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Historique

 

Le papier est né d'une nécessité d'inventer un support pour l'écriture. Au début, l'homme des cavernes écrivait sur la pierre, il avait alors découvert une forme d'encre, mais pas encore un support.

Ce sont les égyptiens qui vont inventer le papier, le plus proche de celui que l'on connaît aujourd'hui : le papyrus. C'est un matériau léger, renouvelable (car il est réutilisé et qu'il provient d'une plante qui pousse régulièrement). Malheureusement, les inconvénients sont assez nombreux : la préparation est assez délicate et coûteuse, on écrit que sur un seul côté, il se dégrade à l'humidité, et est mangé par les insectes, mais surtout il ne peut pas être plié, il doit être conservé en rouleaux.

Outre le papyrus, il y a aussi le Parchemin, créé pour faire face à la pénurie du papyrus, il est obtenu à partir de la peau d'animaux morts (chèvre, mouton, veau), les meilleures pièces provenant de veaux mort-nés. Ses avantages : on trouve la matière première partout, il est résistant, on peut écrire des deux cotés, et s'efface facilement. Inconvénients : le coût de fabrication est très élevé, car il faut beaucoup de temps pour préparer le support, et beaucoup de temps pour copier le livre (travail qui peut prendre plus d'une année).

Plus tard sera inventé la première pâte à papier à partir de vieux chiffons, d'écorces et de filet réduits en bouillies. Les avantages et les inconvénients sont ceux que nous connaissons pour le papier moderne. Vers 1840, une pénurie de chiffons oblige les papetiers à trouver une autre matière première : le bois.

 

Matière première de la pâte à papier

 

De nos jours, les trois matières premières pour la pâte à papier sont : les chiffons, le bois, et le papier que l'on recycle. Leur point commun est la molécule de cellulose, qui est un polymère naturel, cette molécule forme des fibres permettant de faire le papier.

 

Néanmoins, les deux principales sources de cellulose sont : le papier recyclé et le bois. Le coton présent dans les chiffons est utilisé pour le papier de qualité comme pour les billets de banque.

 

Pâte à papier

 

Dans une première cuve, on introduit la matière première, c'est-à-dire la cellulose, et l'eau. Des proportions en eau et en fibre, va dépendre l'épaisseur de la feuille, une feuille ordinaire à 80g/m2 est préparé à partir de 1/6 de fibre et de 5/6 d'eau. Si on met plus d'eau, on aura un papier plus fin, à l'opposé si on met moins d'eau on aura un papier plus épais.

Pour préparer la pâte à papier à partir du bois, on doit d'abord ôter la lignine qui est la 'colle naturelle' du bois et qui lui donne cette robustesse, en assemblant entre elles toutes les fibres de cellulose. Pour cela on a deux possibilités :

  •  soit on utilise un produit chimique qui va réagir avec la lignine et qui par conséquent va la dissoudre, on aura alors d'un côté les fibres de cellulose avec très peu de lignine et de l'autre on aura la lignine qui a réagit. Ce type de procédé donne la pâte chimique.
  • soit on utilise une machine, qui va broyer le bois, et donc casser sa robustesse, on aura alors une pâte constituée d'un mélange de fibre de cellulose et de lignine. C'est la pâte mécanique

Une autre technique, actuellement testée par les chercheurs de l'Inra de Marseille, pourrait bientot voir le jour. En effet, il existe une enzyme, la lacasse, issue d'un champigon, qui permet de "détruire" la lignine, et ceci de facon non polluante. Une fois la pâte obtenue, il faut la blanchir. Ce n'est pas une opération qui est toujours nécessaire. Si par exemple on veut préparer du carton à partir de bois, rien ne sert de blanchir la pâte. Par contre si on veut la blanchir, on doit utiliser un oxydant (c'est-à-dire un produit chimique qui va blanchir la pâte) mais ce produit ne doit pas polluer, et il dépend de la pâte que l'on a préparé.

  • Pour la pâte mécanique on blanchit avec de l'eau oxygénée, l'avantage ce sont les produits de dégradation qui sont de l'eau, et de l'oxygène c'est-à-dire des produits non polluants.
  • Pour la pâte chimique, on utilise le bioxyde de chlore (qui a remplacé le dichlore qui polluait), l'oxygène, ou bien encore l'ozone. Ces deux derniers ayant l'avantage de ne pas polluer.

Lorsque la pâte est blanche, on la met dans une cuve dans laquelle on va rajouter des charges minérales afin de rendre le papier encore plus blanc. Pour cela on peut mettre de l'oxyde de titane qui est le pigment le plus blanc que l'on utilise notamment en peinture. Les charges minérales servent aussi à rendre le papier plus résistant. On peut aussi ajouter des colorants si on veut que le papier ait une couleur particulière.

Enfin, on rajoute aussi un agent de collage qui permet au papier d'être moins absorbant. Ca nous permet de pouvoir écrire dessus, car sans agent de collage le papier est absorbant et l'encre de stylo plume bave, alors qu'avec l'agent de collage on a un papier moins absorbant où l'encre de bave pas. Comme agent de collage on peut utiliser de la gélatine, ou de l'amidon ou tout autre type de colle.

