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| papierArticle Plan de l'article Présentation ; Historique ; Fabrication manuelle ; Fabrication mécanique ; Papier en fibre synthétique ; Production
papier, matériau se présentant sous forme de feuilles minces, provenant de l'assemblage en bandes de fibres cellulosiques végétales. Le papier est utilisé pour écrire et pour imprimer, pour envelopper et emballer, et pour différentes applications bien précises : depuis la fabrication des filtres jusqu'à celle de certains matériaux de construction. Le papier est considéré comme un matériau de base.
Traditionnellement, le papier a d'abord été fabriqué aux environs de l'an 100 par les Chinois. Le matériau utilisé était probablement de l'écorce de mûrier et le papier était fabriqué sur un moule fait de lamelles de bambou. Le plus ancien des papiers connus et toujours existant a été confectionné à partir de chiffons vers 150 apr. J.-C. Pendant cinq cents ans environ, l'art du papier a été réservé à la Chine, mais en 610, il a été introduit au Japon, et en Asie centrale vers 750. Le papier a fait son apparition en Égypte vers 800, mais il n'y a pas été fabriqué avant 900 (voir Papyrus). Le papier a été introduit en Europe par les Maures, et la première fabrique de papier européenne a été créée en Espagne vers 1150. Au cours des siècles suivants, ce métier s'est étendu à la plupart des pays européens. La mise au point d'un système d'impression à caractères mobiles par Gutenberg vers le milieu du XVe siècle a facilité l'impression des livres et a beaucoup encouragé la fabrication du papier. L'augmentation de la production de papier aux XVIIe et XVIIIe siècles a entraîné des pénuries de chiffons, seule matière première satisfaisante connue des fabricants européens de papier. En conséquence, différents essais ont été faits pour imaginer des produits de remplacement mais aucun n'avait les qualités nécessaires du point de vue commercial. Au même moment, des tentatives étaient faites pour réduire le coût du papier en mettant au point une machine, afin de remplacer le procédé de moulage à la main dans la fabrication du papier. La première machine a été mise au point en 1798 par l'inventeur français Nicolas Louis Robert. La machine de Robert a été améliorée par des papetiers britanniques, les frères Henry et Sealy Fourdrinier, qui ont créé en 1803 la première des machines portant leur nom. La solution au problème de la fabrication du papier à partir d'une matière première bon marché a été apportée par l'introduction du procédé de fabrication à pâte mécanique vers 1840, et par l'introduction du premier des procédés à pâte chimique environ dix ans plus tard.
Le processus de base de fabrication du papier est le même depuis plus de deux mille ans. Il comporte deux phases : la désintégration de la matière première dans l'eau pour obtenir une suspension de fibres individuelles et la formation de feuilles feutrées lorsque cette suspension est répandue sur une surface poreuse adaptée, à travers laquelle l'excédent d'eau peut s'égoutter. Dans la fabrication manuelle du papier, la matière première (paille, feuilles, écorce, chiffons ou autre matière fibreuse) est placée dans une cuve et pilée avec un lourd maillet ou marteau pour séparer les fibres. Pendant la première partie de cette opération, la matière est lavée à l'eau courante pour éliminer les impuretés, mais lorsque les fibres ont été suffisamment désintégrées, elles sont maintenues en suspension et l'eau de la cuve n'est pas changée. À ce moment de l'opération, le matériau liquide, appelé demi-pâte, est prêt pour le véritable procédé de fabrication du papier. L'outil principal du fabricant de papier est le moule, une feuille comportant des mailles métalliques renforcées, ayant soit un motif de maille carré, appelé motif vélin, soit un motif de fils métalliques longitudinaux plus espacés, maintenus ensemble par de plus petits fils transversaux, appelé motif vergé. Le motif du moule s'imprime lui-même sur la dernière feuille de papier et, de cette façon, les papiers faits main, sans enduit spécial, sont identifiés comme papiers vélin ou papier vergé, selon le moule utilisé dans leur fabrication. Le moule est placé à l'intérieur d'un cadre de bois amovible, appelé chariot de format, qui forme un rebord bas autour de ses bordures. Le fabricant de papier plonge la forme et le format dans un cuvier contenant la demi-pâte ; lorsqu'on enlève la forme et le format du cuvier, la surface du format est recouverte d'une mince pellicule composée d'un mélange de fibres et d'eau. L'appareil est alors secoué