TEXTILES (FIBRES)

TEXTILES (FIBRES)

Les fibres textiles sont les matières premières servant à l’élaboration d’étoffes, initialement destinées à la confection de vêtements, de linge de maison et de tissus d’ameublement, de bâches et toiles de tente, de voiles, etc. Parallèlement ont été développées les fibres destinées aux articles à usages industriels, en armature, pour pneumatiques, pour bandes convoyeuses, pour matériaux composites en résines synthétiques (dans ce cas, notamment avec les filaments de verre, ou Silionne, imprégnés de prépolymères, par exemple). L’essor des «géotextiles» en génie civil – bâtiments, routes, pistes, remblais, drainages, maintien et retenue de terres, roches et sables – est tel que les tonnages de fibres destinées aux applications techniques avoisinent ceux qui correspondent aux fibres en utilisation traditionnelle d’habillement et de confort humain. Toutefois, la valeur ajoutée à ces dernières, par la filature, la transformation en étoffe, l’ennoblissement et la confection de l’article textile finalement consommé par le grand public, est de loin la plus importante: d’où l’intérêt des fibres textiles pour l’habillement. Parmi l’ensemble des fibres (dans l’acception générique du terme), les matières textiles d’origine naturelle se présentent, à l’exception de la soie, sous la forme de fibres, dans le sens restreint d’élément de longueur limitée. Leur production ne suffisant plus aux besoins, la fabrication de matières textiles d’origine chimique, présentées sous formes de «filaments continus» ou de «fibres coupées», a pu croître jusqu’à atteindre les tonnages de fibres naturelles. Il ne s’agissait au début que de «fibres artificielles», en donnant par un «artifice» de mise en solution et d’extrusion à travers des trous de filières la forme filamenteuse à une substance macromoléculaire produite par la nature sous une forme non fibreuse, comme la viscose à partir de pâte de bois. Puis vinrent les fibres synthétiques, et cela de façon de plus en plus dominante, à partir de produits macromoléculaires de synthèse, comme les polyamides, les polyesters et les polyacryliques. Bien qu’il existe aujourd’hui sur le marché mondial plus de cinq mille noms commerciaux de fibres chimiques, celles-ci ne concernent, en fait, qu’une dizaine de familles chimiques de hauts polymères: les différences relèvent de détails de structures physiques plutôt que de composition chimique (présence de copolymères, ajoutés en faibles quantités, ou degré de pureté de l’homopolymère).

Pour compléter, signalons les fibres d’origine minérale provenant de certains métaux très ductiles: l’or, l’argent et l’aluminium pour la passementerie, l’amiante, les fibres de carbone ou de verre pour les usages industriels tels que les armatures, l’isolation, les fibres optiques, etc.

Pour qu’une matière première puisse être utilisée comme fibre textile, elle doit présenter un certain nombre de caractéristiques conférant aux étoffes le confort ainsi que la solidité à l’usage. Aux propriétés générales communes s’ajoutent quelquefois des caractéristiques particulières qui déterminent une utilisation spécifique privilégiée: par exemple le toucher frais du lin pour les vêtements d’été, la sensation chaude d’un article en laine, etc. Les propriétés des textiles sont évidemment régies par la nature chimique des fibres (en ce qui concerne notamment leur non-toxicité, leur solidité à la lumière, à l’eau, etc., leur aptitude à fixer de l’eau et des colorants), mais aussi par l’architecture morphologique et par la finesse, la longueur et la forme extérieure (état de surface, ondulation, «frisure» et vrillage) des fibres et de leur assemblage en fils, précurseurs classiquement obligés, car nécessaires à la fabrication des étoffes tissées ou tricotées; ces fils sont parfois directement fabriqués par le producteur de fibres chimiques.

1. Historique

Des fourrures aux fils de poils

À l’origine, l’homme s’est habillé de fourrures d’animaux. Il apprit à travailler les peaux, puis à détacher les poils des «cuirs» en se servant de silex taillés en lames aux formes rappelant celles des outils de délainage encore utilisés à Mazamet de nos jours. Par feutrage des poils ainsi libérés ont été créées des étoffes (non tissées) dont usaient les pasteurs nomades de Mésopotamie et d’Asie centrale depuis des temps immémoriaux. Plus tard, l’homme eut l’idée de paralléliser les poils et de donner manuellement une torsion aux faisceaux de fibres pour en faire des fils, à partir desquels furent développées les techniques de tissage et, beaucoup plus tard, celles de tricotage.

Les fibres végétales

L’utilisation des fibres végétales dans la fabrication des cordages, des hamacs, des filets de pêche, tels que ceux qui furent retrouvés dans les cités lacustres des bords du lac Léman et qui datent du Néolithique, a sans doute été suggérée par l’observation des lianes. Par ailleurs, de nombreuses plantes fournissent des tiges flexibles et résistantes. Pour augmenter leur souplesse, les tiges sont trempées dans l’eau; si l’immersion se prolonge, le ciment liant les fibres dans ces tiges se dégrade par pourriture ménagée et, selon l’intensité de ce rouissage en eau, on peut libérer les «fibres ultimes». C’est le cas, notamment, des fibres libériennes telles que le lin, le chanvre, le jute, la ramie. Ainsi, après avoir travaillé la filasse, qui est un assemblage en fil grossier de fibres de tiges, non totalement individualisées, l’homme a mis en œuvre des éléments de plus en plus fins jusqu’aux fibres ultimes, constituant ce qui est appelé dans les vieux documents d’Égypte et dans la Bible le «fin lin».

Les récits gravés dans la pierre ou sur les tablettes d’argile (apportant des précisions qui corroborent les vestiges trouvés dans les tombes), les traditions religieuses, les comptes des marchands, les récits des poètes et grands voyageurs indiquent que si les poils (laines de moutons, poils de chèvres, de chameaux...) ont été utilisés en premier, notamment par les peuplades pastorales de Mésopotamie, du Proche-Orient et d’Asie centrale, le lin (et peut-être le coton, selon certaines controverses d’archéologues) aurait eu son principal développement en Égypte, le coton aux Indes et la soie en Chine. En revanche, aux Amériques, les civilisations précolombienne et inca ont été naturellement conduites à développer la mise en œuvre des fibres tirées de plantes originaires de leur continent comme l’abaca ou le sisal (agave), que l’on classe parmi les fibres dures, après avoir développé aussi l’utilisation des poils de lamas et de vigognes. En Indonésie et aux Philippines, l’utilisation des fibres de chanvre de Manille remonte également aux temps anciens. Mais des vestiges de tissus de lin ont été retrouvés dans des lieux aussi différents que les sites archéologiques d’Égypte, du Mexique, du Pérou ou des cavernes lacustres d’Arizona et du Nouveau-Mexique.

Les fibres «chimiques»

À côté des fibres classiques d’origine animale (poils et soie) et végétale (fibres naturelles cellulosiques surtout), les Anciens ont utilisé diverses fibres comme l’amiante, le byssus, ou des métaux étirés en lames ou en traits – or, argent, cuivre, bronze – pour confectionner des fils d’ornement ou des galons. Des fils de verre ont même été trouvés dans un tombeau égyptien.

Bien que depuis 1664 Robert Hooke imagina de fabriquer des filaments à partir de matières organiques ne se présentant pas sous forme de fibres dans la nature, ce n’est qu’en 1885 que le comte Hilaire de Chardonnet mit au point une fabrication industrielle d’une matière textile à base de nitrate de cellulose, qu’il appela «soie artificielle». Après avoir cherché la réalisation de filaments continus, de manière analogue à celle du ver à soie en utilisant des substances naturelles voisines (gluten, vers à soie morts, gélatine...), les chercheurs se sont tournés vers une autre substance, la cellulose (nommée ainsi car elle se trouve dans les parois des cellules végétales). Henri Braconnot (1832) prépare le nitrate de cellulose utilisé comme explosif, Georges Audemars (1855) trouve un solvant (le mélange alcool-éther), ce qui lui permet d’étirer, à l’aide d’une aiguille, une fibre qui se coagule au fur et à mesure que le solvant s’évapore. Après l’invention de la filière par Hermann Schwabe (1862), Bernigaut Hilaire de Chardonnet peut procéder (de 1878 à 1885) à la réalisation industrielle de cette «soie» au nitrate de cellulose. C. F. Cross, B. Bevan et B. J. Beadle découvrent que le xanthate de cellulose se dissout en milieu sodique pour donner la «viscose», à partir de laquelle J. Stearn (1898) régénère la cellulose sous forme de filament. Entre-temps, Paul Schützenberger prépare, dès 1865, l’acétate de cellulose, difficile à dissoudre, avant que Cross et Bevan (1901) ne procèdent à la «rétrogradation» partielle entraînant la solubilisation dans l’acétone. La mise en œuvre de l’acétate de cellulose pour une fabrication industrielle de fibres est le fait de la Rhodiacéta (ancienne firme de Rhône-Poulenc) avant la Première Guerre mondiale.

