Papier

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papier Le papier est une matière formée à partir de fibres cellulosiques végétales. Il se présente sous forme de feuilles minces. Il est considéré comme un matériau de base servant à écrire, à imprimer, à emballer... Il est également utilisé dans la fabrication de composants divers (filtres...)

Historique

Historiquement, le papier est fabriqué naturellement par une espèce de guêpe, notamment dans le sud de la France, qui prédigère du bois, et produit ainsi la cellulose, nécessaire à la fabrication de ce papier. Ce papier lui sert à créer les alvéoles hexagonales de son nid, qui accueillera ses larves.

Avant l'apparition du papier, les écrits étaient conservés sur des parchemins ou du papyrus.

Le papier est apparu au en Chine, sous le règne de Qin Shi Huang (fondateur de la dynastie Qin). Les Chinois avaient alors repéré les dépôts blancs d'écume sur les rochers à la suite des crues. Ils ont alors essayé de le reproduire.

C'est Tsai Lun, ministre de l'agriculture qui, en 105, codifie pour la première fois l'art de fabriquer du papier. Ils utilisaient du lin, du chanvre, du bambou et de l'écorce de mûrier.

Ce secret restera chinois et japonais jusqu'au . Lors de la bataille de Talas en 751, les Arabes, victorieux, font prisonniers de nombreux Chinois et récupèrent ainsi le secret. Ils comprennent rapidement l'intérêt de ce nouveau support pour propager l'islam, et Samarkand en sera le tout premier centre de production du monde musulman. Par ailleurs ils en amélioreront la frabrication en y incorporant à sa préparation des chiffons. Le papier arrive alors en Occident avec les conquêtes Arabes. On le retrouve à Bagdad en 793, au Caire en 900, à Xàtiva (San Felipe, Espagne) en 1056, en Sicile en 1102, à Fabriano (Italie) en 1276 et enfin en France au début du . Le papier est alors un bien rare et des édits sur le recyclage du papier sont prononcés. On y incorpore alors des vieux chiffons qui prennent vite de la valeur, d'où l'expression se battre comme des chiffonniers.

Vers 1150, la première machine à papier européenne fut créée en Espagne.

En créant un système d'impression à caractères mobiles vers 1440, Gutenberg a donné naissance à l'imprimerie en Occident et a permis de vulgariser la connaissance par l'usage des livres. Cela dope l'utilisation et donc la fabrication du papier. Le papier devient alors artisanal, avec utilisation de l'énergie hydraulique. Les artisans papetiers, majoritairement protestants propulsent la France au premier rang parmi les nations papetières. Cependant, la révocation de l'Édit de Nantes en 1685 sonne le glas de la suprématie française.

En 1673, les Hollandais font une invention capitale pour l'industrie papetière : en mettant au point le cylindre hollandais qui permet de remplacer la pile à maillets dans la trituration des chiffons. Les gains sont en terme d'énergie, de main d'œuvre et de qualité. Il faudra attendre le pour voir ce cylindre se répandre dans toute l'Europe.

C'est incontestablement au que la fabrication du papier s'industrialise avec l'invention de la première machine à papier en continu de Louis Nicolas Robert (1761- 1828) en 1798. L'alimentation en pâte est alors faite en continu et le papier sort en bobine. En moins de vingt-cinq ans, l'ingénieur Bryan Donkin perfectionne « sa » machine (pas moins de 40 modèles différents !). Vers 1825, les papetiers s'équipent en Europe et aux États-Unis : la machine est copiée, imitée. Vers 1850 apparaît la première machine à fabriquer le carton multicouches. À la même époque, on dénombre plus de 300 machines en Angleterre, près de 250 en France et presque autant en Allemagne. Chacun de ces engins, quoique très étroit et très lent comparés aux machines modernes, était capable d'assurer la production de 10 cuves traditionnelles desservies a la main. Louis-Nicolas Robert ne tirera aucun bénéfice de son invention.

