Le papier carton

Introduction :

La mécanisation de la fabrication a posé dans toute son ampleur le problème de la matière première - les chiffons -, qu'une armée de ramasseurs parcourant les villes et les campagnes arrivait difficilement à collecter en quantités suffisantes .

Le remède à la pénurie endémique a été trouvé dans le bois.

Le bois a commencé à être utilisé vers 1850, lorsqu'on s'est aperçu qu'il était aisément râpé sur une meule et que le produit résultant pouvait être incorporé en proportions élevées à la pâte de chiffons.

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I/ Le bois :

L’utilisation directe du bois dans le secteur de l'emballage alimentairepermet à la fois :- de protéger les produits, par exemple des fruits et légumes ;- de faciliter la manipulation et le gerbage des emballages ;- enfin de les regrouper.

1.Les emballages légers :

Ils sont généralement utilisés pour fabriquer la boîte à fromage et le transport des fruits fragiles comme les fraises,les champignons…

ils sont constitués par des éléments en bois déroulé ou tranché assemblés par agrafage .

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2. Les caisses : Elles sont constituées de bois de placage ou de contreplaqué agrafés sur tasseaux en bois scié .Pour l'exportation d'agrumes, de pomme de terre, de volailles mortes, on peut utiliser des caisses armées fabriquées de manière automatisée.

3. Les palettes de manutention : Elles sont généralement en bois léger scié (sapin, épicéa) Grande distribution et transport ferroviaire : 80 x 120mTransport routier: 100 x 120m

4. Les caisses palettes :Il s’agit de palettes comportant une superstructure faite d'au moins Trois panneaux dans le sens de la hauteur. L'accessibilité au contenu permet à ce type d'emballage de remplir àla fois les fonctions de transport et de distribution.

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Figure 1Figure 1 :Quelques emballages en bois :Quelques emballages en bois utilisés en agroalimentaireutilisés en agroalimentaire

Cagette Panier Flein Caisson

Caisse en contreplaqué

Caisse plate pliante

Caisse arméePalette àdouble entrée

Palette réversible

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II/Le papier :

1.Préparation des pâtes à papier :

a/ Pâtes mécanique et dérivées :a/ Pâtes mécanique et dérivées :

Les différents procédés de défibrage du bois nécessitent de mettre en jeu de l'énergie mécanique seule (pâtes « mécaniques »)ou associée à de l'énergie thermique (pâtes « thermomécaniques ») et éventuellement chimique (pâtes chimicothermomécaniques).

Dans tous ces cas, la préparation vise à détruire l'organisation cellulaire du bois existant dans l'arbre sur pied avec un rendement maximum. Ainsi, pour ce type de pâte, les rendements sont très élevés, atteignant 97 % avec les pâtes mécaniques.

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Les produits chimiques utilisée attaquent une fraction des hémicelluloses et tout ou partie de la lignine.

Les pâtes mi-chimiques: obtenues par l’action de l’hydroxyde de sodium, du sulfite de sodium ou du sulfite d’ammonium (papier cannelure)Les pâtes chimiques en milieu basique résultent de l'action conjointe de l'hydroxyde et du sulfure de sodium, procédé appelé « au sulfate ou « kraft ».Les papiers correspondants présentent des performances mécaniques élevées ( sacs de grande contenance de produits pulvérulents ou granuleux).

b/ Pâtes mi- chimiques et chimiques :b/ Pâtes mi- chimiques et chimiques :

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Enfin, les pâtes chimiques en milieu acide font intervenir l'hydrogénosulfite de magnésium ou d'ammonium, appliqués spécifiquement aux bois résineux. Elles constituent le point de départ de la fabrication de la cellulose régénérée permettant d'obtenir la cellophane encore utilisée en emballage alimentaire.

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Quel que soit le procédé employé, les pâtes obtenues sont plus ou moins colorées. Mis à part pour la fabrication des jets intérieurs de certains cartons, elles doivent être blanchies.

