Durabilité du papier permanent en conditions d'archivage

Durability of the permanent paper in archiving conditions

• Auteur / Autrice : Caroline Vibert
• Direction : Bruno Fayolle, Anne-Laurence Dupont
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance le 17/11/2023
• Etablissement(s) : Paris, HESAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Procédés et Ingeniérie en Mécanique et Matériaux (Paris) - Procédés et Ingeniérie en Mécanique et Matériaux (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)
• Jury : Président / Présidente : Yves Bréchet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Fayolle, Anne-Laurence Dupont, Yves Bréchet, Gérard Mortha, Sandrine Thérias, Justin Dirrenberger, Thi-Phuong Nguyen, Denise Ricard
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Gérard Mortha, Sandrine Thérias

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gestion des documents

Durabilité (écologie)

Thèses et écrits académiques

Papier permanent

Mots clés libres

Papier

Encre

Dégradation

Durée de vie

Hydrolyse

Oxydation

Paper

Ink

Degradation

Lifetime

Hydrolysis

Oxidation

Résumé

Le papier est un matériau utilisé comme moyen de véhiculer et stocker de l’information. Dans certains cas, comme pour la conservation des documents d’archives à l’Andra (Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs), la prédiction de sa longévité est primordiale. Pour cette raison, le papier permanent, incluant une réserve alcaline supposée ralentir sa dégradation, a été développé et est utilisé depuis quelques dizaines d’années. Cependant, en raison de sa composition chimique spécifique et du manque de recul sur son utilisation, une étude approfondie de son vieillissement est nécessaire. L’objectif de ce travail de thèse est donc de déterminer un critère de fin de vie et d’évaluer la durée de vie du papier permanent, dans le cas de son archivage en présence d’encre.Pour répondre à cette problématique, des vieillissements artificiels ont été réalisés sur le papier afin d’accélérer la dégradation sous diverses conditions d’exposition favorisant l’hydrolyse ou l’oxydation de la cellulose. La comparaison du vieillissement de trois papiers d’acidité, de réserve alcaline et de nature de fibres différentes a permis d’identifier les mécanismes de dégradation du papier permanent, pour lequel la contribution de l’oxydation est plus important que pour un papier acide. Plus particulièrement, l’introduction de réserve alcaline dans sa composition ralentit la dégradation de la cellulose en agissant comme un retardant de la catalyse acide de l’hydrolyse. L’identification et le découplage de ces différents mécanismes a servi à mettre en place un modèle cinétique global de la dégradation, qui a pour but d’extrapoler la dégradation chimique de la cellulose à température ambiante, quelles que soient les conditions d’exposition.D’autre part, une caractérisation de la fragilisation du papier a pu être directement corrélée à une perte de résistance des fibres de cellulose en raison de la diminution de son degré de polymérisation, et a révélé l’existence d’un état critique du papier au-delà duquel l’endommagement s’intensifie. Ce critère, exprimé en degré de polymérisation, s’avère être un indicateur pertinent de sa fin de vie, car il correspond à une modification des relations structure-propriétés. La durée de vie sera ainsi définie comme l’atteinte de ce critère, jusqu’auquel le papier reste manipulable.Enfin, une étude préliminaire sur une encre toner actuellement utilisée à l’Andra a montré que sa dégradation était plus lente que celle du papier, et ainsi ne limite pas sa durée de vie lors d’une exposition conjointe.Ainsi, cette étude à différentes échelles, en se concentrant sur la cellulose d’un point de vue chimique, l’enchevêtrement fibreux d’un point de vue mécanique et le papier en tant que support d’écriture, contribue à déterminer la durée de vie de ce matériau, problématique déterminante pour la préservation à long terme des archives.

Paper is a material used for the storage of information. In certain cases, its longevity is essential, such as the preservation of the archival documents at Andra (National Agency for Radioactive Waste Management). For this reason, permanent paper, where an alkaline reserve is added for slowing down the degradation, has been developed and has been used for several decades. However, due to its specific chemical composition and the lack of long-term perspective on its usage, a comprehensive study of the aging of permanent paper is necessary. The aim of this work is to establish an end-of-life criterion and assess the lifetime of permanent paper, with and without ink, in the context of archival storage.To address this issue, artificial aging experiments at 90 °C were conducted to accelerate paper degradation under various exposure conditions that promote either cellulose hydrolysis or oxidation. Comparing the aging of three papers with different acidity level or alkaline reserve, and different fibres components, helped identifying the degradation mechanisms in permanent paper, the latter being prone more to oxidation than an acidic paper. Specifically, the introduction of an alkaline reserve slows down cellulose degradation by acting as a retardant for acid-catalysed hydrolysis. Understanding the different mechanisms led to the development of a comprehensive kinetic model of degradation, aimed at extrapolating the chemical degradation of cellulose at room temperature under various exposure conditions.Furthermore, the assessment of paper embrittlement could be linked directly to a loss of cellulose fibre strength, due to a decrease in the degree of polymerization of cellulose. This revealed the existence of a critical state, beyond which paper damage intensifies. This criterion, expressed in terms of degree of polymerization, proved to be a relevant indicator of the end-of-life, as it corresponds to a modification of structure-property relationship. The lifespan is defined as the reach of this criterion, beyond which the paper remains usable.Finally, an exploratory study on a toner ink currently used at Andra showed that its degradation is slower than that of paper, thus not being a limiting factor of the lifespan of printed paper.Hence, focusing on cellulose from a chemical perspective, on fibre entanglement from a mechanical perspective, and on paper as a printing medium, this multi-scale study enabled the determination of the lifespan of paper—a crucial aspect for archives long-term preservation.