La rayonne : histoire, production et avenir d'une fibre cellulosique polyvalente

Contexte historique

Depuis des siècles, les humains comptent sur les plantes et les animaux pour fournir les matières premières des tissus. Des vers à soie et moutons aux peaux de castor et feuilles de palmier, les ressources naturelles ont été l'épine dorsale de la production textile. Au siècle dernier, cependant, la chimie et la technologie ont pris le devant de la scène, permettant la création de fibres mêlant les avantages des matériaux naturels et synthétiques.

Les fibres artificielles se divisent en deux grandes catégories : les fibres cellulosiques dérivées de sources naturelles et les polymères non cellulosiques créés purement de composés chimiques. La rayonne est une fibre cellulosique, produite à partir de la cellulose de pâte de bois ou de linters de coton. Sa base naturelle lui donne un faible coût, une grande variété et un confort qui en ont fait un pilier des textiles modernes. Aujourd'hui, la rayonne est l'une des fibres artificielles les plus polyvalentes et économiques, gagnant le surnom de « premier cadeau du laboratoire au métier à tisser ».

Dans les années 1860, l'industrie française de la soie fit face à une maladie dévastatrice du ver à soie. Louis Pasteur et le comte Hilaire de Chardonnet étudièrent la crise, cherchant une solution. En 1885, Chardonnet breveta la première méthode réussie pour transformer la cellulose en fibre utilisable — une forme précoce de soie artificielle. Bien que des scientifiques ultérieurs développèrent des procédés plus rentables, Chardonnet reste le père de la rayonne.

Pendant quarante ans, le matériau fut commercialisé comme soie artificielle ou d'imitation. En 1925, l'industrie avait assez mûri pour adopter le nom rayonne, tel que défini par la Federal Trade Commission (FTC). Initialement, la rayonne englobait toutes les fibres artificielles à base de cellulose. En 1952, la FTC scinda la catégorie : les fibres de cellulose pure furent appelées « rayonne », tandis que les composés à base de cellulose furent étiquetés « acétate ».

Durant les années 1950, la plupart de la rayonne était utilisée pour l'ameublement industriel et domestique car la rayonne régulière (aussi connue comme rayonne viscose) était trop faible pour l'habillement. En 1955, les fabricants introduisirent la rayonne à haut module humide (HWM) — une variante plus forte qui s'avéra adaptée aux draps, serviettes et vêtements. L'avènement de la rayonne HWM est considéré comme le développement le plus significatif dans le domaine depuis son invention.

Aujourd'hui, la rayonne est omniprésente, produite dans le monde entier et mélangée à des tissus naturels ou synthétiques. Elle peut être traitée et conçue pour remplir une gamme de fonctions, de la gestion de l'humidité à la résistance au feu.

Matières premières

Quel que soit le design ou le procédé, la matière première centrale de la rayonne est la cellulose. Les sources primaires sont la pâte de bois — généralement de pins, épicéas ou pruches — et les linters de coton, les fibres courtes adhérant aux graines de coton après l'égrenage. La chaîne de production commence avec des feuilles de cellulose purifiée, qui subissent plusieurs transformations chimiques pour devenir des filaments de cellulose régénérée.

La rayonne est légalement définie comme une fibre manufacturée composée de cellulose régénérée, avec pas plus de 15 % des hydrogènes remplacés par des substituts. Cette définition stricte préserve l'intégrité du matériau sur les marchés mondiaux.

Bien que les étapes de fabrication de base soient constantes, les variations en matière première, produits chimiques de traitement, diamètre de fibre, post-traitements et ratios de mélange permettent aux fabricants d'adapter la rayonne à des applications spécifiques.

La rayonne régulière ou viscose reste le type le plus prévalent, prisée pour sa mélangeabilité, son absorbance et son accessibilité. Cependant, elle est intrinsèquement plus faible que beaucoup de fibres modernes, surtout mouillée ou exposée à la lumière. Le rétrécissement au lavage, la moisissure, les dégâts d'acide et la chaleur du repassage peuvent aussi compromettre la performance. Traitements chimiques et mélanges de fibres atténuent ces problèmes, améliorant résistance et durabilité.

La rayonne à haut module humide surpasse la rayonne régulière, offrant résistance et récupération élastique plus proches du coton naturel. Les tissus contenant de la rayonne HWM sont plus faciles d'entretien, généralement lavables en machine versus le nettoyage à sec requis pour les vêtements en rayonne régulière.

