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Impact de l’humification et de la remise à plat de films d’acétate de cellulose vierges et vieillis. Partie 1 : expérimentation

Léa BILGER[1], Louis RENAUDAT‑RAVEL[2] et Samuel SLONAKER[3]

L’acétate de cellulose (CA) est un polymère semi-synthétique issu de la cellulose, modifiée par acétylation[4]. Le degré de substitution (DS) détermine ses propriétés : plus le DS est élevé, plus le matériau est stable et hydrophobe ; en vieillissant, ce DS diminue par hydrolyse, rendant le CA fragile et instable[5].

Développé au début du XXsiècle, le CA est utilisé dans la photographie (films), le cinéma d’animation (celluloïds[6]), les archives (microfilms, pochettes), les arts graphiques (Zipatons®[7]), les textiles et divers objets (boutons, lunettes). Sa souplesse est obtenue par l’ajout de plastifiants comme le phosphate de triphényle (TPP) ou le phtalate de diéthyle (DEP)[8].

figure 1. À gauche : négatif photographique gélatino-argentique sur un support en acétate de cellulose. Prêt de Madame Caroline Barcella. À droite : éprouvette en acétate de cellulose avec des aplats de gouache, photographiée après vieillissement.

figure 1. À gauche : négatif photographique gélatino-argentique sur un support en acétate de cellulose. Prêt de Madame Caroline Barcella. À droite : éprouvette en acétate de cellulose avec des aplats de gouache, photographiée après vieillissement. © Léa Bilger, Louis Renaudat Ravel, Samuel Slonaker / INP.

Le vieillissement du CA entraîne des phénomènes tels que la libération d’acide acétique (« syndrome de vinaigre »), la migration de plastifiants, l’hydrolyse des groupes acétyles, et des déformations visibles (tuilage, gondolement, cassures)[9]. Un suivi de ces phénomènes est possible par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier[10][11] (IRTF).

La recherche pour le traitement d’objets patrimoniaux déformés en CA, suit à l’heure actuelle plusieurs pistes. Parmi elles, on trouve l’application de chaleur[12], ainsi que l’humidification et la mise sous poids[13]. Nous avons voulu évaluer et quantifier l’impact de ce type de traitement, couramment employé en conservation-restauration des arts graphiques, sur les propriétés physiques de CA.

Matériel et méthode

Préparation des éprouvettes

En amont de notre projet, de nombreux pré‑tests ont permis de déterminer la méthodologie la plus adaptée au matériau et aux observations que nous souhaitions faire[14]. C’est ainsi que des films de CA[15] vierges ont été découpés à la main au format 10 × 20 cm, et quadrillés en 666 carrés à l’aide d’un traceur automatique[16] équipé d’un feutre permanent noir[17]. Chaque éprouvette a reçu un code assigné aléatoirement[18], formé d’une lettre allant de A à G et un nombre allant de 1 à 5.

figure 2. Création du quadrillage avec la machine Brother ScanNcut.

figure 2. Création du quadrillage avec la machine Brother ScanNcut. © Léa Bilger, Louis Renaudat Ravel, Samuel Slonaker.

Vieillissement

Les 30 éprouvettes des lots B à G ont subi un vieillissement artificiel de 16 jours à 80 °C et 50 % d’humidité relative (HR), avec inspection tous les deux jours[19]. Les éprouvettes ont été positionnées de manière aléatoire dans l’enceinte de vieillissement, où elles ont été suspendues au moyen d’un fil de lin[20]. Les 5 éprouvettes de la série témoin A n’ont pas été vieillies.

figure 3. À gauche : enceinte de vieillissement avec les éprouvettes suspendues. À droite : éprouvettes vieillies avant traitement de remise à plat.

figure 3. À gauche : enceinte de vieillissement avec les éprouvettes suspendues. À droite : éprouvettes vieillies avant traitement de remise à plat. © Léa Bilger, Louis Renaudat Ravel, Samuel Slonaker.

