La préservation des
enregistrements sonores

Les mecanismes de la dégradation des enregistrements sonores

La durée de vie d'un plastique est en grande partie déterminée dès sa fabrication. En effet, des facteurs variables comme la résine de base, les additifs destinés à modifier les propriétés de la résine, le laminage de matériaux aux propriétés différentes et le procédé de fabrication ont tous une influence directe sur la longévité du produit fini. D'autres éléments influent aussi à long terme sur la stabilité des plastiques comme les conditions d'entreposage, notamment la température, l'humidité et la manutention.

Il existe deux principales catégories de plastique : le thermoplastique et le thermodurcissable. Les thermoplastiques s'attendrissent et coulent lorsqu'on les chauffe et on les forme sous l'action de la chaleur et de la pression. Ils peuvent s'attendrir de nouveau et redevenir coulants sous l'effet d'un nouvel apport de chaleur. Le vinyle utilisé dans la fabrication des disques longue durée est un thermoplastique.

Les plastiques thermodurcissables sont moulés à la chaleur et par la pression. Ils subissent alors une réaction chimique qui les empêchent de s'attendrir s'ils sont de nouveau soumis à la chaleur et normalement, ils carbonisent avant de fondre. La plupart des 78 tours sont faits de plastiques thermodurcissables.

Les disques d'acétate

Avant l'arrivée du ruban magnétique, les enregistrements étaient faits principalement sur des disques d'acétate. Ils possédaient les doubles propriétés chimiques d'une matière suffisamment tendre pour faciliter le gravage mais assez dure pour permettre un enregistrement et une reproduction de qualité.

À partir de 1930, la plupart des disques d'acétate furent fabriqués avec une base habituellement en aluminium, (quoique l'on utilisa du verre pendant la guerre et même du carton, moins coûteux, pour les enregistrements-maison) enduite de gomme laque de nitrocellulose plastifiée avec de l'huile de ricin. Or, à cause des propriétés intrinsèques de la gomme laque, les disques d'acétate font les enregistrements sonores les moins stables.

Le premier facteur d'altération est le rétrécissement de la couche de gomme laque causé par la déperdition du plastifiant, l'huile de ricin. En effet, la perte graduelle du plastifiant fait que la gomme laque devient de plus en plus cassante et que les sons enregistrés finissent par se perdre à jamais. Puisque la gomme laque est appliquée sur un support stable qui ne rétrécit pas, les tensions internes créées par la déperdition du plastifiant font craquer et décoller l'enduit.

La nitrocellulose se décompose continuellement et finit par réagir à la vapeur d'eau ou à l'oxygène et à engendrer des acides qui font office de catalyseurs dans plusieurs autres réactions chimiques. Ces réactions s'accélèrent lorsque la température et le taux d'humidité augmentent.

Ébonite (premiers disques Berliner)

L'ébonite (caoutchouc durci) a été le premier matériau utilisé commercialement par Berliner et a servi de base au développement du disque plat.

En 1839, Hancock en Angleterre et Goodyear aux États-Unis ont de part et d'autre découvert la vulcanisation. Ce procédé consiste à traiter le caoutchouc brut en lui ajoutant du soufre ou des composés de soufre à des degrés de quantité et de chaleur variables. Il en résulte une augmentation de la résistance et de l'élasticité du caoutchouc qui donnera soit du caoutchouc mou, soit de l'ébonite. L'ébonite a servi à la fabrication des peignes, des boutons, des bijoux, des plumes réservoir, des instruments de musique, etc.

L'ébonite est stable à la noirceur et conserve bien son apparence et ses propriétés. Sous l'effet de la lumière ou de la chaleur, elle laisse échapper du soufre et devient matte et friable. La lumière déclenche l'oxydation du caoutchouc et forme des oxydes de soufre et de l'acide sulfurique en présence d'humidité. L'acidité s'accumule au point d'attaquer le plastique en dégradation jusqu'à sa décomposition.¹ La lecture d'un Berliner détérioré démontre la dégradation. La pression de l'aiguille sur les parois des sillons rogne la surface du disque.

