Étude mécanique d’un complexe Tyvek-papier japonais pour le rattachement de plats de livres
Julie CORMIER[1], Adeline DELAUVE[2], Lilia KERDOMMAREC[3]
Contexte et objectifs
En restauration de livres, le détachement des plats de couverture est une altération courante car les mors [fig. 1], parties charnières entre les plats et le dos, subissent des contraintes mécaniques lors de l’ouverture et la fermeture des volumes, lors de leur saisie, ou simplement du fait de leur poids. Pour rattacher des plats à un corps d’ouvrage, on utilise fréquemment des claies dépassantes, le plus souvent fabriquées en papier japonais ou en toile de coton[4].
Ces matériaux ont prouvé leur efficacité mais présentent quelques limites. La résistance mécanique du papier japonais peut s’avérer insuffisante lorsque le poids d’un livre est trop conséquent, et il n’est pas possible d’en multiplier excessivement les épaisseurs sous peine d’imposer une trop grande rigidité au dos. La toile de coton, quant à elle, bien que plus résistante et plus souple, peut s’avérer plus difficile à mettre en place[5].
figure 1. Schéma d’un corps d’ouvrage (à gauche) et de l’attachement d’un plat de couverture au corps d’ouvrage (à droite)
Un matériau alternatif[6] – un complexe fait de Tyvek®[7] et de papier japonais, tous deux composés stables – permettrait de pallier ces limitations mécaniques. À la fois souple, fin et résistant, ce complexe est le fruit d’une élaboration empirique, et est encore peu connu dans le milieu de la restauration. Aussi nous a-t-il paru particulièrement intéressant d’en étudier la résistance et de la comparer à celle des matériaux usuels que sont le papier japonais et la toile de coton.
Matériel et méthodologie
Choix des matériaux et réalisation du complexe
Pour cette étude, nous avons sélectionné le papier japonais K33 Minogami Atsukuchi Kibaini en fibres de kozo (40 g/m2), qui est l’un des papiers les plus utilisés en guise de claies pour la restauration des livres[8], tandis que notre choix de toile s’est porté sur une batiste de coton (95 g/m²) fine et solide, très employée pour les apprêtures et les rattachements de plats de volumes conséquents[9]. De son côté, le complexe est un « sandwich » composite que nous avons fabriqué[10] en atelier [fig. 2] à partir des matériaux recommandés par le restaurateur Jim Poncelet : un Tyvek 1622e[11] (41,5 g/m²), du papier Paper Nao Rk17 (19 g/m²) et de la colle acrylique Lascaux® 498[12].
figure 2. Schémas des étapes de réalisation du complexe.
Choix des tests mécaniques et préparation des éprouvettes
La souplesse des matériaux étant un critère important pour la consolidation des ouvrages, des tests de rigidité ont été effectués au Centre de recherche pour la conservation (CRC) afin de disposer de premiers éléments de comparaison. Les tests ont été réalisés avec le rigidimètre RM01 Adamel-Lhomargy[13] sur 10 éprouvettes (1,5 x 14 cm) pour chacun des matériaux, soit 30 éprouvettes au total.
Le CRC possède également un appareil de mesure de la résistance aux doubles plis (MIT folding endurance tester) pouvant imiter l’usure des matériaux à l’ouverture-fermeture des livres. Nous avons souhaité soumettre les mêmes éprouvettes[14] à ce nouveau banc de test.
Enfin, un test réalisé en atelier et représentatif d’un autre type de contrainte subi par les livres a constitué le cœur de notre expérience : un test de résistance à la déchirure. Il est en effet très courant que des amorces de déchirures se forment aux encoches de coiffes[15] avant de se propager le long des mors. Là encore, 10 éprouvettes par matériau ont été testées. Chacune faisait 4 cm de large par 16 cm de long[16] et comportait une incision de 5 mm (réalisée au scalpel) à mi-hauteur [fig. 4].
Le papier japonais étant anisotrope car constitué de fibres orientées, le choix s’est porté sur des éprouvettes dont les fibres étaient parallèles à l’amorce de déchirure : c’est ainsi que les claies sont usuellement positionnées[17]. Chaque éprouvette a été annotée en partie supérieure et inférieure afin que les deux morceaux restent identifiés après rupture complète [fig. 3]. Avant le début de l’expérimentation, toutes les éprouvettes ont été pesées et leur épaisseur mesurée.
figure 3. Marquage des éprouvettes.
Mise en place du système de test à la déchirure et description de l’expérience
Une fois l’éprouvette placée entre la planche et la règle [fig. 4], elle était précautionneusement lâchée et laissée suspendue pendant 25 secondes. Ainsi, la masse de l’étau (228 g) constituait la première charge contraignant l’éprouvette. Ensuite, deux masses (300 g chacune) étaient placées de part et d’autre de l’étau sur chaque crochet. Cette masse de départ a été choisie en fonction des pré-tests – tous les matériaux l’ayant supporté sans rompre. Enfin, deux masses (20 g chacune) étaient ajoutées de part et d’autre de l’étau toutes les 25 secondes, ceci jusqu’à rupture de l’éprouvette ou bien jusqu’à atteindre la charge maximale (2 800 g) que nous avions prédéterminée.
figure 4. Schéma de l’éprouvette, du système avec poids (en coupe) et du système sans poids (de face).