Les recherches menées intensivement en Europe après 1918 mettent en évidence la constitution chimique de substances naturelles susceptibles de donner des fibres. À partir de 1920, H. Staudinger imagine le concept de la macromolécule. Ce savant prouve que les macromolécules linéaires, formées par enchaînement en ligne de «motifs de base», sont aptes à constituer des corps fibreux (fibrillaires) formés par l’assemblage en faisceaux parallèles de nombreuses macromolécules, plus ou moins imbriquées. Aux États-Unis, entre 1928 et 1932, W. H. Carothers synthétise une gamme de produits macromoléculaires, issus de molécules simples, bifonctionnelles, capables de réagir entre elles en tête-queue, pour former de longues séquences linéaires de motifs de base. À partir de 1931, la firme Du Pont de Nemours met en œuvre l’industrialisation du plus prometteur de ces nouveaux produits, le polyamide 6-6, qui est commercialisé en 1938 sous le nom de Nylon. À la même époque sont développés en Allemagne les polychlorures de vinyle surchlorés, ainsi que le polyamide 6 sous le nom de Perlon L. de P. Schlack.

En 1939, la préparation des polyuréthannes (Perlon U) ouvre la voie à l’obtention de fils élastomériques en concurrence au caoutchouc.

Jacques Corbière, en 1941, découvre que le mélange de sulfure de carbone et d’acétone dissout le polychlorure de vinyle et permet ainsi le filage du Rhovyl par extrusion et évaporation du solvant. En 1943, Herbert Rein réussit à mettre en solution les polyacrylonitriles dans le diméthylformamide, à l’origine du développement des fibres dites «acryliques» et «modacryliques». Par le procédé japonais Tomonari (en 1951), on pense à acétaliser au formaldéhyde le polyalcoolvinylique (que Paul Herrmann avait préparé dès 1931) pour fabriquer les fibres de Vinylal, plus particulièrement exploitées au Japon. À partir de 1954, grâce aux catalyseurs de Ziegler-Natta, la polymérisation sans ramification des oléfines, et notamment du polypropylène, conduit à la fabrication des fibres polyoléfiniques.

Depuis lors, la fabrication de fibres textiles de synthèse concerne soit la mise en œuvre de copolymères ou d’alliages de polymères (fibres bicomposées), soit le développement de nouveaux dérivés dans les familles chimiques déjà exploitées: ainsi peut-on citer les polyaramides (comme le Kevlar ou le Twaron) qui font partie de la famille des polyamides ou, pour les fibres artificielles, les polynosiques (comme le Modal) de la famille des viscoses.

Pour le moment, il est peu probable qu’une nouvelle famille chimique soit mise en œuvre en vue de réaliser un autre type de fibres, si ce n’est pour des applications spéciales (militaires, spatiales), où les tonnages sont réduits et où le prix n’entre pas en ligne de compte. Citons les fibres de nitrure de bore et rappelons que les fibres de carbone ont pour précurseurs des fibres cellulosiques ou des fibres polyacryliques. En revanche, des modifications d’ordre physique peuvent apporter des propriétés nouvelles, comme les fibres de polyesters creuses à haut pouvoir d’isolation thermique ou encore les microfibres et microfilaments. Enfin, la fabrication en ligne continue de fils texturés, par le producteur de fibres chimiques, raccourcit le cycle de fabrication textile en offrant une matière première «fibreuse» évoluée, directement applicable pour la fabrication des étoffes sans passage par un stade intermédiaire (filature, moulinage, etc.).

2. Science textile

Analyse de la fonction «textile»

La fonction «textile» se définit par des critères généraux à respecter pour l’utilisation vestimentaire. Une étoffe doit d’abord assurer une protection contre le froid ou le chaud, contre les intempéries, tout en étant relativement légère mais solide mécaniquement, souple et hygiénique (non toxique, nettoyable et/ou lavable), perméable à l’air, car les échanges gazeux se font aussi au niveau de la peau. Ensuite, l’étoffe doit plaire par son aspect et son toucher. Pour atteindre ces objectifs, la solution la plus simple consiste à mettre en œuvre les fibres assemblées et maintenues ensemble pour en faire une étoffe à caractère perméable à l’air, tout en étant bien isolante par les poches d’air emprisonnées. Composées de macromolécules linéaires non labiles et non solubles à l’eau, les fibres présentent une tenue mécanique avec une souplesse due à leur finesse, ainsi qu’une tenue physico-chimique régie par la nature des macromolécules. La finesse des fibres et leur état de surface détermine le toucher. En ce qui concerne l’aspect, mis à part un élément fort subjectif lié aux fantaisies de la mode comme la couleur, la régularité de surface et de cohésion est un élément permanent de cet aspect. La finesse des fibres est déterminante; en effet, l’étoffe est fabriquée à partir de «fils», et l’irrégularité en «masse linéique» d’un fil est d’autant plus faible que le nombre de fibres dans la section du fil est plus élevé et par conséquent qu’elles sont plus fines. C’est pourquoi la fabrication des étoffes pour vêtements se fera longtemps encore à partir de fibres.

Structures et comportements

Au niveau primaire, il importe que les fibres soient constituées de macromolécules linéaires, sans fonction chimique toxique labile, comprenant en moyenne au moins de cinquante à cent motifs de base. La disposition de ces molécules linéaires dans la fibre, avec une orientation privilégiée dans le sens de sa longueur, conduit à une structure complexe comprenant des zones où le rangement des macromolécules, voire de tronçons de macromolécules, est maximal et rappelle la structure réticulaire d’un cristal (maille cristalline ou critallite) alternant avec des zones où elles sont désordonnées (domaine amorphe; fig. 1). Selon les lois de la thermodynamique, un corps atteint la stabilité de structure lorsque toutes les parties cristallisables sont effectivements rangées en réseau, et lorsque les parties non cristallisables atteignent un niveau de désordre maximal dans le volume disponible. Il en résulte, pour les fibres, une architecture comprenant des parties à très forte cohésion (interactions nombreuses et intenses: de Van der Waals, hydrogène, ionique, etc., entre les motifs des macromolécules rapprochées au maximum) au milieu de parties à cohésion lâche (interactions discrètes). Cette même macromolécule peut appartenir par certains tronçons aux domaines cristallins (fig. 1 a) et par d’autres aux domaines amorphes (fig. 1 b). Par ailleurs, notamment dans le cas de très longues macromolécules (comme celles de la cellulose des fibres naturelles qui atteignent en déploiement total de 1 à 2 micromètres), l’alignement, dans le sens de la longueur de la fibre, de parties cristallines prédispose à la formation de fibrilles lorsqu’on soumet par exemple en préparation microscopique une fibre à une sollicitation de compression. Dans le cas d’une fibre naturelle comme un poil animal, formé à partir de plusieurs cellules initiales compactées lors de la formation de la fibre sortant du derme, cette organisation fibrillaire et cellulaire peut également se retrouver dans l’architecture de la fibre.

La forme de la section des fibres est déterminée par son origine. Ainsi, la fibre de coton fixée sur la graine est une cellule gonflée durant sa croissance de suc protoplasmique. Lorsque la graine parvient à maturité, le poil séminal sèche en collapsant son lumen et donne une forme de section en haricot, avec un vrillage en longueur. Dans le cas de fibres chimiques, la section, selon le mode de filage, sera circulaire (par extrusion de polymère fondu et étiré) ou de forme plus ou moins tourmentée (par extrusion dans un bain de régénération, ou à partir d’une solution de polymère avec évaporation du solvant).