Au sortir de l’enceinte, toutes les éprouvettes vieillies présentent un tuilage (déformation en arc). On note une perte moyenne de masse de 0,18 g (pour un écart‑type initial de 0,005 g), une réduction d’épaisseur d’environ 4 µm (pour un écart‑type initial de 1,46 µm, et un retrait moyen de 2 % en hauteur et en largeur, soit de 0,39 cm et 0,19 cm (pour un écart‑type initial de 0,049 cm dans les deux sens).

L’analyse de la superficie des carrés montre une homogénéité de retrait dans chaque lot, confirmée par des mesures appairées. Les différences entre lots vieillis et non-vieillis sont significatives.

Il y a absence de jaunissement et d’odeur au terme du vieillissement artificiel. De pair avec le retrait observé, nous supposons que les altérations induites sont dues principalement à la migration de plastifiants[21].

Protocoles de traitement

25 éprouvettes vieillies (lots C à G) sont soumises à un protocole de traitement : humidification contrôlée en chambre et mise sous presse. Cette méthode est inspirée et librement adaptée des techniques d’humidification en chambre utilisées en conservation-restauration des arts graphiques et du comportement physicochimique du papier lorsqu’il est humidifié[22].

L’hydrolyse de CA peut atteindre un stade dit « auto-catalytique », nous encourageant à réfléchir aux moyens de limiter l’apport d’eau à notre protocole[23]. Pour procéder à l’humidification contrôlée[24], nous avons mis en place trois chambres d’humidification :

  • une chambre d’humidification avec de l’eau du robinet pour une HR de 100%,
  • une autre avec une solution saturée de chlorure de potassium (KCl) pour une HR de 86 %,

et une dernière avec une solution saturée de chlorure de sodium (NaCl) pour une HR de 76 %.

figure 4. Tableau synthétique pour la mise en place du protocole d’humification en chambre des éprouvettes.

figure 4. Tableau synthétique pour la mise en place du protocole d’humification en chambre des éprouvettes.

Les solutions sont préparées dans de l’eau déminéralisée légèrement chauffée et agitée. Le temps d’humification est de 24 heures[25].

figure 5. Schéma de principe de la chambre d’humidification.

figure 5. Schéma de principe de la chambre d’humidification. © Léa Bilger, Louis Renaudat Ravel, Samuel Slonaker.

Après humidification, de la condensation a été observée au toucher sur la totalité des éprouvettes. Suite à leur humidification, les éprouvettes ont été placées sous presse entre deux feuilles buvard[26] neuves, isolées par une interface en non‑tissé polyester[27] neuf, préalablement sélectionné pour son efficacité et sa non‑adhérence au CA. La position des éprouvettes dans chaque presse a été randomisée. Chaque presse a une superficie de 50 × 65 cm, et est contrainte par un poids total de 10 kg[28].

Mesures expérimentales

Les mesures ont principalement été effectuées par prise de vue standardisée, postproduites sous Adobe Photoshop, et analysées avec les logiciels ImageJ et RStudio.

Déformations hors plan

Les déformations hors plan de type tuilage ont été enregistrées par prise de vue latérale et mesurées grâce au logiciel ImageJ. Nous avons procédé au calcul du facteur de courbure K, issu de la norme ISO 11556:2005[29]. Cette valeur K permet de quantifier et de comparer le tuilage avant et après le traitement.

figure 6. À gauche : schéma et formule du tuilage K (informations tirées de la norme ISO 11556:2005). À droite : dispositif de mesure du tuilage des éprouvettes.

figure 6. À gauche : schéma et formule du tuilage K (informations tirées de la norme ISO 11556:2005). À droite : dispositif de mesure du tuilage des éprouvettes. © Léa Bilger, Louis Renaudat Ravel, Samuel Slonaker.

