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Vous êtes ici : Accueil > Technique > Notes > Stabilisation de la cellulose lors de la cuisson alcaline pour la production de pâte à dissoudre de haute pureté           Révision : 8 janvier 2014
     
Stabilisation de la cellulose lors de la cuisson alcaline
pour la production de pâte à dissoudre de haute pureté
(Cellulose stabilization during alkaline pulping
for the production of high purity dissolving pulp)


Fanny Bardot
Promotion 2012
Mise en ligne : Janvier 2014

Résumé du projet de fin d'études encadré
par Christine Chirat (Grenoble INP-Pagora)
Partenaire : Université d'Aalto (Finlande)

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La Cellulose réunit les anciens élèves de Grenoble INP-Pagora (ingénieurs et diplômés de licence professionnelle). Chaque année, l'association attribue le Prix de La Cellulose à un(e) jeune ingénieur(e) diplômé(e) de l'école qui s'est distingué(e) par son travail tout au long de son parcours scolaire et particulièrement durant sa troisième année d’études, au travers de son projet de fin d’études (PFE). La participation à ce Prix est individuelle, gratuite et ouverte à tous les élèves-ingénieurs de Grenoble INP-Pagora ayant été diplômés l’année en cours.
Le Prix de La Cellulose est remis au (à la) gagnant(e) lors de la cérémonie de remise des diplômes.
Voici le résumé du projet de fin d'études d'une ingénieure diplômée en 2012, candidate au Prix de la Cellulose.

I - Objectif et réalisation

Voir aussi

Ce projet de fin d'études a été réalisé à l'Université d'Aalto située à Espoo en Finlande dans le cadre du projet FuBio Cellulose (Future Biorefinery).

L'industrie de la pâte et du papier est un secteur subissant une forte concurrence de la part des pays émergents tels que la Chine et le Brésil. Ces derniers disposent d'une capacité de production qu'il nous est impossible d'obtenir sur le sol européen et notamment français. Aussi l'innovation, l'augmentation de la valeur ajoutée de nos produits et la prise de conscience écologique sont autant de réponses indispensables qui nous permettront de maintenir ce secteur à flot. De fait, afin de rester compétitif sur ce marché de forte concurrence, il devient essentiel de convertir le maximum de composants du bois en produits de haute valeur ajoutée. C'est une des idées sous-jacentes du projet de fin d'études que j'ai réalisé.

Actuellement, le procédé de cuisson du bois majoritairement utilisé est le procédé Kraft. Lors de cette cuisson, ni la lignine ni les hémicelluloses ne sont valorisés en coproduits à haute valeur ajoutée. Ils sont dissous dans la liqueur noire puis brûlés dans une chaudière de régénération afin de créer de l'énergie. Mon projet de fin d'études a été consacré à l'étude des effets du procédé d'extraction à l'eau chaude ou auto-hydrolyse. Ce dernier est un procédé attractif de séparation des hémicelluloses du bois, puisqu'il permet de les récupérer simplement par évaporation puis de les convertir en coproduits valorisables. Le bois après extraction, principalement composé de cellulose et de lignine, peut alors subir des cuissons et être utilisé ensuite comme pâte à dissoudre. De plus, débarrassé d'une partie de sa lignine et d'une majorité de ses hémicelluloses, le bois est plus facile à cuire ce qui permet ainsi de réaliser une cuisson à plus basse température (environ 150°C) et sans soufre à rendement quasi comparable à celui d'une cuisson Kraft. Les avantages sont donc immédiats. Tout d'abord, la libération de polluants – qui causent des désagréments odorants dans l'atmosphère tels que les mercaptans et le sulfure d'hydrogène – est inexistante. En outre, la température de cuisson étant diminuée, il est possible d'envisager une diminution de la consommation énergétique. Cependant, sous de sévères conditions d'extraction des hémicelluloses, des groupements terminaux réducteurs se forment aux extrémités des chaînes de cellulose entraînant une dépolymérisation accrue lors de cuissons ultérieures en milieu alcalin. Ainsi, une stabilisation de la cellulose est nécessaire par utilisation d'additifs lors de la cuisson.

Lors de ce projet, les performances de deux additifs, le borohydrure de sodium (BH) et l'anthraquinone monosulfonate (AQMS), ont été examinées lors de la cuisson soude-anthraquinone de copeaux de bouleau pré-extraits. Ces copeaux ont été prétraités sur une large gamme d'intensité d'extraction. La stabilisation a été effectuée in situ par l'addition des agents stabilisants dans la liqueur de cuisson. L'analyse des pâtes obtenues (indice Kappa, degré de polymérisation, alkali résiduelle) a ensuite été réalisée et la composition chimique déterminée dans le but de les caractériser.

Cette étude a montré que l'ajout de borohydrure de sodium permet l'obtention des plus hauts rendements, des plus hauts ratios rejets/pâtes, et indices Kappa, mais de plus bas degré de polymérisation. La composition chimique a révélé que le BH et I'AQMS, dans une moindre mesure, améliorent le taux de cellulose et, de ce fait, entraîne sa stabilisation. Le taux de xylans a également été amélioré par l'addition des deux additifs. De plus, l'effet de deux facteurs H différents et de deux concentrations en soude a ensuite été examiné sur un échantillon de bois prétraités. Les résultats ont montré que l'optimisation en termes d'énergie pouvait être envisageable. C'est donc une piste à suivre pour un futur projet. En effet, la cuisson étant plus aisée, le temps de passage dans le lessiveur peut être réduit de même que la température de cuisson.

II - Conclusion

En conclusion, les propriétés ainsi obtenues laissent envisager une application potentielle de ces pâtes à haute pureté en cellulose pour la fabrication de celluloses de spécialités telles que les fibres à usage textile ou l'acétate de cellulose. Parallèlement, les hémicelluloses seront quant à elles valorisées comme composés dans les industries pharmaceutique, chimique ou alimentaire. En sortie de procédé, nous avons donc deux produits à haute valeur ajoutée.

 
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