Processus de fabrication

Voici un aperçu de la procédure standard pour produire de la rayonne régulière ou viscose. Des variations existent, mais les étapes centrales restent les mêmes.

Tous les processus commencent par la purification de la cellulose, qu'elle vienne de pâte de bois ou de linters de coton. La cellulose purifiée est ensuite transformée en filaments de cellulose régénérée, filés en fil, et tissés ou tricotés en tissu final.

Traitement de la cellulose purifiée

• 1. Des feuilles de cellulose purifiée sont trempées dans l'hydroxyde de sodium (soude caustique), produisant des feuilles de cellulose alcaline. Celles-ci sont séchées, déchiquetées en miettes, et vieillies dans des conteneurs métalliques pendant 2–3 jours sous température et humidité étroitement contrôlées.
• 2. Les miettes vieillies sont brassées avec du disulfure de carbone liquide, formant du xanthate de cellulose sodique orange. Ce dernier est baigné dans la soude caustique pour créer une solution de viscose ressemblant à du miel. Colorants ou mats sont ajoutés, le mélange est filtré pour impuretés, et stocké en cuves 4–5 jours pour un vieillissement supplémentaire.

Production des filaments

• 3. La solution de viscose est extrudée à travers une filière — essentiellement une pomme de douche — dans un bain acide. L'acide coagule la solution en filaments solides de cellulose régénérée. La taille des trous de la filière détermine si des fibres discontinues ou continues sont produites.

Filature

• 4. Après coagulation acide, les filaments sont filés en fil en utilisant l'une de plusieurs méthodes : Filature en godet, Filature sur bobine, ou Filature continue. En Filature en godet, les filaments sont étirés sous tension sur des rouleaux décalés appelés roues godet, puis enroulés sur une boîte Topham où ils forment une corde en forme de gâteau. Cette corde est lavée, blanchie, rincée, séchée, et enroulée sur bobines. La Filature sur bobine suit un chemin similaire mais utilise directement des bobines pour l'enroulement. La Filature continue intègre lavage, blanchiment, séchage, torsion et enroulement en une seule opération.
• 5. Une fois les fibres durcies, elles subissent des produits chimiques de post-traitement et des processus de tissage ou tricotage pour créer le tissu final. Finitions — calandrage, revêtements ignifuges, pré-rétrécissement, finitions hydrofuges, applications anti-froissage — améliorent encore la performance.

Fabrication de la rayonne à haut module humide

Le procédé HWM miroir la production de rayonne régulière avec distinctions clés :

• 1. Pendant le bain de soude caustique, une solution plus faible est utilisée.
• 2. Ni les miettes alcalines ni la solution de viscose ne sont vieillies.
• 3. Les filaments sont étirés plus agressivement sur les roues godet pour augmenter la résistance.

Ces ajustements produisent une fibre aux propriétés mécaniques supérieures et exigences d'entretien plus faciles.

Contrôle qualité

Donnée l'intensité chimique de la production de rayonne, un contrôle qualité rigoureux est essentiel. La surveillance de la composition chimique, du timing et de la température à chaque étape assure une performance de fibre constante.

Les ratios de mélange dans les tissus composites doivent se conformer à la Loi d'identification des fibres textiles, qui définit 17 groupes de fibres — six groupes matériaux naturels (rayonne, acétate, fibre de verre, métalliques, caoutchouc, azion) et onze groupes synthétiques (nylon, polyester, acrylique, modacrylique, oléfine, spandex, anidex, saran, vinal, vinyon, nytril). Les noms de marque portent souvent des brevets assurant un avantage concurrentiel.

Sous-produits

La méthode viscose produit d'importantes émissions d'eau et d'air, notamment zinc et sulfure d'hydrogène. Les producteurs adoptent la récupération de zinc par échange d'ions ou cristallisation, et emploient l'absorption et le lavage chimique pour atténuer ces polluants.

Perspectives d'avenir

Les perspectives de la rayonne sont brillantes. La demande continue d'augmenter mondialement, et de nouvelles technologies promettent coûts moindres et performance améliorée.

Si les années 1970 virent un essor des tissus purement synthétiques comme le polyester, la préférence des consommateurs s'est déplacée vers des mélanges combinant confort naturel et durabilité synthétique.

Des recherches émergentes suggèrent que la cellulose pourrait bientôt être synthétisée directement à partir de lumière solaire, eau et CO₂, potentiellement via des systèmes hydroponiques. Si économiquement viable, de tels procédés pourraient réduire drastiquement l'empreinte environnementale de la production de rayonne tout en répondant à la demande mondiale.