Aujourd’hui, les emballages cellulosiques bruns présentent en France un taux de recyclage élevé, de 87%. Pourtant, afin de maintenir une qualité des papiers recyclés suffisante, il est nécessaire d'ajouter des fibres vierges ou de l’amidon aux fibres recyclées, afin de compenser la perte de résistance liée à l’hornification et aux contraintes mécaniques répétées lors des recyclages successifs. Ces solutions posent malheureusement des problèmes industriels et environnementaux.
Ces travaux de thèse étudient une stratégie plus durable pour valoriser les fibres recyclées et renforcer le papier sans l’usage d’additif grâce à l’oxydation par l’ozone. L’ozone est un oxydant propre utilisé à température ambiante qui ne laisse aucun résidu et introduit sélectivement des groupes oxygénés, notamment des groupes carboxyle, sur la lignine. Comme les vieux cartons ondulés (OCC) sont principalement composés de pâte kraft contenant une lignine très réactive, l’ozone peut augmenter l’hydrophilie de la lignine, renforcer les liaisons hydrogène interfibres et ainsi améliorer la résistance du papier. Effectivement, appliquée sur une pâte issues d’OCC, l’ozonation s'est avérée très efficace : en appliquant 2% d’ozone, les résistances à la traction et à l’éclatement ont augmenté de plus de 10%. Pour mieux comprendre les effets de l’ozone, une pâte modèle sans contaminant, issue de fibres vierges, est recyclée en laboratoire puis ozonée.
Les résultats montrent que les propriétés mécaniques perdues lors du recyclage peuvent être restaurées grâce à l’introduction de groupes COOH sur la lignine et à la réouverture partielle du lumen des fibres hornifiées. D’autres approches, telles que l’utilisation d’agents de réticulation ou d’aminoalkoxysilanes, ou le recours au raffinage, sont également testées pour comparaison. Les pâtes ainsi traitées sont aussi remises en suspension avant d’être utilisées pour refaire du papier afin d’évaluer si les améliorations se maintiennent lors de recyclages successifs.
La conclusion principale est que l'ozonation et le raffinage sont les seules voies efficaces avec une amélioration significative de la résistance du papier recyclé. Toutefois, le raffinage est très énergivore, ce qui fait de l’ozonation une nouvelle voie « d’upcycling » durable et très prometteuse.
