Les objectifs principaux des travaux de recherche réalisés sont de caractériser, quantifier et corréler les changements induits lors du recyclage sur les fibres, la pâte et le papier. Pour ce faire, des techniques de caractérisation spécifique ont été utilisées telles que la chromatographie inverse d'exclusion stérique (ISEC), l'analyse mécanique dynamique (DMA), la microscopie électronique à balayage environnementale (ESEM), la microscopie à force atomique (AFM) et la tomographie à rayons X. Le racornissement des fibres à elle seule ne peut pas expliquer totalement la perte de résistance des fibres. Lors du recyclage la largeur des fibres, l'épaisseur des parois fibreuses, la courbure, le nombre de coudes et d'irrégularité diminuent. Les points faibles à l'intérieur de la paroi augmentent dans les premiers et les derniers cycles de recyclage. Les fibres deviennent plus dures et cassantes à l'état sec. Les forces capillaires et la friction de surface augmentent à l'état humide. La surface de liaison entre fibres dans le réseau fibreux diminue initialement à cause de la perte de la flexibilité des fibres à l'état humide et des éléments fins alors que l'augmentation qui suit peut être reliée au collapse du lumen. Comme la solidité des fibres de diminue pas, la baisse des caractéristiques mécaniques du papier pourrait être attribuée à la dégradation de la qualité des liaisons et plus particulièrement à une délamination partielle de la couche P/S1.

Les pâtes à dissoudre, composées à 95% de cellulose, sont la matière première pour la production de fibres cellulosiques régénérées (viscose, Lyocell…) et de dérivés cellulosiques (ester, éther ou nitrate de cellulose). En tant qu’alternative aux matériaux issus de ressources pétrolières, ces produits connaissent actuellement un fort regain d’intérêt. Ainsi, la production de pâte à dissoudre devrait croître fortement au cours de la prochaine décennie. L’objectif de cette thèse est de proposer des procédés de conversion d’une pâte papetière de résineux en pâte à dissoudre. Pour cela les hémicelluloses présentes dans les pâtes kraft papetières doivent être extraites. Trois méthodes d’extraction d’hémicelluloses ont ainsi été étudiées : (1) une extraction alcaline à froid (CCE) dans des conditions non conventionnelles, (2) un procédé se divisant en deux étapes successives : un stade acide à haute température (150°C) suivie d’une extraction alcaline à chaud (AHCE) et (3) une hydrolyse enzymatique par trois enzymes commerciales (une xylanase, une mannanase, une cellulase). Les deux premières méthodes ont permis de produire des pâtes avec des caractéristiques proches des pâtes à dissoudre commerciales. Cependant, dans les trois voies d’extraction étudiées, l’extraction d’hémicelluloses n’a jamais atteint 100%. Des prétraitements des pâtes (raffinage, explosion à la vapeur, oxydation TEMPO) ont alors été testés pour améliorer l’extraction des hémicelluloses. De nouvelles séquences de purification basées sur la combinaison d’une étape de raffinage suivie d’une extraction alcaline à froid (CCE) peuvent être ainsi imaginées. La dernière partie de ces travaux de thèse s’est intéressée au gonflement des pâtes à dissoudre. Les travaux ont abouti à la création d’une nouvelle méthode simple et rapide de caractérisation du gonflement des fibres de pâte cellulosique. Cette méthode de mesure peut être, dans certaines conditions, considérée comme une mesure alternative de la réactivité des pâtes à dissoudre habituellement caractérisée par le test Fock. / Dissolving pulps, which are composed of 95% cellulose, are the raw materials for the production of regenerated cellulose fibres for textile application and for the production of cellulose derivatives. These products are alternatives to oil based materials. A growing demand in such products is expected in the next decades. Therefore, additional capacities in the production of wood dissolving pulp must be created. The purpose of this work is to develop hemicellulose removal processes with the aim to convert a softwood kraft paper pulp into a dissolving pulp. Three extraction methods were tested: (1) A cold caustic extraction process (CCE) performed under conventional and unconventional conditions; (2) A process consisting in an acid stage at high temperature (up to 150°C) followed by a hot caustic extraction (A-HCE); (3) An enzymatic hydrolysis using xylanase, mannanase, and cellulase. Conversion was quite successful with the two first processes. However, 100% of hemicellulose removal was never reached. In order to improve the hemicellulose extraction efficiency, several pre-treatments were tested (refining, steam explosion, TEMPO oxidation). The addition of a refining stage allows a reduction of the NaOH concentration during CCE extraction without affecting the hemicellulose extraction efficiency. The last part of this thesis work focus on the dissolving pulp swelling. A new and rapid test for the characterization of fibre swelling was developed. This method was used as an approach to the assessment of dissolving pulp reactivity in the viscose process in place of the Fock’s method.

