Brevet FR2744735A1 — publié le 19970814

UTILISATION DE PULPES DE BETTERAVE A SUCRE DANS LA FABRICATION DE PAPIER OU DE CARTON Domaine Technique La présente invention concerne l'utilisation de pulpes de betterave à sucre fermentées dans la fabrication de papier ou de carton. La présente invention concerne également un procédé de fabrication de pulpes de betterave fermentées. La présente invention décrit une méthode de traitement des pulpes de betterave permettant d'obtenir un produit possédant de bonnes caractéristiques en tant qu'ingrédient de substitution dans la fabrication du papier. Arrière-plan de l'invention Le papier est un film constitué d'un réseau de fibres individuelles soudées. En général, sa fabrication passe par un procédé humide qui met en jeu des fibres cellulosiques. La pâte papetière est produite à partir du bois et la composition varie selon les qualités de papier. La feuille se forme après égouttage d'un dépôt uniforme sur une toile prévue à cet effet. Les fibres longues (obtenues à partir de bois dur) permettent la formation d'un réseau dans lequel se déposent les fibres courtes (obtenues à partir de bois tendre) et l'ensemble contribue à la résistance mécanique du matériau formé après séchage. Des additifs et agents de charge sont très souvent employés pour améliorer les caractéristiques tels que l'aspect, la porosité et l'état de surface. Les pulpes de betterave sont un sous-produit de l'industrie de transformation de la betterave à sucre. Les betteraves sont râpées et le sucre est extrait à l'eau. Cette opération est suivie par un pressage afin d'augmenter la teneur en matières sèches jusqu'à environ 25 à 30%. Les composants principaux des pulpes de betterave sont en moyenne de la cellulose (27%), de l'hémicellulose (29%), de la pectine (29%), les composants mineurs étant du sucre (3%) de la lignine (3%) et des cendres (4%). Ces composants forment ensemble la structure cellulaire caractéristique des pulpes de betterave. Cette structure consiste en cellules parenchymales tenues ensemble et liées transversalement par du xylème et du phloème tubulaire. Peu de nouvelles valorisations économiques des pulpes de betterave ont été développées, surtout en raison d'une dégradation rapide de cette matière. Actuellement, la principale utilisation consiste à sécher les pulpes, à les mélanger éventuellement avec de la mélasse et à les vendre comme aliment de bétail (70% des pulpes européennes en 1992). En raison du coût énergétique élevé du séchage, plusieurs tentatives ont été faites pour mettre au point de nouvelles utilisations et de nouveaux traitements des pulpes de betterave non séchées. Les transformations et utilisations suivantes ont été étudiées hydrolyse chimique ou enzymatique, production d'éthanol, de biogaz, d'enzyme et d'aliment du bétail riche en protéines.En ce qui concerne la possibilité d'utiliser les pulpes de betterave dans d'autres domaines que ceux mentionnés ciaessus, la fabrication du papier semble prometteuse. L'industrie du papier doit faire face à une forte pression de l'environnement pour améliorer son rendement, réduire la pollution, utiliser moins de produits chimiques et augmenter le recyclage. La combinaison de ces éléments n'est pas un objectif qu'on peut atteindre directement et de nouveaux procédés et additifs sont développés en permanence. Jusqu'à maintenant, la mise en oeuvre de pulpes de betterave fraîches ou fermentées n'a pas été réalisée. Les raisons principales en sont la faible proportion de cellulose contenue dans les pulpes et la structure cellulaire qui ne permet pas d'obtenir des fibres longues qui pourraient par exemple remplacer les fibres du bois. En conséquence, les pulpes de betterave ne sont pas considérées comme pouvant convenir à la fabrication du papier en tant que simple substitut du bois. Cependant, l'utilisation de pulpes de betterave séchées pour la fabrication du papier est connue. Quelques auteurs ont même décrit la possibilité d'utiliser des pulpes de betterave surpressées et ultrapressées dans la fabrication du papier (G.VACCARI et al., XX General Assembly of CITS, Munich, 26th - 30th June 1995). Quelques travaux ont été réalisés pour obtenir une matière convenable pour la fabrication du papier à partir de pulpes de betterave. Quand il est utilisé comme charge, le produit issu des pulpes résulte toujours d'un procédé d'extraction. Le brevet EP 0102 829 enseigne une méthode de séparation de polymères à partir de matières végétales contenant des cellules parenchymales sous des conditions extrêmes de pH et à une température élevée pour une courte durée de réaction. Le matériau cellulosique isolé, appelé PCC (Parenchymal Cell Cellulose), est cité comme étant utile dans des applications alimentaires et éventuellement papetières. Mais le procédé, qui comprend un traitement chimique sévère suivi d'un vapocraquage et d'une étape de séparation/purification est complexe et nécessite de traiter les effluents à cause des produits chimiques utilisés. Le brevet CS 0174 308 décrit une méthode de fabrication du papier à partir de résidus d'extraction d'arabinose des pulpes de betterave. Le brevet EP 0139 658 divulgue une méthode de dépectinisation et de déshydratation de pulpes de betteraves brutes. Les pulpes brutes imprégnées d'eau acidifiée sont soumises à une succession alternée d'étapes de compression et de décompression. Le travail mécanique produit une sorte de rouissage des fibres des pulpes. Les fibres se séparent les unes des autres, leur arrangement directionnel disparaît et les pectines sont dissoutes. Le produit final séché convient à la fabrication du papier. Un seul procédé industriel utilisant les pulpes de betterave pour la fabrication du papier sans aucune extraction préalable a été décrit. Le brevet EP 0644 293 révèle un procédé de broyage des pulpes séchées et