Regards sur cet inconnu, le papier

Dossier : Le boisMagazine N°578 Octobre 2002
Par Jacques STURM
Par Jérôme GRASSIN (65)

En sai­sis­sant cette page vous appré­ciez en pre­mier lieu son épais­seur et son gram­mage (poids au m2). Il s’ag­it d’un papi­er fin (80 g/m2) d’im­pres­sion écri­t­ure, de peu de main (vol­ume mas­sique inverse de la masse volu­mique), à indice de blancheur moyen. Ce papi­er est lisse au touch­er, car il a été ” couché “. Lors de sa fab­ri­ca­tion on l’a revê­tu d’une couche, de faible épais­seur, d’ami­don et de pro­duits tels que le kaolin ou le talc, afin de lui con­fér­er une bonne imprima­bil­ité et une cer­taine opac­ité, juste suff­isante en l’oc­cur­rence. Il va de soi que le poids de la revue est un fac­teur influ­ençant ses coûts directs et indi­rects (expédi­tion).

Si vous acceptez de déchir­er légère­ment la page objet de notre atten­tion, vous noterez sa résis­tance à la déchirure (sa mesure fait l’ob­jet d’une norme, mais vous vous con­tenterez ici d’une appré­ci­a­tion qual­i­ta­tive) et, de préférence en prenant votre loupe, vous pour­rez observ­er sa struc­ture, fibreuse au cœur, lisse (couche) en sur­face. Cer­taines fibres, minori­taires, sont longues (de 2 à 4 mm), car elles provi­en­nent de résineux (conifères), mais la plu­part sont cour­tes (1 mm) et provi­en­nent de feuil­lus. Un papi­er d’emballage, dont les pro­priétés de résis­tance à l’é­clate­ment et à la déchirure sont essen­tielles, serait con­sti­tué d’un tis­su de fibres longues. Les fibres sont en effet con­sti­tuées de macro­molécules de cel­lu­lose, por­teuses de nom­breux groupe­ments hydrox­yles (OH). En présence d’eau, les fibres vont avoir ten­dance à s’ac­crocher entre elles grâce à la for­ma­tion de ponts hydrogènes.

Ce n’est donc pas un phénomène d’ac­crochage mécanique des fibres entre elles, mais la force de liai­son chim­ique inter­fi­bre qui pro­cure au papi­er cette éton­nante résistance.

Machines à papi­er… de Louis-Nico­las Robert…
… à aujourd’hui​
Machine à papier moderne


En relisant d’an­ciens exem­plaires de la revue, vous avez con­staté le léger jau­nisse­ment du papi­er, en par­ti­c­uli­er dans les zones exposées à la lumière. Ce jau­nisse­ment est dû à l’altéra­tion de la lig­nine sous l’ac­tion des ultra­vi­o­lets. Cette obser­va­tion est ici beau­coup plus ténue que s’il s’agis­sait de papi­er jour­nal. En effet, le papi­er que vous avez entre les mains, par­tielle­ment déchiré si vous avez suivi les con­signes ci-dessus, est fab­riqué à base de pâte chim­ique, con­sti­tuée des fibres cel­lu­losiques désha­bil­lées de leur matrice de lignine.

Le papi­er jour­nal se con­tente d’un défi­brage ther­mo-mécanique de bois blanc (sapin, épicéa) débar­rassé de son écorce, sans dis­so­ci­a­tion de la lig­nine, ce qui génère un ren­de­ment bois/pâte dou­ble, mais aus­si une sen­si­bil­ité au jau­nisse­ment sous l’ef­fet de la lumière.

Intéres­sons-nous l’e­space d’un instant à la cou­ver­ture de la revue. Le papi­er est de gram­mage plus élevé, couché bril­lant deux faces, à base de pâte chim­ique de fibres cour­tes, ensem­ble de car­ac­téris­tiques favorisant une impres­sion couleur de qual­ité. Il n’est pas pel­liculé pour des raisons de coût et de cohérence avec l’u­til­i­sa­tion d’un tel mensuel.

Aban­don­nons, non pas la lec­ture de l’ar­ti­cle, mais l’analyse de ses papiers, pour nous intéress­er un instant à leur fabrication.

La fabrication des pâtes et papiers : que d’interfaces technologiques !

