Skip to navigation – Site map
Dossier

Etude comparative de la résistance à l’abrasion de trois fixatifs utilisés comme consolidant de techniques graphiques

Anne Laure Gautier

Abstracts

This study aimed to compare the abrasion resistance of three fixatives commonly used in restoration of graphic works as consolidating graphics techniques. Two cellulose ethers were tested (hydroxypropylcellulose and methylcellulose) and a fixative made from animal organism, gelatin. This study shows the development of an abrasion machine. The level of abrasion was determined thanks to a glossmeter. The results have shown that the methylcellulose as the most satisfactory product.  

Top of page

Full text

Je tiens à remercier les Écoles de Condé, et notamment Mme Carrard et Mme Mortureux qui me permettent de continuer mes études, ainsi que Mr Pepe et Mme Gille pour leurs précieux conseils et relectures.

Introduction

1De nombreux restaurateurs d’arts graphiques sont confrontés à un problème récurrent : la perte des tracés, des techniques graphiques et du medium en général. C’est véritablement un problème puisque nous risquons de perdre de précieux témoignages (informations, dessins etc…). La plupart du temps ce phénomène est dû à une abrasion de surface des documents, à cause d’une mauvaise manipulation ou du frottement d’un matériau sur une technique sensible ou pulvérulente. Les raisons sont multiples et si l’objet n’est pas bien conditionné, la perte d’informations ou du dessin peut être dommageable.

  • 1  Étude tribologique qui est la science du frottement, de l’usure, de la lubrification et de l’adhér (...)

2Cette étude a deux objectifs : d’une part la mise au point d’une machine qui reproduirait une abrasion de surface de manière constante, avec la même force et la même pression  et d’autre part une comparaison de la résistance à l’abrasion1 de trois fixatifs utilisés comme consolidants de techniques graphiques.

Le choix de trois fixatifs

3Depuis plusieurs années des fixatifs sont utilisés comme consolidants de techniques graphiques : les fixatifs d’origine animale, les fixatifs d’origine végétale et les éthers de cellulose.

4Nous avons décidé de tester trois fixatifs : la gélatine, l’hydroxypropylcellulose et la méthylcellulose. Ces trois fixatifs ont été sélectionnés parce qu’ils sont couramment utilisés en arts graphiques mais aussi parce qu’ils sont facilement disponibles dans le commerce, tout comme les milieux dans lesquels ils se solubilisent (alcools et eau).

La gélatine

5La gélatine est un fixatif issu d’une protéine animale, le collagène. Elle a une structure hélicoïdale d’acides aminés, qui sont liés entre eux par des liaisons hydrogène. Pour la préparation de la gélatine le collagène subit une phase d’hydrolyse acide ou alcaline qui ne doit pas être  trop poussée pour éviter d’altérer les propriétés physiques de la gélatine. La gélatine ainsi préparée est ensuite filtrée et séchée.

6Nous avons sélectionné une gélatine sous forme de petites granules que nous avons fait gonfler pendant 12h dans de l’eau froide, pour une concentration à 2% ; puis nous avons procédé à une cuisson douce au bain-marie pour ne pas dénaturer la protéine. Notre étude nécessitant une viscosité élevée des fixatifs, nous avons attendu que la gélatine refroidisse pour pouvoir procéder à notre méthode d’application de la colle sur les échantillons.

L’hydroxypropylcellulose

7Les éthers cellulosiques sont préparés à partir de l’éthérification de la cellulose. Ils ont l’avantage d’avoir un faible degré de substitution, ce qui les rend solubles dans l’eau froide. L’hydroxypropylcellulose est un polymère non ionique qui a la particularité d’être soluble dans l’eau et dans les alcools. Ce fixatif donne après séchage, un film souple et transparent, mais au pouvoir adhésif peu important quand il est fortement dilué. Il a aussi le désavantage d’être brillant à faible concentration (1%), ce qui peut être handicapant quand on l’utilise comme consolidant.

8Pour la préparation de nos échantillons, l’hydroxypropylcellulose se présente sous forme de poudre blanche que l’on a dilué à 2% dans de l’éthanol.