l'utilisation des ces pulpes broyées en tant que charge du papier. Les pulpes séchées sont broyées et micronisées. Le produit résultant est testé et utilisé dans la fabrication du papier à une échelle industrielle. Les caractéristiques du papier obtenu sont comparables avec celles du papier fabriqué suivant le même procédé mais sans les pulpes de betterave. Dans ce procédé les pulpes sont séchées et le produit de charge final n'est donc pas compétitif sur le plan commercial par rapport aux autres sousproduits tels que la sciure ou la paille. Puisque la fabrication du papier est un procédé humide, il ne parait pas utile de sécher la charge qui doit être réhumidifiée par la suite. De plus, le broyage des pulpes séchées détruit le xylème et le phloème qui, sans cela, pourraient contribuer par leur structure fibreuse à l'augmentation de la résistance du papier. La présente invention concerne l'utilisation de pulpes de betterave fermentées dans la fabrication du papier. Plus particulièrement, cette invention est relative à une méthode de préparation d'un produit dérivé de pulpes de betterave à sucre, qui peut être ajouté à la pâte à papier de façon à diminuer le besoin en matières premières traditionnellement utilisées dans la fabrication du papier. Résumé de l'invention C'est un objet de l'invention de fournir une méthode de traitement des pulpes de betterave telle que les pulpes traitées deviennent à la fois physiquement et économiquement appropriées à l'utilisation dans la préparation du papier ou du carton. L'invention décrit du papier ou du carton contenant des pulpes de betterave. La présente invention décrit également un procédé d'obtention d'une préparation de pulpes de betterave fermentées comprenant des étapes suivantes - on ensile les pulpes de betterave dans des conditions donnant naissance à une fermentation lactique, - on dilue les pulpes fermentées, - on soumet les pulpes fermentées diluées à un cisaillement mécanique modéré. L'ensilage est effectué selon les méthodes connues avec des pulpes contenant de préférence 15 à 35 % de matières sèches. L'ensilage est poursuivi jusqu'à ce que le pH soit au moins inférieur à environ 5 et supérieur à environ 3,5. Pendant l'ensilage, il y a production d'acide lactique en quantité variant en fonction des sucres disponibles. La concentration d'acide lactique varie généralement de 1 à 10% de la matière sèche des pulpes de betterave. Les pulpes sont diluées jusqu'à 1 à 10% de matières sèches avant le cisaillement mécanique modéré. Le cisaillement doit être effectué afin d'obtenir une distribution des dimensions des pulpes fermentées adéquate. La présente invention décrit une composition de papier ou de carton comprenant de 1 à 50% et de préférence de 2 à 25% (exprimés en matières sèches) de pulpes de betterave fermentées. Les quantités optimales de pulpes fermentées ajoutées dépendent du type du papier ou du carton qui est fabriqué et de leurs caractéristiques souhaitées. Il est néanmoins préférable de remplacer les fibres de bois ou les vieux papiers par au moins 10% (matières sèches) de pulpes fermentées. De préférence, les pulpes de betterave fermentées sont obtenues selon le procédé de l'invention. La présente invention révèle que la résistance du papier et du carton, mesurée par différents paramètres, est considérablement augmentée par le remplacement d'une certaine quantité de la pulpe de bois normalement utilisée par les pulpes de betterave fermentées de l'invention. Afin de diminuer le temps d'égouttage de la composition ainsi obtenue, il est préférable d'utiliser des pulpes de betterave fermentées dont la distribution des dimensions est convenable. Le diamètre de la fraction des pulpes de betterave fermentées utilisée pour la fabrication du carton est inférieur à 1000 micromètres et de préférence compris entre 150 et 250 micromètres. En outre, la présente invention décrit différentes sortes de papier et de carton qui contiennent les pulpes de betterave fermentées. Celles-ci comprennent le papier blanc, le papier recyclé (brun) et le carton ondulé. Description détaillée de l'invention On a maintenant trouvé que, sous certaines conditions, les pulpes humides peuvent être stockées pendant une durée plus longue et que le produit obtenu présente des caractéristiques qui le rendent tout à fait approprié à une utilisation pour la production de papier et de carton. Quand les pulpes de betterave sont stockées pendant une longue durée avec des conditions anaérobies, dans des silos ou en ensilage, les pulpes subissent une fermentation lactique. Il en résulte un changement du pH et de la composition de la matière. La présente invention divulgue qu'après la fermentation dans ces conditions, il est plus facile de séparer les cellules parenchymales et d'obtenir, par un cisaillement mécanique modéré par voie humide, un produit convenant à la fabrication du papier. Il est possible d'obtenir de cette façon une suspension de xylèmes et de phloèmes coupés et de cellules parenchymales séparées qui convient à l'incorporation directe dans le processus final de fabrication du papier par voie humide. Un objet de la présente invention est de fournir une méthode de traitement des pulpes de betterave telle que les pulpes traitées deviennent à la fois physiquement et économiquement appropriées à l'utilisation dans la préparation du papier ou du carton. L'invention décrit un procédé d'obtention d'une composition de pulpes de betterave fermentées comprenant les étapes suivantes - on ensile les pulpes de betterave dans des conditions donnant naissance à une fermentation lactique, - on dilue les pulpes fermentées, - on soumet les pulpes fermentées diluées à un cisaillement mécanique modéré. Dans l'invention, I'utilisation d'une composition de pulpes de betterave à sucre fermentées dans la fabrication du papier ou du carton