Tombée

La mesure de tombée des éprouvettes vise à évaluer leur souplesse, et par conséquent la dégradation du CA au niveau moléculaire. À l’aide d’un rapporteur et d’un fond gris neutre, il est possible de connaître avec assez de précision l’angle de tombée de chaque éprouvette. Ce phénomène peut permettre de caractériser l’état physique et chimique du matériau en interprétant un angle plus bas à une souplesse élevée.

figure 7. Dispositif de mesure de tombée.

figure 7. Dispositif de mesure de tombée. © Léa Bilger, Louis Renaudat Ravel, Samuel Slonaker.

Déformations dans le plan

Les déformations dans le plan se caractérisent grâce à des photos zénithales en lumière transmise. La prise de mesure de l’aire en pixels des carrés du quadrillage a été automatisée par ImageJ, et l’interprétation des changements dimensionnels quantifiée avec le logiciel RStudio.

Le détail du protocole de prise de mesures est détaillé dans la partie 2 du présent article, en ligne à l’adresse suivante : [à paraître prochainement].

figure 8. De gauche à droite : prises de vue en lumière transmise à travers la feuille d’acétate ; photographie binarisée ; capture d’écran du calcul des aires effectué au moyen du logiciel ImageJ. © Léa Bilger, Louis Renaudat Ravel, Samuel Slonaker.

figure 8. De gauche à droite : prises de vue en lumière transmise à travers la feuille d’acétate ; photographie binarisée ; capture d’écran du calcul des aires effectué au moyen du logiciel ImageJ. © Léa Bilger, Louis Renaudat Ravel, Samuel Slonaker.

Résultats

Déformation hors plan

La totalité des éprouvettes traitées par humidification a connu une réduction de tuilage. La résorption totale du tuilage n’est cependant survenue que pour certaines éprouvettes C, traitées à 100 % HR. La majorité des éprouvettes sont restées déformées après traitement.

figure 9. Évaluation du tuilage avant et après le traitement de remise à plat (* données non exploitables).

figure 9. Évaluation du tuilage avant et après le traitement de remise à plat (* données non exploitables).

Le niveau de tuilage après traitement – exprimé en pourcentage de tuilage par rapport au tuilage maximal induit par vieillissement – révèle une répartition étroite dans les lots C et F, et une répartition étalée dans les lots D, E et G.

figure 10. Évaluation du tuilage résiduel après le protocole de traitement de remise à plat.

figure 10. Évaluation du tuilage résiduel après le protocole de traitement de remise à plat.

Dans les lots C et F, la différence entre les valeurs moyennes de tuilage avant et après traitement est supérieure à l’écart‑type des valeurs de tuilage avant traitement. L’effet de réduction de tuilage peut être sensiblement lié au protocole de traitement de ces lots.

figure 11. Représentation graphique du tuilage (K) avant et après traitement de remise à plat.

figure 11. Représentation graphique du tuilage (K) avant et après traitement de remise à plat.

Tombée

Les mesures de tombée pour les angles de chaque éprouvette expriment des tendances qui varient selon le point de mesure sélectionné.

Déformation dans le plan

Cette nature de déformation est évaluée par l’hétérogénéité des mesures de superficie pour chacun des 666 carrés inscrits sur chaque éprouvette. Chaque carré a été mis en relation avec les carrés qui se situent à la même position physique sur d’autres éprouvettes du même lot, puis les lots ont été comparés entre eux. L’évaluation statistique de chaque carré montre que les superficies moyennes des carrés après traitement, ont une distribution homogène dans chaque lot.

figure 12. Répartition de la superficie des carrés des éprouvettes après traitement : moyennes (à gauche) et correspondance physique (à droite).

figure 12. Répartition de la superficie des carrés des éprouvettes après traitement : moyennes (à gauche) et correspondance physique (à droite).

La comparaison de la superficie des 666 carrés inscrits sur les éprouvettes avant et après traitement, indique dans de très rares cas de légers retraits ou augmentations dimensionnelles. La faible importance de ces différences suggère qu’elles ne sont pas sensiblement liées au protocole de traitement.

figure 13. Répartition physique du retrait après traitement, exprimée en multiples d’écart type de la superficie de chaque carré avant traitement.

figure 13. Répartition physique du retrait après traitement, exprimée en multiples d’écart type de la superficie de chaque carré avant traitement.

