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Expériences:

 

 

  • Moulin de Brousse et Villaret:

 

Fabrication de la pâte à papier :

Au moulin de Brousse et Villaret nous avons eu la chance de fabriquer des feuilles. Pour fabriquer une feuille, nous devons passer par plusieurs étapes:

- Choix du ou des végétaux;

- Utilisation de la pile hollandaise;

- Mettre la pâte à papier dans une cuve avec de l’eau;

- Récupérer une feuille grâce au socle, tamis et la laine;

- Presser;

- Sécher.

 

Dans notre cas nous avons récupéré la pâte à papier déjà faite les jours précèdents. Ensuite, nous l’avons mis dans la cuve avec de l’eau puis nous avons mélangé pour ne pas que la pâte aille dans le fond de la cuve. Puis, nous avons pris la « forme » (=tamis) pour pouvoir extraire la feuille de papier. Nous plaçons le tamis sur une plaque de laine qui, par une simple pression, transfert la feuille sur la laine.

Lorsque nous avons eu assez de feuilles, nous avons pris notre paquet puis nous sommes allés à la presse pour en retirer le plus d’eau possible. En effet, une feuille est constituée de 98% d'eau. Ainsi, la feuille faite précédemment était gorgée d'eau. Nous devons donc en retirer le plus possible pour que celle-ci puisse être renforcée.

Nous avons pu récupérer de nombreux échantillons de feuilles voici quelques exemples:

  • l'INP de Pagora:

 

Nous sommes rentrés dans la salle de travaux pratiques où il y a plusieurs rangées de machines et de matériels destinés à créer du papier. Nous avions le choix entre plusieurs types de papiers: les papiers de coton, le papier d'épicéa et le papier d'eucalyptus. Le papier d'eucalyptus est le papier de base, il est blanc et assez résistant nous avons donc pris celui-là.

Nous avons ensuite préparé une cuve dans laquelle nous avons incorporé la pâte a papier et dans laquelle nous avons pris des échantillons afin de créer des formettes traitées (REH et "collés").

 

Nous voulions des formettes de 2 g. Nous avons rempli la cuve de 50 litres d'eau; nous devions donc prendre 100 grammes de papier.

Nous avons incorporé l'eau et le papier dans une machine qui est une sorte de mixeur. Elle a créé un courant d'eau et a broyé le papier jusqu'à ce qu'il ne reste que  des fibres.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nous avons donc récupéré la pâte à papier dans la cuve.

Ensuite nous avons pris 10 litres de cette pâte auxquels nous avons rajouté 10 cl de résine REH.

Nous avons ensuite pris un litre pour chaque formette et les avons incorporé dans la machine à formettes.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Le processus terminé, nous prenons les formettes très fragiles entres deux papiers buvards et les mettons à sécher dans une presse chauffante.

Nous avons fait de même pour les papiers traités "collé" et enfin le papier brut sans aucun traitement.

 

Nous avons récolté environ 6 à 7 formettes de chaque. Lors de cette réalisation nous avons vu que les formettes traitées sont bien plus collantes que les formettes brutes lorsqu'elles sont encore humides.

Ce procédé nous a pris beaucoup de temps à la réalisation mais c'est une façon assez ludique de créer du papier.

Mise en évidence de l'hydrophobie de la colophane:

Comme nous l'avons dit dans la partie "hydrophobie", la colophane est une matière hydrophobe. Pour vérifier cette affirmation trouvée lors de nos recherches, nous faisons un petit test.

Nous mettons la colophane dans le pilon puis à l’aide du mortier, nous l'écrasons  pour obtenir une « poudre » de colophane. Nous l'avons ensuite mise dans un bocal pour les expériences faites à Pagora qui, rappelons-le, n'ont pas réussi. Nous avons laissé une légère partie de cette colophane dans le pilon pour pouvoir faire ce test. Nous prenons le pilon puis nous rajoutons de l’eau du robinet, voici le résutat en vidéo.

pilon

Mortier

Vous pouvez remarquer que les gouttes d'eau se sont regroupées entres-elle et qu'il y a comme une "pâte de colophane" qui entoure l'eau.