Les objectifs principaux des travaux de recherche réalisés sont de caractériser, quantifier et corréler les changements induits lors du recyclage sur les fibres, la pâte et le papier. Pour ce faire, des techniques de caractérisation spécifique ont été utilisées telles que la chromatographie inverse d'exclusion stérique (ISEC), l'analyse mécanique dynamique (DMA), la microscopie électronique à balayage environnementale (ESEM), la microscopie à force atomique (AFM) et la tomographie à rayons X. Le racornissement des fibres à elle seule ne peut pas expliquer totalement la perte de résistance des fibres. Lors du recyclage la largeur des fibres, l'épaisseur des parois fibreuses, la courbure, le nombre de coudes et d'irrégularité diminuent. Les points faibles à l'intérieur de la paroi augmentent dans les premiers et les derniers cycles de recyclage. Les fibres deviennent plus dures et cassantes à l'état sec. Les forces capillaires et la friction de surface augmentent à l'état humide. La surface de liaison entre fibres dans le réseau fibreux diminue initialement à cause de la perte de la flexibilité des fibres à l'état humide et des éléments fins alors que l'augmentation qui suit peut être reliée au collapse du lumen. Comme la solidité des fibres de diminue pas, la baisse des caractéristiques mécaniques du papier pourrait être attribuée à la dégradation de la qualité des liaisons et plus particulièrement à une délamination partielle de la couche P/S1. / Incorporation of recycled fibres in high value paper products can reduce costand environmental loads. Papermaking potential of cellulosic fibres decreaseswith recycling. The phenomenon of fibre hornification during pressing anddrying is normally held responsible for the loss in strength. To study the impactsof recycling on pulp, fibre and paper properties some non conventionalcharacterisation techniques like fibre saturation point, X-rays microtomography,environmental scanning electron microscopic observations, atomic forcemicroscope (PeakForce QNM mode) and inverse size exclusion chromatography(ISEC) were used. In order to achieve good reproducibility of ISEC measurements,a semi-automatic column fabrication pilot system was built. Thetechniques were first validated on refining process before being applied to therecycling process. In this study, it was found that fibre hornification alone cannot fully explain loss in strength during recycling. The loss in strength is muchmore complex and it is required to understand the morphological and ultrastructural changes associated with recycling. Fibre width, cell wall thickness,curl, kink, irregularities decreased during recycling. Fibre became hard andbrittle in dry state. Number of weak points in the fibre wall were increasedinitially and in the later recyclings. The increase in wet breaking length indicatesincreased surface friction and capillary forces with recycling. Decreasein bonded area during first recycle may be caused by the loss of fines and fibreflexibility whereas the increase afterwards may be linked to the lumen collapse.The strength of fibres did not decrease with recycling as shown by zero-spanbreaking lengths therefore the quality of bond may be deteriorated. It wasthought that the partially delaminated P/S1 layers may be responsible for theloss of paper strength. It is suggested since the significant change is associatedwith the pressing and drying of never dried pulp therefore the drying processneeds to be revisited. The delaminated layer should be restored so as to increasethe recyclability of the recovered fibres for high value paper. Influenceof recycled pulp blends on physical properties of paper was also studied. It wasrevealed that small quantity of recycled pulp can be used without significantlyaffecting the mechanical strength properties.