peut être considérée notamment comme une substitution des fibres courtes du bois. L'ensilage est effectué selon les méthodes connues avec des pulpes contenant de préférence 15 à 35 % de matières sèches. L'ensilage est poursuivi jusqu'à ce que le pH soit au moins inférieur à 5. Les pulpes sont diluées jusqu'à une teneur en matières sèches de 1 à 10% avant le cisaillement mécanique modéré. On sait que les pulpes de betterave pressées peuvent être ensilées pour les préserver d'une décomposition non désirée. Ce procédé est le plus couramment utilisé pour protéger ce produit périssable. L'autre alternative étant le séchage jusqu'à 90% de matières sèches. Ce séchage présente l'inconvénient d'être très coûteux en énergie, alors qu'il est inutile puisque la charge doit être réhumidifiée lors de sa mise en oeuvre dans le procédé humide de fabrication du papier. Le processus de fermentation démarre spontanément en conditions anaérobies avec les bactéries lactiques présentes, sans qu'il soit nécessaire d'ajouter un ferment. Ces micro-organismes transforment le saccharose résiduel des pulpes de betterave pressées en acide lactique, provoquant une chute du pH et donc le maintien de la structure des pulpes de betterave. Il est possible également de mener la fermentation en inoculant les pulpes de betterave avec des souches spécifiques de micro-organismes capables de bien se développer à partir de substances polymères telles que la cellulose, la pectine et l'hémicellulose et qui dégradent ces polymères. L'issue de l'ensilage est liée à l'état microbiologique des pulpes et dépend aussi des conditions telles que la température initiale, les variations de température dans le silo, de la quantité de saccharose encore présente, de la teneur en oxygène de l'air inclus, de l'humidité et du pH. Quand les conditions correctes sont appliquées, le résultat est une matière plus souple dont l'acidité est principalement due à l'acide lactique et dont le pH est inférieur à 5. On a trouvé que les pulpes de betterave fermentées qui ont été soumises à une bonne fermentation lactique peuvent facilement subir des traitements mécaniques afin de séparer leurs cellules parenchymales. Les liaisons entre les cellules sont plus faibles qu'avant la fermentation et un cisaillement modéré est suffisant pour séparer les cellules les unes des autres en évitant la formation d'agrégats. Un moyen de traiter les pulpes fermentées consiste à abaisser la teneur en matières sèches des pulpes de 15-35% à 1-10% par addition d'eau ou d'eau blanche provenant des circuits de fabrication papetière. Postérieurement, la suspension est soumise à un traitement mécanique. Le traitement mécanique peut être réalisé avec différents appareils et le produit résultant a de préférence une distribution de ses dimensions qui le rend idéalement apte à être utilisé dans la production de papier ou de carton. Le traitement peut être un cisaillement ou un broyage. Des traitements de pulpes de betterave connus tels que la compression et la décompression alternées et ce qu'on appelle l'explosion à la vapeur ne sont pas nécessaires. Le traitement mécanique peut être réalisé directement pendant le pulpage mécanique de la pâte si une étape de pulpage ou de raffinage est mise en oeuvre. L'utilisation des pulpes de betterave fermentées de l'invention ne nécessite donc pas d'investissements importants dans la plupart des installations existantes de production de papier. Les pulpes de betterave ont une couleur blanc ivoire et deviennent grisâtres à cause des phénomènes enzymatiques ou de dégradation par la chaleur. Pour les applications au papier, il est important que les pulpes de betterave fermentées puissent être blanchies sans perte des propriétés mécaniques essentielles. La présente invention révèle qu'un tel blanchiment ne modifie pas de façon négative les caractéristiques des pulpes de betterave fermentées. La suspension hétérogène peut être blanchie avec H202 ou NaCIO lorsqu'un produit plus blanc est souhaité ; dans ce cas, l'agent de blanchiment peut être ajouté directement pendant la dilution des pulpes fermentées précédant le traitement mécanique. La matière hétérogène obtenue, consistant en cellules séparées et courtes fibres de xylème et de phloème, a été mise en oeuvre dans une formulation de pulpe à papier des formettes de laboratoire ont été façonnées et leurs propriétés évaluées en comparaison avec un témoin. La présente invention décrit une composition de papier ou de carton comportant des pulpes de betterave fermentées. Les pulpes de betterave fermentées sont utilisées comme un ingrédient organique qui améliore les caractéristiques de résistance du produit fini. La quantité de pulpes de betterave fermentées est de 0 à 50% et de préférence entre 2 et 25% du poids des matières sèches des ingrédients du papier ou du carton. Les quantités optimales des pulpes de betterave fermentées ajoutées dépendent du type de papier ou de carton fabriqué et de leurs caractéristiques souhaitées. On a montré que le remplacement de 15% des vieux papiers par des pulpes de betterave fermentées était faisable. Les pulpes de betterave fermentées sont de préférence préparées conformément au procédé de l'invention. Le procédé de l'invention n'emploie pas de traitement chimique des pulpes de betterave fermentées. Le procédé rend possible la fabrication de papier et de carton sans produire des déchets chimiques supplémentaires. Les propriétés des feuilles de papier finales diffèrent d'une façon complexe selon le type de pulpe de bois testée. En général, on constate des améliorations de l'opacité, de la longueur à la rupture, de la résistance à la déchirure et du Dennison . En même temps, le temps d'égouttage et les indices Shopper Riegler sont augmentés pour tous les échantillons alors que la porosité Bendtsen est fortement réduite, et