D’une manière générale, toutes les fibres présentent sur leur périphérie une structure à orientation privilégiée centripète, tandis que dans leur grande masse centrale prédomine l’orientation longitudinale. Lorsque la zone périphérique est relativement importante, sa structure différenciée par rapport à la masse centrale a conduit certains chercheurs à parler de «peau», en opposition au «cœur» (fig. 2). L’architecture de la fibre répartie en domaines de forte cohésion et en zones de faible cohésion, avec une orientation radiale en surface, explique le caractère plus ou moins microporeux des fibres.

Par ailleurs, tandis que les domaines de forte cohésion, donc difficilement déformables, présentent une inertie mécanique et même physico-chimique, on pourrait s’attendre que les domaines dits amorphes répondent immédiatement aux sollicitations, notamment mécaniques. En fait, les rhéogrammes (diagrammes de réponse réelle aux sollicitations: contrainte versus déformation-allongement) montrent, pour toute fibre, d’abord une zone à module initial réel inférieur au module calculé. Le module correspond à la pente du rhéogramme, qui lui-même caractérise la réponse élastique du corps. Aussi ces modules initiaux seraient plutôt régis par les interactions discrètes aux interfaces entre les domaines cristallins et les domaines amorphes et correspondent à une élasticité de cohésion, tandis que dans la zone viscoélastique on a affaire à une élasticité entropique et à un écoulement limité. Les réactifs susceptibles d’agir sur les interactions de liaison pénètrent d’abord au niveau des interfaces en modifiant les modules initiaux, puis, par leur action au sein des domaines amorphes, ils changent l’allure viscoélastique. Ce sont les effets des plastifiants en général, et de l’eau en particulier, notamment pour les matières textiles à caractère hydrophile.

La proportion de domaines cristallins et amorphes régit l’allure du rhéogramme avec une zone viscoélastique plus ou moins importante (fig. 3). Pour la tenue à l’usage, il importe que la fibre présente une capacité de travail (correspondant à la surface comprise entre le rhéogramme et son abscisse) suffisante pour encaisser les sollicitations. Ainsi une bonne capacité d’allongement avec une résistance dynamométrique plus faible est préférable à une résistance très élevée, mais au détriment de l’allongement. Par exemple, une fibre de lin avec une ténacité de 70 centinewtons par tex (cN/tex; tex est une unité de masse linéique, 1 tex = masse en mg du textile/longueur en m) et un allongement de rupture de 2 p. 100 résistera moins bien aux sollicitations d’usage qu’une fibre de laine de 16 cN/tex avec un allongement de 45 p. 100. Bien entendu, s’il est possible d’obtenir à la fois la ténacité et l’allongement, comme c’est le cas pour les polyamides ou les polyesters (50 cN/tex et 20 p. 100 d’allongement), on obtiendra une capacité de travail élevée et une bonne solidité à l’usage. C’est ce qui a permis de faire des fibres chimiques aussi fines (et même plus) que les fibres naturelles, avec des diamètres de section descendant à 10 micromètres. Pour obtenir des propriétés particulières en vue d’usages spécifiques, on pourra, à volonté, modifier la proportion de domaines amorphes et cristallins, ainsi que le degré d’orientation des macromolécules et aussi la porosité de la fibre. C’est ainsi que pour les mêmes types de fibres chimiques on trouve sur le marché des qualités différentes: la fibre normale à capacité de travail optimale, et la variante dite de haute ténacité qui ne sera guère sollicitée en allongement, mais davantage en contrainte. C’est pourquoi, en cas de mélanges, il faut éviter de mettre côte à côte des fibres de capacités d’allongement différentes, car celles qui ont le plus faible allongement supporteront essentiellement la contrainte et casseront avant les autres, malgré une ténacité plus élevée.

L’ondulation des fibres facilite l’emprisonnement de l’air dans la masse du fil, qui devient, par son gonflant, très isolant avec un toucher chaud: la laine mérinos est l’exemple typique. En revanche, les fibres lisses sans ondulation conduisent à un fil plat avec un toucher frais comme le lin, la soie et les fils plats de filaments continus. Très tôt, les producteurs de fibres chimiques les ont offertes sur le marché en découpant les filaments continus à la longueur de celles des fibres naturelles, ce qui permettait aux filateurs de fibres naturelles de travailler ces fibres sur leurs machines et d’effectuer des mélanges. En outre, le filé de fibres avec la pilosité résultant des bouts de fibres émergeant du corps du fil présente une certaine voluminosité et un meilleur pouvoir isolant que le fil qu’on aurait réalisé avec les filaments plats. Par ailleurs, des utilisateurs de fils de filaments continus ont eu l’idée de procéder à un traitement thermomécanique de ces fils par «texturation», ce qui confère aux filaments une forme ondulée plus ou moins irrégulière conduisant à un fil gonflant («fil mousse»). Entre-temps, les producteurs de fils chimiques ont intégré dans certaines de leurs lignes de fabrication la texturation en continu: ces fils texturés ont un fort gonflant qui donne une impression de chaleur au toucher; à l’heure actuelle, on produit la voluminosité voulue à volonté.

Signalons également les recherches faites au Japon par Kawabata. Elles concernent les caractéristiques régissant la «main» (masse rapportée à une unité de surface standard) des étoffes et qui maintenant peuvent être mesurées: seize critères sont retenus par Kawabata. Toutefois, selon Bona, trois d’entre eux suffisent pour déterminer à plus de 90 p. 100 l’appréciation chiffrée de la main: le comportement au cisaillement, la masse surfacique rapportée à l’épaisseur, (comportement de l’étoffe prise à pleine main) les caractéristiques de surface. L’arrangement physique des fibres dans le fil et, d’autre part, l’assemblage et le liage des fils pour former l’étoffe interviennent aussi de façon importante dans ces paramètres régissant la main; mais la finesse des fibres, leur état de surface (rugosité), leurs modules, entre autres, ne sont pas négligeables...

3. Les fibres textiles naturelles

On peut subdiviser les fibres naturelles en deux grands groupes selon leurs origines: 1. les fibres végétales qui comprennent les fibres provenant des poils séminaux de graines (coton, kapok); les fibres libériennes extraites de tiges de plantes (lin, chanvre, jute, ramie); les fibres dures extraites de feuilles (sisal), de troncs (chanvre de Manille), d’enveloppes de fruits (noix de coco); 2. les fibres animales qui proviennent des poils, telle la toison animale, et des baves de chenilles, telle la soie (tabl. 1).

Fibres végétales

Le coton

Les capsules du cotonnier (Gossypium , famille des Malvacées) renferment de nombreuses graines recouvertes de poils unicellulaires constituant le coton. Originaire semble-t-il des Indes, le cotonnier s’est répandu par migrations successives dans les zones chaudes du globe en se diversifiant: plante vivace naturellement, l’homme l’a transformé en plante annuelle. On en compte de quarante à cinquante espèces, dont quatre seulement sont cultivées pour les fibres.

Gossypium barbadense : originaire du Pérou, il s’est répandu en Amérique du Sud et aux Caraïbes. Introduit en Égypte vers 1850, il a donné naissance à la qualité «Jumel», du nom de l’ingénieur franco-suisse conseiller de Méhémet-Ali qui en développa la culture et qui est à l’origine de la place qu’occupe aujourd’hui l’Égypte sur le marché du coton. De cette espèce ont été tirées toutes les variétés modernes dites de «longue soie». Elles fournissent une fibre longue et fine pour la fabrication des cotonnades haut de gamme.

Gossypium hirsutum : originaire de l’Amérique centrale et du sud du Mexique, il fut introduit aux États-Unis vers 1800. Il a donné naissance au coton «Upland» dont dérivent toutes les variétés dites de «moyenne soie». Plus de 80 p. 100 de la production mondiale du coton sont fournis par cette espèce. Ce coton est utilisé pour la fabrication des articles de qualité courante.

Gossypium arboreum et Gossypium herbaceum : associés aux civilisations indienne et arabe, ils ont eu un rôle historique très important mais tendent à disparaître à cause de la faible longueur de leurs fibres; ce sont des cotons «courte soie». Ils sont utilisés soit localement, soit pour des usages paratextiles, par exemple dans la ouaterie.