Mesures des résistances des feuilles : collées, brutes et REH.

Ces expériences nous ont permi de comparer les résistances des différentes feuilles pour déterminer lequel des procédés répond le plus à notre problématique. Pour cela nous avons donc dû mesurer la masse de chaque formette brute et formette REH pour savoir si l’une d’entre elle était sois trop lourde soit trop légère. Pour cette mesure nous avons pris une marge d'erreur de 0,05g. En effet, nos formettes devaient avoir environ la même masse pour pouvoir être comparable entre-elles. Nous avons procédés aux mesures avec une balance de précision, voici les résultats :

 

Feuille brute:      Masse (en g)

1ère feuille                  1,97

2eme feuille                 2,04

3eme feuille                 2,00

4eme feuille                 1,99

5eme feuille                 1,97

6eme feuille                 1,99

7eme feuille                 1,98

Moyenne                     1,99

 

 

 

Feuille REH          Masse (en g)

1ère feuille                 1,99

2eme feuille                2,02

3eme feuille                1,96

4eme feuille                1,98

5eme feuille                1,99

6eme feuille                1,97

Moyenne                    1,98

 

 

Nous pouvons observer que toutes les formettes ont une masse respectant la contrainte du plus ou moins 0,05g. 

  • Ensuite, nous prenons 2 formettes brutes et 2 formette REH. Nous utilisons une machine de découpage pour faire des échantillons des formettes coupées pour calculer leurs résistances à la traction à l’aide d’un extensomètre.

Machine pour découper les formettes

Nous avons mis les échantillons un par un dans l’extensomètre. Cette machine mesure l’allongement de l’échantillon en pourcentage (%) avant la rupture, la force (N) nécessaire pour rompre la feuille en deux et aussi l’énergie à la rupture (j.m2).  Une feuille est constituée d’une zone élastique et d’une zone plastique. La zone élastique est la zone où l’on peut étirer la feuille puis la relâcher et elle reviendra plus ou moins comme au début; mais la zone plastique est la zone où la feuille ne peut plus revenir comme avant car elle n’arrive plus à s’étirer. Les fibres se déchirent puis la feuille se casse.

Extensomètre

 

Voici les données mesurées par l’extensomètre pour les formettes REH:

                                                   1er echantillon    2eme echantillon     3eme échantillon

1ere feuille :

 

 Allongement à la rupture( en%) :     1,05                      0,99                 1,03

 

Force exercée (N):                           12,6                      12,3                 12,0

 

TEA: Energie à la rupture (J.m2):      5,68                      5,17                  5,19

 

2eme feuille:

 

Allongement à la rupture( en%) :      0,93                       1,17

 

Force exercée (N):                           13,3                       13,4

 

TEA: Energie à la rupture (J.m2):      5,20                        6,86

Moyenne:

 

 Allongement à la rupture( en%) :    1,03

Force exercé (N): 12,7                      

TEA: Energie à la rupture (J.m2): 5,62

Voici les données mesurées par l’extensomètre pour les formettes Brut:

                                                   1 echantillon          2eme                        3eme

1ere feuille :   

 

 Allongement à la rupture( en%):      0,62                   0,71                         0,74

 

Force exercée (N):                           8,0                     8,3                           7,6

 

TEA: Energie à la rupture (J.m2):      1,95                   2,44                         2,35  

 

2eme feuille:

 

Allongement à la rupture( en%) :      0,66                   0,89

 

Force exercée (N):                           7,3                     8,3           

 

TEA: Energie à la rupture (J.m2):     1,86                   3,18

Moyenne:

 Allongement à la rupture( en%) :  0,72

Force exercé (N):   7,9                   

TEA: Energie à la rupture (J.m2): 2,35

A notre plus grande surprise, le papier REH est plus résistant que le papier brut dans cette expérience. C'est un effet secondaire lié à la tansformation des feuilles. Cette meilleure résistance à l'état sec n'était pas prévue, cependant il rajoute un avantage de plus à ces formettes. Malheureusement, les feuilles étant quand même très fragiles par rapport aux feuilles vendues dans le commerce, la machine n'a pas pu mesurer la resistance de ces formettes à l'état humide.