La méthylcellulose

9La méthylcellulose est aussi un éther de cellulose non ionique linéaire qui est obtenu par éthérification de la cellulose. Tout comme l’hydroxypropylcellulose, c’est un fixatif qui est très largement utilisé parce qu’il allie quatre facteurs très importants : un bon pouvoir collant, une bonne souplesse du film, et il est réversible. Lors de l’application le film est transparent. Cependant il se peut que ce fixatif forme un film brillant, et si le support papier que l’on traite n’a pas été humidifié au préalable, l’eau présente dans la colle se trouve aspirée. Mais dans l’ensemble c’est un fixatif qui présente le moins de changements optiques.

10Pour notre étude, la méthylcellulose utilisée se présentait sous la forme de poudre blanche que l’on a dissout à 2% dans de l’eau.

Protocole expérimental

Mise au point d’une machine abrasive: le tourne-disque

11Une problématique a rapidement émergé : comment créer une machine qui pourrait abraser de manière constante une surface, et dont le temps d’abrasion pourrait être reproduit de manière fiable ? Pour cela nous avons détourné un objet préexistant : le tourne-disque.

12Ce système est très appréciable puisqu’il permet de régler le nombre de tours par minute de 33, 45 ou 78 tours/minute et ainsi de déterminer et de maitriser le nombre de tours minimum avant l’abrasion du fixatif. Pour cela nous nous sommes aidés d’un chronomètre.

13Il permet également une abrasion homogène en déposant sur le bras un poids de 25g calé sur la tête, ce qui génère un frottement constant et régulier. Le tourne-disque, constitué d’une tête pivotante, permet de placer un abrasif à la place du diamant, et de placer ainsi la tête plus précisément. Pour éviter que le bras oscille vers le centre du tourne-disque, nous avons placé un poids de 500g à gauche du bras, pour le bloquer. Ainsi nous avons pu régler la position verticale et horizontale de la tête du tourne-disque à l’endroit précis où nous souhaitions générer des frottements (Fig. 1).

Fig. 1 Mise en place du protocole expérimental du tourne-disque

Fig. 1 Mise en place du protocole expérimental du tourne-disque

Les échantillons sont au nombre de cinq par disque vinyle. Pour empêcher une oscillation vers le centre du bras, ce dernier est bloqué avec un poids de 500g. Un poids supplémentaire de 25g est fixé sur la tête du bras, pour générer une abrasion constante et homogène.

Crédit : Anne Laure Gautier

14Après divers essais, nous avons choisi de régler le tourne-disque à 78 tours/minute pour des résultats plus satisfaisants en terme de temps et de résultat à l’abrasion.

Brillancemètre

15Pour mesurer l’abrasion des échantillons de colle nous avons utilisé un brillancemètre portatif Picogloss 560 MC-X de la marque Erichsen (Fig. 2), pour des mesures in situ. Ce dernier indique des relevés de mesures en Unité de Brillance (UB).

Fig. 2 Le brillancemètre portatif Erichsen Picogloss 560 MC-X

Fig. 2 Le brillancemètre portatif Erichsen Picogloss 560 MC-X

La fenêtre de mesure se trouve au centre de l’appareil. La mesure s’affiche sur l’écran digital sur le dessus de l’appareil et la valeur de mesure reste affichée environ 30 secondes. Cette dernière se traduit en UB (Unité de Brillance). Il faut considérer, qu’un brillancemètre avec une si petite ouverture a une sensibilité  très élevée, ce qui favorise la mesure d’échantillons de petites tailles.  

Crédit : Entreprise Erichsen, fiche technique du brillancemètre Erichsen Picogloss 560 MC-X

16Le principe du brillancemètre est basé sur une mesure de l’angle de réflexion, en tenant compte de l’intensité de lumière réfléchie (Fig.3). La lumière est réfléchie du point de rencontre, à une plaque interne réfléchissante. Une plaque en verre noir est utilisée en tant que plaque de référence pour le calibrage, avec une valeur de 90 UB pour une mesure de 60°.

17Fig. 3 Schéma de mesure de la réflexion dirigée

Le brillancemètre mesure l’unité de brillance d’une surface ou d’un objet selon l’angle de réflexion de la lumière. La géométrie de mesure du brillancemètre utilisé lors de ces expériences est de 60°.