La première machine à onduler française est installée en 1888 dans le Limousin.

Les difficultés d'approvisionnement en chiffon se font sentir et l'industrie cherche de nouvelles matières premières. C'est tout naturellement vers le bois qu'ils se tournent. Friedrich Gottlob Keller dépose un brevet en 1844 sur la fabrication de pâte de bois, obtenue à l'aide d'une meule.

La deuxième moitié du est marquée par l'arrivée massive de la chimie. Les travaux de Français Anselme Payen montrent que dans toute matière végétale existe de la substance blanche et fibreuse : la cellulose et qu'il est possible de la récupérer par des réactions chimiques. Ces découvertes permettent d'avoir des fibres de meilleure qualité et donc d'augmenter les vitesses de production.

L'industrialisation lourde est alors lancée. En 1908, la plus grosse machine a une laize (largeur) de 4,30 m et roule à 165 m/min. En 1910 la vitesse de 200 m/min est franchie. En 1935, la plus grosse machine fait 8,15 m de laize et tourne à 425 m/min. Le cap des 1000 m/min est franchi en 1958. Actuellement les machines font jusqu'à 10 m de laize et tournent à près de 2000 m/min.

Procédé de fabrication

Élaboration de la pâte à papier

La pâte à papier est le matériau de base. Elle peut être produite à partir de différents composants :

le bois et d'autres matières ligno-cellulosiques (bagasse de canne à sucre, paille),
les plantes fibreuses comme le chanvre ou le lin,
le tissu (chiffons),
le papier (recyclé).

Le tissu est trié, lavé et mis à pourrir pendant plusieurs semaines. Les chiffons sont ensuite découpés et effilochés dans plusieurs moulins munis de pile à maillets à clous. La rareté relative du textile a conduit à l'utilisation du bois.

Le bois est écorcé puis défibré (les rondins sont « râpés » à l'aide d'une meule à laquelle on ajoute beaucoup d'eau). Les particules sont alors filtrées et nettoyées dans plusieurs bains successifs afin d'obtenir une pâte homogène.

Le papier recyclé est élaboré selon un procédé particulier. Les vieux papiers (issus en général de journaux) sont déchiquetés, filtrés puis mis à tremper dans des cuves. Des dissolvants chimiques permettent de retirer l'encre. La pâte subit ainsi plusieurs nettoyages successifs. Voir aussi cette méthode artisanale pour fabriquer du papier recyclé.

La pâte à papier moderne est généralement un mélange de fibres de bois et de papier auquel est ajouté un liant afin d'améliorer la résistance des feuilles produites. Le papier utilisé pour les journaux est essentiellement d'origine recyclé.

Production des feuilles

Dans un premier temps, on a utilisé un cadre de bois muni d'une grille sur laquelle la pâte à papier est uniformément versée. Après égouttage, on peut en retirer une feuille et la faire sécher sur un feutre. Différentes couches de feutres et de feuilles peuvent être pressées afin de retirer l'excédent d'eau, avant un séchage définitif à l'air libre sur un étendoir.

La production actuelle s'effectue à l'aide de gigantesques machines de plus de 100m de long et jusqu'à 10m de laize (largeur). La feuille est produite à une vitesse allant jusqu'à 1800m/min. Une machine à papier représente un investissement considérable (le coût d'une machine neuve est proche du milliard d'Euros). De ce fait, la machine tourne 24h/24 et presque toute l'année. On peut diviser la fabrication en deux étapes : la préparation de la pâte à papier et la fabrication du papier lui-même.

La pâte à papier arrive très diluée (environ 1%) dans la caisse de tête et passe entre deux lèvres afin d'avoir un jet bien uniforme. La solution est déposée sur un tamis roulant ou "toile de fabrication". L'eau utilisée pour le transport des fibres s'égoutte à travers les mailles de la toile, d'abord par simple gravitation. L'égouttage est accéléré par la rotation des pontuseaux, rondins placés sous la toile pour la soutenir et dont le mouvement rotatif provoque une aspiration. Les fibres retenues par la toile commencent à former un tapis de plus en plus dense, il devient nécessaire d'éliminer l'eau par succion à l'aide des caisses aspirantes disposées sous la toile après les pontuseaux.