  • Pour comparer tout de même leur résistance à l’état humide, nous utilisons une autre résistance, «  la résistance au déchirement par défaut ». Elle consiste, grâce à une lame, de fabriquer un défaut sur la feuille en la transperçant puis en la déchirant. Cette machine est le « déchiromètre ». Nous faisons ce test à l’état sec tout comme à l’état humide avec les formettes brutes et les formettes de REH.

Pour la derniere expérience, nous n'avions pas assez de formettes donc nous avons fait le test avec 4 formettes puis nous avons divisé par 4.

Les formettes étant très fragiles nous avons mis 5 formettes ensemble pour pouvoir avoir la force nécessaire à ce déchirement (qui est très faible, des centiNewton). Puis nous l’avons divisé par le nombre de formettes utilisées pour avoir la force nécessaire pour déchirer une formette.

Ce test a été réalisé à l'état sec, puis à l'état humide. Les feuilles ont été immergées dans l’eau pendant 5s. Pour les formettes brutes, nous n’avons pas pu les mettre plus longtemps car elles sont trop fragiles. Cependant, nous avons refait le test pour les feuilles REH en les immergeant 10 puis 20 secondes.

 

Voici les résultats obtenus:

 

 

 

                                                                       Feuille Brute                 Feuille REH

 

Force nécessaire à l’état sec                                    (32/5)=6,4 cN           (40/5)=8 cN

 

Force nécessaire à l’état humide : pendant 5s          (20/5)=4 cN              (39/5)=7,8 cN

 

Force nécessaire à l’état humide : pendant 10s                                         (36/5)=7,2 cN

 

Force nécessaire à l’état humide : pendant 20s                                         (28/4)=7 cN

 

 

 

  • Dans nos tests précédents, nous avons comparé la feuille brute à la feuille REH, mais nous n'avons pas comparé la feuille brute à la feuille collée. Ce test a pour but de montrer que la feuille collée a une meilleure résistance à l'eau qu'une feuille brute.

Pour ce test, nous avons pris une partie d’une formette brute de masse 0,68g et une formette « collée » de masse 1,08g. Ensuite, nous avons mis la feuille brute dans une machine. Puis nous avons serré et rajouté 5ml d’eau située dans l’anneau.

Pour la feuille brute tout comme la feuille collée, nous introduisons 5ml d’eau durant 30 seconde, puis nous retirons l’excèdent non absorbé et nous finissons par remesurer la masse des feuilles.

Nous avons intégré nos résultats ci-dessous:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                      Avant expérience (en gramme)            Après expérience (en gramme)

 

Feuille brute                          0,68                                             1,58  

 

Feuille collée                         1,08                                             1,10

 

 

 

Absorption d’eau de la feuille brute en gramme : 1,58-0,68=0,90g.                           

Absorption d’eau de la feuille collée en gramme : 1,10-1,08=0,02g.            

       

Durant cette expérience, on peut voir que la feuille collée résiste mieux à l’absorption d’eau que la feuille brute. Ainsi, nous avons réussi à améliorer la résistance à l’eau d’une feuille grâce au collage dans la masse (et donc par hydrophobie).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  • Pour consolider notre idée que la feuille collé est plus résistante  à l’eau que la feuille brute, nous pratiquons le test de la goutte d’encre. Elle consiste à déposer une goutte d’encre sur la feuille et d’observer le résultat puis de comparer avec les autres feuilles. 

