidates potentielles une opportunité d'affaires des plus prometteuses.


AUTEURS

Timo Teräs
Premier Aviseur
Pöyry Management Consulting Oy
Jaakonkatu 3, P.O. Box 4
FI-01621 Vantaa, Finlande
+358 10 33 22561
Cette adresse email est protégée contre les robots des spammeurs, vous devez activer Javascript pour la voir.

Petri Jokinen
Consultant senior
Pöyry Management Consulting Oy
Jaakonkatu 3, P.O. Box 4
FI-01621 Vantaa, Finlande
+358 10 33 22160
Cette adresse email est protégée contre les robots des spammeurs, vous devez activer Javascript pour la voir.

{jacomment off}

 

inscription-infolettre

acces-infolettres
bioservice
le maitre papetier
innofibre
kytola
cristini banner
fpinnovations
woodrise
axchem canada
Spi-Bio
valmet
domtar
le maitre papetier
le maitre papetier
le maitre papetier
le maitre papetier