enfin la brillance est moindre tandis qu'un blanchiment tel que décrit ci-dessus conduit à une amélioration. La présente invention révèle que la résistance du papier et du carton obtenue par ajout d'une certaine quantité de pulpes de betterave fermentées est considérablement augmentée. Il est préférable de maîtriser la réduction des dimensions des pulpes de betterave fermentées avant de les utiliser dans la préparation de la pâte, de façon à éviter l'accroissement excessif du temps d'égouttage d'une telle pâte. On a montré que le diamètre préféré des pulpes de betterave fermentées est inférieur à 1000 micromètres et plus particulièrement de 150 à 250 micromètres pour la préparation du carton ondulé. L'exemple 1 enseigne qu'avant d'utiliser les pulpes de betterave fermentés, il est nécessaire de vérifier si la fermentation a été menée à bien, c'est-à-dire si le produit fermenté n'a pas été dégradé. Le pH et la quantité d'acide lactique formé sont des mesures possibles de l'état des pulpes de betterave. Une formulation des ingrédients du type de papier acide a été utilisée pour préparer des feuilles de papier. La composition du papier a été modifiée de telle manière que 10% des fibres ont été remplacées par des pulpes de betterave fermentées. Dans l'exemple 1, la résistance du papier exprimée en termes de longueur à la rupture, de cohésion interne et de résistance à la déchirure est considérablement augmentée. L'exemple 2 montre qu'il est possible d'adapter facilement la composition de la pulpe de papier dans le cas où il est nécessaire de mettre en oeuvre des pulpes de betterave fermentées dans un procédé de fabrication de papier existant. Les différents moyens de traitement mécanique de la pulpe de papier n'influencent pas de façon critique les caractéristiques du papier obtenu. Dans l'exemple 3 on a évalué l'utilisation des pulpes de betterave fermentées comme substitut d'additif dans la fabrication du carton ondulé. Si 10% de matières sèches des pulpes de betterave fermentées sont utilisés avec 90% de matières sèches d'une formulation sans pulpe de bois, on obtient du carton possédant les caractéristiques de résistance souhaitées. Comme les pulpes de betterave fermentées ont un effet défavorable sur la brillance du produit fini, on a évalué si le blanchiment du produit contenant les pulpes de betterave fermentées était possible sans affecter de façon négative les caractéristiques de résistance. Comme on peut le voir dans l'exemple 4, la résistance à la déchirure et la longueur à la rupture restent élevées après blanchiment. Les exemples montrent que la résistance du produit fini, papier ou carton, augmente considérablement avec l'ajout de pulpes de betterave fermentées. Par contre, le temps d'égouttage de la composition de papier devient plus long. L'exemple 5 montre que, lorsque les pulpes de betterave fermentées sont broyées et tamisées puis ensuite mélangées avec des vieux papiers, le temps d'égouttage n'est que légèrement augmenté (échantillon 2) par rapport aux vieux papiers qui sont soumis au pulpage traditionnel (témoin), si le diamètre du produit se situe entre 150 et 250 micromètres. On peut voir en outre que les propriétés de résistance sont influencées par la dimension des pulpes de betterave fermentées. Le tamisage des pulpes de betterave fermentées conduit à des propriétés de résistance légèrement inférieures à celles des pulpes de betterave fermentées non tamisées, mais les deux sont considérablement supérieures aux valeurs mesurées sur la pulpe de bois. Cet exemple montre que les pulpes de betterave influencent fortement le temps d'égouttage et les propriétés de résistance. On a montré que le produit obtenu, contenant des pulpes de betterave fermentées, possède des caractéristiques physiques appréciables avec seulement une faible augmentation du temps d'égouttage. L'invention concerne l'utilisation de pulpes de betterave à sucre fermentées pour la préparation de papier ou de carton. Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne une composition de pulpes de betterave à sucre fermentées telle qu'obtenue par le procédé comprenant les étapes suivantes a) on ensile des pulpes de betterave à sucre dans des conditions appropriées pour donner lieu à une fermentation lactique, et notamment jusqu'à ce que le pH soit inférieur à environ 5 et avantageusement supérieur à environ 3,5 pour obtenir des pulpes fermentées, b) on dilue les pulpes fermentées, notamment jusqu'à ce que la teneur en matières sèches soit d'environ 1% à environ 10%, c) on soumet les pulpes fermentées diluées à un traitement mécanique, notamment un cisaillement, permettant de séparer les cellules parenchymales contenues dans les pulpes et d'obtenir une dimension des pulpes inférieure à environ 1000 micromètres, d) on soumet éventuellement: - les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape a) à un blanchiment simultané à l'étape b), ou - les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape c) à un blanchiment. Selon un autre mode de réalisation avantageux, l'invention concerne une composition de pulpes de betterave à sucre fermentées ci-dessus définie telle qu'obtenue par un procédé comprenant les étapes ci-dessus définies, dans lequel 'ensilage est réalisé avec des pulpes de betterave à sucre dont la teneur en matières sèches est d'environ 15 à environ 35%. Selon un autre mode de réalisation avantageux, l'invention concerne une composition de pulpes de betterave à sucre fermentées ci-dessus définie, dans laquelle la dimension des pulpes de betterave est inférieure à 250 micromètres, et notamment inférieure à 150 micromètres. L'invention concerne également un procédé de préparation d'une composition de pulpes de betterave à sucre fermentées comprenant les étapes suivantes a) on ensile des pulpes de betterave à sucre dans des conditions