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Utilisation de la spatule chauffante sur papier : mesure des déformations, de la brillance et du jaunissement

Marine HARIVEL[1], Valentine LEMILLE[2], Élisa MARTIN[3]

La spatule chauffante est employée dans les domaines des arts graphiques, du livre et de la photographie [fig. 1a] pour la restauration d’œuvres sur papier afin d’accélérer le séchage des consolidations et des doublages en papier japonais encollés à l’amidon et de gagner du temps par rapport au séchage sous poids réalisé dans des conditions thermohygrométriques ambiantes[4]. Cependant, la chaleur générée par l’outil engendre parfois des déformations du papier support, et parfois encore un jaunissement de l’adhésif employé. La pratique en atelier fait également apparaître que la spatule chauffante est susceptible d’occasionner une lustration du papier qui affecte sa brillance, et donc l’aspect de l’œuvre.

Un questionnaire envoyé par nos soins[5] aux professionnels de la conservation-restauration en arts graphiques, livre et photographie met en évidence la diversité des usages [fig. 1c] et la disparité des conséquences [fig. 1b] de l’utilisation de cet outil pour la restauration d’œuvres sur papier. Comme l’attestent les réponses au sondage, les consolidations et les doublages ponctuels font partie des interventions les plus courantes dans le cadre de l’utilisation de la spatule chauffante. Une consolidation a pour but de rapprocher et de maintenir les deux bords d’une déchirure par l’apport d’une bande de papier, tandis qu’un doublage ponctuel consiste à renforcer l’ensemble d’un matelas fibreux par l’apport d’un papier de consolidation recouvrant toute la zone affaiblie.

Analyse du questionnaire soumis aux professionnels de la restauration d’arts graphiques, de livres et de photographie.

figure 1. Analyse du questionnaire soumis aux professionnels de la restauration d’arts graphiques, de livres et de photographie.

Si à ce jour des publications scientifiques mettent en évidence l’emploi de la spatule chauffante pour la réactivation de l’adhésif à la chaleur, il n’existe cependant pas de protocole d’usage de la spatule chauffante ni d’évaluation précise de ses effets lors du séchage. C’est pourquoi, nous avons consacré la présente étude aux usages de la spatule chauffante et à ses effets sur les déformations et la brillance du papier, ainsi que sur le jaunissement des colles.

Matériel et méthode

Éprouvettes : sélection des matériaux

Afin d’étendre notre recherche à divers usages de la spatule chauffante, nous avons réalisé deux études. La première porte sur le séchage de consolidations au moyen du papier japonais kozo RK-17 (19 g/m2)[6], souvent employé pour la consolidation de déchirures, la seconde sur le séchage de doublages au moyen du papier japonais kozo RK-1 (8 g/m2)[7], fréquemment employé pour réaliser des doublages. Dans ces deux études, les papiers japonais sont indifféremment appelés « papier de consolidation ».

Les éprouvettes sont constituées d’un « papier support » carré (7 x 7 cm) en papier Whatman[8] – dont la grande régularité de fabrication assure la reproductibilité de l’expérience – sur lequel est collé un carré (5 x cm) de papier de consolidation. L’éprouvette est nommée selon le papier de consolidation qu’elle supporte et le mode de séchage qu’elle subit[9]. L’orientation des fibres du papier de consolidation est notée par une flèche au verso après le nom de l’éprouvette. Les triplets papier support-papier de consolidation-adhésif sont reproduits à l’identique cinq fois pour éprouver le protocole expérimental.

Schéma d’une éprouvette.

figure 2. Schéma d’une éprouvette.

Réalisation des éprouvettes

Une phase de pré-tests visant garantir l’efficacité du collage en limitant les tensions provoquées par la colle ont permis de porter notre choix sur une colle d’amidon de blé[10] à 12,5 % de concentration dans de l’eau pour les consolidations au RK-17, et à 10 % pour le doublage au RK-1. La colle est d’abord préparée en mélangeant à froid 10 mL de poudre d’amidon de blé à 40 mL d’eau. Après cuisson au micro-ondes, la colle est passée au tamis, et enfin diluée à 12,5 % par l’ajout de 40 mL d’eau pour les consolidations, et à 10 % par l’ajout de 60 mL d’eau pour le doublage. L’ensemble des éprouvettes de chaque série est réalisée le même jour pour que la concentration de la colle soit strictement identique.

Pour les consolidations au RK-1, on applique au pinceau 0,22 g de colle sur le papier de consolidation qui a été préalablement posé au centre du papier support. On procède ensuite à une application à travers un non-tissé[11], au plioir pour les éprouvettes qui seront séchées sous poids, et à la spatule chauffante pour les autres.