Le blanchiment des pâtes mécaniques consiste à attaquer les groupements chromogènes de la lignine (responsables du développement progressif de la coloration des pâtes et des papiers) par du peroxyde d'hydrogène (H2 O2) ou du dithionite de sodium (Na2 S2 O4).

Le blanchiment des pâtes chimiques :est plus poussé et consiste à transformer la lignine en dérivés oxydés solubles dans des solutions aqueuses d'hydroxyde de sodium. Les agents oxydants usuels sont le dichlore (Cl2) et le dioxyde de chlore (ClO2), le premier étant depuis peu partiellement remplacé par le dioxygène (O2) au début des opérations de blanchiment.

c/ Blanchiment des pâtesc/ Blanchiment des pâtes

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Par rapport aux fibres vierges obtenues à partir du bois, les fibresrécupérées offrent un moindre coût mais aussi une plus grande opacité et constituent une valorisation des vieux papiers ou cartons. En revanche, leurs propriétés mécaniques se dégradent par rapport à celles des fibres vierges à cause de la diminution progressive de la longueur des fibres au cours des cycles de récupération. D'autre part, leur niveau de blancheur est souvent insuffisant. Enfin, leur utilisation pour fabriquer du papier implique une décontamination préalable (métaux divers, plastiques, encres etc.)

d / Cas des fibres cellulosiques de récupération :d / Cas des fibres cellulosiques de récupération :

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2.Fabrication du papier :Dans (Figure 2) sont indiquées les grandes parties constitutives d'une machine à papier.

La feuille de papier présente une structure hétérogène car, au cours de sa formation sur la table plate, les fibres s'orientent préférentiellement dans le sens de défilement de la toile, c'est-à-dire dans le sens « marche » ou « machine ». Ce phénomène, induit par le procédé de fabrication, entraîne une différence marquée des propriétés mécaniques suivant le sens des contraintes :« marche » ou « travers ». Ceci est illustré par exemple (tableau 1) relatif aux caractéristiques mécaniques minima demandées aux papiers pour sacs de grande contenance (GC).

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transformationtransformationhydratationetfibrillationExterne des fibres

Dilution etHomogénéisationde la suspensionfibreuse

formationde lafeuille etégouttage

abaissement progressif du Taux d'humidité de la feuille

pourcentagepourcentaged'eau :d'eau : 95 99 80 55

Figure 2 : De la pâte au papier brutDe la pâte au papier brut

pâte papiersécheriepressestable plate

Caissede tête raffineur

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Tableau 1Tableau 1: Caractéristiques mécaniques : Caractéristiques mécaniques minima des papiers pour sacs de grande minima des papiers pour sacs de grande

contenance (D’après la norme Afnor NF Q contenance (D’après la norme Afnor NF Q 12-005)12-005)

SensSens

Longueur de Longueur de rupture rupture

(en mètres) (en mètres) supérieure àsupérieure à

Allongement à Allongement à la rupture la rupture

( en % ) ( en % ) supérieure àsupérieure à

Index de ruptureIndex de rupture

(= longueur(= longueur× × allongement ) allongement )

supérieure àsupérieure à

Machine 5 OOO 2 12 000

Travers 3 000 4 16 000

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La solidité du papier est due à: L’enchevêtrement de fibres au cours de la formation de la

feuille. L’existence de liaison hydrogène entre les groupements

hydroxyls portés par 2 molécules de cellulose appartenant à 2 fibres voisines. Ces liaisons s’établissent lors du séchage.

3. Quelques traitements complémentaires du papier :

a/Traitements mécaniquesa/Traitements mécaniques

Dans la partie sécherie, le papier peut être frictionné par passage sur un rouleau de grand diamètre recouvert d'un feutre et coiffé d'une hotte avec air soufflé. La face en contact avec le rouleau prend un aspect glacé si elle a été préalablement mouillée. Ce traitement est appliqué pour la face extérieure de sacs de grande ou petite contenance mais aussi pour le recto de cartons pour boîtes pliantes

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En fin ou en dehors de la machine à papier, l'opération de calandrage Consiste à faire passer la feuille de papier sous très forte pression entre des rouleaux dont la surface est alternativement en fonte et en une matière beaucoup plus tendre comme de la laine, du coton ou du papier.