Discussion

Déformation hors plan

Les mesures de tuilage indiquent que le seul protocole de traitement capable de limiter le tuilage est celui appliqué aux éprouvettes C (humidification à l’eau du robinet suivie de 3 semaines de presse). La grande variabilité de K avant traitement, notamment des valeurs initiales de K faibles, rend compliquée l’exploitation des données.

La solution saline censée reproduire des conditions de 86 % HR n’ayant pas fonctionné comme prévu, les éprouvettes D, F et G ont été exposées à une HR de presque 100 %, mais en présence de KCl. À humidification et à temps de presse égaux ou supérieurs à ceux imposés aux éprouvettes C, les séries D, F et G n’ont pas subi la même réduction de tuilage. Il semblerait que l’inclusion de sels dans les enceintes d’humidification ait eu un effet défavorable à l’efficacité du traitement.

À condition d’humidification égale, le temps de presse n’a pas semblé engendrer d’effet significatif sur l’efficacité du protocole de mise à plat (éprouvettes D, F et G).

Tombée

La plupart des comparaisons de mesure de tombée (témoins vieillis ou non, éprouvettes traitées ou non) ne révèlent pas de tendance significative.

figure 14. À gauche : représentation graphique de la tombée des angles des éprouvettes avant et après traitement de remise à plat. À droite : représentation graphique de la tombée du centre des éprouvettes avant et après traitement de remise à plat.

figure 14. À gauche : représentation graphique de la tombée des angles des éprouvettes avant et après traitement de remise à plat. À droite : représentation graphique de la tombée du centre des éprouvettes avant et après traitement de remise à plat.

Bien qu’elles ne soient pas significatives, deux légères tendances contradictoires sont observées, en fonction des points de mesure sélectionnés. Cet écart de tendances s’interprète comme l’effet du tuilage sur la résistance à la tombée, suggérant que ce protocole n’est pas adapté à l’étude de CA ainsi déformé. Cette partie de l’étude pourrait être complétée par des analyses IRTF[30].

Déformation dans le plan

La répartition homogène des superficies de carrés de chaque éprouvette tout le long du protocole, indique que les traitements appliqués n’ont pas induit de déformations hétérogènes dans le plan. De même, aucun retrait notable n’a été mesuré. Certaines tendances légères peuvent paraître dans les traitements statistiques. Elles sont vraisemblablement dues à une géométrie non calibrée lors de la prise de vue, ou aux artéfacts visuels induits par le matériel.

Des observations de relief et de reflets irréguliers au niveau des quadrillages au feutre [fig. 19] soulèvent la question de l’impact de techniques graphiques et de couches supplémentaires sur le comportement physique des objets patrimoniaux en CA. Les résultats ici présentés ont visé l’étude du matériau lui-même, mais ont cependant couru le risque d’avoir été influencés par l’emploi du feutre.

figure 15. Mise en évidence des déformations présentes sur une éprouvette suivant le tracé du quadrillage.

figure 15. Mise en évidence des déformations présentes sur une éprouvette suivant le tracé du quadrillage. © Léa Bilger, Louis Renaudat Ravel, Samuel Slonaker.

Conclusion

Les effets du vieillissement sur le CA sont significatifs et mesurables. L’humidification et la remise à plat sous presse permettent de limiter, sous certaines conditions, les déformations. L’effet à long terme de l’exposition de CA à une HR élevée durant un temps court doit être évalué avant l’application libre de ce protocole.

Les résultats obtenus montrent l’intérêt de développer des protocoles reproductibles pour la conservation curative des matériaux en CA. Nous espérons que les travaux que nous avons ainsi réalisés sur du CA vierge seront utiles pour la recherche en conservation-restauration d’objets composites, voire complexes, à base de CA, par exemple comportant des couches supplémentaires.