Un cylindre égoutteur situé en travers de la toile entre deux caisses aspirantes peut être revêtu d'une fine toile métallique et d'un motif soudé sur ce fond. Le motif marque la feuille encore humide et sera ainsi visible par transparence lorsque la feuille sera sèche. C'est ainsi que l'on obtient filigranes, vergeures, grains fantaisie. L'eau d'égouttage qui contient des fibres non retenues par la toile est recyclée.

La feuille se forme à la fin de ce tamis et est pressée entre deux cylindres pour évacuer le maximum d'eau avant son séchage. À la sortie des presses, la feuille a perdu de son épaisseur et sa teneur en eau, n'est plus que d'environ 60 %.

La feuille qui sort des presses est suffisamment solide pour quitter le support de feutre et entrer directement en contact avec les sécheurs. De gros cylindres chauffants dont la température augmente progressivement, jusqu'à atteindre 120°, ce qui entraîne l'évaporation de l'humidité. De cylindre en cylindre la température redescend progressivement.

En fin de fabrication, le papier a une teneur en eau proche de 5 %.

Traitements complémentaires

On peut alors ajouter des traitements de surface pour améliorer son imprimabilité en faisant passer la feuille dans une size-press (papier photo par exemple). La size-press appelée « presse encolleuse » est placée avant les derniers sécheurs. Il s'agit de deux rouleaux disposés côte à côte horizontalement qui forme une cuvette que l'on alimente avec la sauce voulue. Le papier passant entre les deux rouleaux est enduit de la sauce colorée pour teinter le papier par exemple.

Certains papiers reçoivent un collage de surface dans le but d'assurer la cohésion extérieur de la feuille, afin de maintenir les fibres de surface susceptibles de se relever inopinément. Ces morceaux de fibres qui adhèrent mal peuvent encrasser les caractères des machines à écrire, accrocher la plume lors de l'écriture manuelle ou provoquer des imperfections dans les aplats imprimés.

C'est ainsi que certains papiers sont colorés en surface, ou que le papier couché reçoit une première préparation.

La feuille une fois séchée peut subir le calandrage qui consiste à presser de nouveau la feuille entre plusieurs lourds rouleaux afin de rendre le papier bien lisse. On parle alors de papier glacé ou calandré.

Afin d'en améliorer l'imprimabilité, on peut déposer à la surface du papier sur une seule face (papier étiquettes) ou sur les 2 faces (papier pour impression) une couche pigmentaire, on parle alors de papier "couché". Ces couches pigmentaires sont principalement constituées de charges minérales (carbonates et kaolins principalement) ainsi que de latex synthétiques (styrènes butadiènes ou styrènes acryliques) et sont déposées au moyen de machines appelées "coucheuses", elles ont pour objectif de régler l'absorption des encres afin de conserver leurs pigments en surface. En sortie de la coucheuse le papier est d'aspect "mat" ou "semi mat" mais, après une opération de calandrage il peut être rendu "brillant".

On obtient alors une bobine qui est tronçonnée à la taille voulue à la bobineuse. Les bobines de papier peuvent être utilisées tel quel (impression sur presse rotative) ou reconditionnées sous forme de feuilles de formats divers

Production de papier et environnement

La fabrication du papier nécessite de grandes quantités d'eau, : il faut de l'eau pour extraire la cellulose des fibres du bois et de l'énergie pour sécher le papier. Le chlore qui sert à blanchir le papier est un produit chimique polluant. Cependant des progrès importants ont été réalisés en utilisant des produits de blanchiment moins polluants que le chlore (peroxyde d'hydrogène ou azote) et en améliorant le « bouclage » des circuits afin de réduire de façon importante la consommation d'eau.