Crédit : Anne Laure Gautier

18Ainsi, le brillancemètre nous a permis de mesurer les échantillons de colle avant et après abrasion, en partant du principe qu’une valeur décroissante d’UB traduisait une perte de matière du fixatif générée par l’abrasion.

19Pour réaliser nos relevés d’UB, nous avons fait des repères pour chaque échantillon ; c’est-à-dire que nous avons placé le brillancemètre sur l’échantillon et une fois la valeur devenue fixe, nous avons pris les repères à l’aide d’un crayon graphite. Cette opération nous a permis de pouvoir replacer le brillancemètre à l’endroit exact de la mesure avant abrasion.

Réalisation des échantillons

20Le principal paramètre pour les échantillons a été de trouver un système répétable de dépose de la colle. Pour cela nous avons réalisé les échantillons avec un système à encoche.

21 Ce système, qui consiste à déposer de la colle en excès dans une sorte de moule, ne peut se faire qu’avec des fixatifs relativement visqueux, pour avoir le temps d’éliminer le surplus avec une spatule en métal. Pour cela nous avons opté pour des concentrations de colle à 2%.

22Un pochoir en plastique d’une épaisseur de 0,2mm nous a permis de déposer une goutte de fixatif avec une pipette graduée en plastique dans l’encoche et d’enlever l'excédent au moyen d’un couteau de peinture à l’huile (Fig.4).

Fig. 4 Planche de 20 échantillons d’hydroxypropylcellulose en cours de séchage

Fig. 4 Planche de 20 échantillons d’hydroxypropylcellulose en cours de séchage

La réalisation d’une planche d’échantillons s’est effectuée avec le système à encoche, où l’on dépose en excès la colle avec une viscosité certaine. Le surplus est enlevé avec un couteau de peinture à l’huile. Dans le cas de notre étude les colles ont été réalisées à une concentration de 2%.

Crédit : Anne Laure Gautier

Le papier de support des échantillons

  • 2  Le papier aquarelle présente des fibres longues qui rendent le papier résistant et absorbant

23Le choix du papier de support devait remplir deux fonctions : avoir une surface relativement lisse pour permettre au brillancemètre de bien mesurer la réflexion dû à la colle et non à la rugosité de la surface et avoir un grammage élevé pour empêcher une déformation du papier qui génèrerait des erreurs de relevé de mesures. Notre choix s’est porté sur un papier utilisé pour les aquarelles2 et collé sur les quatre bords. Ainsi nous avions une feuille bien tendue qui pouvait recevoir des échantillons plus ou moins humides sans se déformer.

24Le bloc utilisé est d’un grammage de 300g/m2 de la marque Arche, 100% pur coton, au grain satiné et spécialement conçu pour l’aquarelle et la détrempe. La brillance de ce papier, avant dépôt des échantillons, est mesurée à 4,1 en Unité de Brillance. Cette valeur a été une référence lors de nos tests, afin de déterminer si cette valeur était atteinte après abrasion de nos échantillons de fixatif.

L’abrasif

25Plusieurs abrasifs ont été essayés et c’est le feutre qui a donné les résultats les plus satisfaisants. Nous avons donc utilisé le feutre de patin de chaises.

26Nous avons choisi un feutre carré qui recouvrait les échantillons en totalité, pour être sûr que l’abrasion se ferait sur l’ensemble de l’échantillon. Pour chaque série de test, le feutre a été changé pour des relevés de mesure fiables.

Le support

27Pour abraser les échantillons de manière constante et surtout de manière uniforme, nous avons utilisé des disques vinyles. Nous avons au préalable observé qu’un support qui n’était pas totalement plat, engendrait une abrasion partielle de certains échantillons, et donc faussait les résultats.

28Le vinyle, quant à lui, offre une surface très plane et est, logiquement, plus adapté au tourne-disque. L’abrasion est donc constante. Les échantillons ont été collés avec du scotch double face de la marque Tesa et du scotch transparent sur les bords, pour éviter au patin de buter sur un bord du papier, et ainsi fausser les résultats.

