L'ABC du papier recyclé Protocole expérimental 1: Matériel requis

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1 L'ABC du papier recyclé Protocole expérimental 1: Matériel requis
2: fabrication de la pâte 3: Manipulations spécifiques aux sortes de papier 4: fabrication des feuilles Graphiques et Tableaux importants Tableau du rendement Tableau de consommation d’eau et de produits chimiques Comparaison de blancheur des papiers Explication des résultats (discussion) Résultats qualitatifs 1 Résultats qualitatifs 2 Résultats qualitatifs 3 Résultats quantitatifs Cycle du recyclage du papier Conseils pratiques

2 Matériel requis Retour au menu principal
Au cours de cette expérience, nous fabriquerons cinq sortes de papier recyclé : le papier écologique (100% recyclé) le papier désencré le papier blanchi au peroxyde d’hydrogène le papier blanchi à l’hypochlorite de sodium (eau de javel) le papier désencré et blanchi au peroxyde d’hydrogène Les papiers qui seront fabriqués proviennent de papier issu de déchet de consommation dans les proportions massiques suivantes : 750 g de journaux (50% de la pâte à papier) 300g de cartons de boîtes de céréales (20% de la pâte à papier) 300 g de papier d’ordinateur utilisé (20% de la pâte à papier) 150 g de revues (10% de la pâte à papier) Matériel requis : cinq béchers de quatre litres (trempage) un malaxeur bassine de (dimensions) une balance une grosse cuillère un tamis (voir l’annexe pour la méthode de fabrication) deux plaques plusieurs épaisseurs de feutre séchoir à cheveux four conventionnel papiers filtres de 10 mm papiers filtres de 150 mm une passoire Solutions requises 400 ml de silicate de sodium à 28% 2x 750 ml de peroxyde d’hydrogène à 17% 2x 750 ml d’hypochlorite de sodium à 5,25% 2x 25 ml d’acide chlorhydrique à 15% 5x 13,25 ml d’amidon à 5% (peut être chauffé pour solubilisation) 8x 200ml de savon biodégradable Retour au menu principal

3 Fabrication de la pâte Manipulations communes aux cinq sortes de papier 1) PRÉPARATION DE LA PÂTE Déchirer les différentes sortes de papier en petits carrés d’environ 2 cm. Mélanger de façon à obtenir une répartition égale des différentes sortes de papier. Peser exactement environ 300g du mélange de papier. Le mettre à tremper dans la bassine dans 3 litres d’eau chaude durant 6 heures. Égoutter le mélange. Malaxer l’équivalent de 35 petits carrés à la fois dans 250 ml d’eau chaude durant 45 secondes. Passer ainsi tout le mélange au malaxeur. Rajouter de l’eau chaude de façon à obtenir un total de 8 L de pâte. Transvider immédiatement dans la bassine de 18L (45cm x 30cm x 12cm) tout en remuant continuellement pour éviter qu’un dépôt de fibres ne s’accumule au fond. Pour la suite, se référer aux différentes méthodes relatives à chaque sorte de papier qui sont expliquées plus bas. Retour au menu principal