appropriées pour donner lieu à une fermentation lactique, et notamment jusqu'à ce que le pH soit inférieur à environ 5 et avantageusement supérieur à environ 3,5 pour obtenir des pulpes fermentées, b) on dilue les pulpes fermentées, notamment jusqu'à ce que la teneur en matières sèches soit d'environ 1% à environ 10%, c) on soumet les pulpes fermentées diluées à un traitement mécanique, notamment un cisaillement, permettant de séparer les cellules parenchymales contenues dans les pulpes et d'obtenir une dimension de pulpe inférieure à environ 1000 micromètres, d) on soumet éventuellement: - les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape a) à un blanchiment simultané à l'étape b), ou - les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape c) à un blanchiment. Selon un autre mode de réalisation avantageux, l'invention concerne du papier ou carton comprenant d'environ 1 à environ 50% et de préférence d'environ 2 à environ 25%, exprimées par rapport aux matières sèches, d'une composition de pulpes de betterave à sucre fermentées selon l'invention. Selon un autre mode de réalisation avantageux, l'invention concerne du papier ou carton ci-dessus définis, caractérisé en ce que les pulpes de betterave à sucre fermentées ont une dimension inférieure à 1000 micromètres, et de préférence allant d'environ 150 à environ 250 micromètres. Selon un autre mode de réalisation avantageux, l'invention concerne du papier ou carton ci-dessus définis, caractérisé en ce que les pulpes de betterave à sucre fermentées sont blanchies. L'invention concerne également un procédé de préparation de papier ou carton selon l'invention, caractérisé en ce que a) on ensile des pulpes de betterave à sucre dans des conditions appropriées pour donner lieu à une fermentation lactique, et notamment jusqu'à ce que le pH soit inférieur à environ 5 et avantageusement supérieur à environ 3,5 pour obtenir des pulpes fermentées, b) on dilue les pulpes fermentées, notamment jusqu'à ce que la teneur en matières sèches soit d'environ 1% à environ 10%, c) on soumet les pulpes fermentées diluées à un traitement mécanique, notamment un cisaillement, permettant de séparer les cellules parenchymales contenues dans les pulpes et d'obtenir une dimension de pulpe inférieure à environ 1000 micromètres, d) on soumet éventuellement - les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape a) à un blanchiment simultané à l'étape b), ou - les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape c) à un blanchiment, e) on incorpore à raison d'environ 1 à environ 50%, et de préférence d'environ 2 à environ 25%, exprimés par rapport aux matières sèches, de la susdite composition obtenue à l'issue de l'étape c) ou d) aux matières premières traditionnelles de la pâte à papier ou du carton. L'invention concerne également un procédé de préparation de papier ou carton selon l'invention, caractérisé en ce que a) on ensile des pulpes de betterave à sucre dans des conditions appropriées pour donner lieu à une fermentation lactique, et notamment jusqu'à ce que le pH soit inférieur à environ 5 et avantageusement supérieur à environ 3,5 pour obtenir des pulpes fermentées, b) on dilue les pulpes fermentées, notamment jusqu'à ce que la teneur en matières sèches soit d'environ 1% à environ 10%, c) on incorpore à raison d'environ 1 à environ 50%, et de préférence d'environ 2 à environ 25%, exprimés par rapport aux matières sèches, de la composition obtenue à l'issue de l'étape b) aux matières premières traditionnelles de la pâte à papier ou du carton, d) on soumet éventuellement: - les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape a) à un blanchiment simultané à l'étape b), ou - la composition obtenue à l'issue de l'étape c) à un blanchiment, e) on effectue un pulpage ou un raffinage de la composition obtenue à l'issue de l'étape c) ou d) en combinaison avec un traitement mécanique, notamment un cisaillement, permettant la séparation des cellules parenchymales contenues dans les pulpes de betterave fermentées et d'obtention d'une dimension de pulpes inférieure à environ 1000 micromètres. Dans ce qui précède et ce qui suit, l'opacité est définie par rapport à la norme DIN 53146, la brillance est définie par rapport à la norme DIN 53145 partie II, la longueur à la rupture est définie par rapport à la norme DIN 53112 partie I, la cohésion interne est définie par rapport à la norme DIN 54516, la résistance à la déchirure est définie par rapport à la norme DIN 53115, la porosité Bendtsen est définie par rapport à la norme DIN 53120 partie I, CMT est défini par rapport à la norme DIN 53143, Dennison est défini dans le Journal TAPPI 459om-88, le temps d'égouttage et le degré de raffinage sont définis dans le Journal Zellcheming n" V/7/61. Exemple 1 Pulpes de betterave fermentées La composition des pulpes de betterave fermentées ensilées en Italie pendant la campagne 1994 a été analysée pour savoir si elles avaient subi une bonne fermentation lactique. Les données suivantes ont été obtenues Tableau 1 Pulpes de betterave fermentées Matières sèches.... 26,50% Cendres... 1,38% pH... 3,6 Azote.. . . .. 1,66% Acide lactique/matières sèches... 8,65% Acide lactique/acides totaux... 