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Atteindre / maintenir ses objectifs grâce aux produits chimiques innovants

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  • Consommer moins pour produire plus.
  • Réutiliser pour générer moins de déchets.
  • Oser le changement pour demeurer en place et continuellement s'améliorer sur le plan écologique.

Il ne s'agit pas là de simples slogans mais bien de sentiers à suivre pour que l'industrie des pâtes et papiers progresse vers un état plus fort, plus viable et plus durable. Les progrès dans l'application de la chimie du papier y jouent un rôle de premier plan.

Si l'on recule d'une cinquantaine d'années, l'objectif principal pour plusieurs usines était d'atteindre une productivité élevée sans égard à la quantité de matière première et d'énergie consommée – il suffisait de livrer le volume de produits désiré sur le marché et de garder les vannes de la production ouvertes. C'est ce que plusieurs ont fait de manière très efficace.

De nos jours, on s'attend bien sûr à atteindre un niveau de productivité élevé, mais quelque chose d'essentiel a changé: la définition du succès. Le succès se mesure aujourd'hui en termes de consommation de fibres, de nouvelles formules pour baisser les coûts de production, de rationalisation de la quantité d'énergie utilisée et d'un contrôle plus strict de la quantité d'eau consommée.

Au-delà de la papeterie, les grades de papier fin doivent répondre aux exigences des presses numériques opérant avec de nouveaux types d'encres. Les grades d'emballage doivent afficher un poids moindre mais plus de force, tout en délaissant les formules de couchage éprouvées au profit de nouvelles formules plus vertes. Ajoutez à cela le désir des employés d'usines et des communautés d'améliorer leur qualité de vie – profitable pour tous les actionnaires et parties intéressées – et vous commencez à saisir la portée de l'équation de la durabilité.

Puisque la dimension 'affaires' de la durabilité ne cesse de prendre de l'importance, les dirigeants de plusieurs compagnies multinationales soutiennent activement le slogan « moins, c'est plus » dans leurs plans d'affaires, ainsi que la dimension globale de la durabilité, mesurée en terme d'empreinte de carbone.

Selon Fred Clark, VP Durabilité chez Eka Chimie, « les empreintes de carbone sont déjà en cours d'élaboration, et font partie du changement de culture chez les fabricants de pâtes et de papiers, qui ont établi d'ambitieux objectifs de réduction. Autant Eka Chimie que notre maison-mère, AkzoNobel, ont adopté une politique de réduction de 10% de leur empreinte carbone entre 2009 et 2015, tout en caressant l'ambition de la réduire de 20-25% d'ici 2020. Le partenariat avec les chefs-de-file de l'industrie papetière, dans le but de supporter leurs propres efforts et objectifs de durabilité, constitue une part fondamentale de notre propre succès. »

Oser la route du "moins, c'est plus"

Ces défis introduisent un rôle nouveau pour la chimie, qui fait appel à une vision holistique de la forêt, de la mise en pâte à la fabrication du papier, en passant par les procédés subséquents, en n'oubliant pas de faire appel à l'innovation pour répondre aux exigences sans cesse croissantes d'une industrie durable.

Tom Lindstrom, professeur au Swedish Royal Institute et spécialiste de l'innovation et de l'emballage durable, estime que « la réduction de l'usage de la fibre demeure le pilier de cet effort, à travers la réduction du grammage de la feuille pour les grades d'emballage, ou l'usage d'agents de remplissage dans les papiers fins. Cela implique un rôle plus important de la chimie au niveau des microparticules et des nanoparticules, y compris le découplage de la rétention et de l'égouttage, afin de permettre à des polymères innovants d'atteindre leur plein potentiel.

Par ailleurs, les progrès de la nano-cellulose pour repousser les limites de la force de la feuille sont très rapides, ce qui permet d'innover avec de nouvelles formules. Il est intéressant de constater le vif intérêt des entrepreneurs, notamment dans les secteurs des produits cosmétiques, des produits médicaux, et de l'industrie alimentaire, pour les propriétés inhérentes de la nano-cellulose et son potentiel à améliorer leurs propres objectifs de performance et de durabilité.