Ensuite, la pâte est mise dans le raffineur dont le rôle est de lier étroitement les fibres et l'eau. Car l'eau est le véhicule de la pâte, une pâte est constituée de fibres mais aussi d'eau, un mélange homogène donnera une feuille homogène.

Dans l'industrie papetière, au début on trouvait deux types d'usines. Les premières traitaient la cellulose, la blanchissait, ajoutait les charges minérales etc... Elles formaient ensuite des blocs de pâtes sèches qu'elles revendaient aux secondes. Dans ces usines à partir de la pâte séchée, que l'on remettait dans l'eau, on formait les feuilles de papier. De nos jours, on ne trouve plus qu'un type d'usine, à l'entrée on insert la matière première, à la sortie on y récupère une feuille prête à l'emploi.

 

Machine à papier

 

Viens ensuite la partie de l'usine dans laquelle on fabrique la feuille de papier, à partir de la pâte que l'on a préparée jusque-là.

Dans un premier temps, la pâte est extraite sous forme d'une feuille continue, à l'aide d'un tamis. La vitesse du tamis est maintenue régulière, c'est ce qui permet de former une feuille d'épaisseur constante. Si l'on désire fabriquer du papier filigrané, il suffit de faire un dessin en relief sur le tamis, ce peut être : un nom de papetier, le type de papier, ou encore la tête d'un personnage comme sur les billets de banque. Cette marque rend le papier `infalsifiable'. Il faut savoir que le filigrane est une des choses les plus difficiles à reproduire. Une fois la feuille constituée il faut la vider de son eau. Pour cela la première opération consiste à faire passer la feuille entre deux presses, ce qui permet d'éliminer une bonne partie de l'eau. Car lorsque la feuille sort du tamis, elle est humide à environ 80%, à la sortie des presses elle ne l'est plus qu'à 60-70%. La feuille passe alors dans la sécherie ou la température permet d'évaporer l'eau encore présente dans la feuille. A la sortie de la sécherie la feuille est sèche, seulement on doit encore l'humidifier, car elle ne contient plus assez d'eau, c'est-à-dire moins d'eau que ce qu'il y a dans l'atmosphère. On procède donc à une ré-humidification contrôlée. Viennent ensuite les opérations destinées à rendre la feuille plus belle et d'une meilleure utilisation. Pour cela il y a le calandrage, qui permet de donner à la feuille une meilleure finition en la rendant plus lisse. La feuille passe alternativement entre un rouleau dur (en acier) et un mou (en cellulose par exemple). D'autres traitements permettent de préparer un papier glacé comme celui des magazines, ou bien de former du papier calque, rendu transparent par immersion dans un bain contenant des résines huileuses d'origine végétale ou minérale, comme le baume du Canada par exemple.

 

Papier : Résultat de la préparation

 

Une fois que l'on a créé la feuille, elle pourra servir à plusieurs choses, si on est parti de pâte mécanique on utilise le papier pour en faire des journaux c'est un papier de basse qualité, mais qui est aussi très résistant. Les papiers préparés à partir de pâtes chimiques peuvent aussi servir à l'imprimerie. L'industrie du papier journal à permis de faire beaucoup de progrès, aussi bien dans la fabrication du papier que dans les techniques d'impression. En fait lorsque l'on imprime sur une feuille il faut que l'encre ne `bave' pas comme on l'a vu précédemment, mais il faut quand même que l'encre pénètre dans la feuille et quelle sèche. Pour cela on utilise différents types d'encres, suivant leur mode de séchage :

  • pénétration : utilisé dans les stylos plumes par exemple.
  • évaporation du solvant.
  • oxydation.
  • polymérisation.

Bien sûr, on peut faire des mélanges dans les techniques de séchage, afin obtenir un meilleur résultat, c'est-à-dire une encre qui reste sur le journal lorsqu'on le lit. Une autre partie très importante dans le papier est la lutte contre le vieillissement. Cette lutte se fait sur deux fronts.