d'avant en arrière et d'un côté à l'autre. Cette opération a deux effets ; elle répartit le mélange uniformément sur la surface du moule et provoque l'enchevêtrement des fibres individuelles avec celles d'à côté, conférant une certaine solidité à la feuille. Pendant que le moule est secoué, une grande quantité d'eau provenant du mélange s'égoutte à travers les mailles. L'appareil, avec sa feuille de papier mouillé, est ensuite mis de côté jusqu'à ce que le papier soit suffisamment cohérent pour permettre d'enlever le format. Lorsque le format est sorti du moule, ce dernier est retourné et la feuille de papier est déposée doucement sur une plaque de lainage tissé, appelée feutre. Un autre feutre est placé au-dessus de la feuille de papier et le procédé se répète. Cette méthode s'appelle le couchage. Lorsqu'un certain nombre de feuilles de papier ont été intercalées avec des coucheurs, l'ensemble de la pile, appelé format, est placé dans une presse hydraulique et soumis à une pression de 100 tonnes ou plus, excluant la plus grande partie de l'eau restant dans le papier. Les feuilles sont ensuite séparées des feutres, entassées et pressées. Le tas de papier est pressé plusieurs fois, et chaque fois, le tas est reconstruit différemment, avec les feuilles de papier dans différentes positions les unes par rapport aux autres. Cette procédure s'appelle l'échange et sa répétition améliore la surface du papier fini. L'étape finale de la fabrication du papier est le séchage. Le papier est suspendu, en groupes de quatre ou cinq feuilles, sur des cordes dans une salle de séchage spéciale jusqu'à évaporation complète de son humidité. Les papiers destinés à l'écriture ou à l'impression nécessitent un traitement supplémentaire après le séchage car, sans ce traitement, le papier absorbe l'encre et le texte, et les images sont flous. Le traitement consiste à encoller le papier en l'immergeant dans une solution de colle gélatineuse, à sécher le papier encollé et, enfin, à l'apprêter en pressant les feuilles entre des feuilles de métal ou de carton lisse. Le pressage détermine la texture de la surface du papier. Les papiers à texture rugueuse sont pressés légèrement pendant un laps de temps relativement court et, comparativement, les papiers à surface lisse sont pressés pendant plus longtemps.
Bien que les procédures essentielles de fabrication mécanique du papier soient identiques à celles de la fabrication manuelle, la fabrication mécanique est beaucoup plus complexe. La première étape de la fabrication mécanique est la préparation de la matière première. Les principaux matériaux utilisés dans la fabrication moderne du papier sont les chiffons de coton ou de lin et le bois. Actuellement, plus de 95 p. 100 du papier sont confectionnés à partir de la cellulose. Pour les qualités de papier les moins chères, comme le papier journal, on utilise seulement la pâte à bois mécanique ; pour une qualité supérieure, on utilise de la pâte à bois chimique ou un mélange de pâte et de fibres de chiffons ; et pour les papiers les plus fins, comme les meilleures qualités de papier à lettres, on n'utilise que de la fibre de chiffons. Les chiffons utilisés dans la fabrication du papier sont tout d'abord nettoyés mécaniquement pour enlever la poussière et les éléments étrangers. Après ce nettoyage, les chiffons sont cuits dans une grande étuve. Ce procédé implique de faire bouillir les chiffons avec de la chaux sous pression vapeur pendant plusieurs heures. La chaux s'allie avec les graisses et les autres impuretés contenues dans les chiffons pour former des pâtes non solubles, qui peuvent être ensuite entraînées au lavage dans un traitement ultérieur, et en même temps, réduit toutes les teintures colorées en composants incolores. Les chiffons sont ensuite transférés dans une machine appelée pile raffineuse ou hollandaise, long tube divisé dans le sens de la longueur. Dans une moitié du tube, un cylindre horizontal équipé de plusieurs couteaux tourne rapidement près d'une plaque ondulée, elle-même munie de couteaux. Le mélange de chiffons et d'eau passe entre les cylindres et la plaque, et les chiffons sont réduits en fibres. Dans l'autre moitié du tube, un cylindre de lavage creux couvert d'un tamis à mailles fines est disposé de telle sorte qu'il écope l'eau du tube, en laissant les chiffons et les fibres derrière. Au fur et à mesure que le mélange de chiffons et d'eau s'écoule autour de la pile, la saleté est éliminée et les chiffons macèrent jusqu'à être finalement réduits en fibres. La demi-pâte passe ensuite à travers une ou plusieurs piles secondaires