Pour les consolidations au RK-17, on applique au pinceau 0,165 g de colle[12] sur le papier de consolidation préalablement déposé sur une plaque de verre. Le papier de consolidation est ensuite posé au centre du papier support, et appliqué comme décrit précédemment.

Au moyen d’un plioir, application du papier de consolidation sur les éprouvettes séchées sous poids.

figure 3. Au moyen d’un plioir, application du papier de consolidation sur les éprouvettes séchées sous poids.

Méthode de séchage

La spatule chauffante est employée pour sécher un lot d’éprouvettes à 40 °C, un autre à 80 °C et un troisième à 120 °C. Ces températures ont été déterminées à partir des réponses données par les professionnels au questionnaire que nous leur avons soumis. Elles correspondent aux températures minimale, moyenne et maximale d’usage de la spatule [fig. 4].

Températures d’usage de la spatule chauffante indiquées par les répondants au questionnaire.

figure 4. Températures d’usage de la spatule chauffante indiquées par les répondants au questionnaire.

Ayant observé une différence entre la température affichée par l’appareil et la température mesurée sur sa panne[13], nous avons opté pour étalonner systématiquement l’appareil au moyen de la sonde thermique. Dans un même souci de reproductibilité expérimentale, la spatule était utilisée par le même opérateur qui s’efforçait d’exercer une pression homogène jusqu’au séchage complet de l’éprouvette [fig. 7]. Le séchage complet est déterminé par la stabilisation de la masse de l’éprouvette – lors de pré-tests, nous avons déterminé, pour chaque température, le nombre de passages nécessaire pour atteindre un séchage complet [tabl. 1].

Schéma du passage de la spatule chauffante sur les échantillons.

figure 5. Schéma du passage de la spatule chauffante sur les échantillons.

Les éprouvettes séchées sous poids sont placées entre intissés et buvards, puis mises sous poids (350 g par éprouvette) pendant une semaine. Leur masse est contrôlée au terme de vingt-quatre heures de séchage puis à leur sortie de presse.

tableau des temps de séchage nécessaires pour un séchage complet des différentes séries d’éprouvettes.

tableau 1. Temps de séchage nécessaire pour un séchage complet des différentes séries d’éprouvettes.

Paramètres des expérimentations

Mesure des déformations

On s’intéresse à deux types de déformations [fig. 6] : le tuilage, correspondant à une ondulation unique sur un seul côté, et le gondolement, déterminé par un minimum de deux ondulations par côté[14].

Les deux types de déformations étudiées.

figure 6. Les deux types de déformations étudiées.

Pour mesurer les déformations des éprouvettes, un capteur de distance laser[15] est utilisé. L’éprouvette est posée sans contrainte sur un carton considéré comme plan de référence (0 mm). Le laser est placé perpendiculairement à ce plan, la première mesure est prise sur le plan, les suivantes sont prises sur l’éprouvette, tous les 2 mm le long des bords inférieur (perpendiculaire aux fibres) et senestre (parallèle aux fibres) de l’éprouvette [fig. 7]. En consignant sur un graphique les différences de distance (en mm) entre le plan et l’éprouvette, on obtient le profil de chacun des bords mesurés.

Photographie du dispositif de mesure des déformations.

figure 7. Dispositif de mesure des déformations.

Mesure de la brillance

On réalise des mesures de brillance avec un brillancemètre[16], sous un rayon incident de 85°, recommandé par la notice de l’appareil pour l’étude des surfaces mates.

Mesure de la couleur

Les mesures sont réalisées avec un spectrocolorimètre[17] avec l’illuminant normalisé CIE D65 et un observateur standard à 10°. Pour les surfaces mates, les valeurs SCI (specular component included) et SCE (specular component excluded) étant similaires, seule la valeur SCI est retenue.

Par ailleurs, la perception de la blancheur étant influencée par la teinte jaune de la pâte du papier[18], on examine le « degré de jaune[19] » des échantillons dans l’espace colorimétrique CIELAB[20] en mesurant leur valeur b*, qui va du bleu (-b*) au jaune (+b*).

Résultats et interprétation

Présentation des résultats

Déformations

Les divers profils de déformation des éprouvettes permettent de comparer les déformations occasionnées par les modes de séchage pour les deux catégories d’éprouvettes [fig. 8].

Typologie schématique des déformations observées.

figure 8. Typologie schématique des déformations observées.

