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Vous êtes ici : Accueil > La technique > Consommables et papier > Le papier, un matériau complexe > Microtomographie aux rayons X : le papier sous toutes ses coutures           Révision : 03 mars 2004
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Jean-Francis Bloch /EFPG
(01 mars 2004)

IV - Le papier sous toutes ses coutures
Microtomographie aux rayons X

Avec la microtomographie aux rayons X, les papetiers peuvent caractériser très finement le papier, pour mieux répondre aux attentes des consommateurs et optimiser la fabrication.
 

IV-1- Introduction

Le papier est un exemple singulier de matériau qui couple propriétés de structure et propriétés d'usage. Autrement dit, les propriétés physiques que l'on souhaite obtenir dépendent directement de la structure fibreuse. D'où l'intérêt d'étudier finement cette dernière.

Notre projet vise à faire profiter à l'industrie papetière de la microtomographie aux rayons X, une technique originale et novatrice, qui permet de mieux caractériser le matériau et d'en optimiser sa fabrication.

Le matériau papier se caractérise par sa structure à plusieurs échelles (fibres, structure fibreuse, taille de l'échantillon macroscopique industrielle). Ses propriétés d'usage dépendent non seulement de ses propriétés “dans la masse” mais également de celles de surface, par exemple la perméabilité et le brillant.

 

IV-2- La microtomographie aux rayons X

Accessible à l’ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) la microtomographie aux rayons X permet de caractériser la structure. Les images obtenues sont analysées afin de déterminer les paramètres 3D primordiaux de structure, et pour identifier les paramètres de modèles probabilistes, qui permettent de simuler les types de microstructures étudiées. Les paramètres structuraux déduits de ces analyses d’image sont ensuite pris en compte dans l’identification théorique (changement d’échelle) et numérique des propriétés physiques effectives (mécanique, thermique, optique...) du matériau fibreux. Les perspectives consistent à comparer les résultats des simulations numériques aux valeurs expérimentales obtenues, à partir d'échantillons issus soit de papiers industriels soit de formettes de laboratoire.

Structure 3D déterminée à l'ESFR
Représentation schématique de la mesure d'une structure 3D à l'ESFR

IV-3- L'application au papier

   
Structure d'un papier buvard
Papier buvard
Cette démarche intéresse particulièrement l'industrie papetière qui, régulièrement, doit optimiser sa fabrication en ligne et contrôler des produits de plus en plus techniques. L'optimisation des opérations unitaires telles que le pressage permet d'envisager une réduction de coût de l'opération suivante (le séchage), grande consommatrice d'énergie.

De plus, on peut créer des matériaux à structure complexe (multicouche) dont le développement a été entravé par le manque de technique d'analyse structurale non destructive.

A titre d'illustration, nous présentons les images des structures tridimensionnelles d'un papier buvard (ci-contre) et d'un mouchoir en papier (ci-dessous), avec une résolution de 2 microns.

Structure d'un mouchoir en papier     Détail de la structure d'un mouchoir en papier
Mouchoir en papier Mouchoir (détail)
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