  1. Le premier consiste à éviter que le papier jaunisse avec le temps. Pour cela il faut voir pourquoi ce papier jaunit. En fait on l'a dit, pour préparer notre papier on est en général parti de bois dans lequel il y a de la lignine qui peut encore être présente dans le produit final, la feuille de papier. Avec le temps, la lignine réagit avec l'oxygène de l'air, en présence des rayons lumineux le processus est accéléré. La lignine est donc transformée, par un processus chimique, il se forme alors une autre molécule qui est de couleur jaune, ce qui explique le jaunissement. Pour éviter cela comment peut on faire ? Il suffit d'utiliser des pâtes chimiques qui ne contiennent pas ou peu de lignine.
  2. L'autre problème est quand à lui plus grave, car on l'a dit la feuille de papier est toujours un peu humide, et notre papier peut être lui aussi un peu acide à cause de l'air ambiant ou bien à cause de sa préparation. Mais aussi à chaque fois que l'on utilise le papier, car il devient acide tout simplement par contact cutané. Or l'acide détruit la cellulose qui est un polymère et qui forme la fibre. Les fibres sont alors détruites et le papier s'effrite, il est détruit définitivement. Pour parer à cela il existe trois grandes méthodes :
  • La polymérisation, qui permet à l'intérieur de la feuille de créer un autre polymère (un plastique), grâce à cette méthode, on redonne une deuxième vie au papier.
  • La désacidification en phase gazeuse, les livres sont mis dans un caisson hyper bar, comme pour les plongeurs, on élimine l'eau et on fait entrer un gaz qui neutralise l'acidité. Cette technique ne s'applique que sur les livres qui ne sont pas trop abîmés, elle est utilisée en prévention. Elle dure environ 60 heures. Les livres sont insérés dans le caisson hyper bar, dans lequel on fait le vide. Puis on chauffe légèrement afin de diminuer la teneur en eau. Ensuite, on introduit un gaz neutralisant l'acidité du papier, c'est le DEZ (DiEthylènique de Zinc), la réaction produit de l'éthane et de l'oxyde de Zinc. Après réaction les gazs sont évacués, la pression et la teneur en eau sont rétablis.
  • La désacidification en phase liquide, est la plus longue et la plus coûteuse, car on doit `démonter' le livre feuille par feuille, puis on passe les feuilles dans des bains de tampons successifs et enfin une fois les feuilles sèches on `remonte' le livre.

Une autre méthode, consiste à mettre le manuscrit sur microfilm.

Enfin une nouvelle méthode consiste à découper la feuille dans le sens de l'épaisseur et à y inclure entre les deux parties ainsi formées une nouvelle feuille blanche, qui solidifiera l'ensemble.

Le papier est aussi un bon moyen pour lutter contre les fraudes, on l'a vu avec le filigrane, mais il existe aussi d'autres méthodes. On peut par exemple y inscrire des messages qui ne seront visibles que par passage sous une lampe UV, ou bien on peut mettre des produits chimiques afin de rendre des chèques plus sûrs, ou encore insérer des fibres de couleurs visibles, et d'autres qui ne seront visibles qu'à la lumière UV.

 

Tout au cours de son processus de fabrication le papier est tiré dans tous les sens, on peut penser qu'il n'est pas très résistant, ce qui est justifié quand on sait avec quelle facilité on peut déchirer une feuille ou la froisser. Pourtant lorsque l'on fait une expérience de traction et que l'on fait porter à une feuille un poids de 2kg315, la feuille résiste parfaitement, mais jusqu'à quel poids ? Une feuille A4, à 80g/m2, pèse environ 5g (4.9896g), la feuille peut donc porter 463 fois son poids sans rompre, on comprend mieux pourquoi, il n'est plus rare de voir certaines chaises, ou certains bureaux fait en papier carton, encore plus résistant.

 

 

 

Quelques types de papiers

 

  • journal : mélange de 80% de pâte mécanique et 20% de pâte chimique, grammage de 52g/m2.
  • kraft : grande résistance 40 à 180g/m2.
  • cartons ondulés : formé au moyen d'une colle au silicate, ou à base d'amidon, 100 à 150g/m2.
  • papier pelure : correspondance aérienne, pâte chimique, 15 à 25g/m2.
  • papier de soie : translucide, 15 à 30g/m2, leur emploi principal était l'emballage de produits de luxe.
  • papier à cigarettes : 10 à 30g/m2, à partir de pâte chimique de bois.
  • papier bible : 25 à 36g/m2.
  • papier condensateur : 8 à 20g/m2.
  • papier photographique : grande pureté, grande neutralité chimique, tout en pouvant supporter les traitements aqueux prolongés, le collage y est très poussé. Il est souvent accompagné par une enduction superficielle de gélatine, destinée à assurer une bonne adhérence ultérieure, de 72 à 200g/m2.
  • cartes statistiques : grande régularité d'épaisseur, 165g/m2 valeur fixe qui correspond à une épaisseur de 18/100mm.
  • papier buvard : fait à base de chiffons, pour le buvard de bonne qualité, il ne sont pas collés, ne sont pas chargés, et ne reçoivent aucun apprêt physique, et sont en général compris entre 80 à 200g/m2

  
Quelques types d'utilisations "étranges" du papier :

  • Dans les années 80, le couturier japonais Yseemiake a crée toute une ligne de vêtements tout en papier.
  • Les premières montgolfières des frères Montgolfier étaient faites en papier, plus tard le tissu remplacera le papier.
Il existe un grand nombre d'autres utilisation du papier, ainsi il est possible de faire du mobilier, mais aussi des objet décoratif, le lien suivant montre les travaux d'une créatrice d'objets en papier.

Pour plus d'informations ...
  1. Découvertes Galimard Techniques. Le Papier, Une aventure au quotidien. Pierre Marc de BIASI.
    Que Sais-Je ? P.U.F. n°84 Le Papier.
    Le site de copacel où l'on peut tout trouver sur le papier, on peut même poser des questions... www.copacel.fr
Pour aller plus loin ...

Vous pouvez ici télécharger les dessins de fabrication et de composition du bois.

Fabrications