Le temps

29Nous avons choisi de faire des relevés de données dès 30 secondes d’abrasion, puis à 1 minute, 2 minutes, 5 minutes et après toutes les 10 minutes jusqu’à l’observation d’une stagnation des résultats sur trois mesures. Les tests ont été réalisés sur 50 minutes. Au total, nous avons procédé à neuf mesures pour chaque série de tests.

30Pour contrôler le temps nous nous sommes aidés d’un chronomètre précis au centième de seconde, de marque Oregon scientific (modèle C510). La problématique, lors des expériences, a été d'arrêter simultanément le chronomètre et le tourne-disque, de manière suffisamment précise pour procéder aux relevés de mesures.

Répétabilité des mesures

  • 3  Un feutre neuf a été mis à chaque fois pour ne pas fausser les résultats

31Plusieurs paramètres expérimentaux demeurent délicats à maîtriser : la mise en marche et l’arrêt simultané du chronomètre et du tourne-disque, le placement du brillancemètre a l’endroit exact de la prise de mesure à l’instant 0,… La répétabilité de l’expérience a été effectuée en réalisant le même test sur dix échantillons identiques afin de valider le protocole expérimental. Ces pré-tests ont été réalisés avec de l’hydroxypropylcellulose et l’opération s’est faite en deux fois puisque l’on ne pouvait pas mettre plus de cinq échantillons par disque vinyle3. Les dix échantillons présentaient initialement une Unité de Brillance identique de 5.6UB.  Les résultats obtenus sont présentés dans le tableau 1.

Tableau 1 Calcul de répétabilité de la méthode sur 10 échantillons d’hydroxypropylcellulose

Tableau 1 Calcul de répétabilité de la méthode sur 10 échantillons d’hydroxypropylcellulose

Les UB passent de 5,6 à l’instant t0, à une moyenne de 5,09 après abrasion. La répétabilité de l’expérience est concluante, avec une erreur relative de 0,39%.

Crédit : Anne Laure Gautier

32Aucune valeur ne s’écartant de manière significative de la moyenne, aucune donnée n’a été écartée pour le calcul de la moyenne et de l’écart type. Ce dernier a été calculé en considérant que nous avons à faire à une population finie, c’est-à-dire à une population relativement faible en nombre. Dans ce cas, le calcul de l’écart-type est purement algébrique et après calcul de cet écart-type, nous obtenons une erreur relative de 0,39% ce qui permet de valider le protocole expérimental.

Résultats expérimentaux et interprétations

33Le tableau 2 montre les moyennes de l’état initial et de l’état final pour chaque fixatif, ainsi que la moyenne des différences entre les états initiaux et finaux.

Tableau 2 Tableau récapitulatif d'abrasion des 3 fixatifs utilisés

Tableau 2 Tableau récapitulatif d'abrasion des 3 fixatifs utilisés

On observe que dans les trois cas l’erreur relative est inférieure à 1%. C’est la gélatine qui a une moyenne de matière abrasée la plus basse, mais la méthylcellulose apporte également de bons résultats.

Crédit : Anne Laure Gautier

34En croisant les résultats entre le tableau 2 et la courbe de la figure 5 on peut observer que les trois colles atteignent un seuil d’abrasion maximale : après 30 minutes pour l’hydroxypropylcellulose, 30 secondes pour la méthylcellulose et 5 minutes pour la gélatine. Pour la méthylcellulose le seuil est atteint instantanément. Avec le feutre comme abrasif, et selon les critères définis pour cette expérience, c’est la méthylcellulose qui apparait comme étant la plus performante, puisqu’elle atteint un seuil très rapidement.

Fig. 5 Diagramme représentant la matière abrasée des trois fixatifs. Le temps en abscisse, la matière abrasée en Unité de Brillance en ordonnée

Fig. 5 Diagramme représentant la matière abrasée des trois fixatifs. Le temps en abscisse, la matière abrasée en Unité de Brillance en ordonnée

Dans les cercles rouges, les points qui se confondent en tenant compte des incertitudes absolues de chaque fixatif. De plus, dans les trois cas, les fixatifs atteignent un seuil d’abrasion maximale.

Crédit : Anne Laure Gautier

35Par contre au niveau de la matière abrasée c’est la gélatine qui a une perte de matière moindre par rapport aux deux autres fixatifs.