Il s’en suit de micro glissements entre les fibres du papier dont l’effet est de le satiner.

Le papier cristal est ainsi obtenu par un très fort calandrage d’un papier brut préparé à partir d’une pâte chimique à l’hydrogénosulfite fortement raffinée et ne contenant pas de charges minérales.

b/ Couchage des papiersb/ Couchage des papiers

Le couchage est un dépôt sur une ou sur les deux faces du papier d'un enduit à base de pigments fins. Il rend microporeuse la surface du papier et améliore sa blancheur, son brillant et son toucher. Parmi ces pigments, on cite des imperméabilisants, des colorants, des azurants optiques.Les azurants ne sont pas autorisés dans les papiers d’emballage alimentaire

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c/ Traitements chimiquesc/ Traitements chimiques

1- Visant à améliorer la résistance aux graisses:*Un papier brut, sans charge et très poreux, est plongé dans de

l’acide sulfurique puis rincé à l’eau ammoniacale.Les fibres de cellulose à la surface sont attaquées et se

transforment en une sorte de ciment qui donne au papier sulfurisé un aspect translucide et surtout une imperméabilité aux graisses.

*Le procédé « scotchban »: dépose de chaînes de dérivés fluorés inertes oléophobes.

Ces dérivés ne risquent pas de migrer vers le produit emballé car ils sont très fortement fixés à la cellulose.

2- visant à améliorer la résistance à l’eau et à la vapeur d’eau

Addition de paraffine ( le papier devient moins perméable à la

vapeur d’eau).Addition de résines dans les pâtes ou dans la sauce de couchage comme les mélanges urée-formaldhéyde ou urée-mélamine et amidons cationiques dialdhydés.

Les papiers correspondants sont appelés résistants humides (RH) ou « wet strenght » (WS).

IV/ Le carton plat : Un carton est un papier présentant un grammage (poids au mètre carré)important donc une rigidité élevée. En général, la limite se situe vers 225 g/m².Par suite, un carton est obtenu par l'association de plusieurs feuilles de papier (« jets ») assemblées à l'état humide, pressées puis séchées. Cette technique permet d'associer des jets de composition différente.

1. Principales compositions des cartons :L'ensemble des jets jointifs de même composition s'appelle une couche. Si le carton ne possède qu'une seule couche, il est dit homogène. Si le carton présente un changement de composition suivant son épaisseur, il est dit double couche (norme ISO, 4046/1978-6.7), chaque couche pouvant être constituée d'un nombre variable de jets.

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Duplex :carton double couche:la couche recto a une composition variable et la couche verso est constituée par des fibres de récupération(gris).

Triplex: carton triple couche:la couche recto a une composition variable, un intérieur gris et un verso en pâte mécanique.

Pour les cartons duplex ou triplex, la couche recto a généralement une composition plus noble que les autres couches.

si le recto comprend: • 100 % de pâte chimique, le carton est dit surfin.• Au minimum 50 %, le carton est dit fin • Plus de 30 %, il est appelé mi-fin.

2.Transformation du carton plat : Il s'agit principalement de la confection de boites pliantes. Le carton plat, en feuilles ou en bobines, est imprimé, principalement en offset ou en héliogravure pour le cartonnage de luxe, et souvent vernis pour la protection de l'impression et sa mise en valeur. Le carton est ensuite soumis aux opérations simultanées de la découpe et du rainage.

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a/ a/ RainageRainage : :Le rainage crée dans la feuille de carton des zones où sa rigidité est fortement réduite et autour desquelles les panneaux de la boite pourront facilement pivoter au cours de sa mise en volume. La géométrie de la rainure (profondeur et largeur) doit être parfaitement maîtrisée pour obtenir, quand la boîte est mise en volume par l'utilisateur, des faces bien planes avec des arêtes nettes et sans cassure du carton (tableau. 2).

b/ Découpe et collageb/ Découpe et collage:: La découpe est liée au type de boîte à réaliser.

c/c/Gaufrage Gaufrage :: C'est une déformation permanente du carton par des motifs au relief bien défini. Elle est souvent réalisée sur un carton imprimé, voire métallisé. Le gaufrage est positif si le dessin est en relief, négatif dans le cas contraire.