Culture et obtention de la fibre

L’ensemencement varie avec les régions de culture, selon le régime climatique et les conditions d’irrigation du terrain. On dépose, à la machine, les graines en rangées distantes de 1,2 à 1,5 m dans de petits sillons de 5 à 10 centimètres de profondeur. Quinze jours après les semis, les feuilles sortent. Deux mois plus tard, l’arbuste atteint 0,80 m de hauteur et, au bout de trois à quatre mois, les fleurs apparaissent et ne durent que quelques jours. Les pétales se fanent tandis que l’ovule se développe très rapidement en forme de capsule. Dès la floraison, la fibre commence à apparaître à la surface de la graine. De quatorze à vingt jours sont suffisants pour qu’elle atteigne sa longueur maximale. Comme toutes les fibres poussant sur une même graine cessent de croître en même temps mais ne naissent pas au même moment, les fibres sont de maturité et de longueur inégales: en effet, au début, le poil est formé d’une mince paroi primaire de nature pecto-cellulosique dont l’épaisseur est d’environ 0,2 猪m. Progressivement, il se forme un dépôt de couches cellulosiques secondaires. Cet épaississement de la paroi caractérise la maturité du coton qui régit l’affinité tinctoriale: c’est pourquoi, en filature, on mélange des cotons de maturités voisines.

La récolte doit avoir lieu aussitôt que les capsules sont ouvertes et ont séché au soleil, car dès ce moment les fibres sont exposées au vent, aux intempéries qui risquent d’affecter la qualité.

Aux États-Unis, deux types de machines cueilleuses sont utilisées: les machines dépouilleuses (cotton strippers ) et les machines à broches (cotton pickers ). La récolte au moyen des strippers s’effectue après défoliage chimique par saupoudrage des plants avec du cyanure de calcium. Par ce traitement, le cotonnier cesse de croître et les capsules non encore mûres sèchent et éclatent sans se développer davantage. Il n’y a plus de dépôt de cellulose. On récolte ainsi un coton blanc alors que les fibres non mûres sont en général de teinte yellow-stained .

La récolte au moyen des pickers se fait par passes successives en partant du haut de la plante, puis en descendant progressivement au fur et à mesure de la maturation de la plante.

Le coton est ensuite transporté aux usines d’égrenage. On sèche le «coton-graine» pour ne laisser que de 5 à 6 p. 100 d’eau: ainsi il se laisse plus facilement égrener. Suivant la longueur de soie, les fibres sont détachées de la graine soit par une égreneuse à scie (saw-ginned ), soit par une égreneuse à rouleaux (roller-ginned ).

À la suite de l’égrenage, le coton se présente en masse très floconneuse; il faut donc le comprimer à l’aide de presses hydrauliques sous des pressions de l’ordre de 1 500 pascals.

Structure et composition

Du point de vue chimique, le coton est constitué essentiellement de cellulose (de 88 à 94 p. 100), disposée dans la paroi secondaire en couches concentriques de fibrilles (fig. 4) inclinées par rapport à l’axe de la fibre selon un angle variant de 5 à 25 degrés. Cette inclinaison influe sur l’ensemble des propriétés mécaniques de la fibre. Outre la cellulose, on trouve dans le coton des cires (de 0,6 à 1 p. 100), des matières pectiques (de 0,6 à 1,2 p. 100), des hémicelluloses (de 2 à 4 p. 100), des protéines (de 1 à 1,5 p. 100), des substances minérales (de 0,6 à 1,5 p. 100) et de l’eau (de 6 à 8 p. 100).

Par ailleurs, le coton est naturellement coloré (beige, crème...). Ce colorant est gênant car instable à la lumière. Il devra être éliminé par un traitement de blanchiment (oxydant, soit à l’hypochlorite de sodium, soit au peroxyde d’hydrogène), en veillant à ne pas trop diminuer le degré de polymérisation (D.P.) du coton.

Le coton se présente sous forme d’une fibre plus ou moins vrillée selon la maturité, avec une forme en section droite ressemblant à un haricot. Ce vrillement intervient dans le «crochet» (aptitude à l’accrochement des fibres en filature) du coton.

Un traitement en solution concentrée (15 p. 100) d’hydroxyde de sodium, sous tension mécanique, et suivi d’un rinçage à l’eau modifie la morphologie et la structure cristallines du coton en lui conférant un aspect brillant ainsi qu’une amélioration de l’affinité tinctoriale: c’est l’opération du mercerisage inventée par l’Anglais John Mercer (1844).

Mercerisé en fil, le coton est utilisé entre autres dans la fabrication des fils à coudre de qualité supérieure (fils dits d’Écosse) permettant la confection d’articles à l’aspect brillant.

Propriétés

Le coton (presque la moitié de la production mondiale des fibres textiles) présente des propriétés permettant une grande variété d’emplois. Les propriétés mécaniques de la fibre se caractérisent par une charge spécifique de rupture moyenne de la fibre (de 25 à 45 cN/tex) qui augmente à l’état mouillé, son allongement à la rupture assez faible (de 6 à 12 p. 100) et son module d’élasticité initial élevé. C’est une fibre relativement rigide et avec des comportements médiocres au point de vue de la froissabilité, auxquels on peut remédier par des apprêts permanents (wash and wear – laver et porter; iron care – repassage léger; permanent press – plissage permanent), mais avec des diminutions sensibles de solidité mécanique.

Le kapok

Le kapok est une bourre extraite de la capsule du kapokier ou fromager, grand arbre des savanes appartenant à la famille des Bombacacées. C’est un matériau plutôt adapté pour le rembourrage.

Le lin

Le lin appartient à la famille des Linacées (Linum usitatissimum ). C’est une plante annuelle à racine pivotante dont la tige atteint de 0,60 à 1,20 m de hauteur pour un diamètre de 1 à 3 millimètres. Le lin textile est une culture septentrionale. En Europe, on le trouve en Russie, de loin le plus gros pays producteur, en Pologne, en Belgique et en France.

Le lin se sème à la fin de mars ou au début d’avril, en lignes, car cette méthode permet, même par temps sec, une levée homogène et complète. La plante apparaît de huit à quinze jours plus tard. L’évolution de la plante est d’un centimètre par jour environ. La maturité recherchée se situe environ cinq semaines après la floraison. Elle se caractérise par un jaunissement complet de la tige. Le lin est ensuite soit coupé soit arraché; on récupère la matière textile qui se trouve dans la tige même de la plante sous forme de faisceaux qui sont la fibre technique. Cela requiert deux opérations:

– le rouissage par l’action de bactéries ou de moisissures qui élimine les ciments liant la zone fibreuse à la zone ligneuse: l’action biologique (enzymatique) de cette fermentation élimine progressivement les matières sacchariques, pectiques et hémicellulosiques; après rouissage, les tiges rouies sont séchées, puis broyées mécaniquement pour libérer les fibres;

– le teillage pour extraire les longues fibres (filasses), les fibres courtes (étoupes) et les déchets ligneux (anas).

Après teillage, les fibres ont la composition (anhydre) suivante: cellulose 72 p. 100, pectine 6 p. 100, cires et graisses 2 p. 100, lignine 3 p. 100, hémicellulose 17 p. 100. Les opérations de «crémage» et de blanchiment permettent d’éliminer en partie les matières non cellulosiques. Selon le blanchiment plus ou moins poussé, la «freinte» (pertes au blanchiment) est plus ou moins importante; les appellations connues telles que «lessivé», «crémé», «1/4 blanc», «1/2 blanc», «grand blanc» dépendent du degré de blanchiment; s’il est effectué dans de mauvaises conditions, il dégrade la cellulose et donc diminue la durée de vie du tissu. La mesure du D.P. (degré de polymérisation) permet de mettre en évidence cette dégradation.

La cellule élémentaire (ou «fibre ultime») de lin apparaît comme un cylindre imparfait polygonal, généralement à six côtés, comportant des stries concentriques et un lumen. En vue longitudinale et examinée en lumière polarisée, la cellule présente un système de fissures transversales très caractéristiques en forme de croix. La cellulose constitutive des quelque trois à six couches secondaires est répartie en fibrilles de faible longueur orientées parallèlement à l’axe de la cellule.

Cette architecture fibrillaire confère à la fibre une haute ténacité (de 55 à 60 cN/tex) et un très fort module initial alliés à un faible allongement à la rupture (de 1 à 2 p. 100). À l’état mouillé, cependant, la ténacité augmente – comme pour le coton – tandis que le module initial devient plus faible; l’allongement à la rupture augmente aussi.

De telles caractéristiques font du lin une matière destinée aux emplois pour lesquels on recherche une bonne résistance dynamométrique: draps de lit, linge de table, bâches, stores, etc., mais le lin a une mauvaise tenue à la pliure.