La recherche, fac­teur de syn­ergie forêt-papier

L’AFOCEL a reçu, en octo­bre 2001 à Seat­tle, le prix William S. Fuller de la “ M​eilleure com­mu­ni­ca­tion sci­en­tifique de l’année 2000 ” par le Comité de TAPPI (Tech­ni­cal Asso­ci­a­tion of Pulp and Paper Indus­try) spé­cial­isé dans les prob­lé­ma­tiques d’approvisionnement indus­triel. Ce prix récom­pense les travaux de recherche por­tant sur la pré­dic­tion des qual­ités papetières de don­nées forestières.

Dirigée par Guil­laume Chantre et son équipe du Lab­o­ra­toire Bois process de l’AFOCEL, l’étude per­me­t­tra ain­si aux indus­triels d’optimiser l’approvisionnement en bois de leurs sites de pro­duc­tion en fonc­tion des car­ac­téris­tiques recher­chées sur le pro­duit final. Les travaux primés ont été réal­isés en parte­nar­i­at avec les indus­triels aquitains (Smur­fit Cel­lu­lose du Pin, Papeter­ies de Gascogne et Tem­bec Tar­tas) et le sou­tien des Régions Aquitaine et Île-de-France.

L’in­dus­trie du papi­er, indus­trie plurim­il­lé­naire, socle du développe­ment des sociétés : oui ! Indus­trie tra­di­tion­nelle : non ! Jugeons-en. Nous avons cité les deux procédés majeurs de fab­ri­ca­tion de pâtes à papi­er : procédés mécaniques (jour­nal, mag­a­zine…), procédés chim­iques (papiers ” sans bois “, d’im­pres­sion écri­t­ure, d’emballage ou d’hy­giène). Ces derniers con­sis­tent en une cuis­son de pla­que­ttes de bois (issus de rondins d’é­clair­cie ou de chutes de sci­erie) dans des ” lessiveurs ” en présence d’une liqueur de cuis­son (soude générale­ment, sul­fite), à 170 ° env­i­ron, en con­tinu ou par cuvées, afin de sépar­er la lig­nine de la cellulose.

La lig­nine (sous forme de ” liqueur noire ”) est brûlée, ren­dant autonome énergé­tique­ment le procédé, qui plus est sans génér­er d’ef­fet de serre (car­bone biogénique). Par ailleurs, les cen­dres de cuis­son sont régénérées chim­ique­ment et réin­tro­duites dans le proces­sus. La lig­nine résidu­elle incrus­tant les fibres de cel­lu­lose con­fère à la pâte, lavée en sor­tie de cuis­son, son aspect écru (papi­er ” kraft ”).

L’opéra­tion de blanchi­ment con­siste en une suc­ces­sion de stades d’oxy­da­tion avec des agents tels que le per­ox­yde d’hy­drogène, l’oxygène, le bioxyde de chlore, en fonc­tion du degré de blancheur désiré.

Cette pâte sera séchée sur un ” presse pâte ” pour être ven­due (pâte marchande) et expédiée vers l’u­nité de pro­duc­tion de papi­er ou, diluée à 99 %, elle ali­mentera directe­ment la caisse de tête de la machine à papi­er si l’u­nité de pro­duc­tion est intégrée.

Entre l’in­ven­tion par le Français Louis-Nico­las Robert, en 1799, de la pre­mière machine à papi­er en con­tinu, pro­duisant des rubans de papi­er de 12 à 15 m de longueur, et les machines mod­ernes qui enroulent, 24 heures sur 24, 365 jours par an (si la con­jonc­ture le per­met), à près de 100 km/heure pour cer­taines (2 400 km/jour), une feuille de papi­er de 10 m de laize (largeur) sur la bobine mère en sor­tie de machine, que d’évo­lu­tions tech­nologiques et d’in­ter­faces tech­nologiques à maîtriser !

Schéma de procédé d’une machine à papier à table plate

Mécanique, chimie (liaisons entre les adju­vants et les fibres…), biolo­gie (vari­abil­ité des fibres selon les espèces forestières…), hydraulique, énergé­tique (chaudières à ” liqueur noire “, à écorce, cogénéra­tions…), rhéolo­gie de la couche de fibre, élec­tron­ique, cap­teurs, régu­la­tions, génie des procédés, maîtrise des tech­niques d’épu­ra­tion de l’eau (entrée, rejet), de l’air, et de traite­ment des déchets (boues d’épu­ra­tion et de désencrage).

