Papier - Définition et Explications

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Typologie

On qualifie de « papier » les matériaux constitués de fibres végétales dont le grammage est inférieur à 224 g/m2.

Mesures de quantité de feuilles

  • la rame : 500 feuilles, une ramette correspond à une rame de papier (Le papier (du latin papyrus) est une matière fabriquée à partir de fibres cellulosiques végétales et animales. Il se présente sous...) pour les petits formats (A4, A3)
  • la main : 25 feuilles
  • le doigt correspond à 5 feuilles.

Ces unités découlent de la visite manuelle des feuilles de papier dans les anciennes salles de triage (Un triage ou une gare de triage (en Belgique: gare de formation) est une gare ferroviaire spécialisée où les wagons de marchandises isolés de leur rame initiale sont triés pour être...). Les ouvrières comptaient les feuilles de papier et les tenaient sur la main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à l’extrémité de l’avant-bras et relié à ce dernier par le poignet....) à raison de 5 par doigt.

Mesures de qualité du papier

  • L’épaisseur (en micromètres, par exemple le papier à lettre a une épaisseur de 110 micromètres)
  • Le grammage, on parle aussi de force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au...) (en grammes au m2, pour exemple le papier à cigarette pèse 15 g/m2 et le papier à lettre 80 g/m2)
  • La main : rapport épaisseur/grammage
  • Le lissé Bekk (s) : temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) d’écoulement d’un volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) d’air en surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière...) du papier
  • La porosité Bekk, ou perméabilité à l’air : flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé...) d’air à travers un papier
  • L’opacité
  • La blancheur (mesurée à 457 nm)
  • La brillance : mesurée généralement à 20, 60, 75 et 85°
  • La rugosité, qui est la taille moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils...) des bosses présentes sur le papier, se mesure en µm.
  • Le bouffant qui mesure l’augmentation d’épaisseur du papier lorsqu’on en considère une pile (le papier type Bande-dessinée est très bouffant, alors que le papier bible a un bouffant très faible, c’est le rapport entre la mesure de 5 feuilles (mesurées ensemble) par le grammage
  • La teinte
  • La rigidité
  • La longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de...) de rupture
  • Le module de Young : cette mesure réalisée en continu sur la machine à papier permet de régler les paramètres de fabrication au fil de la production (cette opération peut être automatisée).
  • Le coefficient (En mathématiques un coefficient est un facteur multiplicatif qui dépend d'un certain objet, comme une variable (par exemple, les coefficients d'un polynôme), un espace vectoriel, une fonction de base et ainsi de suite....) de friction du papier par rapport à un autre matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés...) (papier, métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des...), caoutchouc…)
  • La cohésion d’un papier : propriété constitutive du papier traduisant l’homogénéité de sa tenue interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une...) (cohésion des fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) et des liaisons hydrogène).

Grammages selon l'utilisation

Un empilement de feuilles de papier
  • Papier à cigarette : 12 g/m2
  • Papier journal : 42 g/m2
  • Impression - écriture : 65-80-90 g/m2
  • Cartonnette : 120 g/m2
  • Photographie 10×15 archive : 175 g/m2
  • Photographie 10×15 qualité : 250 g/m2
  • Couverture de livre : 240-250 g/m2
  • Aquarelle : 300 g/m2

Technique

Histoire des procédés

Pile hollandaise

Jusqu’au XIXe siècle, la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de...) première est exclusivement le chiffon de lin, de chanvre (Le chanvre (Cannabis sativa L.), connu aussi sous son nom latin cannabis, est une espèce de plante annuelle, de la famille des Cannabaceae.) et ultérieurement de coton.

  • Dans un premier temps, les chiffons étaient humidifiés puis mis au pourrissoir (cuves) où ils macéraient pendant plusieurs semaines. Ensuite, les chiffons étaient broyés dans la pile à maillets.
  • La pile à maillets, inventée au XIIIe siècle en Italie, était actionnée par l’énergie hydraulique (L'hydraulique désigne la branche de la physique qui étudie les liquides. En tant que telle, les champs d'investigation qu'elle propose regroupent plusieurs domaines :). Elle permettait le défibrage, le raffinage et l’affinage des chiffons par l’action des maillets en bois sertis de pointes. Le broyage durait de un à trois jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit...).
  • En 1673, les Hollandais inventèrent la pile hollandaise ou cylindre hollandais. Il s’agit d’un cylindre de bois serti de lames de métal qui frottent sur une platine (Le platine est un élément chimique de symbole Pt et de numéro atomique 78.) constituée de lames fixées au fond de la cuve déchiquetant les chiffons à leur passage. Le pourrissoir n’est plus nécessaire et le défibrage se fait en trois ou quatre heures (L'heure est une unité de mesure  :).

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 (Ce que l'on nomme habituellement le sucre est, dès 1406, une "substance de saveur douce extraite de la canne à sucre" (Chrétien de Troyes, Le Chevalier au lion). Il est majoritairement formé d'un composé...), paille),
  • les plantes fibreuses comme le chanvre ou le lin,
  • le tissu (chiffons de coton),
  • le papier (dans le cas du recyclage),
  • excréments,
  • etc.

