Fabrication de papier plus résistant avec moins de matières premières et d’énergie sans perte de qualité

Le LGP2, via Pierre Dumont, Maître de Conférences (Grenoble INP), et Raphaël Passas, Ingénieur de Recherche (Agefpi), a participé au projet européen PowerBonds (2012-2014) regroupant 16 partenaires académiques et industriels, soutenu par ERA-NET WoodWisdom-Net et financé par le Ministère de l’agriculture, de l’agroalimentaire et de la forêt.

PowerBonds a pour vocation de répondre à la question de l’amélioration des propriétés des fibres et des liaisons pour créer de la valeur ajoutée dans le domaine industriel des papiers et cartons. La réduction du grammage des papiers et cartons offre des perspectives intéressantes dans le cadre de la réduction des coûts liés aux matières premières, à l’énergie et au transport. Cependant, cette réduction est synonyme d’affaiblissement des produits en raison de la diminution du nombre de fibres et de liaisons inter-fibres.

Objectif du projet : augmenter la résistance des fibres et des liaisons en s’appuyant sur de nouveaux outils de caractérisation et de modélisation (utilisation des nouvelles techniques de microscopie et de caractérisation mécanique) et en appliquant également de nouvelles modifications chimiques ou mécaniques. Ces nouvelles connaissances permettront de faire le lien entre les résultats obtenus à l’échelle des fibres et les phénomènes se déroulant à grande échelle dans la feuille de papier. En se basant sur cette approche multi-échelles, il est possible d’optimiser l’utilisation de la matière première, de réduire les coûts et d’améliorer les propriétés désirées des papiers dans des applications spécifiques comme les papiers d’impression-écriture ou les papiers d’emballage.

Le LGP2 a participé à trois des six groupes de travail : W2 (caractérisation des fibres individuelles et des liaisons), W4 (caractérisation macroscopique des papiers fabriqués) et W3 (modélisation des réseaux fibreux) alimenté par les données obtenues par les deux groupes précédents.

Au cours de ce projet, le LGP2 a effectué des avancées notables sur la caractérisation des fibres individuelles et incluses dans un réseau fibreux. En effet, il a développé une plateforme micro-robotique pour faire des tests de compression et de flexion sur des fibres isolées dans un environnement contrôlé (humidité et température) ; un modèle de déformation de fibres individuelles en compression sur le chant et en flexion ; des dispositifs pour faire du séchage in situ en microtomographie à rayons X et un modèle multi-échelles basé sur une approche théorique d’homogénéisation discrète permettant de prévoir les propriétés élastiques de réseaux fibreux.

En outre, des outils de traitement automatisé des images 3D de microtomographie permettent de labelliser les fibres individuellement dans un réseau fibreux et d’estimer les surfaces de contact entre fibres. Enfin, une base de données a été élaborée sur les propriétés microstructurales des papiers en fonction de leurs conditions d’élaboration (formation, pressage et séchage) acquises par l’analyse d’images tridimensionnelles de papiers.

Par ailleurs, divers axes de continuité au projet PowerBonds ont été mis en évidence :