Historique de la technique de collage
Les premiers collages
L’emploi d’adhésifs était connu dès 4500 av. JC. Ces adhésifs étaient composés de matières premières animales et végétales, comme la colle d’os( graisse animale) et de caséine, ainsi que de goudron, de poix, de cires, etc. C’est seulement à la fin du 19éme siècle ( en 1876 environ) que l’on produit les premières solutions de caoutchouc et de résines avec du benzène qui servent à un collage relativement fiable du bois, du papier, du carton, des tissus et du cuir.
Au début du 20ème siècle, apparaissent les premières colles à base de nitrocellulose qui permettent un assemblage de construction, en partie sans utilisation de moyens mécaniques.
En raison de progrès décisifs dans le domaine de la chimie macromoléculaire, les bases des techniques modernes du collage ont été mises en place. C’est en 1949 que sont introduites les colles sur base de Néoprène. Les moyens de collage évoluent et gagnent de plus en plus d’importance dans les méthodes actuelles de fabrication industrielle. L’interaction liquide solide caractérise l’adhésion. L’adhésion mécanique s’intéresse aux surfaces de contact. L’interaction liquide solide et le mouillage qui caractérise l’adhésion sont des phénomènes qui n’ont pas encore été tout à fait par la théorie. Le collage est un procédé qui permet de maintenir de façon solide et durable deux composants ou éléments entre eux. Ce maintien des objets entre eux est ce qu’on appelle l’adhésion. On distingue l’adhésion physico-chimique et l’adhésion mécanique.
La nature assemble les différentes composante non pas par vissage ou genre de clous mais par adhésion. L’assemblage par collage est de plus en plus utilisé par les techniques industrielle, médecine. Les difficultés ou contraintes la légèreté la finesse des moyens pour assembler les matériaux est avantageuse. Par l’homme, à la fois dans industrie, dans la médecine et dans d’autres secteurs, compte-tenu de ses nombreux avantages comparés aux méthodes conventionnelles : légèreté, réduction des concentrations de contraintes et son aptitude à assembler des matériaux dissemblables ou des pièces fines. Le domaine des systèmes de collage est vaste est touche tous les domaines y compris les plus pointu comme l’aviation, l’automobile.
Il y a certes un manque de confiance envers les techniques d’adhésion par l’industrie. Mais la recherche dans ce domaine est très active. Elle porte sur les types de surface où elles peuvent s’appliquer et la nature de la colle. Ces études peuvent globalement dans une certaine mesure intéresser les artistes et contribuer à affiner leur démarche.
Le collage est un procédé qui permet de maintenir de façon solide et durable deux composants ou éléments entre eux. Ce maintien des objets entre eux est ce qu’on appelle l’adhésion. On distingue l’adhésion physico-chimique et l’adhésion mécanique. L’interaction liquide solide caractérise l’adhésion. L’adhésion mécanique s’intéresse aux surfaces de contact. L’interaction liquide solide et le mouillage qui caractérise l’adhésion sont des phénomènes qui n’ont pas encore été tout à fait par la théorie. Il existe actuellement un grand choix de colles dans le commerce. Parmi elles, certaines conviennent mieux au collage du papier. Elles se présentent sous forme solide (les Bâtons), liquide (les tubes) et en spray (les aérosols).
L’aspect industriel des colles dans l’assemblage.
Ce paragraphe ne concerne pas vraiment le collage artistique mais il est ici donné à titre documentaire
Une colle, c’est tout d’abord un polymère de base qui donne la cohésion de l’ensemble. C’est ensuite l’addition d’éléments destinés à augmenter le pouvoir collant, à augmenter la souplesse dans certains cas. Cette page sur les colles est assez technique et n’a pas obligatoirement grand intérêt pour un artiste mais il est intéressant d’en parcourir au moins une fois ce sujet dans sa vie. Commençons par les adhésifs structuraux La notion d’adhésif structural est apparue lorsqu’on a commencé à réaliser des assemblages collés pouvant supporter des contraintes aussi importantes que les assemblages mécano – soudés. L’assemblage collé présente alors une résistance équivalente à celle des matériaux constituant la structure. La colle est partie intégrante de l’ensemble de la structure à la différence des produits de revêtements ou des mastics d’étanchéité, d’où l’appellation d’adhésifs structuraux. Ils sont conçus pour résister à des contraintes supérieures à 7 MPA ( ce n’est pas une frontière infranchissable!…) à température ambiante. Ils peuvent être sollicités sans défaillance à un pourcentage élevé de leur résistance maximale pendant une longue période, ceci dans des conditions hostiles( basses températures, chaleur, agents chimiques, …).