Schéma de procédé d’une machine à papier à table plate

S’agis­sant de proces­sus con­ti­nus, la com­plex­ité est ren­for­cée par la ges­tion en cir­cuits semi-fer­més des efflu­ents et des adju­vants con­duisant à des phénomènes d’ac­cu­mu­la­tion, source de cor­ro­sion poten­tielle des cir­cuits et de dys­fonc­tion­nements (casse sur machine en présence d’im­puretés sur le papi­er…) imposant la prise en compte des échelles de temps dans la ges­tion opti­misée de la pro­duc­tion. Les proces­sus papetiers sont par­mi les plus évolués qui soient et aus­si les plus sus­cep­ti­bles d’évo­lu­tion compte tenu des dif­fi­cultés à con­stru­ire des mod­èles experts reflé­tant la réal­ité des proces­sus en jeu.

L’in­dus­trie papetière s’ap­puie sur deux cen­tres de recherche col­lec­tive, l’As­so­ci­a­tion Forêt-Cel­lu­lose (AFOCEL), dont les com­pé­tences cou­vrent l’in­ter­face forêt-indus­trie et le Cen­tre tech­nique du papi­er (Greno­ble) cen­tré sur les processus.

La France papetière : près de 100 000 emplois

Avec ses 110 entre­pris­es de fab­ri­ca­tion papetière (com­por­tant 17 sites de fab­ri­ca­tion de pâtes à papi­er), hors trans­for­ma­tion, ses 220 machines à papi­er, une fab­ri­ca­tion annuelle de plus de 10 mil­lions de tonnes (Mt) de papiers et car­tons et 2,5 Mt de pâte à papi­er, un niveau moyen d’in­vestisse­ment de 300 mil­lions d’eu­ros par an, la France fait fig­ure hon­or­able dans le domaine papeti­er au plan international.

Évo­lu­tion de la pro­duc­tion et de la con­som­ma­tion de papiers et carto​ns en France – 1980–2000
Évolution de la production et de la consommation de papiers et cartons en France – 1980-2000
SOURCE : COPACEL
Taux de con­cen­tra­tion de quelques indus­tries mon­di­ales – 2000 (part en %​des cinq pre­mières entre­pris­es dans le marché mondial)
Taux de concentration de quelques industries mondiales – 2000
DONNÉES 1999 – SOURCE : JAAKKO POYRY SOURCE : COPACEL

Troisième four­nisseur de papi­er et de car­ton en Europe, huitième pro­duc­teur mon­di­al, plus de 50 % de la pro­duc­tion exportée (deux tiers en Europe), env­i­ron 7 mil­liards d’eu­ros de chiffre d’af­faires, 24 000 salariés directe­ment employés. Avec la trans­for­ma­tion et la dis­tri­b­u­tion, c’est env­i­ron 1 000 entre­pris­es et près de 100 000 salariés qui sont concernés.

Le cap­i­tal des sociétés instal­lées sur le ter­ri­toire français est détenu à hau­teur de 60 % par des cap­i­taux étrangers (améri­cains, cana­di­ens, fin­landais, sué­dois, norvégiens, irlandais notam­ment). La con­cen­tra­tion des groupes, encour­agée par le car­ac­tère cap­i­tal­is­tique des investisse­ments à con­sen­tir, reste cepen­dant toute rel­a­tive si on la com­pare à d’autres secteurs tels que l’aci­er ou l’au­to­mo­bile. Le plus grand pro­duc­teur ne détient que quelques pour cents du marché mon­di­al de la sorte considérée.

Les matières pre­mières de l’in­dus­trie papetière française sont con­sti­tuées de bois tant feuil­lus (mélangés, à l’im­age de la forêt française) que résineux provenant de coupes d’é­clair­cie, de bois de houp­piers et de pro­duits con­nex­es de sci­eries (doss­es, délignures et pla­que­ttes) pour 9,5 Mt (d’o­rig­ine française à plus de 90 %), mais aus­si de papiers et car­tons récupérés pour 5 Mt, et enfin de 1,5 Mt de pro­duits de ” couchage ” (ami­don, talc, kaolin, azu­rants optiques…).

Les fibres ” vierges ” issues de pâtes de bois représen­tent un peu moins de la moitié des fibres util­isées par l’in­dus­trie papetière française compte tenu de la mon­tée en puis­sance pro­gres­sive de la récupéra­tion des papiers, dans le cadre d’un proces­sus soutenu par les autorités européennes et françaises.

Le taux de récupéra­tion des papiers en France reste cepen­dant sen­si­ble­ment en retrait, à 46,1 %, des niveaux atteints dans d’autres pays tels que l’Alle­magne (69,8 %) ou la Bel­gique (51,6 %).