Pour les éprouvettes RK-1 [fig. 9] :

  • Celles séchées sous poids présentent toutes un tuilage en bosse.
  • Celles séchées à la spatule présentent des tuilages et/ou des gondolements. Les déformations sont légèrement plus hétérogènes[21] et intenses[22] pour les éprouvettes séchées à 80°C et 120°C qu’à 40°C et sous poids.
Mesures des déformations des éprouvettes RK-1.

figure 9. Mesures des déformations des éprouvettes RK-1.

Pour les éprouvettes RK-17 [fig. 10] :

  • Celles séchées sous poids présentent toutes un tuilage.
  • Celles séchées à la spatule présentent un tuilage dans le sens parallèle aux fibres. Dans le sens perpendiculaire, elles présentent des tuilages ou des gondolements. Les déformations sont plus hétérogènes mais moins intenses que pour un séchage sous poids. Les éprouvettes séchées à 120 °C sont les plus déformées.
  • Les déformations sont en bosse et de grande intensité dans le sens perpendiculaire aux fibres, et en creux de faible intensité dans le sens parallèle aux fibres.
Mesures des déformations des éprouvettes RK-17.

figure 10. Mesures des déformations des éprouvettes RK-17.

Brillance

En restauration, pour des raisons esthétiques et de compréhension de l’œuvre, la brillance des zones consolidées doit être proche de celle du papier support. C’est pourquoi il a paru important d’évaluer l’effet de l’usage de la spatule chauffante sur la brillance du papier de consolidation. Comme de juste, le papier Whatman est utilisé comme témoin, considérant que sa valeur moyenne est de 0,8 unité de brillance (UB).

Pour les éprouvettes RK-1 [fig. 11] :

  • les éprouvettes séchées sous poids et à la spatule à 40 °C présentent une brillance plus élevée que le papier support ;
  • les éprouvettes séchées à 80 °C et à 120 °C sont aussi brillantes que le papier support (respectivement 0,84 et 0,76 UB).
Mesures de brillance des éprouvettes RK-1.

figure 11. Mesures de brillance des éprouvettes RK-1.

Pour les éprouvettes RK-17 [fig. 12] :

  • les zones consolidées sont plus brillantes que le papier support, excepté pour les éprouvettes séchées à 120 °C, qui présentent une brillance proche du témoin (0,96 UB).
  • Les éprouvettes séchées sous poids et à la spatule à 40 °C et 80 °C présentent une brillance similaire.
Mesures de brillance des éprouvettes RK-17.

figure 12. Mesures de brillance des éprouvettes RK-17.

Dans tous les cas, ces différences de brillance ne sont pas perceptibles à l’œil nu : le papier support comme les zones consolidées paraissent mates.

Couleur

On n’observe aucune différence significative de degré de jaune entre les différents modes de séchage, que ce soit pour les éprouvettes consolidées au moyen du papier kozo RK-1 (3,09 < b* < 4,49) ou pour les éprouvettes consolidées au moyen du papier RK-17 (4,94 < b* < 6,69) [fig. 13].

Mesures de spectrocolorimétrie des éprouvettes.

figure 13. Mesures de spectrocolorimétrie des éprouvettes.

Interprétation des résultats

Déformations

La différence d’intensité et d’homogénéité entre le sens parallèle et le sens perpendiculaire aux fibres est due à l’anisotropie du matériau : le papier se déforme préférentiellement dans le sens perpendiculaire aux fibres.

La plus grande homogénéité des éprouvettes séchées sous poids par rapport à celles séchées à la spatule chauffante s’explique probablement par une plus grande uniformité du processus de séchage. En effet, le séchage sous poids entraîne un seul front de séchage, créant une seule zone de retrait volumique qui se manifeste par une seule déformation (le tuilage). À l’inverse, le séchage à la spatule chauffante génère plusieurs fronts de séchage, et donc plusieurs zones de retrait volumique, conduisant à un gondolement. Malgré les efforts pour standardiser le geste de séchage, les fronts de séchage ne sont probablement pas identiques d’une éprouvette à l’autre. Cette variabilité expérimentale expliquerait l’hétérogénéité de formes entre les diverses éprouvettes séchées à la spatule.