L'ébonite présentait un autre problème dans la production des disques. Le rétrécissement inégal se produisant durant le refroidissement créait un gondolement prononcé; la présence de gaz causait des boursouflures; des particules dures produisaient des claquements; enfin, la rugosité de l'ébonite donnait lieu à un épouvantable bruit de fond.

Les disques de gomme laque

Le premier disque de gomme laque remonte au début des années 1900. En anglais, le matériau se nomme shellac, mot composé venant de deux mots hindis, shell et lac. Ce dernier terme désigne un insecte qui infeste certains arbres. L'insecte tire une sève des arbres qu'il transforme puis secrète pour s'en recouvrir en guise de protection, formant une écaille habituellement plus petite qu'un grain de riz. La cueillette consiste à retirer cette matière des branches et des brindilles.

Après la Seconde Guerre mondiale, la gomme laque organique a été remplacée par des liants comme Vinsol, Valite, l'acétate de chlorure de vinyle et d'autres résines commerciales. Ce sont des plastiques légèrement plus stables que les matières organiques. Une simple inspection ne permet pas toujours de différencier le disque de gomme laque du disque de type semblable.

La cause de la détérioration des disques de gomme laque n'est pas facile à établir parce qu'un grand nombre de types de gommes laque et de matériaux de remplissage ont été mis sur le marché. Il ne faut donc pas s'attendre à ce que tous les disques de gomme laque réagissent de la même façon à l'entreposage. Les propriétés du disque découlent autant du remplissage que de l'agent stabilisant. Toute la gamme des cellulosiques naturels et des minéraux peuvent servir de remplissage.

L'analyse de deux disques types de gomme laque donne les résultats suivants:

Exemple 1²

Exemple 2³

Le pourcentage de gomme laque de ces disques atteint environ 15 %.

Les fabricants de disques utilisaient également des rebuts comme liant dans leurs disques. Ils recyclaient les disques de gomme laque non vendus. Il n'était pas rare que les rebuts soient des brisures de bouteilles de boissons gazeuses, des déchets de maçonnerie, tous les matériaux de rebut étant moulus ensemble et ajoutés au mélange servant à la fabrication des disques.⁴

Les disques Columbia (disques laminés)

En 1906, Columbia a mis sur le marché le Marconi Velvel Tone développé par Giulemino Marconi. Cette technique de fabrication consistait à utiliser un support de papier kraft à la dimension d'un disque. Le support était formé et séché minutieusement puis enduit d'une couche fine et uniforme d'un composé de gomme laque pulvérisée. Ensuite, le support enduit de poudre était cuit au four, ce qui fusionnait la poussière au papier. Si un disque devait comporter deux côtés, on répétait l'opération.⁵

L'avantage de ce type de fabrication était que la quantité de matière nécessaire au traçage des sillons était minime. Une telle économie permettait d'utiliser les meilleurs plastiques sur le marché à l'époque. Edison utiliserait la même technique en 1912-1913 dans la fabrication de son disque Diamond.

En 1922, Columbia retourna au disque laminé, utilisant un composé de poudre plus épais inséré entre deux disques de papier kraft.

Les disques de gomme laque sont relativement stables. Le procédé de traitement, pendant lequel la gomme laque brute subit des réactions chimiques sous des pressions contrôlées, engendre une réaction de condensation entre ses composés organiques. Cette réaction fait rétrécir la gomme laque et en même temps augmente sa densité et sa friabilité. Cette condensation continue, à un rythme très ralenti, même après la fabrication du disque et devient donc la principale cause de détérioration. (La réaction de condensation reduit la concentration potentiels des éléments réactifs. Une mesure semi-quantitative de la concentration de la gomme lacque est sa solubilité dans l'alcool. La gomme lacque brute est complètement soluble dans l'acool et la gomme lacque traitée est insoluble, et la mesure de la concentration determine le degré de la solubilité de la gomme lacque.⁶) La réaction qui se produit à l'intérieur du matériau et la vitesse de cette réaction dépendent notamment de la température et de l'humidité relative de l'aire d'entreposage (plus l'air est humide, plus la condensation s'accélère) ainsi que de l'état complet de la gomme laque traitée.

