Méthode statistique d'analyse et de prédiction des casses de la feuille dans une machine à papier

Le papier journal est un terme qui s'applique à un grade de papier dont le poids de base est compris entre 40 g/m² et 59 g/m² et qui sert à l'impression de journaux. Une grande quantité de ce papier est absorbée par les quotidiens et les hebdomadaires, le reste est utilisé pour l'impression de prospectus, d'encarts, de suppléments de journaux et d'annuaires. Le papier journal est produit à partir de pâte mécanique car elle répond aux exigences d'une telle utilisation pour un faible grammage. La pâte mécanique conserve tous les constituants du végétal original (cellulose, hémicellulose et la lignine) ; elle est obtenue avec un rendement élevé de 95%. Le Québec joue un rôle très important dans ce segment. Il contribue à plus de 11% de la production mondiale du papier journal. Cependant, le procédé de fabrication du papier est très interactif et les ajustements opératoires affectent plusieurs variables à la fois. Ces ajustements causent, dans la plupart des cas, des perturbations qui se propagent dans toutes les sections de l'usine. Ces perturbations qui affectent aussi la machine à papier, parfois au niveau de sa caisse d'arrivée, peuvent augmenter les probabilités d'occurrence des casses de la feuille. La casse de la feuille est la rupture totale de la feuille sur la machine à papier. Elle engendre le rejet du papier en dehors des spécifications pendant le recouvrement du papier sur la machine et aussi avant le rétablissement de l'équilibre de fonctionnement de la machine. Quelquefois, et même si le papier a des spécifications acceptables, les bobines endommagées à cause des casses ont des prix de vente dévalués, ce qui fait de la casse de la feuille sur une machine à papier un problème très coûteux et perturbateur. Cette étude qui s'inscrit dans le cadre du projet stratégique de recherche intitulé « Approche stratégique d'optimisation des opérations dynamiques d'usine intégrée de papier journal », se veut comme objectif principal, l'établissement de liens entre les casses de la feuille et les événements discrets tels que, les changements soudains des proportions des pâtes dans le système d'approche de la machine à papier. Pour atteindre cet objectif, une méthodologie a été développée. Elle permet d'identifier et de caractériser une catégorie particulière de casses possiblement causée par des événements discrets se produisant au système d'approche des machines à papier et qui génèrent de la variabilité dans la caisse d'arrivée. Cette méthodologie permet aussi d'établir des modèles probabilistes pour la prédiction des casses et de mettre en place un indice pour les casses qui peut être utilisé en ligne afin d'identifier d'éventuelles causes des casses de la feuille. La méthodologie inclut la statistique et l'analyse de risques pour les casses avec des causes définies et des causes inconnues. La méthode statistique étudiée est une combinaison non linéaire de variables : la régression logistique binaire. L'outil utilisé pour l'analyse de risques est l'arbre des défaillances appelé aussi arbre des causes ou arbre des défauts. L'étude de cas a été menée sur une usine intégrée de papier journal d'Abitibi-Consolidated à Shawinigan (Belgo). Elle produit environ 400 000 t par an de papier journal avec plus de 30 différents grades sur quatre machines à papier différentes. La moyenne des casses non intentionnelles par jour et par machine retenue pour cette étude durant neuf mois de fonctionnement est de 2.68, 4.14 2.75 et 1.96, ce qui représente une perte moyenne en production d'environ 48 t/jour. Les données collectées à l'usine proviennent de deux systèmes d'acquisition de données « PI system » et « Proficy ». Ces données ont été utilisées pour prédire l'occurrence des casses en établissant des modèles probabilistes. Les résultats confirment que certains événements discrets tels que les changements des proportions de la pâte cassée et de la pâte thermomécanique (PTM) augmentent les probabilités d'occurrence des casses de la feuille sur la machine à papier. Des indices logistiques différents pour chacune des quatre machines ont été développés pour la prédiction des casses, en s'appuyant sur ces résultats. En se fondant sur l'analyse des données historiques de l'usine, les indices ont réussi à prédire en moyenne 33% des casses dues à la variabilité dans la caisse d'arrivée. Les mêmes indices ont permis d'identifier les causes de 10% des casses initialement indéterminées sur le total de toutes les casses, intentionnelles et spontanées. Si la méthodologie est appliquée et les indices utilisés, les indices logistiques des casses peuvent sensibiliser les ingénieurs aux événements critiques conduisant à augmenter les probabilités d'occurrence des casses, et permettre d'approuver des changements dans les pratiques opératoires pour réduire les casses dues à la variabilité dans la caisse d'arrivée et ainsi, améliorer le taux de rendement global « TRG » des machines à papier.