4 Manipulations spécifiques
Suite des manipulations pour le papier écologique Se référer à la fin des manipulations communes aux cinq sortes de papier pour la suite. Suite des manipulations pour le papier désencré Ajouter la solution de silicate de sodium à la mixture en brassant pour bien mélanger. Attendre le gonflement des fibres, soit environ 48 heures. Effectuer la filtration sous vide avec le papier filtre de 10 mm en s’assurant de bien rincer la pâte en ajoutant 1,5L d’eau au résidu. Recueillir celui-ci. Le laver en utilisant le savon biodégradable. Rincer à l’aide d’une passoire avec 2L d’eau. Effectuer la filtration sous vide avec le papier filtre de 150 mm. Recueillir le filtrat, qui est constitué des fibres de papier. Remettre la pâte en suspension dans l’eau selon les proportions initiales (un total de 8 L de pâte doit être obtenu, ajouter des quantités d’eau en conséquence). Suite des manipulations pour le papier blanchi à l’hypochlorite de sodium Ajouter la solution d’acide chlorhydrique à la mixture en brassant pour bien mélanger. Laisser agir quelques minutes avant d’ajouter la solution d’hypochlorite de sodium. Laisser agir cette dernière durant quatre ou cinq jours. Effectuer la filtration sous vide en s’assurant, encore une fois, de rincer le résidu avec 1,5 L d’eau. Recueillir celui-ci. Remettre le résidu en suspension dans les solutions d’acide chlorhydrique et d’hypochlorite de sodium. Laisser agir 2 heures avant de refaire une filtration sous vide en rinçant très bien pour bien laver les produits chimiques du papier, en ajoutant 1,5L d’eau au résidu. Laver à nouveau le résidu en utilisant le savon biodégradable. Rincer avec 2L d’eau. Suite des manipulations pour le papier blanchi au peroxyde d’hydrogène Ajouter la solution de peroxyde d’hydrogène à la mixture en brassant pour bien mélanger. Laisser agir durant quatre ou cinq jours. Effectuer la filtration sous vide en s’assurant, encore une fois, de rincer le résidu avec de l’eau. Recueillir celui-ci. Remettre le résidu en suspension dans la solution de peroxyde d’hydrogène. Laisser agir quelques heures avant de refaire une filtration sous vide en rinçant très bien pour bien laver le blanchisseur du papier. Suite des manipulations pour le papier désencré et blanchi Se référer aux manipulations pour le papier désencré. Se référer aux manipulations pour le papier blanchi au peroxyde d’hydrogène. Retour au menu principal

5 Fabrication des feuilles
Ajouter à la pâte la solution d’amidon et bien remuer. Mettre la pâte sur le tamis de la manière suivante : plonger rapidement le tamis à la verticale à l’extrémité la plus éloignée de soi. Le ramener vers soi tout en remettant le tamis à l’horizontale et ce, en dessous de la pâte. Sortir le tamis contenant la pâte et laisser égoutter l’excédent d’eau. Transférer cette feuille de papier de la manière suivante : déposer le feutre directement sur la feuille formée. Ajouter la plaque sur le feutre et retourner rapidement en tenant fermement la plaque et le tamis ensemble. Tapoter doucement sur le tamis si la feuille ne tombe pas d’elle-même. Recommencer en superposant feutre et papier et mettre l’autre plaque sur le dessus. Presser ce montage en ajoutant du poids réparti également sur la plaque, par exemple des dictionnaires ou des béchers remplis de pâte. Faire sécher pour commencer au four conventionnel durant quelques heures à 75°C, jusqu’à ce que les feuilles ne soient plus qu’humides. Séparer celles-ci et terminer le gros du séchage au séchoir à cheveux en plaçant la feuille sur le tamis par exemple. Laisser à l’air libre pour enlever le reste d’humidité. Retour au menu principal

6 TABLEAU du rendement 72,40 67,18 68,49 66,89 62,52 Types de papiers
100% écologique Blanchi à l’hypochlorite de sodium Blanchi au peroxyde d’hydrogène Désencré Désencré et blanchi au peroxyde d’hydrogène Rendement (%) 72,40 67,18 68,49 66,89 62,52 Retour au menu principal

7 Tableau de la consommation d'eau et de produits chimiques
Types de papiers: Quantités de produits: Papier 100% écologique Blanchi à l’hypochlorite de sodium Blanchi au peroxyde d’hydrogène Désencré Désencré et blanchi au peroxyde d’hydrogène Acide chlorhydrique (15%) (mL) - 50 Hypochlorite de sodium (5,25%) (mL) 1500 Peroxyde d’hydrogène (17%) (mL) Silicate de soude (28%) (mL) 400 Amidon (5%) (mL) 13,25 Consommation d’eau pour cinq feuilles (L) 11 18 14,5 21,5 Retour au menu principal