Les papiers pou­vant être fab­riqués à par­tir de fibres recy­clées ont, au plan économique, un avan­tage à leur util­i­sa­tion, mais les prix des matières pre­mières recy­clées sont égale­ment sus­cep­ti­bles de vari­a­tions con­jonc­turelles plus fortes que ceux des ressources forestières, compte tenu de l’ef­fet stock con­sti­tué par les bois sur pied en forêt.

Une priorité : la compétitivité internationale

Pâtes, papiers et car­tons s’échangent à tra­vers le monde : balles de pâte ou bobines de papi­er ne rechig­nent pas à voy­ager par fer, mer et route. La moitié de la pro­duc­tion française de papiers et car­tons est exportée, et 56 % de la con­som­ma­tion est importée.

Cette facil­ité d’échange con­duit à mesur­er à l’échelle mon­di­ale les équili­bres offre-demande des grandes sortes papetières : pâtes (suivi atten­tif du niveau des stocks Norscan des pro­duc­teurs nordiques et d’Amérique du Nord), papi­er jour­nal, ” kraftliner “…

Fibres de cellulose de hêtre.
Fibres de cel­lu­lose de hêtre. 
© FÉDÉRATION FRANÇAISE DES PRODUCTEURS DE PÂTES DE CELLULOSE

Qual­i­fiées d’in­dus­tries cycliques, les ” papetières ” réagis­sent en effet forte­ment et simul­tané­ment aux vari­a­tions conjoncturelles.
Lorsque les acheteurs de pâte ou de papi­er anticipent des hauss­es de prix, leur demande est forte, ce qui favorise la mon­tée des prix, et inverse­ment. Ain­si, les mou­ve­ments de stock­age et de dés­tock­age ampli­fient-ils les évo­lu­tions con­jonc­turelles. Au cours d’une phase favor­able pour les pro­duc­teurs, ceux-ci génèrent des résul­tats — vari­ables évidem­ment selon les sit­u­a­tions -, et ces résul­tats finan­cent la mod­erni­sa­tion de ces unités très cap­i­tal­is­tiques, ce qui se traduit presque sys­té­ma­tique­ment par des accroisse­ments de capacité.

Cette vague d’in­vestisse­ment génère une offre sup­plé­men­taire qui, à la faveur d’un ralen­tisse­ment de la crois­sance mon­di­ale, pré­cip­ite un retourne­ment du marché et une suite récur­rente de baiss­es de prix.

Au plan d’une entre­prise, les prix résul­tant de ces déséquili­bres s’im­posent comme une don­née exogène, ce qui génère des straté­gies de ” coût min­i­mum ” de pro­duc­tion, dont la réus­site con­di­tionne la com­péti­tiv­ité des groupes et sites industriels.

Par­mi les fac­teurs majeurs : le coût du bois ren­du usine, qui représente près de 80 % des coûts vari­ables d’une usine de pâtes chim­iques par exem­ple, et con­stitue une car­ac­téris­tique de l’ef­fi­cac­ité de la fil­ière bois.

Sont con­cernées ici : la struc­ture fon­cière de la forêt (moyenne de quelques hectares en France, à com­par­er aux mil­liers d’hectares des unités de ges­tion forestière améri­caines), la nature des pro­prié­taires (forêts publiques ou privées), les con­di­tions de crois­sance (sols et cli­mats) et les essences, qui, com­binées avec les modes de sylvi­cul­ture, déter­mi­nent les car­ac­téris­tiques et l’ho­mogénéité — ou la diver­sité — de la ressource et sa valeur en ter­mes de trans­for­ma­tion indus­trielle. Le degré de mécan­i­sa­tion de l’ex­ploita­tion forestière, lui-même influ­encé par les con­sid­éra­tions précé­dentes, les con­traintes liées au trans­port (charge utile des camions vari­ant du sim­ple au triple selon les pays…), l’ef­fi­cac­ité logis­tique, la per­méa­bil­ité à l’u­til­i­sa­tion des NTIC… con­stituent autant d’élé­ments con­cour­ant à la com­péti­tiv­ité des indus­tries liées à la forêt.

L’én­ergie (ther­mique et élec­trique), la main-d’œu­vre (vari­abil­ité des régimes soci­aux entre pays) et la fis­cal­ité (par exem­ple, la taxe pro­fes­sion­nelle en France, sans équiv­a­lent dans les pays européens) sont aus­si des paramètres majeurs à con­sid­ér­er dans la dynamique de local­i­sa­tion des investisse­ments. Car si les pro­duits fab­riqués obéis­sent aux mécan­ismes de for­ma­tion des prix au plan inter­na­tion­al, les coûts de ceux-ci sont étroite­ment liés au ter­ri­toire d’im­plan­ta­tion des sites indus­triels, au plan local (matières pre­mières) ou nation­al (énergie, fiscalité…).