LES POLYURÉTHANES C’est une classe très vaste de produits dont certains peuvent être classés parmi les adhésifs structuraux. Ce sont alors des polymères réactifs sans solvants ou à très haut . Ils résultent de la condensation entre un monomère isocyanate et un monomère hydroxyde ou polyol. Ils se présentent sous la forme de bi-composants mais l’évolution tend à favoriser le développement des adhésifs polyuréthannes mono-composants en raison de leur facilité de mise en œuvre. Ils ont une excellente tenue au pelage, à la déchirure. Les polyuréthannes bi-composants sont considérés comme une colle semi-structurale. Ils conviennent parfaitement aux assemblages mixtes métal / plastique. Certains fabricants développent des gammes de polyuréthannes mono-composant. Ces colles se présentent sous un état pâteux puis deviennent après réticulation à l’humidité ambiante des masses élastiques. Les excellentes propriétés d’adhérence des polyuréthannes ont trouvé des applications dans les adhésifs à moyen et haut module dans tous les secteurs d’activité industrielle, en particulier chaque fois que les assemblages sont soumis à la dilatation, des chocs ou des vibrations conséquentes. Ils trouvent de nombreuses utilisations dans des domaines aussi différents que les matériels de transports, la construction navale, les équipements électriques, … Les polyuréthannes sont moins rapides que les époxydes mais par contre ils sont beaucoup plus souples. En outre on peut les coller sur pratiquement toutes les surfaces sans utiliser de primaires d’adhésion. Ces derniers ne sont nécessaires que sur le Téflon, …, c’est à dire des matériaux qui sont supposés incollables.
Un des gros avantages des polyuréthannes actuellement sur le marché sont qu’ils collent le verre sans primaire. On a donc une utilisation beaucoup plus simple qu’avec une époxy. Par contre si on veut une prise rapide on utilise fréquemment des collages mixtes: polyuréthanne et ruban adhésif. On limite l’utilisation des rubans adhésifs car ils sont d’un coût assez élevé. Il existe des polyuréthannes bi-composants. Ces derniers ont l’avantage de présenter des caractéristiques mécaniques plus élevées mais leur mise en œuvre est beaucoup plus complexe. Ils sont durs à étaler et les investissements sont lourds. Les fabricants développent maintenant des mono-composants avec des caractéristiques qui tendent à se rapprocher de celles des bi-composants. Une des applications principales des polyuréthannes est le collage du verre. Par contre ils ont une mauvaise tenue aux UV. De nombreuses recherches sont menées afin de réduire ce problème (problème du collage des pare-brises des voitures). Une autre application de ces colles est la réalisation de tapis de sols, de joints d’étanchéité, des assemblages d’éléments de bateaux, … On joue beaucoup sur le fait de la grande souplesse de ces adhésifs. On parle d’ailleurs assez souvent de collage souple pour les polyuréthannes mono-composants. Les caractéristiques principales des polyuréthannes sont: Élasticité et souplesse importantes même à basse température Bonne adhérence sur la plupart des matériaux Bonne résistance au vieillissement Résistance aux acides non dilués Bonne tenue à l’humidité Tenue aux températures moyennes( 80-90 °C) Durcissement à chaud rapide (mono-composant) Vitesse de réticulation de 3 à 5 MM par jour pour les mono-composants Mise en œuvre technique pour les bi-composants Propriété d’isolant électrique, propriété d’étanchéité Absence de toxicité dans la plupart des cas Nécessité d’étuves pour les mono-composants Résistance au cisaillement moins élevée que les autres colles structurales Dureté très bonne A l’heure actuelle, des fabricants commercialisent des polyuréthannes mono-composants qui n’ont plus leur principal défaut c’est à dire la lenteur de polymérisation. Cette nouvelle colle est obtenue par la présence d’un activateur. On a ainsi les avantages d’une polyuréthanne mono-composant( simplicité d’emploi) et ceux d’une bi-composants( rapidité de prise).