L'industrie papetière est soumise au respect de normes environnementales strictes, comme l'exploitation raisonnée des forêts, le recyclage des eaux usées, etc. Les arbres proviennent de plantations dont la biodiversité est faible : bouleaux dans les pays nordiques, pins maritimes pour la forêt landaise ou eucalyptus en Amazonie par exemple.

À noter que la production de papier représente 14 % de l'exploitation forestière. Les industries papetières sont généralement propriétaires des forêts qu'elles exploitent de manière cyclique. Ainsi, au Brésil, il est possible de couper des eucalyptus de culture tous les 4 ans et cela suffit à une usine qui produit autant de papier que la France. La déforestation est le plus souvent due à la coupe de bois exotiques pour l'ameublement et à l'expansion des cultures.En effet, le bois utilisé par l'industrie papetière provient soit des sciures de bois (déchets de scierie) soit de jeunes arbres qu'il faut couper pour laisser s'épanouir les autres et que l'on appelle "bois d'éclaircie".

La fabrication de papier recyclé nécessite moins d'eau et d'énergie que la fabrication classique de pâte à papier. Mais pour produire du papier recyclé, il faut quand même nettoyer et désencrer le papier récupéré avec des solutions savonneuses, et pour les clients exigeant la blancheur à laquelle ils ont été habitués, le reblanchir au chlore ou au peroxyde d'hydrogène et les résidus de cette opération de blanchiment ne sont pas sans impact environnemental .

Il faut entre 3 à 12 mois pour qu'un journal se décompose dans la nature. Le recyclage du papier permet d'éviter de l'envoyer à la décharge ou de l'incinérer. Le papier peut être recyclé jusqu'à 10 fois. Ensuite, la qualité du papier devient trop mauvaise.

Unités de mesure du papier

Mesures de quantité de feuilles

la rame : 500 feuilles
la main : 25 feuilles

Mesures de qualité du papier

L'épaisseur (en micromètres, par exemple le papier à lettre a une épaisseur de 110 micromètres)
Le grammage (en grammes au m, pour exemple le papier à cigarette pèse 15 g/m et le papier à lettre 80 g/m)
La main : rapport épaisseur/grammage
Le lissé Bekk (s) : temps d'écoulement d'un volume d'air en surface du papier
La porosité Bekk, ou perméablité à l'air : flux d'air à travers un papier
L'opacité
La blancheur (mesurée à 457 nm)
La brillance : mesurée généralement à 20, 60 , 75 et 85°

Utilisations du papier

Bureautique et imprimerie
Papier bible
Papier hygiénique
Papier calque (papier translucide)
Décoration : papier crépon, papier peint
Papier à cigarette
Protection contre les intempéries et le regard : emballage, paquet-cadeau, ombrelles et panneaux des habitations traditionnelles japonaises.

Les grammages selon l'utilisation

Papier à cigarette : 12 g/m²
Papier journal : 42 g/m²
Impression - écriture : 80-90 g/m²
Cartonnette (carte de visite...) : 120 g/m²

Le papier dans la culture

Symbolique

Les noces de papier symbolisent les 37 ans de mariage dans le folklore français.

Dans l'art

Serge Gainsbourg composa le morceau Les petits papiers.

Voir aussi

Liens externes

Le Moulin du Verger Site sur le moulin à papier du maître papetier, Jacques Brejoux
Vidéo-conférence sur le thème: "De la Chine à l'Europe, 2000 ans d'histoire du papier" (intervention de Jacques Brejoux, maître papetier)
Le poids du papier, la main du papier
Le papier jet d'encre a une surface - Microporeux ou pas ?
^* Site d'Élisabeth Beurret, artiste utilisant des papiers qu'elle réalise à partir de végétaux, selon les techniques occidentale ou orientale.
Le Papier.fr Site de la Confédération Française de l’Industrie des Papiers, Cartons et Cellulose. Nécessite Flash

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