Actuellement, des articles textiles d’été sont faits en mélangeant les fibres de lin avec des fibres synthétiques: le lin apporte aussi son taux de reprise en eau (12 p. 100), ce qui confère à l’ensemble des qualités de sorption (ensemble des qualités d’absorption et de désorption d’eau) qui manquent aux textiles constitués uniquement de fibres synthétiques.

Le chanvre

Le chanvre (Cannabis sativa ) est une plante annuelle dont la hauteur varie de 1 à 3 mètres. Cultivé dans les pays à climat tempéré, on en trouve dans l’est de l’Europe, en France et en Italie où sa qualité est la plus belle.

L’obtention de la fibre technique du chanvre est identique à celle du lin. Avant le peignage donnant le chanvre à long brin qui sera travaillé en filature à l’étoupe, les fibres techniques sont coupées en trois parties d’environ 80 centimètres, celle du milieu présentant les meilleures caractéristiques.

La fibre ultime, d’une longueur de 10 à 40 millimètres, est moins régulière, plus aplatie et légèrement plus lignifiée que celle du lin. Le chanvre est essentiellement employé pour la confection des cordes et des sacs.

Le jute

Le jute est une plante des régions tropicales (genre Corchorus ) appartenant à la famille des Liliacées. La tige atteint une hauteur de 4 à 6 mètres avec un diamètre d’environ 3 centimètres. Le jute pousse essentiellement au Pakistan oriental (Bengale), qui détient un quasi-monopole du commerce du jute.

Il existe deux variétés (blanche et rouge), ce qui exige un triage préalable avant l’utilisation. La fibre ultime est très courte (de 2 à 3 mm environ) et très lignifiée. L’extraction de la fibre technique est obtenue par rouissage et décorticage. La durée du rouissage varie de douze à vingt-cinq jours selon le lieu, la température de l’eau, la maturité des tiges. Après le rouissage, on détache la fibre, puis on nettoie la filasse à la main, et enfin on rince à l’eau. La fibre est alors séchée; elle sert à fabriquer des ficelles, des toiles d’emballage et des tentures d’ameublement. Signalons deux Malvacées utilisées comme des succédanés du jute: Hibiscus cannanibus et Urena pobata .

La ramie

La ramie (Bœhmeria nivea ) est un arbuscule de la famille des Urticacées, originaire d’Asie (en anglais China grass ). La forme de cette plante est celle d’une touffe formée de tiges d’environ 1,5 à 3 mètres de hauteur avec de grandes feuilles. L’extraction de la fibre nécessite un décorticage et un dégommage très poussés. Cela a toujours limité le développement commercial de la ramie.

Cependant, cette fibre présente nombre de qualités. La cellule élémentaire, ressemblant davantage à celle du coton qu’à celle du lin, peut atteindre 17 centimètres de longueur, une concentration en cellulose de 99 p. 100 (matière anhydre), une haute cristallinité et un D.P. élevé. Son architecture fibrillaire, très orientée, lui confère une remarquable charge spécifique de rupture (de 70 à 80 cN/tex) mais avec un allongement limité (de 2 à 4 p. 100). Sa blancheur et son aspect soyeux la destinent à l’habillement.

Fibres animales

La laine

Parmi les poils d’animaux, la laine de mouton occupe une place de choix. C’est un filament kératinisé comprenant une partie libre, le «fût», se terminant en pointe, et une partie enfoncée dans le derme, la racine, comprise dans un sac, le follicule pileux ou bulbe, d’où pousse le poil. Ce follicule présente un cycle évolutif saisonnier permettant un renouvellement du pelage. Le nombre, le caractère, la disposition des follicules déterminent la nature des poils et la structure du pelage.

D’une façon générale, les toisons comportent deux parties: l’une externe, constituée de longs poils destinés à protéger l’animal contre les intempéries, et l’autre, interne, constituant la fourrure proprement dite, le duvet très fin, frisé, servant d’isolant contre la chaleur et la lumière. L’importance relative de ces deux parties varie selon l’espèce animale et même selon la saison (poil d’été, poil d’hiver, mues...). Pour les moutons, et notamment le mérinos, qui est à la base des élevages pour l’obtention de la laine, il n’y a que la partie interne; la toison de l’agneau nouveau-né rappelant celle du mouflon.

Au voisinage immédiat des follicules se trouvent d’une part des glandes sudoripares qui sécrètent le suint, constitué d’acides gras et de leurs savons de potassium qui les rendent solubles dans l’eau, et, d’autre part, des glandes sébacées produisant la suintine, composée de corps gras (lanoline), insoluble dans l’eau.

Outre ces constituants (fibres avec suint et suintine), la toison est souillée de matières étrangères: sable, terre, débris végétaux et autres. Pour une première élimination avant la tonte, les moutons sont lavés à dos. Après la tonte, les toisons sont lavées industriellement soit par passage dans une succession de bains aqueux avec détergents (sur «léviathan»), soit par soumission à des jets aqueux ou de solvant. La laine lavée est séchée et ne contient plus que 0,5 p. 100 environ de corps gras et quelques résidus végétaux (chardons, etc.) à éliminer mécaniquement en filature.

La laine se présente généralement comme une fibre dont la section droite est quasi cylindrique. On a pris l’habitude d’appliquer le terme laine aux fibres dont le diamètre moyen est compris entre 15 et 17 micromètres. Les laines les plus fines (mérinos) ont un diamètre compris entre 16 (cas exceptionnel) et 22 micromètres. Les laines provenant des «croisés» (moutons européens croisés avec des mérinos) ont un diamètre moyen plus élevé. Un des caractères essentiels de la laine est la frisure, mesurée par le nombre d’ondes par centimètre. Elle varie en raison inverse du diamètre (de 120 ondulations par 10 cm pour les plus fines à 12 ondulations par 10 cm pour les plus grosses).

Du point de vue anatomique, les fibres kératiniques sont constituées du cortex , corps du poil, avec éventuellement la moelle et le canal médulaire, continu ou discontinu (n’apparaissant que dans le cas où la laine a un diamètre moyen supérieur à 30 猪m), et de la cuticule , extérieure.

Le cortex est constitué d’un assemblage de cellules fusiformes. En 1953, les Japonais Horio et Kondo ont découvert que ces cellules peuvent être de deux types morphologiques différents, répartis, dans le cas des fibres frisées, en deux éléments séparés par un grossier plan diamétral: le paracortex et l’orthocortex. Doués de propriétés de gonflement différentes, ces deux éléments se comportent comme un bilame à l’origine de la frisure par croissance en ressort à boudin des fibres à structure bilatérale.

La cuticule est constituée en gros par des «écailles» de formes diverses (fig. 5). Pour la laine, elles sont apparentes et bien dessinées: leur structure est différente selon qu’elles sont accolées à l’orthocortex ou au paracortex. La cuticule est à l’origine des mouvements privilégiés dans un sens déterminé par la disposition des écailles à «rebrousse-poil et dans le sens du poil» qui permettent le feutrage.

La laine est constituée essentiellement de kératines, qui sont des substances de nature protéique ^{[cf. PROTÉINES]}. Les 見-aminoacides H²N 漣CH(R) 漣COOH (R étant un radical hydrocarbure, alcool, acide, phénol, etc.) de la kératine sont au nombre d’une vingtaine dont notamment la cystine avec son pont disulfure (tabl. 2).

Les kératines constitutives des cellules corticales sont de deux types. Les unes, comportant des macromolécules hélicoïdales (hélices alpha, selon L. Pauling) assemblées entre elles comme les brins d’un retors, forment des microfibrilles. Les autres sont composées de macromolécules en pelote, comme les globulines; elles forment un ciment élastique qui unit les microfibrilles; elles renferment la majeure partie de la cystine, qui les lie entre elles et aux microfibrilles (fig. 5).

Le taux de reprise de la laine est de l’ordre de 18 p. 100, mais la laine peut absorber jusqu’à 30 p. 100 de sa masse en eau sans pour cela paraître mouillée. Les échanges thermiques avec le milieu extérieur et le corps humain sont liés à cette «reprise» d’humidité et déterminent les qualités de confort particulières des articles de laine: l’absorption d’eau est exothermique et la désorption endothermique.

