Papier (feuille A4)
Composition :
- Fibres végétales (cellulose)
Caractéristiques techniques :
- Légèreté
- Opacité
- Rigidité
- Rugosité
Histoire - Provenance - Origine :
Une tradition chinoise controversée fait de Cai Lun l'inventeur du papier, au début du IIe siècle. Il a expliqué les procédés de fabrication et proposé des améliorations. Les Chinois fabriquent le papier à partir de fibres de lin, de chanvre ou d'écorce de mûrier à papier. La xylographie augmente la production de papier, qui se diffuse aux pays voisins, notamment au Japon. Les Arabes installent à Samarcande des papetiers chinois prisonniers de guerre au milieu du VIIIe siècle et cette ville devient un centre de production.
Les techniques arabes se diffusent en Europe occidentale, par l'Espagne musulmane et par l'Italie commerçante. Au XIIIe siècle des marchands de Fabriano commencent à produire par leurs propres moyens. Malgré la résistance des institutions, dont les maîtres préfèrent le parchemin, les moulins à papier prolifèrent et la collecte du linge usagé, qui en est la matière première, devient l'occupation des chiffoniers. La pile à maillets raffine les chiffons en un à trois jours. Les papetiers italiens introduisent le filigrane et expérimentent avec de nouvelles matières, le chiffon se faisant rare au regard de la demande croissante de papier, avec la diffusion de l'imprimerie.
Indépendamment, les civilisations mésoaméricaines utilisaient un support graphique similaire au papier avant la conquête européenne, fabriqué à partir de fibres végétales sans passer par la pâte, que les historiens appellent le papier d'amate.
La Hollande ne possède que des moulins à vent, pas assez puissants pour mouvoir les pilons des moulins. Ils inventent au XVIIe siècle une déchiqueteuse de chiffons en continu, la pile hollandaise ou « cylindre hollandais », bien plus efficace. Un cylindre de bois serti de lames de métal qui frottent sur une platine constituée de lames fixées au fond de la cuve déchiquette les chiffons à leur passage. Le pourrissoir n’est plus nécessaire et le défibrage se fait en trois ou quatre heures. À la fin du XVIIIe siècle le Français Louis Nicolas Robert met au point une machine capable de fabriquer le papier en continu, au lieu de feuille à feuille. Ce procédé sera perfectionné en Angleterre, où la révolution industrielle produit ses éléments mécaniques essentiels, et Canson l'améliorera en France.
Jusqu’au XIXe siècle, la matière première est exclusivement le chiffon de lin, de chanvre et ultérieurement de coton. La chimie apporte des procédés de blanchiment, et bientôt une méthode permettant de séparer la cellulose, partie du bois utile pour le papier, de la lignine. Le papier au chiffon, plus cher, conserve une part limitée du marché.
Le prix réduit du papier entraîne dans la deuxième moitié du XXe siècle un usage accru, non seulement comme support graphique — lequel la presse en consomme chaque jour des centaines de tonnes, mais aussi pour l'emballage et l'hygiène, au service desquels l'industrie papetière produit de nouvelles qualités de papier adaptés à ces usages.
Après presque deux siècles, le procédé au bois montre ses faiblesses : sa propre acidité détruit le papier. Tandis qu'on s'efforce de retirer l'acide du papier des archives, le papier neuf incorpore des charges neutralisantes, pour l'éviter à l'avenir. Le papier, mis en cause pour des raisons environnementales, est plus souvent recyclé.
Petite histoire des formats standardisés :
Jusqu'à la fin du XVIe siècle, chaque papetier employait un filigrane distinctif pour identifier un ou plusieurs formats de papier. Cette marque pouvait être des armoiries, une figure, les armes d'un personnage, le nom du moulin, le nom de la région, une date, etc.
Une formule magique, puis une norme pour mettre un peu d'ordre
En 1789, Georg Christoph Lichtenberg, un professeur de physique allemand cherchant à déterminer le format idéal de papier, trouva une formule magique : le rapport entre la longueur et la largeur du papier devait être de 1,414 (ou √2) !
En 1798, une réglementation sur la taxation du papier voit le jour et une liste est officiellement publiée où apparaissent les formats 420 x 594 mm et 297 x 420 mm, nommés respectivement grand registre et moyen papier.
Ce n'est qu'en 1922 qu'apparaît une norme mettant un peu d'ordre dans les formats de papier : la DIN 476 de l'Institut allemand de normalisation. Le format 118,9 x 84,1 cm, d'une surface de 1 m2 et d'un ratio de 1,414, devient le mètre étalon au royaume du papier. Une norme acceptée plus tardivement en France, en 1967, et qui devient internationale sous le nom d'ISO 216 en 1975 (exception faite des États-Unis, du Canada et du Mexique).
L'A10 pour les tickets de caisse
Chaque format de feuille s'obtenant par pliage en deux du sens de la longueur du format précédent et la référence étant le A0, cette feuille de 118,9 x 84,1 cm, les formats suivants se déclinèrent sous les appellations A1 (A0 plié une fois), A2 (plié deux fois), A3 (plié trois fois) et ainsi de suite jusqu'au A10 pour les tickets de caisse !
Une autre nomenclature est concernée par l'ISO 216, le format B, une alternative entre deux dimensions de feuilles A. Par exemple, une feuille B4 sera plus grande qu'une A4 mais plus petite qu'une A3.
Procédé de fabrication (A REDUIRE 2) :
La pâte à papier est le matériau de base. Elle peut être produite à partir de différents composants incluant notamment : le bois et d’autres matières ligno-cellulosiques (bagasse de canne à sucre, paille) ; le papier (dans le cas du recyclage) ; les plantes fibreuses comme le chanvre ou le lin ; le tissu (chiffons de coton) ; et le crottin (de cheval ou d'éléphant par exemple).
