CRCC : Centre de recherche sur la conservation des collections
Papier / Cellulose
Responsable : Anne-Laurence Dupont, Chargée de Recherche, CNRS.
Sabrina Paris, technicienne, CNRS.
La thématique de la longévité des documents graphiques patrimoniaux et par conséquent de la durabilité du matériau papier est un thème de recherche important dans le domaine de la préservation des collections graphiques. Bien connaître les matériaux cellulosiques et comprendre les phénomènes physico-chimiques mis en jeu lors de leur dégradation est fondamental. Dès lors, il devient possible de développer des stratégies appropriées à la préservation à long terme de notre patrimoine culturel grâce à des mesures d’ordre préventif et curatif. A cette fin nous disposons d’outils d’analyse dont la mise en œuvre est applicable aux œuvres patrimoniales par le développement de méthodes d’analyse micro-destructive et non-destructive permettant de caractériser finement les niveaux d’altération du papier. Quelques orientations actuelles de recherche de l’équipe autour de ces thèmes sont résumées ci-dessous.
- Caractérisation de la dégradation cellulosique et lignocellulosique
Un des grands défis technologiques présents et auquel nous nous intéressons est de connaître l’état de conservation d’un document papier de façon précise tout en préservant son intégrité physique. L’enjeu est important de par l’étendue des collections et la valeur historique et artistique des documents conservés dans les musées, bibliothèques et archives (MBA).
La chromatographie d’exclusion stérique couplée en diffusion multiangulaire de lumière laser (SEC/MALS) permet de caractériser la cellulose, polymère principal constitutif du papier de façon fine et précise (doi:10.1016/j.chroma.2003.11.002). C’est ce niveau macromoléculaire qui va véritablement conditionner certaines qualités physiques du papier, en relation avec des critères de résistance mécanique et de fragilité du matériau. Pour ce type d’analyse le prélèvement d’un petit morceau de papier est incontournable. A l’heure actuelle nous pouvons au besoin réduire la masse prélevée jusqu’à 0,5 mg.
L’approche des phénomènes d’altération du papier dans leur globalité nous a conduit à nous intéresser particulièrement aux produits réactionnels, de faible masse moléculaire, résultant des réactions d’oxydation et d’hydrolyse de la cellulose et autres polymères constitutifs du papier, comme les hémicelluloses et la lignine. L’identification des marqueurs moléculaires de la dégradation permet d’explorer leur potentiel en tant que représentants de l’état de conservation d’un document papier. A cette fin nous disposons de plusieurs techniques d’analyse, dont l’électrophorèse capillaire (CE), technique micro-destructive en phase liquide (doi:10.1016/j.carbpol.2006.07.005), que l’on peut coupler en spectrométrie de masse (CE/MS). Nous explorons également le potentiel de techniques entièrement non-destructives de prélèvement en phase gazeuse, la microextraction sur phase solide (SPME) et l’adsorption sur phase solide, que nous appliquons à l’étude des composés organiques volatils (COV), par analyse en chromatographie gazeuse et spectrométrie de masse (GC-MS) ou en chromatographie liquide (HPLC). Nous travaillons à établir des corrélations entre deux niveaux de la dégradation chimique de la cellulose, macromoléculaire et moléculaire (http://www.morana-rtd.com/e-preservationscience/2009/Ramalho-02-06-2008.pdf)
Partenariat avec le Centre scientifique et technique du bâtiment (http://www.cstb.fr/). Financement Ministère de la Culture et de la Communication.
- Mise au point d’un procédé curatif de masse pour la désacidification et le renforcement des documents d’archives et de bibliothèques par les aminoalkylalcoxysilanes
L’acidité est le facteur principal de la dégradation du papier. Une de ses manifestations physiques est la fragilisation mécanique du papier, qui peut parfois aller jusqu’à entraîner une perte de matière et de l’information véhiculée. Grâce aux procédés actuels de stabilisation et de traitement, il est possible d’éliminer l’acidité présente dans un papier et de déposer dans le réseau fibreux des particules minérales constituant un tampon, appelé réserve alcaline, qui lui donne le moyen de lutter efficacement contre l’acidité qu’il développe pendant son processus de vieillissement. Ces procédés ont une vocation curative mais peuvent aussi être utilisés en mode préventif sur les collections à risque.