L'intérêt est tout aussi tangible du côté de l'utilisation des glaises comme barrières biologiques, un secteur d'activité en voie de développer son modèle de durabilité. »

Selon Mark Zempel, directeur, Marketing, Produits chimiques pour papier, chez Eka Chimie, « l'invention du système de rétention par microparticules il y a 30 ans permet encore aujourd'hui de mettre au point et de promouvoir des produits durables. Les versions modernes de ce concept permettent maintenant d'ajouter des quantités jamais vues d'agents de remplissage dans le papier graphique, par exemple, ce qui permet de maintenir et même d'améliorer leur productivité et leur qualité. De même, l'utilisation de nouveaux concepts pour améliorer la rétention, l'égouttage et la force permettent aux producteurs de carton de réduire les grammages, d'optimiser le mélange de fibres et d'accroître la productivité. Les papetières peuvent ainsi améliorer leurs performances en durabilité même dans un secteur comme la productivité, puisque chaque tonne de papier ainsi produite consomme moins d'énergie et moins d'eau.»

Tout comme pour les progrès de la chimie, les équipementiers travaille à l'atteinte d'objectifs similaires.

Pour Alain Lascar, directeur des Applications et du marketing chez Kadant Groupe Fibres, "il est crucial, dans le secteur des fibres recyclés, d'aider les clients à consommer de la fibre contaminée, mais de qualité élevée, pour pouvoir augmenter leur rendement tout en réduisant les coûts énergétiques et en minimisant le recours aux produits chimiques. Ceci dit, nous respectons les produits chimiques de haute performance parce qu'ils livrent les avantages nécessaires pour produire une feuille avec un minimum d'imperfections. Toute comme nous livrons plus de fibres provenant des papiers recyclés, les systèmes par nanoparticules retiennent plus de fibres, de minéraux et d'additifs dans la feuille. »

Meilleure feuille de base, plus légère

De façon globale, la feuille de base d'aujourd'hui se veut typiquement plus uniforme, même si elle est produite à des vitesses bien plus rapides. Le ratio fibre/agents de remplissage s'est déplacé de façon marquée, ces agents comptant dorénavant pour autant que 50% du contenu de la feuille. Qu'elle soit à base de fibre d'eucalyptus, de bambou, de bagasse ou de paille, les formules de feuille ont complètement changé avec le nouveau millénaire.

De façon complémentaire aux transformations ayant affecté la fibre, l'usage de chimies de pointe au bout humide est devenu pratique courante. Il n'y a pourtant rien de normal à l'effet de ces produits sur la rétention de fibres, de minéraux et d'autres additifs. Une meilleure connaissance de la feuille à l'échelle nanométrique permet, à de faibles dosages de produits chimiques de pointe, des gains de productivité carrément impressionnants. De plus, la feuille de base est maintenant conçue comme un produit de marque permettant un couchage simple, double ou triple encore plus précis.

Des dosages constamment en baisse

La quatrième génération de nanoparticule d'Eka Chimie, une silice colloïdale anionique de structure et de surface élevées, est généralement ajoutée après les tamis, réduisant de façon importante l'apport en produit chimique, à cause de sa forte interaction avec les polymères et l'amidon. À noter que l'introduction de cette technologie ne requiert que peu de changement au niveau des procédures. Tout comme pour les générations précédentes, cette nanoparticule de silice constitue en soi une chimie durable : un produit minéral colloidal inorganique ajouté à l'eau, nécessitant de l'équipement de dosage fort simple.

L'impact réel en terme de durabilité dans le processus de fabrication du papier et du carton : même en petites quantités, ce nouveau produit permet de diminuer l'apport d'autres additifs moins durables et offre une performance maximale en terme de rétention et d'égouttage. Dans un cas précis, le client papetier a augmenté son taux de production de plus de 10%, tout en diminuant son taux de rejet grâce à une meilleure rétention des fines et des agents de remplissage. Dans d'autres cas, on constate des réductions importantes de l'utilisation de résine de force humide et de polymère de rétention, tout en gardant des gains de productivité.