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. La pâte à papier moderne, elle, est généralement un mélange de fibres de bois et de papier auquel est ajouté un liant afin d’améliorer la résistance des feuilles produites.
Procédé naturel : utilisation de la cellulose contenue dans les excréments d’herbivores non ruminants. En 1841, M. Tripot de Paris déposa un brevet pour fabriquer du papier « à partir de la fiente de tous les animaux herbivores ». Marcellin Jobard, directeur des Arts et Métiers de Bruxelles reprit cette idée. Il estimait que la paille et le foin avaient déjà subi une première trituration sous la dent et dans l’estomac des chevaux. « Le crottin, écrit-il, est en grande abondance : on peut obtenir de chaque cheval un kilogramme de papier par 24 heures ; une seule caserne de cavalerie suffirait à la consommation du Ministère de la guerre. Il est étonnant que l’on n’ait pas songé plus tôt à cette matière… ».
Dans un premier temps, on a utilisé un cadre de bois recouvert d’un tamis d’abord végétal et non fixé (c’est toujours le cas en Orient) puis métallique à partir de 1275 en Italie. Cet ensemble s’appelle une forme et sert à puiser la pâte dans une cuve où elle a été diluée en fonction du grammage du papier à fabriquer. Après égouttage, on peut transférer la feuille 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 dans un étendoir.
La production s’effectue à l’aide de gigantesques machines dépassant souvent 100 mètres de long et jusqu’à 10 m de laize (largeur). La feuille est produite à une vitesse pouvant aller jusqu’à 1 800 m/min. 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 une « table de formation » (tamis roulant) composée d'une toile et d'organes d'égouttage. 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 complété par des racles (foils) dont la forme aérodynamique engendre une aspiration avec la vitesse de la toile et/ou la rotation de 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 racles ou pontuseaux.
Les sécheurs sont des cylindres creux placés les uns à la suite des autres.
Un cylindre égoutteur est éventuellement situé en travers de la toile entre deux caisses aspirantes et 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. Deux cylindres exerçant une pression sur la feuille ainsi formée à la fin de la table l'essorent avant son séchage. À la sortie de ces presses, la feuille a perdu de son épaisseur et sa teneur en eau n’est plus que d’environ 60 %. Elle 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 °C, ce qui évapore l'eau restant dans la feuille. De cylindre en cylindre la température redescend progressivement. En fin de fabrication, le papier a une teneur en eau comprise entre 5 et 10 %.
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. Deux rouleaux disposés côte à côte horizontalement forment une cuvette que l’on alimente avec la sauce voulue. Le papier passant entre les deux rouleaux est enduit de sauce colorée pour teinter le papier par exemple.
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 telles quelles (impression sur presse rotative) ou reconditionnées sous forme de feuilles de formats divers.
Usages divers :
Le « papier », au sens générique du terme, désigne à la fois le papier et le carton. Le carton se caractérise généralement par un grammage ou une rigidité plus élevés.
On distingue les types de papiers par rapport à leur utilisation :
les papiers à usage graphique
ce sont les supports de la communication, de la littérature, de la connaissance et de l’information. On distingue le papier journal et magazine d’une part, et les papiers d’impression-écriture d’autre part (utilisés dans l’édition, la publicité, la bureautique, la correspondance, etc.) ;
les papiers et cartons d'emballage et de conditionnement
ils sont destinés à contenir, protéger et conserver les produits de grande consommation autant que les articles de luxe, si besoin de manière décorative. On distingue les papiers pour ondulé qui servent à la fabrication du carton ondulé, les papiers d’emballage souple et les cartons plats ;
les papiers d'hygiène
également dénommés papiers tissue, ils entrent dans la fabrication du papier toilette, de l’essuie-tout, des mouchoirs, des couches et sont destinés à l’hygiène de la personne comme au maintien de la propreté ;
les papiers industriels et spéciaux
ils désignent les papiers et cartons qui n'entrent pas dans les catégories ci-dessus. ils font généralement appel à des techniques de fabrication de pointe pour différents types d’usage, tels les usages fiduciaires (papiers d’identité, billets de banque, etc.), les usages graphiques spécifiques (papiers transferts, papier calque, etc.), les usages industriels (papiers pour stratifié, papiers abrasif, etc.), et d’autres usages spécifiques (Papier à cigarettes, filtre, etc.).
Les papiers et cartons peuvent être caractérisés par de multiples paramètres mécaniques, physiques, chimiques, etc.
Impacts environnementaux :
- Exprimés en kg CO2e/kg : 317 kg éq. CO2/tonne
Autres impacts (biodiversité, pollution des sols, sociaux, etc.) : La production de papier pèse sur les ressources naturelles par sa consommation de bois — d'importance contestée —, d'eau et d'énergie et par les rejets d'effluents chimiques du fait du traitement de la matière première.
Le papier est un moyen de stocker le carbone, mais cela ne veut pas dire nécessairement qu'il réduise la teneur en dioxyde de carbone dans l'atmosphère, gaz à effet de serre qui contribue à la crise climatique.
Enfin, le papier est rarement un produit fini : il est le plus souvent imprimé, ce qui pose le problème de l'impact environnemental de l'imprimerie et de ses encres.
Points forts :
- Recyclabilité
- Mises en forme multiples (souplesse ou rigidité)
- Déclinaisons de textures, finitions, polyvalence
- Accessibilité et légèreté
Points faibles :
- Fragilité / faible durabilité
- Faible résistance à l'eau, au feu
- Monocultures, chute de la biodiversité (eucalyptus)
Sources :
Chaux
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!! « Rhodoïd » est une marque déposée par la Société des usines chimiques Rhône-Poulenc vers 1917.
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