Etude de la réduction de la consommation énergétique du raffinage des pâtes chimique par traitement enzymatique

Evaluation of refining energy consumption savings by enzymatic treatment of bleached Kraft pulps

• Auteur / Autrice : Michael Lecourt
• Direction : Jean-Claude Sigoillot, Michel Petit-Conil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Provence. Section sciences

Mots clés

Mots clés contrôlés

Papier -- Industrie et commerce

Pâte à papier -- Procédé au sulfate

Résumé

Le raffinage des pâtes chimiques blanchies est de première importance pour produire des papiers suffisamment résistants répondant aux exigences de production sur machine et de qualité. Cette étape permet de modifier les caractéristiques morphologiques des fibres, d'améliorer la formation de la feu ille et d'augmenter les résistances mécaniques du papier. Le raffinage requiert jusqu'à 30% de la consommation totale d'une usine de production de papiers; en conséquence, des solutions visant à réduire la facture énergétique de ce poste sont recherchées. Dans ce contexte, l'utilisation d'enzymes dans le processus de préparation des fibres est une de ces solutions respectueuse de l'environnement. Des enzymes présentant des actions ciblées sur les composants de la paroi des fibres ont été appliquées à des pâtes commerciales blanchies issues de la cuisson de mélanges de résineux et de la cuisson d'eucalyptus brésilien avant raffinage. Grâce à ces travaux, l'impact du traitement enzymatique sur l'organisation des composés de la paroi et les propriétés des fibres a été évalué et quantifié. Les résultats diffèrent d'une enzyme à l'autre. Les enzymes ayant une activité cellobiohydrolase, xylanase ou mannanase ont présenté une action limitée. Peu de changements été observés. Seul le traitement par une xylanase a permis une amélioration de blancheur. Les cellulases présentant une activité endoglucanase majoritaire ont conduit à une ouverture de la structure des fibres, une augmentation de la proportion d'eau liée et de la résistance à la rupture du papier. L'observation en microscopie électronique couplé à de l'immunomarquage a par ailleurs permis de mettre en évidence la pénétration de cette enzyme au coeur de la paroi de la fibre. Toutefois, dans le cas de la pâte de résineux, la longueur des fibres a fortement été réduite. L'optimisation des conditions de traitement mécanique au travers d'une diminution de l'intensité de raffinage et de la quantité d'enzymes appliquée a permis de limiter la perte de résistance au déchirement consécutive à cette coupe. Dans ces conditions, en acceptant une diminution des résistances de 10% pour la rupture et de 13% pour le déchirement, une économie d'énergie de raffinage de 40% devient possible. Dans le cas de la pâte d'eucalyptus, les endoglucanases ont généré les effets les plus importants avec une augmentation de la résistance des feuilles et une égouttabilité supérieure. Avec un raffinage enzymatique optimisé, il devient possible de réduire de 45% la consommation d'énergie pour atteindre une résistance à la rupture de la feuille de papier de 4km (longueur de rupture)

To produce papers matching with the requirements of paper machines and customers , it is of of the utmost importance to refine bleached chemical pulps. This stage allows modifying the morphological characteristics of fibres, to improve the paper formation and to develop the mechanical resistance of paper. The refining requires up to 30 % of the total energy consumption of a paper mill. Consequently, it is a key issue to look for solutions aiming at reducing the energy bill of this post. In this context, the addition of enzymes in the process could be one of these environmentally friendly solutions. The enzymes chosen, introduced before refining, have a specific action on the fibre wall chemid ll components of bleached kraft pulps which have been obtained from a mix of softwood or fram Brazilian eucalyptus. Results of introducing the enzyme allowed assessment and quantification of the impact of the enzyme treatment on fibre compounds organization and praperties. The consequences of the enzyme treatment differed from an enzyme to another one. Enzymes presenting an activity cellobiohydrolase, xylanase or mannanase had limited effects. Changes were too narrow to be noticed. Xylanase treatment only resulted in an improvement in pulp brightness. Cellulases presenting major endoglucanase activity opened the structure of fibres, increasing the proportion of linked water in the wall and the tensile strength of paper. Observations with electron microscopy coupled with immunolabelling technique showed the penetration of this enzyme through the fibre wall. Nevertheless, in the case of softwood pulp, fibre length dropped. The optimization of the enzyme amount and the mechanical treatment through a reduction of the refining intensity, reduced tear strength losses. In these conditions, if a reduction of 10 % of tensile strength and 13 % of tear strength can be tolerated, 40 % of refining energy could be saved. Ln the case of eucalyptus pulp, endoglucanases generated the most important effects with an improvement of the paper resistance and a better drainage. With an optimizedenzymatic refining, it became possible to reduce the energy consumption by 45 % to reach 4km of breaking length, while maintaining high levels in the other relevant parameters.