Pour ce qui est du lien entre température et déformations, on observe que plus la vitesse de séchage est rapide, plus les contraintes générées sont intenses[23]. Surtout valable pour les éprouvettes séchées à la spatule consolidées au papier RK-1, cette observation est moins évidente pour les éprouvettes consolidées au RK-17, pour lesquelles les différences de températures de séchage à la spatule semblent peu influer sur le type de déformation. À cet égard, le séchage sous poids, plus lent, semble préférable. Dans le contexte de notre étude, nous préconisons de privilégier un usage de la spatule à 40 °C pour les consolidations au RK-1, et à 80 °C pour les consolidations au RK-17 en raison de déformations moins hétérogènes et de moindre ampleur. Mais ces résultats dépendant de la sensibilité particulière du support à la température ne sauraient avoir valeur de généralité.

Brillance

Aucune différence de brillance n’a été observée à l’œil nu ni au brillancemètre. Nous en déduisons que la spatule chauffante telle que mise en œuvre dans notre protocole n’a pas produit de changement de brillance. Cependant, la brillance des consolidations devant être la plus proche possible de celle du papier d’œuvre, les résultats obtenus par cette étude ne peuvent pas être étendus à d’autres cas.

Couleur

L’usage de la spatule chauffante pour sécher des consolidations ou des doublages n’entraîne pas plus de modification de couleur qu’un séchage sous poids, quelles que soient les températures employées. Des résultats différents pourraient cependant être obtenus avec d’autres papiers supports.

Discussion

Pour obtenir une plus grande planéité, l’humidification de l’éprouvette permettrait, lors du séchage, de répartir les tensions entre le papier consolidé et le papier de support. On pourrait également employer une colle moins concentrée pour limiter les tensions lors du séchage. Par ailleurs, le questionnaire envoyé aux conservateurs-restaurateurs aurait pu être plus précis sur le type de déformations induites par l’usage de la spatule chauffante, le jaunissement et le changement de brillance du papier d’œuvre consolidé. Le séchage jusqu’à la stabilisation de la masse des éprouvettes était une étape nécessaire pour les comparer et assurer la reproductibilité du protocole, bien que cette méthode ne reflète pas la réalité de la pratique en atelier. Enfin, il serait intéressant de réaliser un vieillissement artificiel des éprouvettes afin d’observer les évolutions en matière de déformations, de brillance et de couleur.

Un autre protocole pour l’étude des déformations a été testé : les éprouvettes sont photographiées en lumière rasante dans les deux sens des fibres. Les images obtenues sont converties en noir et blanc puis binarisé[24] afin d’observer le pourcentage de déformation des éprouvettes. De telles mesures mettent en évidence la présence de déformations mais ne permettent pas, du fait du seuillage automatique, de réaliser des comparaisons quantitatives. C’est pourquoi ce protocole n’a pas été retenu pour l’interprétation des résultats.

Conclusion

L’utilisation de la spatule chauffante induit des déformations notables du papier de consolidation ou de doublage sous forme de gondolements et de tuilages – tandis que le séchage sous poids produit principalement un tuilage. En termes de respect de la planéité, aucune des techniques testées lors du protocole n’est satisfaisante : des déformations de différentes formes mais d’amplitudes proches sont présentes dans les deux cas, et toutes les éprouvettes nécessitaient une remise à plat. En raison de l’absence de différence notable au niveau de la couleur et de la brillance, et en raison de déformations d’amplitudes proches entre un séchage sous poids et un séchage à la spatule chauffante à diverses températures, l’emploi de la spatule chauffante est une alternative à considérer au séchage sous poids, notamment dans le cadre d’un traitement de masse[25].

Le gain de temps, bien que considérable, n’est pas intéressant si la spatule est appliquée jusqu’à séchage complet, dans le sens où ce temps ne peut être employé à réaliser d’autres interventions, à l’inverse d’un séchage sous poids. Une combinaison des deux méthodes permettrait un gain d’efficacité, tout en limitant les tensions générées par un séchage trop rapide.

Les résultats obtenus varient en fonction de la nature du papier support, de son aspect, de son niveau de dégradation, de sa sensibilité à la chaleur et de l’adhésif employé pour le consolider. Il est donc toujours préférable de réaliser des tests avant l’emploi de températures élevées.

 

 

[1] Élève restauratrice, spécialité photographie et image numérique, promotion 2021-2026, département des Restaurateurs de l’Institut national du patrimoine.

[2] Élève restauratrice, spécialité sculpture, promotion 2021-2026, département des Restaurateurs de l’Institut national du patrimoine.

[3] Élève restauratrice, spécialité arts graphiques et livre, promotion 2021-2026, département des Restaurateurs de l’Institut national du patrimoine.

[4] Stephanie WATKINS, « Practical considerations for humidifying and flattening paper », The Book & Paper Group Annual, vol. 21, 2002, p. 61-76.