Malheureusement, les stabilités spécifiques de ces matières sont très variables. Les matières organiques qu'elles contiennent sont propices à la propagation de champignons tandis que la gomme laque est réputée résistante aux attaques fongiques.

Dans un milieu d'entreposage aux conditions contrôlées, les disques subissent une altération lente et irréversible qui rend la gomme laque de plus en plus cassante; chaque lecture produit une fine poussière qui est en fait de la matière du disque qui a été enlevée par l'aiguille. Pour ce qui est des autres éléments constitutifs, il est impossible de prévoir leur comportement, en raison de leur multiplicité, de leur variabilité et de la qualité inégale des produits utilisés.

Le disque Diamond d'Edison

Le disque Diamond d'Edison est le premier disque fabriqué d'une matière plastique complètement synthétique, un matériau appelé phénol. Ce dernier servait également à la fabrication de la bakélite.

Le disque Diamond d'Edison est un disque laminé composé d'un support épais dont les deux côtés sont recouverts d'une fine couche de vernis.

Le support de ¼ po ( 0,63 cm) constitue le disque vierge et il se compose des ingrédients pressés suivants :⁷

Le vernis, appelé Edison condensite, se composait des matériaux suivants :

On appliquait le vernis au moyen d'une brosse sur le disque vierge auquel on imprimait un léger mouvement de rotation. Chaque disque recevait quatre couches de vernis, chacune suivie d'une période de séchage. Ensuite, on plaçait le disque dans un four chauffé à la vapeur. Cette opération permettait le séchage complet et produisait une réaction partielle des ingrédients du vernis.

Avant le pressage, le disque vierge était soumis à la chaleur, ce qui l'assouplissait. Puis, on le gardait encore à la chaleur pour terminer sa cuisson c'est-à-dire compléter la réaction du vernis. Puis on refroidissait les moules et on relâchait la pression.

Un contact prolongé avec l'humidité ou des variations hygrométriques importantes provoquent une absorption qui endommage les surfaces. En général, le phénol est très stable et ne présente pas de graves problèmes de dégradation. Il n'est pas non plus sujet aux attaques bactériennes ou fongiques ni sensible aux insectes mais il arrive que dans une atmosphère humide, de la moisissure puisse s'accumuler et attaquer la surface du remplissage nutritionnel, notamment le bois ou le coton, ou encore favoriser le développement d'un contaminant nutritionnel en surface.

Les disques de vinyle

Jusqu'à maintenant, le vinyle s'est avéré le matériau le plus stable pour la fabrication des disques d'enregistrement sonore⁸. Par contre, malgré sa stabilité, sa vie n'est pas permanente. Picket et Lemcoe dans Preservation and Storage of Sound Recordings, soulignent que «  la dégradation chimique d'un disque de vinyle déposé en bibliothèque ne devrait pas se produire avant un siècle »⁹.

Les disques de vinyle sont faits de chlorure de polyvinyle (PVC) et d'une faible proportion (normalement moins de 25 p. cent) de matériau de remplissage, d'agents stabilisants, de pigments, de substances anti-statiques, etc. La plastification interne effectuée par co-polymérisation de l'acétate de vinyle avec du chlorure de vinyle est nécessaire pour obtenir les propriétés requises pour une application donnée.

Le chlorure de polyvinyle subit une dégradation chimique lorsqu'il est exposé aux ultraviolets ou à la chaleur. Les disques de phonographe sont exposés à des températures élevées pendant leur moulage et le gravage. Si cette chaleur était maintenue pendant un certain temps, elle servirait de catalyseur à la réaction de déshydrochlorination, c'est-à-dire le dégagement d'acide hydrochlorique (HCl) du PVC, à la suite de la détérioration causée par la chaleur. On stabilise la matière en ajoutant un produit chimique à la résine pendant la fabrication. Ce produit n'arrête pas la détérioration mais la limite en ce sens que l'HCl libéré est absorbé par lui-même. Un disque de vinyle contient assez de cette matière pour être protégé longtemps après son pressage.