 

 

Nous commençons par la feuille brute, nous déposons une goutte d’encre puis nous observons que celle-ci est directement absorbée par la feuille.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ensuite, nous faisons le même test pour la feuille collée. Celle-ci, contrairement à la feuille brute, n’absorbe pas l'encre. Elle repousse la goutte d’encre, ce qui la fait glisser sur la feuille jusqu’en bas.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ce test confirme les calculs démontrés tout à l’heure. Mais notre problématique est: comment pourrions-nous améliorer la résistance à l’eau d’une feuille tout en gardant ses caractéristiques, dont l'écriture. Donc pour cela, nous essayons d’écrire avec un crayon de papier, un stylo Bic bleu et un stylo à plume avec de l’encre bleu. Ensuite, nous mettons des gouttes d’eau sur la feuille comme pour « simuler une pluie » et nous regardons le résultat. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D’après ce test, il est préférable d’écrire avec un stylo à Bille (ou au crayon) car l’encre du stylo à plume n'adère pas totalement et créé des bavures au fur et à mesure que nous mettons de l’eau.

 

Après avoir mouillé la feuille, nous retirons l'eau qui était dessus et nous observons que la feuille n'est pas mouillée.

Nous avons voulu ensuite vérifier que notre feuille pouvait résister aux impacts des gouttes d'eau lorsqu'il pleut. Nous avons attendu qu'il pleuve à Grenoble puis nous avons réalisé cette expérience. Dans cette vidéo vous pouvez remarquer que la feuille a résisté à la pluie mais également que l'encre du stylo bille n'a pas coulé. Après avoir retiré les gouttes d'eau qui restaient sur la feuille, nous avons remarqué que la feuille n'était pas du tout humide.

Après séchage:

Il est vrai que nous avons déjà prouvé que notre feuille résiste à l'eau. Cependant, nous avons dit que notre feuille est hydrophobe. Lorsqu'un matériaux est hydrophobe il ne résiste seulement à l'eau, mais à toutes substances plus ou moins liquides. Pour cela nous avons choisi de prendre du ketchup pour réalisé ce test. Nous l'avons tout d'abord fait sur notre formette brute puis essayé de retirer l'excédant de ketchup. Nous réalisons le même test pour notre formette collée.

Nous avons pris une photo pour comparer la trace laissée sur la formette brute et celle laissée sur la formette collée :

feuille brute

feuille  colllée

Revêtement par gélatine:

Pour faire cette expérience, nous avons besoin:

 

- Un bol

- un micro-onde

- Un pinceau

-30g de feuille de gélatine

- 20 cl d'eau

- d'une feuille brut faite à Pagora.

 

 

 

 

 

Lors de ce test, nous prenons la gelatine et nous la coupons en petits morceaux. Puis, nous la mettons dans le bol avec  20cl d'eau. Il faut mettre le bol pendant 3min30 au micro-onde. Lorsque nous le récupérons, la gélatine s'est ramolie et nous devons attendre pendant 2/3 min. Cela permet de mélanger la gélatine et d'obtenir une solution liquide et non plus liquide-solide. Nous prenons ensuite notre feuille et nous y déposons délicatement 2/3 couches de gélatine sur chaque côtés de la feuille. Nous la mettons ensuite à sécher. Lorsque la feuille est sèche nous observons que l'aspect a nettement changé. Elle est devenue rigide et très fragile...

 

 

 

Cependant, nous faisons tout de même le test de la goutte d'encre pour savoir si cette feuille résiste mieux à l'eau que la feuille brute.

 Voici les résultas :

 

 

 

 

 

Feuille brute:

Feuille brute avec revêtement gélatine :

Comme vous pouvez le voir, la feuille brute avec le revêtement gélatineux a une meilleur résistance à l'eau que la feuille brute. Cependant, nous ne pouvons pas écrire sur celle-ci ou très difficilement. Donc elle ne se plie pas aux contraintes définies par la problématique... Elle ne sera pas la feuille choisie finalement.

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