8 Comparaison de la blancheur des papiers
De gauche à droite: Papier 100% écologique Papier désencré Papier blanchi au peroxyde d’hydrogène Papier blanchi à l’eau de Javel Papier désencré et blanchi au peroxyde d’hydrogène Retour au menu principal

9 Explication des résultats 1
Résultats qualitatifs: Tout d’abord le papier 100% écologique, comme son nom l’indique, est celui dont l’impact néfaste sur l’environnement est le plus minime. En effet, le seul point négatif de la méthode de fabrication de ce papier est la grande quantité d’eau qu’il utilise. Pour seulement 217,20 g, soit l’équivalent de 5 feuilles de papier 100% écologique nous avons utilisé au minimum 11 litres d’eau. Cette quantité considérable est tout de même 4 fois inférieure à celle du papier fait à partir de fibres cellulosiques non-recyclées puisque le papier 100% écologique ne requiert aucune transformation du bois en fibres. C’est effectivement cette étape dans la fabrication du papier classique qui consomme la plus grande quantité d’eau. Pour ce qui a trait à la blancheur, le papier 100% écologique est beaucoup plus foncé qu’une feuille de papier conventionnel non-recyclée. Ceci est dû au fait qu’il n’a subi aucun traitement. Ainsi sa couleur gris brunâtre provient des encres contenues dans les papiers utilisés pour sa fabrication. Nous avons choisi de ne pas blanchir ce papier afin d’obtenir un papier le plus écologique possible puisque toutes les techniques de blanchiment sont nocives pour l’environnement. Or la très grande majorité des papiers, toutes catégories confondues, sont blanchis. C’est pourquoi notre papier 100% écologique ne pourra jamais être d’une couleur similaire au papier conventionnel. Pour sa part, le papier désencré a nécessité l’usage de 400 mL de silicate de soude à 28%. Cette solution est rejeté avec l’eau de rinçage et se retrouve donc directement dans les plans d’eau. Sachant que ce produit est particulièrement nocif pour la faune aquatique, c’est là un point négatif à ce type de papier. De plus, le papier non recyclé ne nécessite aucune étape de désencrage puisque les fibres cellulosiques du bois sont vierges. Nous pouvons donc affirmer qu’à ce niveau, le papier recyclé est plus néfaste pour l’environnement. La consommation en eau entre aussi en considération : pour produire 200,7g de papier désencré, soit l’équivalent de cinq feuilles, il faut au moins 14,5 litres d’eau en plus de celle utilisée pour effectuer la filtration sous vide. Le papier désencré est d’une couleur d’un gris brun foncé et nous notons la présence de taches brunâtres. Nous pouvons affirmer que l’action du silicate de soude a été obtenue : l’affinité entre l’encre et les fibres de papier a été rompue. C’est en fait l’étape de l’élimination des particules d’encre qui a échouée. Ces particules sont donc restées en suspension dans la pâte et s’y sont mélangées. C’est ce qui explique la présence de telles parcelles à peine visibles à l’œil nu dans le papier et qui lui donne cette teinte foncée. Il est important de noter que nos papiers montrent deux types d’amas d’encre. Les plus petites particules d’encres sont celles qui étaient présentes sur les papiers d’origine, et qui, lors du malaxage ont été déchiquetés puis répartis dans la pâte. Elles sont facilement perceptibles sur tous nos papiers de par leur petites tailles et leurs couleurs variées( ceci selon les papiers utilisés au départ). Les autres particules d’encres résulte du désencrage. Elles figurent donc uniquement sur les papiers désencrés. Elles résultent de l’échec de notre technique de désencrage : l’encre ayant été détaché des fibres d’origines, celle-ci n’a pas été correctement éliminé. Les particules d’encres se sont plutôt agglomérer entre elles pour former des amas brunâtres visibles à l’œil nu. Théoriquement, le papier désencré aurait dû être d’une couleur plus uniforme et ne présenter aucune forme de résidus d’encre. Retour au menu principal