Grâce à leur structure physique en rapport avec la frisure des fibres, les filés de laine emprisonnent un grand volume d’air (60 p. 100) qui joue le rôle d’isolant thermique.

Les propriétés élastiques de la laine sont liées à la structure du cortex et à ses propriétés hygrométriques. La laine se caractérise par une «reprise élastique retardée» exceptionnelle qui fait qu’une fibre de laine, déformée dans un pli par exemple, revient lentement d’elle-même à sa forme initiale lorsque cesse la contrainte et qu’elle se trouve en atmosphère humide (autodéfroissabilité, mémoire de la forme).

Le gonflement de la laine immergée dans l’eau fait ressortir davantage les redents des écailles de la cuticule. Ce gonflement est accentué par l’acidité ou la basicité du milieu aqueux ainsi que par un accroissement de la température; aussi, les sollicitations mécaniques dans ces conditions ont un effet de feutrage de l’article en laine d’autant plus important: cette propriété est exploitée pour l’obtention d’articles foulés; mais elle devient un inconvénient dans le cas d’un tricot qui en feutrant rétrécit au lavage! Cela a conduit à la mise au point de procédés antifeutrants, notamment par dépôts de polymère sur les extrémités des écailles pour en arrondir les redents.

La laine résiste bien aux intempéries et brûle difficilement. Traitée aux aldéhydes, elle garde aux températures moyennes (jusqu’à 120 ⁰C) ses propriétés mécaniques, ce qui détermine certains emplois industriels (feutres de séchage en papeteries).

La laine doit son caractère irremplaçable: à la complexité de ses structures moléculaires fibrillaire et cuticulaire, qu’il serait difficile de parfaitement copier, bien que sa structure bilatérale ait inspiré la synthèse de fibres chimiques «bicomposées», comme la fibre X403 de Rhône-Poulenc Textile; à ses finesses et longueurs de fibres variables, en fonction desquelles elle est travaillée soit en cycle peigné, soit en cycle cardé, permettant d’obtenir une très large gamme d’articles.

Les poils d’animaux

Outre la laine, de nombreux poils d’animaux sont utilisés comme fibres textiles. Ce sont des fibres protéiniques qui ne présentent pas de structure bilatérale, donc pas de frisure. On distingue:

– les poils de Capridés, dont les chèvres communes aux poils grossiers (plus de 70 猪m de diamètre), très colorés et rigides; les chèvres angora qui fournissent les poils mohair très ressemblants à ceux de moutons croisés; les chèvres du Tibet et du Cachemire qui donnent un duvet très fin à structure paracorticale (de 12 à 16 猪m de diamètre);

– les poils de Camélidés dont les chameaux et les dromadaires produisent des duvets doux et fins; les lamas et alpagas donnent des poils fins et brillants, la vigogne et le guanaco fournissent des poils très doux, très fins, très brillants et colorés;

– les poils de rongeurs, dont le lapin angora qui donne des poils blancs et très fins (de 10 à 15 猪m de diamètre).

La soie

Les fils de soie se composent de brins (ou bouts) de grande longueur (de 400 à 1 200 m). C’est de la bave séchée du ver à soie (Bombyx mori ). Cette bave est constituée de deux veines de protéine à haut degré d’ordre, la fibroïne (de 75 à 80 p. 100), accolées par un ciment constitué de séricine, protéine à faible degré d’ordre, donnant le grès (de 20 à 25 p. 100), d’où le nom de soie grège.

La soie sauvage, telle la soie tussah, est produite par des chenilles non domestiquées vivant la plupart du temps sur des chênes.

L’élevage du ver à soie se pratique dans des magnaneries. Les œufs du papillon sont couvés artificiellement dans des chambres à la température de 20 à 23 ⁰C. Les vers éclosent après vingt-cinq à trente jours et s’accrochent aux feuilles de mûriers sur des claies à quadrillage permettant un calibrage du cocon dans une case.

La période de croissance comporte quatre mues et voit la chenille passer de 0,5 mg et de 1 à 3 millimètres à 5 grammes et de 5 à 7 centimètres de longueur, soit un accroissement en poids de 10 000!

Après la dernière mue, la chenille s’installe en vue de confectionner son cocon. Elle sécrète une bave filamenteuse dans laquelle elle s’enroule. Le cocon terminé comprend une trentaine de couches de fil. À l’intérieur, l’insecte se transforme en chrysalide, puis en papillon et quitte le cocon. Mais les cocons percés ne sont pas dévidables et sont traités en filature dite «schappe».

La grande majorité des cocons subit donc l’étouffage qui a pour but de tuer la chrysalide sans endommager son enveloppe soyeuse: les cocons sont exposés soit à l’air chaud (de 70 à 80 ⁰C) dans une étuve pendant deux heures, soit aux gaz asphyxiants. Ils sont ensuite séchés afin d’éviter la fermentation des chrysalides.

Les cocons sont plongés dans de l’eau chaude (de 70 à 90 ⁰C) pendant quatre à cinq minutes, afin de ramollir le grès. Ils sont battus dans cette eau avec de petits balais: les maîtres brins s’accrochent.

On réunit alors les brins par groupe de trois à vingt bouts suivant la grosseur du fil à obtenir et on les fait passer dans une filière qui les réunit et les accole de façon à fournir un «bout» résistant. Une torsion est donnée pour arrondir et assouplir le fil. Celui-ci est enfin mis sous forme d’écheveaux qui seront ultérieurement traités en moulinage et au tissage.

La forme de section triangulaire des filaments confère à la soie «décreusée» (débarrassée de sa séricine) les qualités spéciales de réflexion de la lumière qui caractérisent l’aspect «soyeux».

Ses propriétés mécaniques sont excellentes, avec une charge spécifique de rupture de l’ordre de 30 à 55 cN/tex avec un allongement de rupture de 20 à 30 p. 100. Sa reprise en humidité en fait un textile confortable. Par ailleurs, la soie possède la propriété de fixer les sels métalliques (plomb, étain, etc.), ce qui permet d’obtenir des soies «chargées» caractérisées par un «tombant».

Cependant, la cherté de sa production en fait essentiellement un textile de luxe.

Fibre minérale

L’amiante ou asbeste . Cette fibre minérale composée de silicates complexes de calcium, de magnésium et d’oxyde de fer est extraite de roches filamenteuses telles que la crocidolite, l’amosite et la chrysolite. Cette dernière fournit l’amiante blanche, la plus appréciée en textile. Après abattage des roches, les blocs sont broyés, lavés et séchés. Puis on procède à une séparation mécanique et pneumatique des fibres. Les plus grandes qualités de cette fibre sont l’incombustibilité et l’infusibilité totale ainsi qu’une mauvaise conductibilité thermique et électrique. À cause de ses propriétés, on trouvera ce matériau dans des applications telles que les matières filtrantes, les produits de frottement, les renforts de ciments et plâtres ainsi que dans les vêtements de protection. Mais, en raison de problèmes de santé liés à la fabrication et à l’utilisation de cette fibre (asbestose, cancer des poumons), la plupart des pays ont abandonné l’amiante comme matériau servant à la fabrication de vêtements de protection; elle est l’objet d’une réglementation stricte.

4. Les fibres textiles chimiques

Fibres artificielles

La matière première de base est essentiellement la cellulose extraite des bois résineux ou feuillus, en particulier le hêtre, par des procédés s’apparentant à ceux qui sont utilisés pour les pâtes à papier. Hormis la cellulose, les protéines extraites de la caséine du lait ou des tourteaux de plantes oléagineuses (arachide, maïs, soja) ont été utilisées pendant un temps. Enfin, l’acide alginique tiré des algues permet la production de fibres d’alginates de sodium et de calcium. L’alginate de sodium est très soluble dans l’eau; en revanche, l’alginate de calcium est seulement soluble en milieu basique, notamment en solutions de savon qui sont presque toujours assez alcalines: d’où l’utilisation de ces fibres comme soutiens passagers, qui seront à éliminer après fabrication, par lavage ou par foulonnage. Pour rendre les articles en alginates insolubles, on les transforme en sels de béryllium ou de chrome.

Les fibres dites cellulosiques sont de deux types: la cellulose (régénérée) ou l’acétate (voire le triacétate) de cellulose. Les fibres de cellulose régénérée sont fabriquées suivant trois procédés: viscose (de loin le plus important), rayonne au cuivre et acétate désacétylé.