Le procédé en cours de développement est basé sur l’utilisation des aminoalkylalcoxysilanes (AAAS). L’innovation repose sur le fait qu’outre la désacidification et le dépôt de la nécessaire réserve alcaline, assurées par la fonction amine, les AAAS permettent un renforcement physique des fibres cellulosiques. Ceci se traduit par une amélioration significative des propriétés mécaniques du papier. En outre, ce procédé utilise des produits réagissant selon une chimie verte. Le mode opérationnel du renforcement est actuellement à l’étude. Nous estimons qu’il repose sur la constitution progressive d’un sous-réseau polysilanique (à l’échelle nanométrique) interpénétré au réseau fibreux papetier (à l’échelle micrométrique) par polycondensation d’aminoalkylsilanols sur la surface des fibres. Nous avons montré que les papiers ainsi traités possèdent aussi une activité fongistatique. Cette propriété s’avère tout à fait utile puisque la dégradation des documents par les microorganismes, et plus particulièrement les moisissures, est un problème récurrent dans les bibliothèques et archives, surtout en cas d’inondation. L’objectif du travail en cours est de comprendre les évènements physico-chimiques de l’action des AAAS sur les fibres cellulosiques. La RMN permet d’étudier la nature des liaisons qui s’établissent entre le réseau de polysiloxane et le réseau fibreux cellulosique. L’efficacité du traitement est évaluée au niveau macroscopique par des mesures de résistance mécanique (allongement à la rupture, résistance au double pli). La mesure des masses molaires de la cellulose de papiers traités par SEC/MALS et leur évolution suite à un vieillissement accéléré nous informe de l’action des AAAS au niveau macromoléculaire (doi:10.1016/j.polymdegradstab.2006.04.033, doi:10.1016/j.culher.2007.12.002).
Partenariat avec l’Université d’Evry, Pagora et le Centre interrégional de conservation du livre. Financements CNRS et Ministère de la Culture et de la Communication.
- Dégradation de la cellulose à l’interface humide/sec
La formation de lignes brunes à l’interface humide/sec (« tidelines ») dans le papier est un phénomène qui a été observé et décrit depuis de nombreuses années. Il est important de mieux comprendre la cause de ce problème tant pour une meilleure préservation des documents graphiques du patrimoine culturel, que pour une meilleure connaissance de la chimie réactionnelle de la dégradation de la cellulose. Dans le cas des traitements de restauration où de l’eau ou de l’humidité sont appliqués localement sur un document graphique, le problème de formation de lignes brunes en cours de restauration se pose.
Le phénomène peut s’observer en suspendant une bande de papier verticalement, la partie inférieure immergée dans l’eau. L’eau monte par capillarité dans le réseau fibreux du papier et une ligne brune se forme progressivement au niveau de l’interface humide/sec. Cette ligne de démarcation se stabilise en quelques heures au niveau d’équilibre entre la montée capillaire et l’évaporation. On détecte une fluorescence de la ligne bien avant que n’apparaisse la coloration brune. De manière intuitive on pense à attribuer la coloration à une migration de produits colorés solubles présents dans le papier. Cependant une ligne brune peut être engendrée en utilisant de l’eau distillée et du papier pure cellulose neuf et sans additifs, et l’expérience peut être répétée successivement de nombreuses fois sur la même feuille de papier.
Les produits colorés et fluorescents sont en majorité solubles dans l’eau et peuvent donc facilement être extraits du papier. Cependant nous avons pu mettre en évidence par SEC/MALS une diminution de la longueur des chaînes de cellulose ainsi qu’une concentration élevée en hydroperoxydes par LC/UV (doi:10.1021/bm8006067). On peut donc supposer que ces produits se concentrent au front de migration où ils se multiplient rapidement en présence d’oxygène par des réactions en chaîne de type radicalaire puis forment des composés colorés et autres produits de dégradation.
Partenariat avec la National Gallery of Art (Washington)
Lien vers la liste de production scientifique
Khartasia, base de données sur les papiers asiatiques
http://khartasia-crcc.mnhn.fr/