[5] Ce questionnaire, adressé en février 2024 aux principales associations professionnelles pour diffusion au sein de leurs adhérents, a recueilli 35 réponses.

[6] Papier japonais RK-17 en rouleau, 19 g/m², 100 % fibres de kozo (fabricant : Paper Nao ; fournisseur : GMW ; réf. 35933).

[7] Papier japonais RK-17 en rouleau, 8 g/m², 100 % fibres de kozo (fabricant : Paper Nao ; fournisseur : GMW ; réf. 35701).

[8] Papier filtre qualitatif Whatman™, grade 1, 87 g/m², 75 x 100 mm (fabricant : Cytiva 1001-824 ; fournisseur : Fisher Scientific, réf. 11302825, lot 18133486).

[9] « RK-1 S 80°C 1/5 » désigne par exemple la première éprouvette de la série (« 1/5 ») consolidée avec un papier « RK-1 », séchée (« S ») à la spatule chauffante à « 80 °C ».

[10] Amidon de blé (fournisseur : GMW, réf. 40601).

[11] Rouleau de Cokon™, 35 g/m2, 900 mm x 100 m (fournisseur : CXD International, réf. PACOKO0100).

[12] Quantité déterminée lors de pré-tests.

[13] Température mesurée sur la panne avec une sonde thermométrique de surface DOT-150 (HACCP), sonde K, de -50 °C à +150 °C, (fabricant : Voltcraft, réf. 100889). Voir également Blandine DADILLON, « “Sous la cire, la soie.” Étude et conservation-restauration des broderies du manteau de la reine Arégonde (VIe siècle, musée d’archéologie nationale, Saint-Germain-en-Laye) », mémoire de diplôme de conservation-restauration soutenu à l’Institut national du patrimoine (Paris, 2023).

[14] Jean-Francis BLOCH et al., « Quelques aspects du comportement hygromécanique du papier », Mécanique & Industries, vol. 10, n° 1, 2009.

[15] Modèle optoNCDT 1320 et son logiciel associé (fabricant : Micro-Epsilon).

[16] Modèle Novo Gloss 20/60/85° (fabricant : Rhopoint Instruments).

[17] Spectrocolorimètre (réf. D1013398, produit n° 24696). Logiciel SpectraMagic™ NX Pro (éditeur : Konica Minolta).

[18] Anh-Tu PHAN, « Efficacité des générateurs de péroxyde dans le blanchiment de la pâte désencrée », mémoire de maîtrise en science des pâtes et papiers soutenue à l’université du Québec à Trois-Rivières (Trois-Rivières, 2004), p. 20.

[19] En l’absence de témoin idéal, on ne parle pas de jaunissement puisque ce terme traduit une évolution que l’on ne peut observer ici. Il va de soi que dans le cadre d’un travail non expérimental, les papiers kozo RK-1 et RK-17 étant plus jaunes que le papier Whatman, ils ne seraient pas choisis pour la restauration d’un papier aussi blanc que le Whatman.

[20] L*a*b* CIE 1976 (ou CIELAB) est l’espace chromatique le plus utilisé en colorimétrie moderne car il est particulièrement adapté aux mesures de colorants ou de pigments, ainsi qu’aux estimations de mélanges. Voir Bernard LEBLANC, [article] « Colorimétrie », Universalis.fr, s. d. [en ligne], https://www.universalis.fr/encyclopedie/colorimetrie/ [lien valide en septembre 2024]..

[21] On entend par « hétérogénéité » la différence de réponse des éprouvettes au sein d’un échantillon.

[22] L’« intensité » indique à quel point l’éprouvette s’écarte du plan.

[23] Saber CHEMKHI, « Séchage d’un milieu déformable non saturé : modélisation du couplage hygromécanique », thèse de doctorat soutenue à l’université Bordeaux 1 (Bordeaux, 2008).

[24] Logiciel ImageJ.

[25] Jody BEENK, Marieka KAYE & Laura O’BRIEN MILLER, « Archives Conservation Discussion Group 2009. Conservation and preservation approaches for stabilizing large-scale collections », The Book & Paper Group Annual, vol. 28, 2009, p. 99-106.


OpenEdition vous propose de citer ce billet de la manière suivante :
INP (10 octobre 2024). Utilisation de la spatule chauffante sur papier : mesure des déformations, de la brillance et du jaunissement. Variations patrimoniales. Le carnet de l’INP. Consulté le 13 février 2025 à l’adresse https://doi.org/10.58079/12g9g


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