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Tableau 2:Tableau 2:Influence de la profondeur et Influence de la profondeur et de la largeur du rainage sur la mise en volume de la largeur du rainage sur la mise en volume

de la découpe à platde la découpe à plat

Profondeur

Largueur

Trop profonde Pas assez profonde

Trop large Rainage inefficace

Angles de pliage

Médiocre

(panneaux bombés)

Pas assez large Cassure du carton Cassure des jets

Superficiels

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d/Dorure à chaud :d/Dorure à chaud :

On colle sur le carton un film complexe métallisé par un fer à dorer sous l'effet la chaleur. Si le film couvre un dessin en relief, la dorure à chaud s'effectue en même temps que le gaufrage pour diminuer les risques d’erreur entre le dessin et le film . ( figure 3)

Le formage est une mise en volume du carton en objets rigides et creux présentant parfois plusieurs compartiments. Souvent, le carton homogène utilisé est complexé et imprimé au préalable ce qui permet d'une part la cuisson éventuelle du contenu au four micro-onde ou traditionnel et d'autre part un attrait supplémentaire du couple emballage - produit alimentaire.

e/ Formage :e/ Formage :

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Figure 3:Figure 3: Gaufrage et dorure à chaud Gaufrage et dorure à chaud d’un carton platd’un carton plat

Film support

Vernis de délaminage

Couche métallique

Adhésif

Source de chaleur

Fer à gaufrer et à dorer

Carton

Contrepartie

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3.Les cartons complexes :

a/Enduction par extrusion ou contrecollagea/Enduction par extrusion ou contrecollage

Par extrusion, on applique un plastique thermofusible à l'état fondu sous forme de film sur le carton. Le film est alors aussitôt pressé sur la surface du carton par un rouleau refroidisseur ce qui donne une surface parfaitement lisse. Par contrecollage, le carton est doublé d'un film plastique ou d'un film d'aluminium qui apporte des propriétés barrières aux odeurs et à l'oxygène d'où son emploi pour l’emballage de produits sensibles comme le chocolat.

En association avec un papier sulfurisé, il s'emploie pour l'emballage des corps gras, le papier apportant la résistance a la graisse et aux micro-organismes, l'aluminium étant barrière à la vapeur d'eau, à la lumière et aux UV.

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Parmi les plastiques, le polyéthylène est une bonne barrière à l'humidité et permet le scellage,donc l'étanchéité de l'emballage d'oùson utilisation par exemple avec les aliments surgelés. Le polypropylène, résistant aux températures élevées, est associé au carton pour les plats cuisinés à réchauffer directement dans l'emballage. Le polyéthylène téréphtalate (PET), du fait de sa résistance aux graisses et aux températures très élevées, permet même la cuisson des aliments.L'association du carton, du polyéthylène et de l'aluminium est à la base de l'emballage des liquides alimentaires, ces trois matériaux apportant l'ensemble des qualités requises pour ces types de produit comme le montre ( figure 4 ) .

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permetle scellageet protègele décor

assurela rigiditéet supportele décor

permet uneséparation faciledes composantsau cours du recyclage

matériaubarrièreaux gazet à la lumière

permetle scellageet se trouveau contact de l’aliment

milieuextérieur

liquidealimentaire

carton polyéthylène aluminium

Figure 4Figure 4 : Emballages parallélépipédiques : Emballages parallélépipédiques Complexes pour liquides alimentaires : Complexes pour liquides alimentaires :

exemple de compositionexemple de composition

polyéthylènepolyéthylène

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b/ Métallisation :b/ Métallisation :

Lorsqu'un effet esthétique ou un très bel état de surface est simplement recherché, on se limite à fixer en surface du carton un dépôt métallique dont l'épaisseur est 1000 à 10000 fois plus faible que celle des films métalliques contrecollés.La métallisation peut s'effectuer sous vide poussé, un résultat satisfaisant impliquant un état de surface du support (papier, carton mais aussi plastique) le plus lisse possible. Cette contrainte est évitée en opérant, non plus sous vide, mais par transfert à froid de la couche métallisée d'un support récupéré après l'opération. Le papier métallisé est utilisé, par exemple, pour l'emballage des pâtes à mâcher.