 

 

[1] Élève conservatrice-restauratrice, spécialité arts graphiques, promotion 2022-2027, département des Restaurateurs de l’Institut national du patrimoine (INP).

[2] Élève conservateur-restaurateur, spécialité photographie et image numérique, promotion 2022-2027, département des Restaurateurs de l’INP.

[3] Élève conservateur-restaurateur, spécialité photographie et image numérique, promotion 2022-2027, département des Restaurateurs de l’INP.

[4] Jean-Pierre TROTIGNON et al., Précis de matières plastiques. Structures, propriétés, mise en œuvre, normalisation, Afnor éditions / Nathan, coll. « Précis », 2023, p. 93‑95 ; Michele DERRICK (dir.), « Cellulose acetate » [article wiki], The Conservation and art materials encyclopedia online (Cameo), Boston, Museum of Fine Arts Boston, s. d. [en ligne], https://cameo.mfa.org/wiki/Cellulose_acetate [lien valide en octobre 2025].

[5] Ana CUDELL et al., « Strategies for the conservation of cellulose acetate artworks. A case study of two plastic books », in Janet BRIDGLAND (dir.), Icom Comittee for Conservation 16th Triennal Meeting Lisbon Portugal 19‑23 September 2011, Almada, Critério, coll. « Triennal meeting », 2011 [en ligne] https://www.researchgate.net/publication/358226817_Strategies_for_the_conservation_of_cellulose_acetate_artworks_-_a_case_study_of_two_plastic_books [lien valide en octobre 2025] ; Laury GRARD, « Rose Adler, la plastique du livre. Étude et conservation-restauration de deux livres et leurs étuis, Soleil bas et Tableau de la mode (années 1920, Paris, Bibliothèque littéraire Jacques‑Doucet). Comment traiter les déformations d’un papier pelliculé d’acétate de cellulose ? », mémoire de fin d’études soutenu à l’Institut national du patrimoine (Paris, 2018), p. 148 [en ligne], https://mediatheque-numerique.inp.fr/documentation-oeuvres/memoires-diplome-restaurateurs-patrimoine/rose-adler-plastique-livre-etude-conservation-restauration-deux-livres-leurs-etuis-soleil-bas-tableau-mode-annees-1920-paris [lien valide en octobre 2025].

[6] Françoise LÉMERIGE & Bataille LEMAIRE, « Problématique de conservation spécifiques des celluloïds d’animation conservés au sein de la collection des dessins de la Cinémathèque française : étude de cas de la couche pégueuse de 32 celluloïds des Maîtres du Temps de René Laloux (1982) », Conservation-restauration des biens culturels (CRBC), n° 38, 2021, p. 144‑167 [en ligne], https://araafu.com/wp-content/uploads/2022/03/1546.pdf [lien valide en octobre 2025].

[7] Marion CINQUALBRE, « Le zip : étude d’un produit graphique et élaboration de protocoles de traitements pour sa conservation-restauration », thèse de doctorat soutenue à l’université de Cergy (Cergy, 2023) [en ligne], https://theses.hal.science/tel-04607074v1/file/Th%C3%A8se_MCinqualbre.pdf [lien valide en octobre 2025].

[8] Liu LIU et al., « Degradation markers and plasticizer loss of cellulose acetate films during ageing », Polymer degradation and stability, vol. 168, 2019.

[9] Yvonne SHASHOUA, Conservation of plastics. Materials science, degradation and preservation, Oxford, Butterworth-Heinemann, 2008, p. 180‑184 [en ligne], https://mirror.wide-net.org/pub/b/plastic/Conservation%20of%20Plastics%20-%20Shashoua%202008.pdf [lien valide en octobre 2025].

[10] Emma RICHARDSON et al., « Assessing the physical stability of archival cellulose acetate films by monitoring plasticizer loss », Polymer degradation and stability, vol. 107, 2013, p. 231‑236 [en ligne] http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2013.12.001 [lien valide en octobre 2025].