Choix des bornes de l’expérience
Dans son article[18] sur la mise au point d’une méthode d’évaluation des renforts de mors, David Doming calcule la contrainte susceptible de s’appliquer sur ces zones charnières en fonction de la masse et de la hauteur d’un livre in-octavo, en prenant également en compte les risques de mauvaises manipulations. En appliquant sa méthode à des volumes in-quarto et in-folio avec des masses moyennes respectives de 1,5 kg et de 5,5 kg, nous avons défini que nos matériaux de renfort devraient résister à 3,5 N/cm dans le premier cas, et à 7,3 N/cm dans le second. Ces valeurs rapportées à la dimension de nos éprouvettes revenaient à imposer 14 N et un peu plus de 29 N à chacune d’elle, soit environ 3 kg au maximum (poids de l’étau inclus).
Environnement
Pendant la durée de fabrication des éprouvettes et la semaine de tests, les conditions de température et d’humidité relative sont restées constantes[19] (environ 20,9 °C et 47,5 % HR). Nous considérons que ces conditions n’ont donc pas eu d’influence particulière sur les matériaux.
Résultats et interprétations
Résultats des tests de rigidité
Les mesures de l’amplitude maximale de chaque éprouvette induite par la vibration de l’appareil, ainsi que leur masse, ont permis d’établir la rigidité par résonance des matériaux. Ainsi, une moyenne de 0,9 mN/m a été relevée pour le papier japonais, de 0,5 mN/m pour la toile et de 0,3 mN/m pour le complexe[20] – ce qui révèle une plus grande souplesse de ce dernier.
Résultats des tests de double pli
Pour l’étude dont rend compte son mémoire[21] de maîtrise en restauration, Thierry Aubry a conduit cette expérience sur du papier japonais Nao K33 (40 g/m²), révélant une rupture moyenne des éprouvettes dans le sens des fibres à 673 plis, et à 1200 plis dans le sens travers. Nous avons testé de la même manière une première éprouvette de complexe. 10 000 plis n’ont pas suffi à la faire céder. Faute de temps, nous n’avons pu poursuivre ce premier test jusqu’au point de rupture, mais il suffit déjà pour affirmer que le complexe possède une résistance à l’usure jusqu’à dix fois supérieure à celle du papier japonais.
Résultats des tests à la déchirure
Nous avons pu constater en premier lieu que 7 éprouvettes de complexe sur 10 n’ont pas cédé sous le poids maximal imposé, alors que la totalité des éprouvettes de papier et la quasi-totalité des éprouvettes de toile se sont rompues au cours de l’expérience.
tableau 1. Synthèse des résultats des tests de déchirure.
La lecture de l’histogramme [fig. 5] montre qu’en dessous de 14 N, seules les éprouvettes de papier japonais ont cédé (9 sur 10), tandis que la majorité des éprouvettes de toile (9 sur 10) cédaient entre 14 N et 29,7 N. Il est permis d’en conclure que le papier est mécaniquement moins résistant à la déchirure que la toile, qui est elle-même moins résistante que le complexe.
figure 5. Histogramme représentant la résistance à la rupture des différents matériaux.
En revanche, le poids moyen nécessaire à la rupture des trois éprouvettes de complexe ayant cédé, est inférieur à celui imposé aux éprouvettes de toile. Nous imputons cela à la répartition hétérogène des fibres de Tyvek, qui entraîne parfois une plus grande fragilité locale. Il faut tout de même noter que le poids moyen de rupture de ces trois éprouvettes reste deux fois supérieur à celui des éprouvettes de papier japonais.
On observe par ailleurs des écarts-types un peu plus grands concernant les résultats des complexes, qui s’expliquent sans doute par leur réalisation manuelle en atelier, induisant une plus grande hétérogénéité du matériau.
On remarque que ni l’épaisseur ni la masse initiale des éprouvettes ne semble avoir d’influence sur leur résistance. En effet le complexe, plus léger que la toile et plus fin que le papier japonais, s’avère plus résistant que ces deux matériaux. Les variations par éprouvette et par matériau ne montrent en outre aucune corrélation entre la masse nécessaire à leur rupture et ces données initiales.
Pour finir, nous n’avons observé à l’issue des tests aucune déformation du papier ni de la toile, tandis que les complexes se sont allongés de quelques millimètres – ce qui témoigne d’une certaine plasticité de ce matériau.