10 Explication des résultats 2
Le papier blanchi à l’hypochlorite de sodium est définitivement nocif pour l’environnement. En effet, lorsque le chlore contenu dans cette substance est rejeté avec les eaux de lavage dans la nature il entre en contact avec des matières organiques. Il forme des organochlorés qui, à long terme, ont différentes répercussions sur les écosystèmes. En industrie, cette méthode de blanchiment est la plus utilisée. La consommation d’eau relative à la production du papier blanchi à l’hypochlorite de sodium est de 18 litres sans compter l’eau nécessaire aux différentes filtrations sous vide pour fabriquer 201,5g de papier, l’équivalent de cinq feuilles. Puisque le papier est traité deux fois à l’hypochlorite de sodium et que l’action de ce produit est très violente, nous devons donc le rincer après chaque traitement. Cette grande consommation d’eau est une autre faille à cette méthode de fabrication. Bien que la production de ce type de papier soit très nocive pour l’environnement, la couleur du papier blanchi à l’hypochlorite de sodium se rapproche significativement de la couleur du papier classique. Cependant, la couleur pâle de ce papier amplifie le contraste avec les particules d’encre restantes. Nous observons donc plusieurs petits points d’encre de différentes couleurs qui sont issus des papiers d’origine formant la pâte. Suite au malaxage, les fibres se sont entremêlées entraînant avec elles les particules d’encre. Il est important de mentionner que le blanchiment n’agit pas sur l’encre mais seulement sur les fibres cellulosiques. Toutefois, il faut noter que ces particules d’encre sont présentes dans tous nos papiers, ce n’est que la pâleur de ce papier qui les fait ressortir (elles n’auraient théoriquement pas dû apparaître dans les papiers désencrés). La technique de blanchiment au peroxyde d’hydrogène est beaucoup moins néfaste pour l’environnement que la technique de blanchiment à l’hypochlorite de sodium. Cela s’explique par le fait que le peroxyde d’hydrogène se dégrade facilement. Malgré ceci, il reste néfaste pour l’environnement. Tout comme l’hypochlorite de sodium le peroxyde d’hydrogène est rejeté avec les eaux de lavages dans les plans d’eau, où il a un impact néfaste sur les écosystèmes marins. Sa consommation d’eau est équivalente à celle utilisée pour la méthode de blanchiment à l’hypochlorite de sodium, soit une quantité d’eau d’environ 18 L pour une production de 205,46 g de papier. La couleur de ce papier est beige pâle. Tout comme l’autre papier blanchi, on distingue clairement les petites particules d’encres des papiers d’origines. Bien que le peroxyde d’hydrogène soit moins polluant que l’hypochlorite de sodium, selon notre expérience, son action blanchissante est beaucoup moins efficace. Retour au menu principal