[11] Sofia NUNES et al., « A diagnostic tool for assessing the conservation condition of cellulose nitrate and acetate in heritage collections. Quantifying the degree of substitution by infrared spectroscopy », Heritage Science, vol. 8, art. 33, 2020.

[12] Ana CUDELL et al., 2011.

[13] Katrin PIETSCH, « Flattening rolled negatives on filmbase », Topics in photographic preservation, vol. 16, 2015, p. 245‑256 [en ligne], http://resources.culturalheritage.org/pmg-topics/wp-content/uploads/sites/9/2019/05/38-T-16-Pietsch_paginated.pdf [lien valide en octobre 2025].

[14] Méthodes d’accrochage testées pour vieillissement : à plat, enroulé (avec ou sans âme) ou suspendu par ficelle de lin.

[15] Films d’acétate de cellulose vierges, 95 µm (fournisseur : Rougier&Plé ; réf. : 455533).

[16] Machine de loisir créatif, ScanNcut® CM900XX1 (fabricant : Brother ; réf. : 891-Z02/Z03/Z04).

[17] Staedtler, Lumicolor noir, Permanent, S.

[18] Utilisation du site internet random.org pour toute randomisation.

[19] Diana C. RAMBALDI et al., « Effect of the application of a sol‑gel coating on the deterioration of cellulose diacetate », in Janet BRIDGLAND (dir.), Preprints ICOM‑CC 17th Triennial conference. Building strong culture through conservation. 17‑19 September 2014, Melbourne, Australia, Paris, The Internationl Council of Museums, 2014.

[20] Fil à coudre à la main, blanc naturel en lin (fournisseur : Schmedt ; réf. : 5100-010).

[21] Diana C. RAMBALDI et al., « Effect of thermal and photochemical degradation strategies on the deterioration of cellulose diacetate », Polymer degradation and stability, vol. 107, 2014, p. 237‑245.

[22] Gerhard BANIK & Irene BRÜCKLE, Paper and Water. A guide for conservators, Munich, Anton‑Siegl Fachbuchhandlung, 2018, p. 311‑312.

[23] Douglas W. NISHIMURA, « The IPI storage guide for acetate film », Topics in photographic preservation, vol. 5, art. 13, 1993, p. 123‑137.

[24] Lewis GREENSPAN, « Humidity fixed points of binary saturated aqueous solutions », Journal of research of the National Bureau of Standards. A. Physics and chemistry, vol. 81A, n° 1, 1977 [en ligne], https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/jres/81a/jresv81an1p89_a1b.pdf [lien valide en octobre 2025].

[25] Katrin PIETSCH, 2015.

[26] Carton buvard neutre sans réserve alcaline et sans azurant optique, 350 g/m2 (fournisseur : Klug ; réf. : 04001).

[27] Non-tissé en polyester, 50 g/m2 (fournisseur : GMW ; réf. : 37850).

[28] Joana SILVA, Sandra GARRUCHO & Filipa CARVALHO, « Unveiling Roland Oliveira’s photographic images: development of an unrolling and flattening treatment for silver gelatine 35 mm negative films », Conservar Património, n° 39, 2022, p. 71‑80 [en ligne], https://conservarpatrimonio.pt/article/download/25080/18480 [lien valide en octobre 2025].

[29] Arun A. PARAECATTIL (dir.), ISO 11556:2005, Paper and Board. Determination of curl using a single vertically suspended testpiece, Genève, International Organization for Standardization (ISO), 2005.

[30] Sofia NUNES et al., 2020


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OpenEdition vous propose de citer ce billet de la manière suivante :
INP (3 décembre 2025). Impact de l’humification et de la remise à plat de films d’acétate de cellulose vierges et vieillis. Partie 1 : expérimentation. Variations patrimoniales. Le carnet de l’INP. Consulté le 20 avril 2026 à l’adresse https://doi.org/10.58079/159zg


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