36Nous avons aussi effectué une observation visuelle de l’aspect de surface des colles et il s’avère qu’elles sont plus au moins brillantes. Les colles, de la plus brillante à la moins brillante, sont : gélatine, hydroxypropylcellulose et méthylcellulose. Là aussi c’est la méthylcellulose qui est satisfaisante d’un point de vue optique : elle forme un film moins brillant que les deux autres colles.

37En ce qui concerne les recettes des colles, la méthylcellulose4 est la colle la plus rapide à mettre en œuvre, tout comme l’hydroxypropylcellulose5. Dans les deux cas, ces colles se présentent sous forme de poudre et se dispersent dans un milieu aqueux ou alcoolique par dispersion lente et action mécanique. Cette agitation se fait jusqu’à un rendu homogène, en laissant le temps à la dispersion de se faire. La gélatine, quant à elle, n’est pas une colle trop difficile à fabriquer, mais elle reste moins aisée puisqu’elle est plus longue à réaliser et s’utilise à chaud, à la différence des deux autres colles.

Conclusion

38Lors de cette étude nous avons abordé un sujet vaste et très intéressant pour la restauration en arts graphiques. En effet les fixatifs, que nous avons étudiés, sont utilisés très régulièrement pour refixer des techniques dites sensibles. Lors de nos expérimentations nous avons mis en évidence que c’est la méthylcellulose qui était la plus satisfaisante, mais cette colle ne peut pas être utilisée sur n’importe quel média ou support. Lors d’un travail pratique effectué ultérieurement, nous avions constaté que l’hydroxypropylcellulose, en raison de sa dispersion en milieu alcoolique, apportait le moins de changement visuel (auréole, matité etc.) contrairement à la méthylcellulose et surtout à la gélatine. De plus dans le cas d’un traitement sur un papier calque, le refixage se fera très vraisemblablement avec de l’hydroxypropylcellulose, pour limiter l’apport en humidité sur le support et/ou le média.  

39Néanmoins, il faut aussi prendre en compte, par exemple, l’aspect de surface de ces colles. On relève que la méthylcellulose est le fixatif le plus intéressant concernant l’abrasion et la brillance, au vu des résultats de nos tests.

  • 6  MICHEL, A., Les dessins de José Fosty à Buchenwald : Étude, conservation et restauration d’une col (...)

40Il serait intéressant d’expérimenter selon le même protocole des mélanges de colle comme par exemple le mélange funori/esturgeon qui a été étudié6 et qui semble présenter de très bons résultats en terme notamment de vieillissement.

Top of page

Notes

1  Étude tribologique qui est la science du frottement, de l’usure, de la lubrification et de l’adhérence.

2  Le papier aquarelle présente des fibres longues qui rendent le papier résistant et absorbant

3  Un feutre neuf a été mis à chaque fois pour ne pas fausser les résultats

4  Fiche technique de la méthylcellulose http://www.artech-avignon.com/site/medias/TYLOSE_MH_300P.pdf

5  Fiche technique de l’hydroxypropylcellulose http://www.artech-avignon.com/site/medias/KLUCEL_G.pdf

6  MICHEL, A., Les dessins de José Fosty à Buchenwald : Étude, conservation et restauration d’une collection du Cabinet des Estampes et des Dessins de la ville de Liège. Bruxelles, 2013, p. 139 à 141