71 ,00 % Ces données montrent que les pulpes de betterave ont subi une bonne fermentation lactique. Les pulpes ont alors été diluées jusqu'à 2% de matières sèches et cisaillées dans un mélangeur Ika Ultra Turrax. L'analyse microscopique de la suspension obtenue a montré clairement la présence de cellules parenchymales séparées. En même temps, les structures de phloème et de xylème ont été coupées en morceaux plus petits et des fibres courtes de radicelles ont été obtenues La même sorte de suspension a été obtenue après cisaillement de pulpes de betterave fermentées plus concentrées (7% de matières sèches) avec un moulin colloïdal Frima. Ce dernier équipement semble pour cette raison convenir le mieux à une application industrielle dans les papeteries qui ne disposent pas d'une étape de raffinage. Une quantité déterminée de cette suspension a été déshydratée par de l'éthanol afin de disposer d'un stock de référence de pulpes de betterave fermentées séchées. Ce stock a été utilisé comme matière de référence dans les essais ultérieurs relatifs à la qualité du papier, pour avoir des propriétés standard identiques. Deux séries de formettes de laboratoire ont été façonnées et testées : le témoin et le MB. Pour le témoin, on a utilisé une formulation de papier acide, préparée comme décrit au tableau 2, tandis que, pour le MB, on a remplacé 10% des fibres de ladite formulation par un échantillon du stock de référence. Tableau 2 Témoin MB fibres courtes | parties 65 60 fibres longues | " 35 30 pulpes de betterave I' l 10 Kaolin 25 25 25 ,Polymin SK ppm 200 200 consistance gîl 5 5 pH 4,5 1 4,5 temps d'égouttage s 0,28 0,36 degré de raffinage SR 30 37 grammage g/mz 80,5 | 80,6 opacité 87,1 92,9 brillance 82 68 longueur à la rupture m 3461 4384 cohésion interne N 141 177 résistace à la mJ/m 1014 1216 déchirure densité g/cm3 1,615 1,701 volume massique cm3/g 0,619 | 0,588 L porosité Bendtsen m1,mn 615 318 Dans le tableau ci-dessus, les fibres longues proviennent d'un bois tendre tel que le bois de pin et ont comme dimension d'environ 3,5 à 4,8 mm et les fibres courtes proviennent d'un bois dur tel que le bois de bouleau et ont comme dimension d'environ 0,7 à environ 1,7 mm. L'échantillon a été préparé par mélange des fibres courtes et longues et des pulpes de betterave dans les proportions indiquées. Le degré de raffinage a été celui indiqué au tableau 2. Les caractéristiques des papiers obtenus sont déterminées par les méthodes standard. L'échantillon contenant les pulpes de betterave du stock de référence, MB, a montré une amélioration sensible des indices de résistance et une légère augmentation du temps d'égouttage tandis que la porosité était significativement réduite. L'utilisation d'un stock de référence s'est révélée très utile car, avec un stock de matière stable et facilement disponible, il devient possible de déterminer la relation entre les caractéristiques du papier et les conditions de fermentation des pulpes de betterave. Exemple 2 Raffinage des pulpes de betterave fermentées pour du papier de qualité. Les pulpes de betterave fermentées ont été traitées avec un raffineur Escher Wiss afin de vérifier si l'équipement normalement utilisé dans une usine à papier est suffisamment efficace pour séparer les cellules parenchymales des pulpes de betterave sans en même temps briser les cellules. Les essais suivants ont été réalisés: Tableau 3 Essai 1 Essai 2 Essai 3 Echantillon P Echantillon PR Echantillon MR Conditions de 4% matières sèches 4% matières sèches 4% matières sèches pulpage 30 mn. Pulpes de 30 mn. Pulpes de 30 mn. 30% pulpes de betterave seulement betterave seulement betterave-70% témoin* Conditions de 2% matières sèches 2% matières sèches raffinage 4 mn. Pulpes de 4 mn. 30% pulpes de betterave seulement betterave-70% témoin* * Nota : le témoin consiste en formulation sans pulpe de bois préparée avec du papier cannelé non sélectionné repulpé jusqu'à 30 SR. L'échantillon P a montré la présence de morceaux plutôt gros tandis que les deux autres échantillons, PR et MR, ont des morceaux ayant des dimensions comparables à celles des essais avec le moulin colloïdal. Les échantillons ont été évalués, après le façonnage des formettes, en ayant mis en oeuvre pour chacun d'eux 10% de matières sèches de pulpes de betterave fermentées et 90% de la formulation(*) sans pulpe de bois. Les données ont été comparées avec 100% d'une formulation sans pulpe de bois (témoin)(*) et avec un échantillon, MB1, contenant 10% de matière du stock de référence et 90% de la formulation(*) sans pulpe de bois. Tableau 4 Témoin MB1 MR PR P Kaolin | parties 25 25 25 25 25 Polymin SK I ppm 200 200 200 200 200 pH 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 temps s 0,28 0,36 0,7 0,55 0,54 d'égouttage degré de SR 30 37 45 42 42 raffinage grammage g/mZ 80,5 80,6 82 81,7 80,8 opacité % 87,1 92,9 91,8 92,5 90,5 brillance % 82 68 70,5 70 71,8 longueur à la m 3461 4384 4475 4409 4458 rupture cohésion N 141 177 160 177 181 interne résistance à la mJ/m 1014 1216 1260 1211 1224 déchirure densité g/cmt 1,615 1,701 1,706 1,678 1,664 volume cm /g 0,619 0,588 0,586 0,596 0,601 massique porosité ml/mm 615 318 240 272 280 Bendtsen En ce qui concerne l'augmentation de la résistance du papier, on peut voir qu'il n'y a pas de grande différence entre les divers types de traitement mécanique. On observe cependant un temps d'égouttage plus élevé pour l'échantillon mixte pulpé et raffiné (MR). Ce résultat pourrait être dû à l'accroissement de la fraction soluble relâchée à l'intérieur des pulpes pendant l'étape de raffinage. Enfin, le comportement des trois échantillons correspond à la tendance des données de la matière du stock de référence, que l'on ait ou non utilisé du Polymin SK en tant qu'agent de rétention. (*) Nota : le témoin consiste en formulation sans pulpe de bois préparée avec du papier cannelé non sélectionné repulpé jusqu'à 30 SR. Exemple 3 Raffinage de pulpes de betterave fermentées pour fabriquer du papier cannelé. On a effectué quelques essais en mélangeant des pulpes de betterave fermentées avec des vieux papiers bruns. Ces essais avaient pour but de déterminer si les pulpes de betterave fermentées pouvaient améliorer les caractéristiques des vieux papiers utilisés pour fabriquer du papier cannelé, sans modifier fortement les conditions de préparation. On obtient pour le papier cannelé des valeurs élevées de CMT (Concora Medium Test), de rigidité, de cohésion interne et de pression d'éclatement