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V/carton ondulé :

Le matériau de base est constitué par plusieurs feuilles planes de papier appelées couvertures (à l'extérieur) ou médianes (à l'intérieur) et d'une, voire de deux ou trois feuilles ondulées formant des cannelures, l'ensemble étant assemblé avec de la colle .

L'association la plus simple - une couverture et une feuille ondulée - correspond au simple face (SF) et constitue déjà un matériau d'emballage utilisé en calage ou comme protection de bouteilles par exemple.

L'addition d'une deuxième couverture donne naissance au double face (DF).

Le double – double face (DD) associe deux simples faces et une couverture et le triple cannelure (TC) regroupe trois simples faces et une couverture.

1.Présentation générale :

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2.Nature des constituants du carton ondulé :

Papiers couverture : La meilleure qualité (kraft liner) est naturellement fabriquée à partir d'une pâte chimique de fibres neuves de résineux. Ils représentent la plus grande part de la production des papiers couverture. Elle peut comporter au maximum 20% de fibres de récupération. Papiers cannelure : Le papier cannelure mi-chimique peut contenirminoritairement des FCR provenant de déchets de caisserie ou de caisses carton récupérées.

Colles :Colles : Elles sont à base d'amidon de maïs, de pomme de terre ou de blé. L'amidon en poudre est mélangé à froid avec du borax ou de l'hydroxyde de sodium qui permettent d'abaisser la température de prise de la colle vers 35 °C. (addition également de bactéricides et de résines thermodurcissables)

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3.Fabrication du carton ondulé (onduleuse)

a/ Machine simple face:a/ Machine simple face:

Elle correspond aux groupes simple face indiqués (figure 5).

b/ Assemblage et débits :b/ Assemblage et débits :

Le carton ondulé simple face (produit par la machine n2, figure 5) est encollé sur ses crêtes restées libres puis jonctionné avec une deuxième couverture pour produire du double face.

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Figure 5 :Figure 5 :Schéma d'une onduleuseSchéma d'une onduleuse

Simple face n° 1Simple face n° 1

cannelurecouverturedouble face (DF)couverture colle

Simple face n°1 Simple face n°2 Double encolleuse (ou encolleuse double face

Tables chauffantes

Mitrailleuse Coupeuses transversales

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5. Classification des emballages en carton ondulé :

Le code FEFCO - ASSCO définit les formes d'emballage en carton Ondulé (et en carton compact qui est un carton plat de très gros grammage supérieur à 1000 g.m² ,également apte à la fabrication de caisses d'expédition).Les deux premiers chiffres donnent le groupe d'emballage, les deux suivants correspondent aux différentes variantes dans le même groupe (figure 7)Exple: 02 caisses à rabats: 0201:caisse « américaine » de très grande diffusion car sa découpe pratiquement rectangulaire, minimise les chutes de cartons.FEFCO:Fédération Européenne des Fabricants de Carton OnduléASSCO: Association européenne des fabricants de caisses en carton compact

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Figure 7 : Figure 7 : Exemples de découpes pour Exemples de découpes pour emballagesemballages

en carton onduléen carton ondulé30

VII/ Papier et environnement :

1.Introduction :Le recyclage des produits usagés à base de papiers et de carton (emballages , produits de l’impression graphique , journaux …) est le retour de ces produits dans le cycle de la production de la filière papiers – carton. En effet , c’est au terme d’un processus de production que la matière première est régénérée puis transformée en produits similaires , à l’exemple de la caisse en carton usagé qui redevient caisse en carton ou du journal qui redevient journal .Quant au désencrage , qui consiste à séparer l’encre des fibres , il s’agit d’une opération facultatif qui n’est mise en œuvre que lorsque la qualité du produit fini l’exige .De même il faut extraire d’autres matières lors du recyclage (agrafes ,plastique ,…) , qui constituent également des déchets reçus avec la marchandise entrante .