11 Explication des résultats 3
Le papier désencré et blanchi au peroxyde d’hydrogène est issu de la méthode de fabrication qui rejoint le plus la méthode de fabrication industrielle du papier recyclé. Cette méthode est la combinaison des méthodes de désencrage et de blanchiment au peroxyde d’hydrogène. Son impact sur l’environnement est donc doublement nocif puisqu’il rejette les deux produits chimiques associés aux techniques de désencrage et de blanchiment. Cette union des deux méthodes impliquent également une consommation d’eau plus élevée, soit de 21,5 L d’eau 187,6 g de papier. De plus, cette valeur ne contient pas les quantités d’eau requises pour les nombreuses filtrations sous vide. La couleur de ce papier est beige foncé. Théoriquement, ce papier aurait du être celui se rapprochant le plus de la couleur du papier classique non-recyclé. Cependant, suite à l’échec de la technique du désencrage, la pâte, avant le traitement de blanchiment, était déjà d’une couleur foncée. L’action blanchissante du peroxyde d’hydrogène est donc moins visible que celle du papier non-désencré blanchi au peroxyde d’hydrogène, puisqu’ici, la pâte était initialement d’une teinte plus foncée. Tout comme pour le papier uniquement désencré, le papier blanchi et désencré montre également des amas de particules d’encres. Cependant, elles sont moins visibles parce que le peroxyde d’hydrogène a exercé son action blanchissante sur celle-ci. Cependant, les petites particules d’encres résultant du malaxage (particules multicolores) sont restés intacts puisque le blanchiment n’agit pas sur celles-ci. La qualité générale de nos papiers recyclés diffère grandement des qualités du papier classique non-recyclé. En effet, par des tests de qualités, nous nous sommes basés sur des critères précis afin de comparer ces deux types de papier. Tout d’abord, nous avons constaté que nos papiers recyclés ont une texture beaucoup plus rugueuse que celle du papier conventionnel. Ceci est attribuable à la mauvaise répartition des fibres lors du tamisage. Premièrement, la pâte récupérée par le tamis était plus dense au centre du tamis qu’aux extrémités de celui-ci ce qui entraînait une agglomération de fibres au milieu de la feuille. Deuxièmement, le laps de temps écoulé entre la fabrication de la première et la dernière feuille a causé la précipitation des fibres au fond de la bassine. Nous attribuons également la texture rugueuse de notre papier à notre technique de presse. En effet, la pression effectuée par les béchers remplis de pâte était inégale. De plus, les nombreuses épaisseurs de feutre ont également réduit l’uniformité du poids de la presse. Nous n’avons pas mis cette presse dans le four lors du séchage ce qui a causé un gondolement des feuilles de papier. Ensuite, la présence de filaments de fibres lors de l’effacement et de la déchirure des papiers est en partie causée par le fait que les fibres soient courtes. En effet, le malaxage des fibres a réduit leur taille. Puisque que se sont les longues fibres qui maintienne la cohésion entre les fibres de papier, la réduction de leur longueur a pour effet de les rendre facilement détachables. C’est pourquoi, lors de l’effacement, la simple friction d’une gomme à effacer sur le papier arrache les fibres de celui-ci. De plus, l’absence de l’étape de triage des fibres fait en sorte que celles-ci s’organisent aléatoirement. Ceci diminue également la cohésion entre les fibres. Ainsi, lorsqu’on déchire le papier, la disposition désordonnée des fibres empêche la déchirure d’être droite puisqu’elle suit la disposition des fibres. Nous observons donc la présence de filaments de fibres. Notre papier recyclé est également nettement plus résistant que le papier conventionnel. Il est donc moins malléable que celui-ci. D’une part, la résistance de nos papiers est principalement causée par la présence de fibres de cartons qui composent 20% de notre pâte à papier recyclé. Le procédé industriel de fabrication de papier recyclé utilise toujours la même sorte de papier dans sa pâte que la sorte de papier qu’ils veulent fabriquer. Du carton n’entrerait donc jamais dans la composition d’une pâte à papier destiné à faire du papier d’impression. D’autre part, nos papiers sont beaucoup plus épais que la feuille de papier d’impression non recyclée sur laquelle nous nous sommes basés pour effectuer nos tests de qualités. La malléabilité d’un papier très épais est donc nécessairement plus faible que celle d’un papier mince. L’absorption de nos papiers recyclés est comparable à celle d’un papier non recyclé. En effet, l’ajout d’amidon est le seul facteur d’influence de l’absorbance d’un papier autant recyclé que conventionnel. Ainsi, ce ne peut être que la quantité d’amidon ajoutée à notre pâte qui a influencé ce facteur. Retour au menu principal