L’at­trac­tiv­ité du site France est évidem­ment en ques­tion pour béné­fici­er d’in­vestisse­ments papetiers dont l’u­nité se chiffre en cen­taines de mil­lions d’eu­ros, décidés le plus sou­vent par des groupes inter­na­tionaux du fait de la con­cen­tra­tion con­tin­ue du secteur. Une action déter­minée en faveur de l’in­vestisse­ment foresti­er, un cou­plage ren­for­cé amont-aval de la fil­ière, une fis­cal­ité recen­trée sur la moyenne européenne per­me­t­traient de con­solid­er le posi­tion­nement de cette indus­trie en France compte tenu de ses atouts au plan des ressources en bois et des savoir-faire.

Stocks NORSCAN et cours de la pâte NBSK
Stocks NORSCAN et cours de la pâte à papier NBSK
SOURCE : COPACEL, FÉDÉRATION DES PÂTES

Un enjeu : les réponses aux attentes sociétales

La rela­tion de l’in­dus­trie papetière à l’en­vi­ron­nement est para­doxale : si les forestiers sont attachés à l’ex­is­tence d’une demande soutenue en ” petits bois ” — éclair­cies, houp­piers — appelés par les struc­tures d’ap­pro­vi­sion­nement de l’in­dus­trie, les citadins s’émeu­vent de l’at­teinte portée au milieu ” naturel ” que con­stitue à leurs yeux la forêt. L’in­tense activ­ité sur la cer­ti­fi­ca­tion de la ” ges­tion durable des forêts “, en France, en Europe et dans le monde, devrait con­tribuer à une meilleure har­monie des attentes récipro­ques sur les forêts.

Balles de pâte à papier marchande.
Balles de pâte marchande. 
© FÉDÉRATION FRANÇAISE DES PRODUCTEURS DE PÂTES DE CELLULOSE

L’in­dus­trie papetière est aus­si forte­ment con­som­ma­trice d’én­ergie. C’est vrai, mais c’est aus­si la pre­mière pro­duc­trice d’én­ergie verte, à par­tir de la bio­masse, grâce aux chaudières à ” liqueur noire ” (lig­nine du bois après extrac­tion des fibres de cel­lu­lose), à écorce et autres sous- pro­duits. L’in­dus­trie génère des émis­sions dans l’eau et dans l’air certes, mais celles-ci ont été réduites de plus de 80 % en vingt ans.

Le ressen­ti est beau­coup plus spon­tané­ment favor­able sur le matéri­au. L’év­i­dente util­ité des papiers et car­tons, omniprésents dans la vie quo­ti­di­enne, leur rôle intrin­sèque­ment lié à la cul­ture, à la mémoire, à la péd­a­gogie… leur car­ac­tère d’é­co­matéri­aux, car biodégrad­ables, recy­clables, et issus d’une ressource renou­ve­lable, leur con­fèrent des atouts claire­ment perçus par les citoyens. Les nou­velles tech­nolo­gies de l’in­for­ma­tion et de la com­mu­ni­ca­tion ne sem­blent pas non plus remet­tre en cause un développe­ment tou­jours tonique à l’échelle mon­di­ale (+ 3 % par an), mais offrent au con­traire, au moins à moyen terme, des oppor­tu­nités de crois­sance appréciables.

Une indus­trie à fort con­tenu tech­nologique, inter­na­tion­al­isée, à inter­faces mul­ti­ples avec la forêt et sa ges­tion durable, les col­lec­tiv­ités ter­ri­to­ri­ales, les grands équipemen­tiers et ingénieristes, présente sur une mul­ti­tude de marchés, inno­vant en per­ma­nence tant en matière de ” pro­duits ” que de ” proces­sus “, ayant de mul­ti­ples inter­ac­tions avec l’en­vi­ron­nement ; mais une indus­trie qui, nou­veau para­doxe, n’a pas su faire val­oir ces qual­ités auprès des jeunes qui ne sont pas spon­tané­ment attirés par ces métiers. Une image à recréer, c’est un défi sup­plé­men­taire pour l’in­dus­trie papetière, ses struc­tures pro­fes­sion­nelles et ses cen­tres de recherche et de formation. 

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