pour désintégrer encore davantage les fibres. À ce moment-là, on ajoute une matière colorante, du matériau d'encollage comme la colophane ou colle, et des produits de remplissage comme le sulfate de chaux ou kaolin, qui donnent du corps et un poids supplémentaire au papier fini. Dans la fabrication du papier, le bois est préparé de deux façons différentes. En ce qui concerne le procédé à pâte mécanique, des blocs de bois sont maintenus contre une pierre à adoucir tournant rapidement qui met les fibres en lambeaux. Les fibres récupérées par ce procédé sont courtes et ne servent qu'à la production de papier journal bon marché ; elles peuvent toutefois être ajoutées à d'autres types de fibres de bois dans la fabrication de papier de qualité supérieure. Dans différents procédés aux solvants chimiques, les copeaux de bois sont traités avec des solvants qui enlèvent la matière résineuse et la lignite du bois, ne laissant que des fibres de cellulose pure. Le plus ancien procédé aux solvants chimiques est le procédé de soude, mis au point en 1851 et qui utilise une solution de soude caustique (hydroxide de soude) comme solvant. Le bois est cuit ou « digéré » dans cette solution sous pression vapeur. Les fibres produites par ce procédé ne sont pas très solides mais elles sont mélangées à d'autres fibres de bois. Un procédé couramment employé à l'heure actuelle est le procédé au sulfate, appelé ainsi d'après le solvant utilisé : soit du sulfate de sodium, soit du sulfate de magnésium. Aujourd'hui, la plupart des papiers sont fabriqués sur des machines à table plate, ou fourdriniers, dessinées après le succès de la première machine à fabriquer le papier, créée au début du XIXe siècle. Le cœur du fourdrinier est une courroie sans fin de mailles métalliques à déplacement horizontal. De la pâte aqueuse s'écoule sur la courroie, qui passe au-dessus d'un certain nombre de rouleaux. Une caisse en bois peu profonde placée sous la courroie récupère une grande partie de l'eau qui s'égoutte pendant cette phase du procédé. Cette eau est mélangée de nouveau avec la pâte pour permettre la récupération de la fibre qu'elle contient. L'étalement de la feuille de pâte mouillée sur la courroie métallique est limité par des courroies-guides en caoutchouc qui se déplacent de chaque côté de la courroie. Sous la courroie, des pompes d'aspiration accélèrent le séchage du papier et la courroie elle-même oscille de chaque côté pour aider au feutrage des fibres. Lorsque le papier se déplace le long de la courroie, il passe sous un cylindre rotatif appelé rouleau égoutteur. La surface de ce cylindre est couverte de mailles métalliques ou de fils métalliques simples pour donner au papier une surface en vélin ou en vergé. De plus, la surface porte des mots ou des motifs réalisés en fils métalliques ; ceux-ci sont imprimés sur le papier et apparaissent comme des filigranes qui identifient la qualité du papier et le fabricant. Dans les papiers fabriqués manuellement, les dessins en filigranes sont fixés à la surface du moule. Près de l'extrémité de la machine, la courroie passe à travers deux rouleaux coucheurs recouverts de feutre. Ces rouleaux pressent encore de l'eau et consolident la fibre, conférant au papier suffisamment de force pour continuer à passer dans la machine sans le support de la courroie. Ces rouleaux ont la même fonction que les feutres utilisés pour coucher le papier fait à la main. Depuis les rouleaux coucheurs, le papier est transporté sur une courroie de tissu à travers deux jeux de rouleaux presseurs en métal lisse. Ces rouleaux donnent un apprêt lisse à la surface de dessus et de dessous du papier. Après le pressage, le papier est entièrement formé ; il passe ensuite à travers une série de rouleaux chauffés qui complètent le séchage. L'étape suivante est le calandrage, pressage entre deux rouleaux lisses refroidis pour obtenir l'apprêt lisse appelé fini machine. À l'extrémité du fourdrinier, le papier est fendu par des lames rotatives et enroulé sur des bobines. La fabrication du papier est complétée par la coupe en feuilles, sauf si le papier doit être utilisé sur une presse continue à rouleaux de papier. Un traitement supplémentaire est accordé aux papiers spéciaux. Un papier supercalandré est soumis à un procédé de calandrage ultérieur sous haute pression entre des rouleaux métalliques et recouverts de papier. Le papier enduit, utilisé pour la reproduction fine en demi-teinte, est encollé avec de l'argile ou de la colle et calandré. Le papier est également fabriqué sur des cylindres.
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