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2.Recyclage :

Flux collectésFlux collectés : :

La fraction collectées porte sur toutes les sortes existantes d’emballages , répertoriées dansla norme NF EN 643[21] .La norme NF EN 643 spécifie qu’aucune papeterie ne peut utiliser de papier – carton d’emballage provenant de tri sur ordures brutes .La récupération des emballages en papier – carton provient donc soit :

de la collecte sélective auprès des ménages , en apport volontaire par contenu ou en porte à porte .

d’un réseau de collecteurs industriels spécialisés .

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Les sortes concernées sont :

Papiers et cartons mêlés d’origine ,triés (sorte industrielles ) Emballages commerciaux (emballages en papier ou carton

usagé comportant au moins 70 % de carton ondulé , le reste étant constitué de carton plat et de papier et de papiers d’emballage ) .

Ondulés récupérés ( caisses et feuilles usagées de cartons ondulés de diverses qualités ).

Papiers et cartons récupérés mêlés ( papiers et cartons mêlés non triés , séparés à la source ) , dont ceux collectés dans le circuit municipal .

Emballage mêlés (mélange de diverses qualités d’emballages , papier et carton exempt de journaux et de magazines ) –EMR-

Emballages en carton pour liquide alimentaire (ELA).

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Procédés :Procédés :

Le papier carton réceptionné sous forme de balles , en provenancedes centres de tri et des récupération , fait l’objet de contrôle portant sur :

le taux d’humidité , la sorte triée , en fonction de sa classification dans la norme

NF EN 643, l’aspect général des balles livrées (qualité , quantité , contenu…)

Les principales étapes du recyclage des emballages en papier carton consistent à :

séparer les produits fibreux des autres produits contaminants que le tri n’a pas éliminé

séparer les fibres des autres éléments qui leur sont associées; encres , vernis ,autres matériaux .

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Figure 8:Figure 8: Schéma de recyclage et de production Schéma de recyclage et de production de pâte à papierde pâte à papier

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La profession a distingué quatre niveaux de recyclabilité des papiers et carton d’emballages et d’emballages à base de papier- carton .

Recyclage par pulpeur classique ( concentration fibreuse 5 à 6 % ) ou pulpeur hélicoïdal à haute concentration sans addition de produits chimiques suivi d’une épuration élémentaire de protection .

Recyclage de niveau standard (nécessitant un équipement standard ) : recyclage avec l’équipement élémentaire auquel s’ajoute une épuration standard -classage et cyclonage (cleaner )-d’une part en pâte épaisse .D’autre part ,de façon élémentaire , en pâte diluée .

recyclage de niveau alimentaire :

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recyclage de niveau renforcé (nécessitant un équipement renforcé ) : toute installation faisant appel à des procédés nécessitant un ou plusieurs des éléments suivants :

-élimination de l’encre (flottation ou lavage ) -épuration fine poussée (cleaners pour contaminants lourds -et légers , classage à fentes et à trous ).-trituration à chaud -autres équipements spéciaux

Recyclage de niveau spécialisé ( nécessitant un équipement spécifique ), installations nécessitant le traitement des matières en lots homogèneset une chaîne spécifique (traitements mécaniques ,chimiques …)ou ayant subi des adaptations particulières (par exemple pour traitements WS , complexes papiers / plastiques /aluminium …) .

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Quelques essais relatifs aux papiers et cartonsLa plupart de ces essais ne se font qu’après un

conditionnement préalable de l’échantillon dans une atmosphère normalisée ( 23°C et 50% d’humidité relative).

Épaisseur Grammage Résistance au déchirement Résistance à l’éclatement Évaluation de la blancheur Mesure du lissé Absorption d’eau Imperméabilité aux graissesTous ces essais font objets de textes normatifs.