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 (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une...) de fibres de bois et de papier auquel est ajouté un liant (Un liant est un produit liquide qui agglomère des particules solides sous forme de poudre. Dans le domaine de la peinture, il permet au pigment d'une peinture de coller sur le support, il est alors plutôt appelé médium.) 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 (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents...) déposa un brevet pour fabriquer du papier « à partir de la fiente de tous les animaux herbivores ». Cette idée fut reprise par M. Jobard (directeur des Arts et Métiers de Bruxelles). Il estimait que la paille et le foin avaient déjà subi une première trituration sous la dent (Une dent est un organe enveloppé d'os, dur, blanchâtre, généralement composé d'une couronne libre et d'une ou plusieurs racines...) et dans l’estomac des chevaux. « Le crottin, disait-il, est en grande abondance : on peut obtenir de chaque cheval (Le cheval (Equus ferus caballus ou equus caballus) est un grand mammifère herbivore et ongulé appartenant à l'une des sept espèces de la famille des équidés. Il a évolué au cours des dernières 45...) un kilogramme (Le kilogramme (symbole kg) est l’unité de masse dans le Système international d’unités (SI).) 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… »

L’idée fut exploitée un peu plus tard par une usine, située aux Portes de Paris, qui fabriquait du papier et du carton avec le fumier des chevaux des écuries impériales. Certains papiers « bulle » en pâte demi-blanchie qui sortaient de ces ateliers étaient appréciés, paraît-il, pour envelopper la pâtisserie (Albert CIM, Le Livre, tome III).

Depuis 1995, le moulin (Un moulin est une machine à moudre les grains de céréale en farine et, par analogie, une machine à broyer, piler, pulvériser diverses substances et à extraire certains produits (huile, pommes,...) à papier de Brousses-et-Villaret, dans l’Aude, fabrique du papier avec la cellulose du crottin des éléphants de la réserve africaine de Sigean.

Élaboration de la pâte à papier recyclé

Le papier fabriqué à base de tissus, majoritairement de chanvre (qui, en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme...), 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, quant à lui, est fabriqué à partir de papier récupéré depuis le XVIIIe siècle : on voit que l’idée du recyclage (Le recyclage est un procédé de traitement des déchets industriels et des déchets ménagers qui permet de réintroduire, dans le cycle de production d'un...) 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 2008, 6,9 millions de tonnes de papiers et cartons ont été récupérées en France, sur une consommation apparente de 10,7 millions de tonnes.

La pâte à papier recyclée est élaborée selon un procédé particulier. Les vieux papiers (issus en général de journaux, magazines et cartons) sont triturés (déchiquetés) dans un pulpeur avec de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), la pâte ainsi obtenue est épurée (filtrée) puis stockée 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 (Le savon est un objet liquide ou solide composé de molécules amphiphiles composées de sels métalliques, spécifiquement d'hydroxyde de sodium ou...), 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 nécessitent beaucoup d'eau (au total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le total des dettes". En...) 130 l pour fabriquer 500 feuilles de papier recyclé, contre seulement 51,1 l pour 500 feuilles produites à partir de bois). Mais le bilan de matières premières et le bilan énergétique sont en faveur du papier recyclé.

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 45 g au 350 g 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.

Il existe également des méthodes artisanales 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 (Les classifications scientifiques classiques regroupent sous le terme végétal ([veʒetal]/[veʒeto]) plusieurs lignées...) et non fixé (c’est toujours le cas en Orient) puis métallique à partir de 1275 en Italie. Cet ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout »,...) 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 (La feuille est l'organe spécialisé dans la photosynthèse chez les végétaux supérieurs. Elle est insérée sur les tiges des plantes au niveau des nœuds. À l'aisselle de la...) 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 (L'orient correspond au point cardinal est, et s'oppose à l'occident (l'ouest).), on continue 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 fabriquées.

La production s’effectue à l’aide de gigantesques machines dépassant souvent 100 m de long et jusqu’à 10 m de laize (largeur). La feuille est produite à une vitesse (On distingue :) 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 (Les caisses en bois servent à emballer des produits en plusieurs pièces, qui doivent être livrées ensembles.) 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 (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route,...) des fibres s’égoutte à travers les mailles de la toile, d’abord par simple gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.). L’égouttage est complété par des racles (foils) dont la forme aérodynamique (L'aérodynamique est une branche de la dynamique des fluides qui porte principalement sur la compréhension et l'analyse des écoulements d'air, ainsi qu'éventuellement sur leurs effets...) 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.

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 (Un matériau ou un objet est qualifié de transparent lorsqu'il se laisse traverser par la lumière. Cette notion dépend de la longueur d'onde de la lumière :...) 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 ainsi formée à la fin de la table passe par une section de presses (deux cylindres exerçant une pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) sur la feuille) 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 (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de...) augmente progressivement, jusqu’à atteindre 120 °C, ce qui entraîne l’évaporation de l'eau restante 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 %.

Traitements complémentaires

On peut alors ajouter des traitements de surface pour améliorer son imprimabilité en faisant passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) 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 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.

Certains papiers reçoivent un collage de surface dans le but d’assurer la cohésion extérieure 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 (Une plume est, chez les oiseaux, une production tégumentaire complexe constituée de β-kératine. La plume est un élément...) 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 (LaTeX est un système logiciel de composition de documents créé par Leslie Lamport. Plus exactement, il s'agit d'une collection de...) 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 (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation...) « 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.

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