Top of page

List of illustrations

Title Fig. 1 Mise en place du protocole expérimental du tourne-disque
Caption Les échantillons sont au nombre de cinq par disque vinyle. Pour empêcher une oscillation vers le centre du bras, ce dernier est bloqué avec un poids de 500g. Un poids supplémentaire de 25g est fixé sur la tête du bras, pour générer une abrasion constante et homogène.
Credits Crédit : Anne Laure Gautier
URL http://journals.openedition.org/ceroart/docannexe/image/4834/img-1.jpg
File image/jpeg, 88k
Title Fig. 2 Le brillancemètre portatif Erichsen Picogloss 560 MC-X
Caption La fenêtre de mesure se trouve au centre de l’appareil. La mesure s’affiche sur l’écran digital sur le dessus de l’appareil et la valeur de mesure reste affichée environ 30 secondes. Cette dernière se traduit en UB (Unité de Brillance). Il faut considérer, qu’un brillancemètre avec une si petite ouverture a une sensibilité  très élevée, ce qui favorise la mesure d’échantillons de petites tailles.  
Credits Crédit : Entreprise Erichsen, fiche technique du brillancemètre Erichsen Picogloss 560 MC-X
URL http://journals.openedition.org/ceroart/docannexe/image/4834/img-2.jpg
File image/jpeg, 64k
Caption Le brillancemètre mesure l’unité de brillance d’une surface ou d’un objet selon l’angle de réflexion de la lumière. La géométrie de mesure du brillancemètre utilisé lors de ces expériences est de 60°.
Credits Crédit : Anne Laure Gautier
URL http://journals.openedition.org/ceroart/docannexe/image/4834/img-3.jpg
File image/jpeg, 36k
Title Fig. 4 Planche de 20 échantillons d’hydroxypropylcellulose en cours de séchage
Caption La réalisation d’une planche d’échantillons s’est effectuée avec le système à encoche, où l’on dépose en excès la colle avec une viscosité certaine. Le surplus est enlevé avec un couteau de peinture à l’huile. Dans le cas de notre étude les colles ont été réalisées à une concentration de 2%.
Credits Crédit : Anne Laure Gautier
URL http://journals.openedition.org/ceroart/docannexe/image/4834/img-4.jpg
File image/jpeg, 128k
Title Tableau 1 Calcul de répétabilité de la méthode sur 10 échantillons d’hydroxypropylcellulose
Caption Les UB passent de 5,6 à l’instant t0, à une moyenne de 5,09 après abrasion. La répétabilité de l’expérience est concluante, avec une erreur relative de 0,39%.
Credits Crédit : Anne Laure Gautier
URL http://journals.openedition.org/ceroart/docannexe/image/4834/img-5.jpg
File image/jpeg, 104k
Title Tableau 2 Tableau récapitulatif d'abrasion des 3 fixatifs utilisés
Caption On observe que dans les trois cas l’erreur relative est inférieure à 1%. C’est la gélatine qui a une moyenne de matière abrasée la plus basse, mais la méthylcellulose apporte également de bons résultats.
Credits Crédit : Anne Laure Gautier
URL http://journals.openedition.org/ceroart/docannexe/image/4834/img-6.jpg
File image/jpeg, 92k
Title Fig. 5 Diagramme représentant la matière abrasée des trois fixatifs. Le temps en abscisse, la matière abrasée en Unité de Brillance en ordonnée
Caption Dans les cercles rouges, les points qui se confondent en tenant compte des incertitudes absolues de chaque fixatif. De plus, dans les trois cas, les fixatifs atteignent un seuil d’abrasion maximale.
Credits Crédit : Anne Laure Gautier
URL http://journals.openedition.org/ceroart/docannexe/image/4834/img-7.jpg
File image/jpeg, 102k
Top of page

References

Electronic reference

Anne Laure Gautier, « Etude comparative de la résistance à l’abrasion de trois fixatifs utilisés comme consolidant de techniques graphiques », CeROArt [Online], EGG 5 | 2016, Online since 24 February 2016, connection on 12 December 2017. URL : http://journals.openedition.org/ceroart/4834

Top of page

About the author

Anne Laure Gautier

Anne Laure Gautier  est restauratrice diplômée du Mastère II conservation-restauration du patrimoine, spécialité arts graphiques, de l’École de Condé (Paris) en 2014. Elle exerce aujourd’hui en tant que restauratrice indépendante à l’atelier Shifumi situé dans le 10e arrondissement de Paris et poursuit une 6e année de recherche à l’école de Condé sous la direction du professeur Claude Pepe.

Top of page

Copyright

Licence Creative Commons
CeROArt – Conservation, exposition, restauration d'objets d'arts est mis à disposition selon les termes de la licence Creative Commons Attribution - Pas d'Utilisation Commerciale - Pas de Modification 4.0 International.

Top of page
  • Logo DOAJ – Directory of Open Access Journals
  • OpenEdition Journals