12 Explication des résultats 4
Résultats quantitatifs Premièrement, nous nous attendions à un rendement inférieur à celui des industries puisque nous ne disposons pas des mêmes installations et nos instruments sont beaucoup moins efficaces que les leurs. Toutefois, nous remarquons que le rendement du papier 100 % recyclé est le plus significatif puisqu’il s’approche le plus du rendement théorique attendu, soit de 80 à 85 %. Il est fort évident qu’il occupe la première position en ce qui a trait au classement des meilleurs rendements puisqu’il est également celui ayant subit le moins de manipulations. Il n’a pas subit ni de filtration sous vide ni de lavage avec du savon. Les pertes sont donc beaucoup moins importantes que celles des autres techniques utilisées. Le papier 100 % recyclé est immédiatement suivit par les méthodes de blanchiment au peroxyde d’hydrogène et à l’hypochlorite de sodium. En effet, ces méthodes apparaissent en seconde position puisqu’elles ne subissent que deux lavages et aucune filtration sous vide. Ces deux manipulations sont des sources de pertes considérables mais elles le sont beaucoup moins que les méthodes suivantes. Pour ce qui est de la méthode de désencrage au silicate de soude, elle est l’une des plus néfaste et l’une des moins efficaces. Effectivement, elle doit subir au total trois étapes avant d’obtenir la pâte désirée. Nous avons du faire deux filtrations sous vide de même qu’un lavage. Ces trois manipulations ont grandement contribuées à augmenter les pertes, et ainsi, faire diminuer le rendement. Toutefois, cette technique ne s’avère pas être la moins efficace. Incontestablement, il en revient à la technique de production du papier désencré au silicate de soude et blanchi au peroxyde d’hydrogène. Cette méthode est sans aucun doute la moins rentable et la moins écologique. Elle nécessite un total de quatre manipulations dont deux filtrations sous vide de même que deux lavages avec du savon. Nous savons à cette étape que ces manipulations nécessitent énormément d’eau et contribuent d’avantage aux pertes. C’est avec cette méthode que nous avons obtenu un rendement s’éloignant le plus de la valeur attendue. Jugement sur la précision La méthode de tamisage, c’est-à-dire celle de plonger le tamis dans une bassine remplie de pâte et de le ressortir de manière à récupérer une quantité inconnue de pâte pour la fabrication d’une feuille, ne permet pas d’avoir des feuilles de même épaisseur. En effet, lorsque la pâte est tamisée puis égouttée, l’eau qu’elle comporte est récupérée par la bassine contenant la pâte, augmentant la dilution de celle-ci. Cela influence la répartition des fibres comme l’épaisseur de chaque feuille de papier ne permettant pas d’étudier des variables telle que la rugosité. Il s’agit là du principal facteur d’imprécision de l’expérience effectuée. La presse constitue également un facteur d’imprécision. Puisqu’elle exerce une pression inégale sur la pâte et qu’elle n’a pas été utilisée lors du séchage des feuilles dans le four, elle aurait pu biaiser nos résultats en ce qui a trait à la rugosité. De plus, la consommation d’eau ayant été un aspect important de notre expérience manque de précision puisque les béchers de 4L employé arrêtent leur gradation à 3,5L, ce qui implique qu’en remplissant le bécher il est possible de légèrement dépasser 4L comme il est possible de ne pas l’atteindre. L’eau consommée pour la filtration sous vide n’ayant pas été quantifiée contribue également à cette imprécision sur la consommation d’eau. Pour ce qui est de la qualité des fibres employées, elle demeure incertaine puisque nous ne connaissons pas le stade de recyclage auquel les fibres provenant du papier journal et du carton 100% recyclé sont rendues. Nous ne savons donc pas si les fibres ont déjà été recyclées huit fois, ce qui affecterait la qualité du papier recyclé obtenue. Retour au menu principal

13 Le cycle du recyclage Retour au menu principal

14 Conseils pratiques Retour au menu principal