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Thèse Année : 2022

New technologies for the conservation of written paper heritage damaged by fire

Nouvelles technologies de conservation-restauration du patrimoine écrit sur papier endommagé par le feu

Résumé

Books and documents on paper harmed by fire in libraries and archives have often been left in very poor condition as conservation interventions with traditional materials and techniques have so far given unsatisfactory results. As a consequence, a large number of these documents are excluded from access and even from simple handling because they are prone to immediate fragmentation. The research is dedicated to developing an innovative conservation treatment for strengthening burnt paper, with a specific focus on traditional handmade rag paper which was the support for writing and printing from the 13th to the 19th century in the Western Latin world. The main goal of this mechanical reinforcement is to allow cautious and safe future access to the text, including for the purpose of their reproduction for the benefit of the larger scholar community. The study and physicochemical characterization of two burnt historical papers was carried out using pH measurements, morphological investigation by optical and scanning electronic microscope (SEM/EDS), spectroscopic techniques (ATR-FTIR, FORS) and X-ray Powder Diffraction (XRPD). This allowed a better understanding of the condition of paper materials harmed by fire, an essential step for producing burnt paper samples in the laboratory to be used experimentally, in which thermal degradation and burning effects (macro-and microstructure, physico-chemical characteristics) were comparable to those of the real historic ones. The methodology developed is based on the use of nanocelluloses and polysiloxanes known to increase the strength of polymeric materials such as paper. Cellulose nanocrystals and microfibrillated cellulose were used together with various polysiloxanes formulations based on tetraethoxysilane (TEOS) and aminoalkylalkoxysilanes. These products were tested individually and combined, to form a biopolymer based reinforcing nanocomposite, which can be applied on the paper by spraying. The nanocomposite formulations developed were compatible with the paper matrix. When applied on the charred areas of a burnt paper, they limited the tendency to fragmentation and material loss. The efficiency of the products was evaluated using SEM/EDS, ATR-FTIR and mechanical testing of the burnt paper samples. Considering the extreme fragility of the carbonised paper, which did not allow to use standardized mechanical strength measurements, a simple fold to break resistance test was developed. The formulation based on nanocrystals and microfibrillated nanocellulose dispersed in a TEOS-based alkoxysilane penetrated into the paper and provided an increase in its mechanical resistance, while not changing the optical properties of paper and not leading to unwanted effects such as surface deposits, tidelines and deformation. Preliminary test applications on a manuscript and a printed historical paper from the Médiathèque L’Apostrophe in Chartres and from the Library of the Episcopal Seminary of Padua, damaged in a blaze during the Second World War, were carried out.
Les ouvrages et documents sur papier des fonds de bibliothèques et d’Archives endommagés par le feu sont le plus souvent laissés dans leur état d’altération extrême du fait du manque de méthodologies adéquates d’intervention, les méthodes traditionnelles étant inadaptées. Par voie de conséquence, un très grand nombre de ces documents sont incommunicables, voire même non manipulables, de par leur tendance à se fragmenter au moindre mouvement. La recherche a permis de développer une méthodologie innovatrice de traitement de conservation-restauration, dans le but de renforcer le papier ayant subi un sinistre par le feu, avec une attention particulière portée aux papiers artisanaux de pâte chiffon, supports de l’écriture et de l’imprimerie du XIIIe au XIXe siècles dans le monde occidental de tradition latine. L’objectif principal de ce renforcement mécanique est de permettre un accès futur, prudent et sécuritaire aux textes, y compris dans le but de pouvoir les reproduire afin de permettre leur étude par les chercheurs, notamment en sciences humaines. La caractérisation physicochimique et morphologique fine de deux papiers brulés historiques originaux, a été faite grâce à des mesures de pH, de diffraction des rayons X par les poudres (XRPD), de microscopie électronique à balayage associée à la microanalyse par énergie dispersive de rayons X (SEM-EDX) et par des techniques spectroscopiques comme l’infra-rouge en réflectance totale atténuée (ATR-FTIR) et la réflectance de fibre optique (FORS). Cela a permis de mieux comprendre l’état d’un papier brulé, étape essentielle afin de reproduire des éprouvettes de laboratoire dans lesquelles la dégradation thermique et les caractéristiques physicochimiques, de macro et de microstructure sont comparables à celles des originaux historiques endommagés. La méthodologie développée se base sur l’utilisation de nanocellulose et de polysiloxanes, connus pour augmenter la résistance de matériaux polymères comme le papier. Des formulations combinant nanocristaux (CN) de cellulose et/ou cellulose micofibrillée (MFC) ont été utilisés avec diverses formulations à base de tetraethoxysilanes et d’aminoalkylalcoxysilanes. Ces produits ont été appliqués individuellement et en combinaison, par pulvérisation directement sur les parties brûlées. Les formulations nanocomposites développées sont parfaitement compatibles avec la matrice papier. Après traitement, les portions brûlées ont une meilleure résistance à la fragmentation et à la perte de matière par manipulation. L’efficacité des produits a été évaluée par SEM-EDX, ATR-FTIR et par des essais mécaniques sur les éprouvettes. Pour ce faire, un moyen simple de mesurer la résistance au pliage a été conçu, aucun essai mécanique normalisé ne convenant étant donnée l’extrême fragilité du papier carbonisé. Une formulation basée sur un mélange de CN et de MFC dispersé dans des alcoxysilanes à base de TEOS en solution alcoolique a permis une bonne pénétration dans le papier, une augmentation de la résistance au pliage, tout en conservant l’apparence visuelle du papier, et ce, sans effets indésirables tels que des dépôts de surface, des auréoles ou de la déformation. Lors d’essais préliminaires cette formulation a été appliquée à un manuscrit conservé à la Médiathèque L’Apostrophe de Chartres et à un document historique imprimé de la bibliothèque du Séminaire épiscopal de Padoue, tous deux ayant été endommagés par des incendies lors de la seconde guerre mondiale.
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Origine Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

tel-04181667 , version 1 (16-08-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04181667 , version 1

Citer

Melania Zanetti. New technologies for the conservation of written paper heritage damaged by fire. Humanities and Social Sciences. MNHN; Padua University, 2022. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04181667⟩

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