Module 8 - Section 2 : Connaître les supports et les matériaux des documents

La cellulose est le composant principal des parois cellulaires des végétaux. On la trouve à l'état pratiquement pur dans le coton, le lin et le chanvre.

Les caractéristiques de la molécule de la cellulose rendent possible la fabrication du papier et lui confèrent ses caractéristiques physiques particulières.

La connaissance des principales caractéristiques de cette molécule nous permet de mieux comprendre la nature du papier et les processus de son altération.

• La cellulose est une substance stable, peu sensible à l'eau, aux acides et aux alcalis dilués.

• C’est une longue chaîne linéaire formée par association d'éléments identiques; c’est ce qu’on appelle un polymère.

  • L'élément de base (monomère) de cette longue chaîne est formé par l'association de deux molécules de glucose, appelée cellobiose.

  • La molécule de glucose (C6H12O6) a six atomes de carbone. Dans le glucose, le carbone est présent sous forme cyclique ( cinq atomes de carbones (C)et un atome d'oxygène (O) forment un cycle hexagonal.

  • Les monomères s'associent entre eux en perdant une molécule d'eau (H2O) et forment ainsi une chaîne de structures hexagonales : c'est ce qu'on appelle la polymérisation, c'est-à-dire la formation du polymère.

• La longueur de la chaîne varie selon l'origine de la cellulose et a une grande importance pour sa qualité et sa résistance au vieillissement. Le nombre des monomères associés dans une chaîne de cellulose est exprimé généralement par le degré moyen de polymérisation (DP). Une cellulose dont le DP est inférieur à 300 perd toute solidité.

Le tableau ci-dessous permet de juger de la qualité de la cellulose selon le matériau d’origine :

Le DP est souvent modifié par les traitements pratiqués dans l’industrie papetière, en particulier ceux qui interviennent dans la fabrication du papier à base de cellulose issue du bois.

• La propriété la plus remarquable des molécules de cellulose est leur capacité de former entre elles des liens particuliers qui les unissent sans les altérer: les ponts hydrogène. Le pont hydrogène se forme lorsqu'un atome d'hydrogène (H) se trouve placé entre deux atomes d'oxygène (O) et qu'il est lié de façon covalente à l'un d'eux, par mise en commun de deux électrons : l'hydrogène devient alors légèrement positif et altère l'autre oxygène.

Dans la cellulose, il y a de multiples possibilités de formation de ponts hydrogène du fait de la présence d'un grand nombre de groupes OH ; ces liens peuvent se former entre les molécules, mais aussi à l'intérieur même de la molécule, ce qui augmente sa stabilité. Les liens entre les molécules permettent leur association en faisceaux pour former des microfibrilles, des fibres et, enfin, du papier.

Le papier est donc formé par simple association de fibres de cellulose en présence d'eau. La solidité du papier est déterminée par la qualité des fibres et par la liaison entre elles.

Les chaînes moléculaires de cellulose s'unissent donc en faisceaux, liées par des ponts hydrogène. L'organisation de ces faisceaux de molécules peut prendre deux formes :

• Les parties cristallines, qui sont ordonnées régulièrement. le nombre de liaisons hydrogène y est maximal. Ce sont elles qui donnent au papier sa dureté et sa relative rigidité.

• Les parties amorphes, plus désordonnées, confèrent au papier son élasticité et sa souplesse. Mais elles sont aussi plus vulnérables et réactives à des agents extérieurs. Elles forment un terrain favorable aux altérations de la cellulose, qui aboutissent à la dégradation de la qualité du papier.

Les hémicelluloses, qui se trouvent avec la cellulose dans le bois, ont les caractéristiques suivantes :

• une structure semblable à celle de la cellulose, mais constituée de divers sucres, certains avec cinq atomes de carbone, d'autres avec six atomes de carbone.

• Les chaînes sont plus courtes que celles de la cellulose.

• Ces chaînes peuvent être soit linéaires, soit ramifiées.

• Les hémicelluloses se trouvent

• • soit associées à la lignine dans la lamelle mitoyenne des fibres de bois

• • soit dans la paroi secondaire des fibres

• Elles peuvent être plus ou moins fortement liées à la cellulose et la lignine, de sorte qu’elles restent souvent associées à la cellulose, même après les opérations de blanchiment.

• Elles sont chimiquement moins stables que la cellulose et sont partiellement solubles dans les solutions alcalines. Elles représentent un facteur d’instabilité du papier.

La lignine est le principal constituant de la lamelle mitoyenne qui se trouve entre les fibres végétales. Cette lamelle soude les fibres entre elles et leur donne leur rigidité. C'est pourquoi on dit que c'est un incrustant.

La lignine a une structure chimique très complexe et très différente de celle de la cellulose; sa composition diffère selon les espèces végétales

Les lignines sont insolubles dans l'eau, mais partiellement solubles dans des solutions alcalines. C'est grâce à cela que l'on peut par des traitements chimiques appropriés libérer les fibres cellulosiques des incrustants pour fabriquer la pâte à papier.

Dans le papier, les lignines constituent une impureté indésirable et leur présence est un facteur de vieillissement rapide.