Bob Schinke, spécialiste du marché des produits chimiques pour le papier chez Eka Chimie, souligne que d'autres produits peuvent aussi réduire les quantités de produits chimiques et de fibres nécessaires pour la fabrication papetière. « Compozil® Fx est un système de rétention conçu pour les machines à papier roulant à très haute vitesse qui permet d'augmenter l'apport en agents de remplissage sans sacrifier la formation, et ce à des dosages nettement réduits. La recherche et développement continue de se concentrer sur l'augmentation de la force et du taux de cendre dans le papier et le carton. Nous offrons un pré-traitement avant l'ajout d'agent de remplissage, ainsi que des produits pour rehausser la force, la rétention et l'égouttage qui influencent tous les stades du procédé de fabrication. C'est véritablement une petite révolution que nous vivons. » Mark Zempel ajoute que la combinaison de ces additifs à une technologie d'injection de première classe comme les systèmes TrumpJet de WET permet d'aller chercher des économies majeures sur la consommation d'eau et d'énergie. « En utilisant une pâte mince comme média de dilution, on diminue l'usage d'eau fraiche tout en éliminant le besoin de réchauffer cette eau à la température du procédé. »

Un gain énergétique grâce à la feuille auto-séchante

En plus d'une réduction de coûts pour la matière première, l'augmentation du contenu en agents de remplissage procure aussi des économies d'énergie. En effet, la glaise et les carbonates sèchent plus facilement et rapidement que la fibre mouillée.

"Traditionnellement, les principaux objectifs de l'ajout d'agents de remplissage lors de la fabrication du papier sont d'améliorer les propriétés de la feuille et d'en réduire les coûts de production comparativement aux fibres que ces agents viennent remplacer," explique Art Ragauskas, professeur de chimie et biochimie à l'Université Georgia Tech. Les économies d'énergie découlant de l'ajout d'agents de remplissage lors des étapes d'égouttage, du pressage et du séchage sont bien documentées. »

L'ajout de ces agents de remplissage augmente fortement les taux d'égouttage et d'enlèvement de l'eau aux étapes du pressage et du séchage. À 20% d'ajout de ces agents, le temps d'égouttage a diminué de 20% comparativement au papier sans agent de remplissage. Des gains énergétiques s'en suivent. En effet, des essais en usine avec de la glaise de kaolin à 4-5% d'amidon encapsulé n'ont révélé aucun impact statistique au chapitre de la force et de l'angle de glisse, tout en permettant un égouttage et un séchage plus rapides, ainsi qu'une réduction de 10% de la demande en vapeur.

Ce que réserve l'avenir

Les progrès en durabilité vont continuer de s'accélérer pour les procédés de la fabrication de la pâte, du papier, de la conversion et de l'impression, spécialement grâce aux solutions alternatives de valeur ajoutée qui accélèrent l'atteinte de certains objectifs, à coûts globaux réduits.

"De plus en plus de nos clients demandent l'empreinte écologique de nos produits, ajoute Fred Clark. La gestion durable de l'eau est un autre secteur ou Eka caresse de grandes ambitions. Tous les sites de production font la cartographie de leur consommation d'eau et affichent des plans d'action pour améliorer leur durabilité. L'objectif global de 30% des revenus provenant de solutions écologiques à valeur ajoutée d'ici 2015 est à portée de la main. »

M. Clark suggère que pour en arriver là, les demandes d'investissements majeurs devraient inclure une évaluation d'efficacité écologique. De plus, la sélection de projets de recherche et développement doit s'appuyer sur un critère d'efficacité écologique. À mesure que le besoin pour de l'innovation s'amplifiera, la durabilité fera toujours partie de l'équation.

Il suffit de visiter les sites Internet de compagnies comme SCA, UPM, IP, SAICA, APP et autres importants producteurs papetiers pour constater le lien grandissant et vital entre l'innovation et la durabilité.


Martin Koepenick est un pigiste spécialisé en production papetière et dans les produits chimiques pour l'industrie papetière. Il possède sa propre entreprise, Innova International, qu'il exploite depuis Atlanta, en Georgie.

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