Dans le procédé viscose, la cellulose est transformée en un ester soluble en milieu alcalin, puis par extrusion en filière immergée en bain acide; elle est régénérée sous forme de filaments de cellulose insoluble. Pour ce faire, il faut la transformer en alcali-cellulose, puis en xanthate de cellulose par réaction avec le sulfure de carbone. La solution sodique du xanthate est un collodion très visqueux, qui est à l’origine du nom «viscose» donné d’abord à ce collodion, puis au procédé et enfin au produit fibreux final. Le filage est réalisé par voie humide dans un bain de reprécipitation, à base de sulfates (de zinc et de sodium) et d’acide sulfurique: les filaments y sont étirés, lavés, blanchis et séchés. Selon les conditions de ces opérations depuis le filage, il en résulte divers types de fibres différenciées par leur structure fibrillaire: viscose classique, viscose haute ténacité, polynosique («modale»). La matière textile se présente soit sous forme de filaments continus (rayonne), soit sous forme de fibres coupées ou craquées à partir des filaments continus (fibrannes).

Dans le procédé au cuivre, on dissout directement la cellulose dans l’hydroxyde de cuivre ammoniacal (milieu basique), un de ses rares solvants. Puis on file en immergeant (au mouillé) dans un milieu acide qui neutralise la base en faisant précipiter la cellulose, qui est ensuite lavée et séchée.

Dans le procédé acétate, la cellulose est d’abord acétylée au maximum pour donner l’acétate «primaire» qui correspond plutôt au triacétate soluble dans le dichlorométhane et qu’on file à sec, c’est-à-dire par évaporation du solvant dans des cylindres «tuyaux d’orgue». Avant d’utiliser ce solvant, il fallait transformer l’acétate primaire en acétate «secondaire» par rétrogradation (c’est-à-dire par désacétylation partielle contrôlée), pour obtenir un produit bien soluble dans l’acétone, qu’on pouvait filer au mouillé ou à sec pour donner la fibre d’acétate, exploitée aujourd’hui essentiellement pour les revêtements de sols et les tapis.

Fibres synthétiques

La synthèse de macromolécules linéaires pour la fabrication de fibres a été essentiellement développée par Carothers. En faisant réagir entre elles de petites molécules linéaires comportant deux fonctions réactives, il se forme des enchaînements linéaires réguliers d’éléments de structure identique («motifs de base») avec un degré de polymérisation réglé par les conditions de la réaction. La nature des fonctions détermine la classe des polymères obtenus (tabl. 2) par polyaddition ou par polycondensation. On peut subdiviser ces fibres synthétiques en deux sous-classes: les organiques et les inorganiques.

Les organiques

Le tableau 3 présente les familles de fibres chimiques utilisées en 1988; il y a lieu de remarquer leur nombre restreint. Mais les fibres commerciales ont été extrêmement diversifiées puisqu’on peut dénombrer en 1988 plus de cinq mille noms commerciaux. D’une part, le lancement d’un polymère nouveau jusqu’à son développement à l’état de fibre commercialisable est très onéreux, et, d’autre part, un même polymère peut supporter de légères modifications de structure physico-chimique en vue d’acquérir certaines propriétés nouvelles.

Les principales familles chimiques sont les polyamides (et polyaramides), les polyesters, les polyacryliques, le polychlorure de vinyle, les polyalcools vinyliques, les polyoléfines.

Polyamides et polyaramides

Les fibres de polyamides sont les plus anciennes fibres synthétiques utilisées en habillement. Il existe un grand nombre de variétés et d’applications. Ces fibres ont une tenue exceptionnelle à l’usage, mais elles sont relativement peu solides aux ultraviolets. Le développement des polyamides aromatiques ou polyaramides a permis de mettre au point des fibres à hautes performances thermiques et mécaniques avec des charges spécifiques de rupture de l’ordre de 200 cN/tex et supportent des températures dépassant 200 ⁰C. Ces matériaux trouvent leurs applications dans les renforts de pneumatiques, en remplacement de l’amiante: matériaux composites, étoffes antiperforations, etc.

Polyesters

Les polyesters sont les fibres chimiques les plus produites dans le monde. L’éventail de leurs applications et utilisations est très grand. Avec une charge spécifique de rupture de 40 à 60 cN/tex, un allongement correspondant de 15 à 50 p. 100, un module initial élevé et une grande résistance à l’abrasion, le polyester est idéal pour l’habillement, surtout en mélange avec le coton. Mais c’est dans la géotechnique que ce matériau connaît des développements importants: du fait de ses propriétés mécaniques, sa quasi-inertie chimique et sa résistance aux micro-organismes. On trouve de très grandes quantités de polyesters dans les applications géotextiles (renforcement d’ouvrages d’art, drainage, filtration, séparation de couches de sols) et en agrotextile (protection des cultures).

Autres fibres

Parmi les autres fibres, citons les acryliques (et modacryliques) à base d’acrylonitrile, présentant une très bonne résistance à la lumière et utilisées surtout en mélange ou en remplacement de la laine, notamment dans les articles du type «maille». Elles servent aussi comme précurseur pour la fabrication des fibres de carbone.

Les chlorofibres incombustibles et leurs propriétés triboélectriques les font réserver à la confection de tentures ou de sous-vêtements «paramédicaux».

Les vinylals, à base de polyalcool vinylique, sont des fibres dont la solubilité dans l’eau peut être ajustée en fonction du taux d’acétalisation au formol; elles n’ont pas eu le développement commercial espéré vers les années 1970, vu le prix du coton.

Les fibres polyoléfiniques représentées essentiellement par les polypropylènes ont une utilisation majeure dans les tissus d’ameublement et certains vêtements de travail; on peut trouver des fibres de polyéthylènes particulièrement solides mécaniquement et chimiquement pour des usages techniques.

La mise en œuvre dans la polymérisation de petites quantités d’un comonomère (mélange de monomère) comportant une nouvelle fonction chimique ne servant pas à la polymérisation conduit à la formation de copolymères avec des caractéristiques nouvelles. Cette copolymérisation se distingue de l’alliage de polymères, obtenu par mélange après polymérisation: là aussi on peut obtenir des modifications de propriétés. Ces procédés ne sont que rarement utilisés pour la fabrication de fibres textiles.

Les inorganiques

Le verre

Ce matériau (polysilicate essentiellement) est le plus ancien textile «chimique». Le verre est obtenu à partir d’un mélange de silice, d’alumine, de carbonates de magnésium, de calcium, de sodium et de potassium. Après mélange, les composants sont portés à une température de 1 550 ⁰C dans les fours où le verre est élaboré, puis on alimente les filières où le verre est transformé soit en filaments (Silionne), soit en fibres (verranne) de 5 à 14 micromètres de diamètre. Le verre présente une ininflammabilité, une incombustibilité et une imputrescibilité totale ainsi qu’une quasi-inertie chimique. On trouvera du verre dans les applications en matériaux composites, dans les circuits imprimés, l’avionique, les articles de sport, ainsi que dans l’ameublement du fait de sa qualité «non feu».

Le carbone

À l’origine, Edison a carbonisé des fibres de bambou puis des fibres de coton pour réaliser ses premiers filaments de carbone pour les lampes à incandescence. Depuis lors, on utilise pour la fabrication des fibres de carbone deux autres précurseurs: les polyacrylonitriles préoxydés et le brai. Les fibres de carbone présentent des propriétés mécaniques et thermiques exceptionnelles. Les modules d’élasticité peuvent dépasser 800 gigapascals, les résistances mécaniques se situent entre 20 et 50 décanewtons par millimètre carré, par exemple des composites carbone-carbone peuvent résister à des températures de 3 500 ⁰C. En revanche, la tenue à l’abrasion et aux chocs de ces matériaux est assez limitée. Du fait de leurs propriétés, et leur rapport poids/performances, ces fibres sont utilisées en renfort de matériaux composites à matrices thermodurcissables (polyépoxydes, polyimides, etc.) ou thermoplastiques (polyester, polyamides, etc.).

Le bore

Les fils de bore de 100 à 200 micromètres de diamètre sont fabriqués par dépôt en continu de bore (obtenu par réduction du trichlorure de bore à l’hydrogène), sur un filament de tungstène chauffé par effet Joule. Un traitement au carbure de bore est effectué par les filaments entrant dans les renforts de métaux. Ces fibres à très hautes performances se caractérisent par une haute tenue thermique (supérieure à 500 ⁰C) et d’excellentes propriétés mécaniques (charge spécifique de rupture de 3,5 GPa, module d’élasticité 400 GPa). Mais leur coût élevé limite leurs applications.