par addition d'amidon aux vieux papiers pendant la fabrication. Les pulpes de betterave fermentées pourraient être intéressantes d'un point de vue économique en tant que substitut d'amidon, à condition que ces pulpes augmentent significativement les caractéristiques souhaitées tout en réduisant en même temps la quantité d'amidon nécessaire. D'un autre côté, il faudrait éviter d'augmenter quelques paramètres comme le temps d'égouttage, le degré SR, la DCO, la conductivité et la turbidité pendant le façonnage des feuilles de papier. L'évaluation des formettes de laboratoire a été réalisée avec différents dosages de pulpes de betterave fermentées (PBF) dans les vieux papiers (témoin). Tableau 5 Témoin 5% PBF 10% PBF 15% PBF 10% MB PAC* % 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 grammage g/m2 100,2 98,7 100 99,7 100,6 porosite ml/mn 416 242 158 99 134 Bencltsen cohésion N 93 103 115 125 116 interne CMT 30 N 91 105 113 122 117 rigidité mN 760 739 795 772 798 pression kPa 146 155 165 173,5 156,5 d'éclatement temps s 1,51 2,31 3,79 8,09 3,39 d'égouttage turbidité absorbance 0,646 0,632 0,62 0,592 0,518 DCO mg/l 733 1140 1183 1212 2050 conductivité msicm 580 594 590 | 568 1 535 degré de SR 38 44 51 54 48 raffinage * : Poly Aluminium Chloride Note : Témoin = papier brun obtenu par repulpage de papier cannelé non sélectionné. On peut observer qu'avec l'augmentation de la quantité de pulpes de betterave dans ce carton ondulé, la qualité du papier, définie par la cohésion interne, le CMT 30 et la pression d'éclatement, augmente. On constate aussi que la porosité s'abaisse à 100 ml/mn pour la quantité de pulpes de betterave la plus élevée, c'est-à-dire 15%. Aucun effet de la quantité de pulpes de betterave sur la rigidité n'est observé. La quantité maximum de pulpes de betterave possible dans la fabrication du carton ondulé semble être 10% à cause de la valeur élevée du temps d'égouttage qui en résulte - Une amélioration ultérieure des caractéristiques d'égouttage pourrait permettre d'augmenter la quantité de pulpes de betterave dans la pâte. Exemple 4 Pulpes fermentées blanchies. Des pulpes de betterave fermentées, ensilées après la campagne 1993 ont été cisaillées mécaniquement. On a ajouté du H202 pendant la dilution (4% par rapport aux matières sèches). La suspension obtenue a été ensuite utilisée pour des essais de feuilles de papier (10% de pulpes de betterave fermentées blanchies, 90% de la formulation de papier acide décrite dans l'exemple 1) et les résultats sont comparés avec un témoin (le même qu'à l'exemple 1) comme montré ci-dessous. Tableau 6 Témoin Pulpes blanchies potentiel zeta mV -32,25 -42,49 temps d'égouttage s 0,41 0,74 degré de raffinage SR 30 46 grammage g/m2 79,3 79,6 opacité % 87,6 88,1 brillance % 79,5 76,2 cendres % 8,6 6,9 longueur à la rupture m 3281 4194 Dennison 8 11 résistance à la mlJm 828 986 déchirure densité g/cm3 0,645 0,607 volume massique cm3/g 1,551 1,649 porosité Bendtsen ml/mn 830 404 Le blanchiment de l'échantillon conduit à une meilleure brillance en comparaison avec le produit non blanchi. De plus, de bons résultats sont de nouveau constatés en ce qui concerne les propriétés de résistance comme la résistance à la déchirure, la longueur à la rupture et le "Dennison". Ces données indiquent que l'utilisation de pulpes de betterave fermentées convient à la fabrication du papier blanc. Exemple 5 Temps d'égouttage des pulpes de betterave fermentées. Dans les exemples précédents 2 et 3, les propriétés physiques du papier contenant les pulpes de betterave fermentées ont été mesurées avec des conditions de test. Le mélange papier/pulpes de betterave fermentées a été pulpé et raffiné avec des durées de traitement uniquement appropriées à l'amélioration du papier, mais sans optimisation de la durée du traitement des pulpes de betterave. De plus, aucune étape de tamisage n'a été effectuée, bien que cela soit nécessaire lors de la fabrication industrielle du papier. On sait que les dimensions des fibres de papier convenant au carton ondulé doivent se situer entre 150 et 250 micromètres. Pour ces raisons, on a réalisé un essai utilisant un mélange contenant 90% de vieux papiers pulpés et raffinées et 10% de pulpes de betterave fermentées tamisées de dimensions allant de 150 à 250 micromètres. Le résultat de cet essai est indiqué ci-dessous. Tableau 7 Témoin Echantillon 1 Echantillon 2 100% VP pulpés et raffinés 90% VP + 10% PBF 90% VP + 10% PBF PBF pulpées et raffinées PBF tamisées ajoutées aux avec les VP VP pulpés et raffina grammage g/m 122 121 122 temps s 0,98 5,51 1,60 d'égouttage CMT30 N 162 195 180 rigidité mN 1218 1411 1394 cohésion interne N 135 166 144 pression kPa 254 316 242 d'éclatement VP = vieux papiers obtenus par repulpage de papier cannelé non sélectionné PBF = pulpes de betterave fermentées. Ces données montrent que lorsque les pulpes de betterave fermentées sont broyées et tamisées puis ensuite mélangées aux vieux papiers, le temps d'égouttage n'est que légèrement augmenté (échantillon 2) par rapport aux vieux papiers qui sont soumis au pulpage mécanique traditionnel (témoin). Le temps d'égouttage de l'échantillon 2 est en fait comparable avec celui du témoin alors qu'il est inférieur de plus de trois fois à celui de l'échantillon 1. On peut voir aussi que les propriétés de résistance sont légèrement affectées par les dimensions des pulpes de betterave fermentées. Néanmoins, les pulpes de betteraves fermentées tamisées ont des propriétés de résistance comparables à celles des pulpes non tamisées et les deux sont considérablement supérieures aux valeurs trouvées pour la pulpe de bois. Cet exemple montre que les dimensions des pulpes de betterave influencent fortement le temps d'égouttage et les propriétés de résistance. On a montré qu'on obtient un produit contenant des pulpes de betterave fermentées qui a des propriétés physiques appréciables et seulement une légère augmentation du temps d'égouttage. REVENDICATIONS 1. Utilisation de pulpes de betterave à sucre fermentées pour la préparation de papier ou de carton. 