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EUROVOC
Papier
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- Pour les articles homonymes, voir Papier (homonymie).
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…)
Sommaire
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Historique
Définition : on peut appeler Papier tout ce qui est constitué de fibres de celluloses (en majorité), donc d'origine végétale, mises en suspension dans de l'eau puis égouttées sur une surface plane.Quel que soit le procédé employé, que ce soit propre ou sale, fin ou grossier,qu'il n'y ait que de la cellulose ou d'autres matières ajoutées (laine, soie), c'est la mise en suspension dans l'eau des fibres et leur égouttage qui permettent de constituer le papier.
On utilise souvent l'image de la guêpe qui confectionne son nid en recrachant de la cellulose malaxée. L'idée de fabriquer du papier n'a sûrement rien à voir avec cette activité. Avant l'apparition du papier, les écrits étaient conservés sur des parchemins ou du papyrus et sur toutes sortes de surfaces (écorces écailles, feuilles d'arbres,planchettes plus ou moins fines).
Les TAPAS (feutre végétal fait du liber de certaines écorces battues et assemblées : voir ANATI, L'Art des tapa chez l'Insolite 2005) dont on connaît l'utilisation à travers les représentations sur des parois rocheuses et dans des grottes dans le monde entier, utilisés sous forme de vêtements, de parures, peuvent être considérés comme les tous premiers ancêtres du papier.
La plus ancienne trace de papier connue à ce jour, date de -8, sous la dynastie des Han de l'Ouest (-206, 25). Il s'agit d'une lettre dont le papier est fait à partir de fibres de lin, sur laquelle une vingtaine de sinogrammes ancien ont été déchiffrés. Elle a été retrouvée dans la province du Gansu. [1]
Avant cela, on pensait que le papier était apparu au IIIe siècle av. J.-C. en Chine, sous le règne de Qin Shi Huang (fondateur de la dynastie Qin). Une histoire racontait que des personnes auraient alors repéré les dépôts blancs d'écume sur les rochers à la suite des crues et auraient tenté de le reproduire.
C'est Cai Lun, ministre de l'agriculture qui, en 105, codifie pour la première fois l'art de fabriquer du papier et en améliore la technique afin de le produire en masse. Les matériaux utilisés étaient du lin, du chanvre, du bambou et de l'écorce de mûrier.
Ce secret restera chinois et japonais jusqu'au VIIIe siècle. Lors de la bataille de Talas en 751, la légende veut que les Arabes, victorieux, firent prisonniers de nombreux Chinois et récupérèrent ainsi le secret.Il est probable qu'ils connaissaient l'usage du papier bien avant cette date et qu'ils l'utilisaient eux-mêmes après l'avoir bien amidonné et poli. Ils comprendront 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 fabrication en 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 mais sous une forme complètement différente et enfin en France au début du XIVe siècle. 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.
Comme ça avait été le cas quelques siècles auparavent en Chine, en créant un système d'impression à caractères mobiles vers 1440, Johannes 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 l'embryon d'une industrie, avec utilisation de l'énergie hydraulique. À partir du XVIIe siècle ,en grande partie à cause de la guerre de trente ans qui qui modifie les flux commerciaux dans la vallée du Rhin, le Sud Ouest devient une très grande région papetière dans laquelle les Hollandais, investissent massivement. La plupart des moulins sont reconstruits, agrandis. On en crée de nouveaux et pendant plus d'un demi siècle, jusqu'aux guerres de fin de règne de Louis XIV, ces régions deviennent un des plus grands centres de production de papier Occidental. On a prétendu que la révocation de l'édit de Nantes avait provoqué un exode massif et l'arrêt des papeteries mais ce sont principalement les guerres et les difficultés qu'elles ont entraînées dans le commerce maritime entre le Sud-Ouest et la hollande qui ont détruit 70 à 80% des exportations.
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, ils réalisent des gains en termes d'énergie, de main d'œuvre et de rapidité ; malheureusement la qualité des pâtes s'en trouve amoindrie. Il faudra attendre le XVIIIe siècle et la révolution industrielle en Angleterre les progrès des transmissions et de la métallurgie qu'elle entraîne, pour voir ce cylindre se répandre dans toute l'Europe. En fait la Pile Hollandaise a surtout permis le développement de la machine à papier qui va naître à la fin du XVIIe siècle, en permettant de fabriquer avec la même quantité d'énergie trois à quatre fois plus de pâte sur un même site.
C'est incontestablement au XIXe siècle 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 comparé aux machines modernes, était capable d'assurer la production de 10 cuves traditionnelles desservies à 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'elle se tourne. 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 XIXe siècle est marquée par l'arrivée massive de la chimie. Les travaux du 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'obtenir 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 (dans le cas du recyclage).
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 est généralement un mélange de fibres de bois et de papier auquel est ajouté un liant afin d'améliorer la résistance des feuilles produites.
Élaboration de la pâte à papier recyclé
Le papier fabriqué à base de tissus (qui, en Europe, a été le seul type de papier utilisé jusqu'au milieu du XIXe siècle) était déjà constitué de matières recyclées : vieux linges, cordages, filets de pêche déchiquetés. On appelle d'ailleurs ces papiers, toujours utilisés dans l'estampe par exemple, des papiers « torchon ». Le carton, quand à lui, est fabriqué à partir de papier récupéré depuis le XVIIIe siècle : on voit que l'idée du recyclage n'est pas nouvelle dans le domaine papetier.
Le papier recyclé est devenu une nécessité pour préserver l'environnement, aussi la valorisation des déchets papiers est elle de plus en plus importante: en 2002, 5,5 millions de tonnes de papiers et cartons on été récupérés, sur 11 millions consommés.
La pâte à papier recyclé est élaborée selon un procédé particulier. Les vieux papiers (issus en général de journaux, magazines et cartons) sont déchiquetés, filtrés puis mis à tremper dans des cuves. Le désencrage reste facultatif, mais il est possible de retirer l'encre de la pâte en lui faisant subir plusieurs nettoyages successifs, avec du savon, de l'air, voire des dissolvants chimiques (les dissolvants pouvant être très polluants, ils doivent être utilisés le moins possible). Ces opérations de lavage et de traitement utilisent très peu, voire pas d'eau.
Le papier recyclé peut être utilisé pour la majorité des travaux d'impression; d'ailleurs, les imprimeurs ont maintenant l'habitude de travailler avec ces papiers de plus en plus demandés. Des grammages allant du 70g au 350g sont ainsi facilement disponibles. La qualité d'impression sur ce type de papier est excellente, y compris pour les photos, et les journaux sont essentiellement d'origine recyclée.
Voir aussi cette méthode artisanale pour fabriquer du papier recyclé chez soi…
Production des feuilles
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 ou 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. En Orient on continues dans certains endroits à utiliser la forme comme un moule et à faire sécher la feuille sur son moule. On utilise ainsi autant de formes que de feuilles fabriquée.
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°C, 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 pe