Carbure de silicium, céramique

Ces fibres se caractérisent par leur tenue à haute température (1 000 ⁰C et davantage).

Les carbures de silicium ont une très haute résistance thermomécanique (10 p. 100 de perte de propriétés après 100 heures de travail à 1 000 ⁰C). On les trouvera en renfort de matrice métallique et pour des travaux à températures élevées.

Le terme céramique désigne l’ensemble des matières obtenues par cuisson des pâtes à base d’argile et d’oxydes métalliques. Les fibres de céramique sont obtenues par fusion d’un mélange de silice, d’alumine, d’oxydes de zirconium, de chrome... Elles ont été développées pour remplacer l’amiante, bien qu’elles puissent également présenter des tendances à provoquer des effets rappelant l’asbestose.

Mise en forme des fibres

L’imitation de la nature a inspiré la recherche des relations entre macrostructure physique et propriétés de confort: les propriétés des articles textiles naturels dépendent pour une bonne part de l’histologie et de la morphologie de la fibre. C’est pour cela que l’on s’est efforcé de conférer aux fibres chimiques des propriétés proches de celles des fibres naturelles; ainsi, il est possible de régler la forme en section des fibres soit en jouant sur les vitesses de régénération pour les fibres filées au mouillé, soit en utilisant des trous de filières de différentes formes pour obtenir des fibres profilées. En particulier, l’utilisation de fibres de sections non circulaires améliore notablement le toucher des étoffes (fig. 6).

Par ailleurs, l’utilisation de filières à deux trous alimentés par des polymères différents (par exemple polyamide 6-6 et polyamide 6-10) donne une fibre bicomposée se comportant comme un bilame: cet effet donnera à la fibre une frisure tridimensionnelle stable comparable à celle de la laine mérinos.

Une autre modification de propriétés peut être obtenue par traitement thermomécanique des fibres élaborées à partir de polymères thermoplastiques: c’est l’opération de texturation qui confère aux fils multifilamentaires des propriétés améliorées d’élasticité, de gonflant et de douceur au toucher «chaud» en comparaison du toucher «frais» des fils dits «plats».

5. Les fibres en filaments et en fils

La nature met à notre disposition des fibres de longueurs diverses, sous forme d’éléments discontinus, sauf dans le cas de la soie qui peut être assimilée à une fibre de longueur «infinie» (de 400 à 1 200 m). Dans un premier temps, l’être humain a cherché à imiter cette fibre noble en fabriquant des fils multifilamentaires de matière artificielle, puis il a rapidement étendu cette expérience à la fabrication de fibres discontinues pour les mettre en œuvre sous forme de filés de fibres sur le matériel correspondant.

Mais la présentation de fibres textiles sous forme multifilamentaire suscite encore beaucoup d’intérêt dans bien des domaines. Ainsi, par leur caractère continu, les fils multifilamentaires peuvent conférer à l’article textile des propriétés de brillance et d’aspect soyeux, difficiles à obtenir avec des fibres discontinues. Par ailleurs, pour des applications techniques, le fil dit «continu» aura de meilleures propriétés mécaniques qu’un filé de fibres. En effet, toute sollicitation mécanique se traduira directement par des contraintes au sein du matériau, tandis que le filé de fibres subira des modifications de structure qui peuvent conduire à sa destruction, avant même d’avoir atteint les limites propres au matériau. En revanche, dans le cas de la fabrication de matériaux composites, les fils continus présentent des limites quant à leur «adhérisation» avec la matrice. Dans ce cas précis, leur association avec des fibres discontinues peut apporter une solution à ce problème.

Par le biais d’une autre approche, on a souvent essayé de conférer aux fils multifilamentaires un aspect et des propriétés propres aux filés de fibres. Ainsi, par texturation, on donne au fil continu dit «plat» une frisure forte et permanente. Cette frisure est issue de la conjugaison d’une action mécanique et d’un traitement thermique conduisant à des déformations plastiques irréversibles dans les conditions normales d’utilisation. Le caractère «mousse» de ces fils leur a ouvert de très nombreuses applications dans le domaine vestimentaire (bas, collants, vêtements de sport et de loisirs, etc.). Ces opérations de texturation étaient initialement faites au sein d’entreprises de transformation; elles sont directement effectuées par les producteurs de fibres chimiques.

Bien au-delà d’une simple frisure, il est aujourd’hui possible de conférer des caractères très divers aux fils multifilamentaires: à l’aide de retordages et assemblages variés, on leur donne des effets fantaisie tels que les boutons, les vrilles ou les flammes... L’ameublement et le revêtement mural sont particulièrement friands de ce type de produit.

6. Aspects économiques et perspectives d’avenir

L’activité textile a été un des principaux moteurs de la croissance des pays dits industrialisés et a favorisé le décollage économique des autres pays dits en développement. Dans ces derniers pays, la possibilité de production de matières premières textiles naturelles locales et la réputation de l’industrie textile d’être une industrie de main-d’œuvre ont régi le choix de la branche textile pour développer leur industrialisation non seulement pour couvrir leurs propres besoins, mais avec la détermination d’exporter vers les «pays du Nord». Ceux-ci ont ainsi été conduits à accélérer le processus d’inversion du rapport travail/capital, en sorte que les industries textiles sont devenues de plus en plus des industries de capitaux, réclamant une main-d’œuvre de plus en plus réduite, mais aussi de plus en plus qualifiée. Par ailleurs, la nécessité de répondre aux besoins alimentaires d’une démographie mondiale croissant exponentiellement se traduit plutôt par une régression des surfaces consacrées à la production de fibres textiles naturelles. Cette dernière ne peut croître, ou même se maintenir, que par l’augmentation des rendements à l’hectare. Tout cela explique pourquoi, malgré des besoins en articles textiles croissant plus vite que la population, l’augmentation de la production globale de fibres textiles soit essentiellement assurée par les fibres d’origine chimique (fig. 7), les fibres synthétiques, plutôt que les fibres artificielles. En 1990, la production mondiale du coton (y compris la production chinoise) a été de 19,7 millions de tonnes; de la laine (lavée, pour filature), 1,4; des fibres libériennes (lin, chanvre, jute, ramie, etc.), 3; de la soie (naturelle), 0,07; des fibres synthétiques, 17,5; des fibres artificielles, 3,3. Soit un total de 41,97 millions de tonnes pour l’année 1990. En comptant un prix moyen de 17,5 F par kilogramme brut, cela représente plus de 760 milliards de francs de matières premières; rappelons que la valeur ajoutée par le travail de transformation en article final de consommation correspond à un multiplicateur variant entre 5 et 50! Selon le Comitextil, la C.E.E. dépense chaque année 120 milliards d’écus pour l’achat de produits vestimentaires et 30 milliards d’écus pour l’achat de tapis, articles d’ameublement et linge de maison, tandis que son chiffre d’affaires au niveau de la production n’est que de 115 milliards d’écus, pour 3 millions de salariés et des investissements de 3 milliards d’écus. On assiste à un regroupement international des utilisateurs de fibres et, en parallèle, à une concentration des productions de fibres chimiques où les gros tonnages, concernant quelques familles de fibres seulement, prennent le pas sur la diversification de qualités commerciales, malgré les cinq mille appellations commerciales de fibres chimiques actuellement.

En revanche, pour des besoins particuliers et sans égard au prix, il est possible de fabriquer des fibres sur mesure, aux propriétés souhaitées, rhéologiques et autres.

L’objet principal des recherches concernant les fibres chimiques est l’obtention d’une qualité maintenue égale (malgré une augmentation de productivité) par un accroissement des vitesses de filage et/ou l’intégration en ligne continue de traitements optimalisés, avec une automatisation de plus en plus poussée. En ce qui concerne les fibres naturelles, les sélections permettent de compenser les pertes en surfaces de production par des rendements accrus, tout en assurant des caractéristiques technologiques plutôt améliorées: signalons que sur le plan mondial la contribution de l’Institut (français) de recherche du coton et des textiles exotiques (I.R.C.T.) s’est avérée déterminante en matière de sélection.

Encyclopédie Universelle. 2012.