LES ÉPOXYDES Ce sont des adhésifs thermodurcissables parmi les plus courants et les plus performants. Leur dénomination provient de la présence d’un groupement caractéristique appelé groupement époxyde. Les formulations sont présentées sous forme de produits liquides ou pâteux selon le cas. Ce sont des adhésifs sans solvants, mono ou bi-composants. Pour les adhésifs bi-composants, le mélange durcisseur résine de base est fait au moment du collage, en respectant bien les quantités. Une réaction exothermique a alors lieu, permettant la réticulation. Généralement, le collage est fait à température ambiante mais il peut être accéléré par un apport de chaleur. Pour les adhésifs mono-composants, la colle est prête à l’emploi c’est à dire que la résine de base et le durcisseur cohabitent sans que la réaction ait lieu. Il est nécessaire d’avoir un apport de chaleur pour que la réaction se produise. Les conditions de stockage sont importantes: la température ne doit pas dépasser 20 à 30 °C, au risque de provoquer un début de réaction. Les époxydes sont fréquemment utilisées pour des collages métal / métal ou métal / plastique devant résister à des contraintes mécaniques très élevées. Elles offrent une très bonne adhésion sur la plupart des matériaux et une excellente résistance au vieillissement. Pour les époxydes pouvant supporter des températures élevées, on insère des particules de céramique. Le problème est alors le temps de manipulation qui atteint 24 H. La recherche est axée sur la tenue en température de ces colles ainsi que sur la réalisation de plus en plus courante d’époxyde mono-composant à caractéristique mécanique élevée.. On commercialise des époxydes à prise rapide, semi-rapide, normale. Mais la résistance baisse au fur et à mesure que le temps de prise raccourcit. Il faut donc trouver un compromis entre les impératifs de rapidité de réalisation industrielle et la tenue du collage. Citons comme caractéristiques pour les mono-composants: Excellente résistance en température pouvant aller de -55 à +200 °C Excellente résistance au cisaillement : jusqu’à 40 MPa à 20°C Excellente tenue aux environnements Excellente résistance aux huiles, solvants Stockage à +4 ou -18 °C Prix élevé Nocivité Manque de souplesse
Pour les époxydes bi-composants, on peut citer: Excellente résistance en température Excellente résistance au cisaillement Bonne tenue aux environnements Bonne résistance aux huiles et aux solvants Possibilité de réduire la durée de polymérisation en augmentant la température Stockage à température ambiante LES ACRYLIQUES Il y a plusieurs types d’adhésifs à base acrylique. LES CYANOACRYLATES Ce sont des colles assez récentes qui connaissent un essor assez important en raison de certaines de leurs caractéristiques. La réaction est une réaction de polymérisation simple de type anionique, provoquée par la présence d’une base faible sur la surface considérée. Au départ ces colles étaient destinées uniquement au collage de métaux / caoutchouc. Maintenant, on les utilise aussi pour les matériaux poreux. Les caractéristiques principales de ces colles sont: – Une vitesse de polymérisation faible en général mais elle dépend fortement de la nature des supports – L’humidité est un bon catalyseur – La polymérisation a lieu par compression du film fin de monomères – Cette polymérisation a lieu sur une surface polaire non acide – Les résistances mécaniques sont élevées – Leur résistance aux solvants est bonne – Elles ont un fort pouvoir couvrant – Leur tenue à la température est faible – Le film est incolore Ce sont des colles assez spécifiques qui sont en général destinées aux industries de précision. On les utilise sur des petites pièces, pour le collage de joints en caoutchouc, … Elles résistent généralement assez mal aux chocs, à la température ( 100 °C). Mais maintenant certains fabricants commercialisent des cyanoacrylates qui résistent à 150 °C, à des jeux de 0.25 mm, à des chocs, à l’humidité. On élimine ainsi les principaux défauts de ce type de colle. Un des grands avantages de ces adhésifs est de pouvoir adhérer sur des surfaces réputées incollables grâce à l’emploi de primaires d’adhésion. On évite ainsi sur le polypropylène, le Téflon, …, des traitements de surface tels qu’un traitement plasma suivi d’effets CORONA.
Après cette partie très technique revenons à quelque chose de plus en rapport avec le collage artistique.
Utilisation du Papier
En art le papier était principalement utilisé pour le dessin et la gravure. Mais le développement des arts plastiques a rapidement permis au papier de devenir une matière qui à un rôle dans la composition de l’œuvre en collant ce papier sur un support. Les feuilles de papiers servent de support mais aussi comme éléments du collage. Bien que le support d’un tableau collage peut être formé de toutes sortes de matériaux comme le bois, plastique, fer peu importe en vérité du moment qu’il puisse être assez résistant.
Pour Bernard Mandeville le Papier lui est apparu comme une révélation
« J’ai commencé » (le collage) parce que un jour dans une librairie, j’ai vu des gens qui vendaient tout un paquet de buvards en solde parce qu’ils étaient abîmé ».
Conclusion sur les techniques collages
Les importants progrès réalisés dans le domaine des adhésifs (terme générique des colles, mastics et revêtement) permettent l’assemblage de la quasi-totalité des matériaux. Les conséquences techniques et économiques font qu’ils sont de plus en plus utilisés dans des secteurs aussi divers que la mécanique, le textile, le bois, les transports, le bâtiment.
C’est dans l’assemblage que l’évolution est la plus spectaculaire car, si le collage se substitue parfois aux moyens traditionnellement employés, il présente l’avantage d’élargir de façon importante le cadre des applications. De ce fait, il est souvent préféré pour une ou plusieurs des raisons suivantes :
Répartition uniforme des efforts sur l’ensemble du film de colle
Prix au m² souvent moins élevé
Moyen d’assemblage invisible (décoration)
Étanchéité et protection contre la corrosion réalisées en même temps que l’assemblage
Suppression de la reprise de pièces ( ébavurage, ponçage, masticage.)
Assemblage de matériaux très différents
Mais toutes ces qualités ne doivent pas faire oublier que le collage est une technique d’assemblage moderne et assez complexe à mettre en œuvre. Il est nécessaire d’avoir de bonnes connaissances dans la théorie de la colle pour pouvoir appliquer cette méthode dans des conditions satisfaisantes.
Le collage ne doit pas être un palliatif ou une roue de secours. Il faut penser au collage dès la conception du produit. Les conditions de réussite sont d’autant plus grandes que l’on maîtrise la théorie des adhésifs et que l’on a de bonnes notions des colles disponibles sur le marché.