2. Composition de pulpes de betterave à sucre fermentées telle qu'obtenue par le procédé comprenant les étapes suivantes a) on ensile des pulpes de betterave à sucre dans des conditions appropriées pour donner lieu à une fermentation lactique, et notamment jusqu'à ce que le pH soit inférieur à environ 5 et avantageusement supérieur à environ 3,5 pour obtenir des pulpes fermentées, b) on dilue les pulpes fermentées, notamment jusqu'à ce que la teneur en matières sèches soit d'environ 1 % à environ 10%, c) on soumet les pulpes fermentées diluées à un traitement mécanique, notamment un cisaillement, permettant de séparer les cellules parenchymales contenues dans les pulpes et d'obtenir une dimension des pulpes inférieure à environ 1000 micromètres, d) on soumet éventuellement: - les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape a) à un blanchiment simultané à l'étape b), ou - les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape c) à un blanchiment. 3. Composition de pulpes de betterave à sucre fermentées selon la revendication 1, telle qu'obtenue par un procédé comprenant les étapes de la revendication 2, dans lequel l'ensilage est réalisé avec des pulpes de betterave à sucre dont la teneur en matières sèches est d'environ 15 à environ 35%. 4. Composition de pulpes de betterave à sucre fermentées selon l'une des revendications 2 ou 3, dans laquelle la dimension des pulpes de betterave est inférieure à 250 micromètres, et notamment inférieure à 150 micromètres. 5. Procédé de préparation d'une composition de pulpes de betterave à sucre fermentées comprenant les étapes suivantes a) on ensile des pulpes de betterave à sucre dans des conditions appropriées pour donner lieu à une fermentation lactique, et notamment jusqu'à ce que le pH soit inférieur à environ 5 et avantageusement supérieur à environ 3,5 pour obtenir des pulpes fermentées, b) on dilue les pulpes fermentées, notamment jusqu'à ce que la teneur en matières sèches soit d'environ 1% à environ 10%, c) on soumet les pulpes fermentées diluées à un traitement mécanique, notamment un cisaillement, permettant de séparer les cellules parenchymales contenues dans les pulpes et d'obtenir une dimension de pulpe inférieure à environ 1000 micromètres, d) on soumet éventuellement: - les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape a) à un blanchiment simultané à l'étape b), ou - les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape c) à un blanchiment. 6. Papier ou carton comprenant d'environ 1 à environ 50% et de préférence d'environ 2 à environ 25%, exprimées par rapport aux matières sèches, d'une composition de pulpes de betterave à sucre fermentées selon l'une des revendications 2 à 4. 7. Papier ou carton selon la revendication 6, caractérisé en ce que les pulpes de betterave à sucre fermentées ont une dimension inférieure à 1000 micromètres, et de préférence allant d'environ 150 à environ 250 micromètres. 8. Papier ou carton selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que les pulpes de betterave à sucre fermentées sont blanchies. 9. Procédé de préparation de papier ou carton selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que a) on ensile des pulpes de betterave à sucre dans des conditions appropriées pour donner lieu à une fermentation lactique, et notamment jusqu'à ce que le pH soit inférieur à environ 5 et avantageusement supérieur à environ 3,5 pour obtenir des pulpes fermentées, b) on dilue les pulpes fermentées, notamment jusqu'à ce que la teneur en matières sèches soit d'environ 1% à environ 10%, c) on soumet les pulpes fermentées diluées à un traitement mécanique, notamment un cisaillement, permettant de séparer les cellules parenchymales contenues dans les pulpes et d'obtenir une dimension de pulpe inférieure à environ 1000 micromètres, d) on soumet éventuellement: - les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape a) à un blanchiment simultané à l'étape b), ou - les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape c) à un blanchiment, e) on incorpore à raison d'environ 1 à environ 50%, et de préférence d'environ 2 à environ 25%, exprimés par rapport aux matières sèches, de la susdite composition obtenue à l'issue de l'étape c) ou d) aux matières premières traditionnelles de la pâte à papier ou du carton. 10. Procédé de préparation de papier ou carton selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que a) on ensile des pulpes de betterave à sucre dans des conditions appropriées pour donner lieu à une fermentation lactique, et notamment jusqu'à ce que le pH soit inférieur à environ 5 et avantageusement supérieur à environ 3,5 pour obtenir des pulpes fermentées, b) on dilue les pulpes fermentées, notamment jusqu'à ce que la teneur en matières sèches soit d'environ 1% à environ 10%, c) on incorpore à raison d'environ 1 à environ 50%, et de préférence d'environ 2 à environ 25%, exprimés par rapport aux matières sèches, de la composition obtenue à l'issue de l'étape b) aux matières premières traditionnelles de la pâte à papier ou du carton, d) on soumet éventuellement: - les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape a) à un blanchiment simultané à l'étape b), ou - la composition obtenue à l'issue de l'étape c) à un blanchiment, e) on effectue un pulpage ou un raffinage de la composition obtenue à l'issue de l'étape c) ou d) en combinaison avec un traitement mécanique, notamment un cisaillement, permettant la séparation des cellules parenchymales contenues dans les pulpes de betterave fermentées et d'obtention d'une dimension de pulpes inférieure à environ 1000 micromètres.