Conclusion et ouverture
À l’issue de ces expériences, nous avons constaté une souplesse et une résistance à la déchirure plus importante pour le complexe Tyvex-papier japonais que pour le papier japonais seul et pour la toile de coton. Ces qualités s’ajoutent à la relative finesse du complexe, qui présente l’avantage d’être plus fin que le papier japonais (40g/m²) et pas excessivement plus épais que la batiste de coton (95g/m²). Or, le critère de l’épaisseur est primordial pour la restauration de livres puisque les claies sont souvent destinées à être insérées sous une couvrure et doivent rester invisibles. Le Tyvek est en outre moins cher que la toile, et le complexe bien plus facile à manipuler. Le complexe Tyvex-papier japonais, s’il demande une préparation préalable, semble donc être une alternative intéressante pour le rattachement des plats de couverture des livres.
Toutefois, ces tests ne constituent qu’une première étude des matériaux bruts. Ils présentent leurs propres limites. Nous avons conduit ce protocole de la façon la plus standardisée possible compte tenu du matériel dont nous disposions en atelier, mais les tests de résistance à la déchirure gagneraient en précision à être reproduit au moyen de machines normalisées. Par ailleurs, il serait intéressant de comparer la résistance mécanique des matériaux en étendant les tests à la traction et au cisaillement[22]. Enfin, si la connaissance des matériaux bruts a constitué un point de départ essentiel à cette étude, il serait pertinent de développer ces tests sur des échantillons vieillis et encollés sur divers supports avec différents adhésifs. Ces connaissances supplémentaires permettraient d’adapter au mieux l’usage des matériaux, et d’envisager l’extension de leur usage à d’autres domaines de la conservation-restauration.
[1] Élève restauratrice, spécialité arts du livre, promotion 2020-2025, département des Restaurateurs de l’Institut national du patrimoine (INP).
[2] Élève restauratrice, spécialité arts du livre, promotion 2020-2025, département des Restaurateurs de l’INP.
[3] Élève restauratrice, spécialité arts du livre, promotion 2020-2025, département des Restaurateurs de l’INP.
[4] Karin SCHEPER, « Tyvek in book conservation. Its use for nineteenth-century material and parchment bindings », Journal of paper conservation, vol. 12, n° 3, 2011, p. 9.
[5] Ibid., p. 10
[6] Élaboré entre autres par Jim Poncelet, conservateur-restaurateur d’arts graphiques et livres.
[7] Conçu et fabriqué par la firme Dupont de Nemours, le Tyvek® est un matériau synthétique constitué de fibres de polyéthylène non tissées compressées à haute température et haute pression. Il se présente sous forme de feuilles légère, « respirante », résistantes à l’eau, à l’abrasion, à la pénétration bactérienne et au vieillissement. Il est couramment employé dans le domaine de la conservation-restauration, notamment pour le conditionnement.
[8] David DOMING, « The development of a testing method for assessing book joint repair », The Paper conservator, vol. 29, n° 1, 2005, p. 31.
[9] Karin SCHEPER, « Tyvek in book conservation… », p. 10.
[10] Voir le protocole de fabrication détaillé en annexe 3.
[11] Voir la rubrique « Emballage des œuvres d’art » sur le site internet du fabricant : https://www.dupontdenemours.fr/packaging-materials-and-solutions/art-packaging.html [lien valide en septembre 2023] ; voir également la fiche produit en annexe 1.
[12] Voir la fiche technique en annexe 2.
[13] Voir la rubrique « Équipements » sur le site internet du Centre de recherche de la conservation : https://crc.mnhn.fr/fr [lien valide en septembre 2023].
[14] Le test précédent n’étant pas destructif et les normes de dimensions des éprouvettes similaires.
[15] Ces zones situées en tête et en queue des mors de couvrure [fig. 1], plus exposées, sont particulièrement fragiles.
[16] Les dimensions ont été définies par des essais antérieurs afin d’adapter au mieux les éprouvettes au système de mesure.
[17] Les claies sont placées sur le livre de sorte que les fibres soient parallèles au sens du dos. Dans le cas qui nous occupe, puisque l’amorce modélise une encoche de coiffe altérée, le sens du dos serait celui de la largeur des éprouvettes.
[18] David DOMING, « The development of a testing method… », p. 28-29.
[19] Relevés quotidiens.
[20] Écarts-types respectifs : 0,1 / 0,2 / 0,1.
[21] Thierry AUBRY, « Approche scientifique », in « Le traitement des reliures en cuir dégradées. Options de traitement et choix d’un matériau », mémoire de maîtrise de sciences et techniques en conservation-restauration des biens culturels soutenue à l’université Paris 1-Panthéon-Sorbonne (Paris, 2002), p. 123.
[22] Forces également exercées sur les mors d’un livre.
OpenEdition vous propose de citer ce billet de la manière suivante :
INP (11 octobre 2023). Étude mécanique d’un complexe Tyvek-papier japonais pour le rattachement de plats de livres. Variations patrimoniales. Le carnet de l’INP. Consulté le 20 septembre 2024 à l’adresse https://doi.org/10.58079/qd23