Les rubans magnétiques

Le ruban magnétique a fait son apparition en Amérique du Nord au lendemain de la Seconde Guerre mondiale.

Le ruban magnétique est composé de deux couches: une couche dorsale (aussi appelée le support) sur laquelle est collée une couche de liant. Ce dernier contient des particules ferromagnétiques dont l'alignement permanent constitue la copie concrète d'ondes sonores.

Le liant du ruban magnétique

Les fabricants de rubans magnétiques sont très discrets à l'égard de la composition chimique de leurs produits. Nous savons cependant que la composition chimique, l'uniformité et l'égalité de l'application du liant ont toutes un effet sur la qualité du son, le niveau de bruits, le contact entre le ruban et la tête de lecture et la friction, et aussi sur les caractéristiques de vieillissement du ruban.

Le liant le plus utilisé de nos jours est le polyuréthane de polyester et les particules ferromagnétiques les plus courantes sont faites d'oxyde de fer gamma (Fe3O2). De nombreuses substances peuvent être ajoutées à différentes étapes de la fabrication, par ex., des solvants qui permettent d'obtenir une viscosité appropriée de l'émulsion et facilitent les opérations de mélange et de collage; des humidifiants destinés à éliminer la tension de mélange des particules et du liant et à produire une diffusion plus uniforme des particules ferromagnétiques dans le liant; des plastifiants qui assouplissent le plastique; des agents stabilisants utilisés surtout comme antioxydants destinés à empêcher une altération chimique pouvant conduire à une détérioration matérielle; des lubrifiants qui réduisent la traînée et, par la même occasion, atténuent les problèmes de défilement comme l' emballement et le flottement, tout en réduisant l'usure des têtes de lecture; de fines poudres minérales destinées à durcir les polymères et à les rendre plus résistants à l'abrasion; des substances qui favorisent la décharge d'électricité statique, (comme le noir de carbone) et des fongicides.

Le problème de détérioration le plus courant et aussi le plus grave est l'hydrolyse, une réaction chimique dans laquelle un éther comme la résine liante absorbe l'eau de l'humidité de l'air et dégage de l'acide carboxylique et de l'alcool. Avec les rubans modernes hydrolysés, le liant produit une substance gommante et collante qui fait adhérer le ruban et nuit à l'écoute lorsqu'elle se dépose sur les têtes du magnétophone. La friction accrue ainsi causée tend le ruban à l'excès et peut même arrêter le magnétophone. L'hydrolyse peut en outre affaiblir la liaison entre le liant et la couche dorsale à un point tel qu'il peut y avoir séparation totale ou déchirement du ruban.

Le bioxyde de chrome (CrO2) est largement utilisé comme substance ferromagnétique dans les rubans magnétiques. On a découvert que les particules de bioxyde de chrome réagissant avec le polyuréthane de polyester accélère la dégradation de l'hydrolyse.

On se heurte à d'autres problèmes rattachés à la fabrication et à la détérioration du liant : dispersion incomplète des particules ferromagnétiques (perte momentanée du signal ou dropout); liaison faible qui cause une séparation du liant et de la couche dorsale; évaporation des lubrifiants au point de ne plus pouvoir lire le ruban; dépôt de fines particules d'oxyde sur les têtes qui occasionne une réduction de la qualité de la reproduction.

Couche dorsale du ruban magnétique

La couche dorsale, c'est-à-dire le support matériel du ruban, doit résister aux tensions de la lecture et de l'entreposage sans subir de déformation permanente (par ex., l'étirement) ni perdre sa stabilité dimensionnelle (par ex., l'expansion par absorption d'humidité ou sous l'effet de la chaleur). La plupart des couches dorsales sont faites d'acétate de cellulose ou de polyester, deux matériaux de longévité et de propriété physiques différentes.

Les rubans d'acétate de cellulose ont été fabriqués de 1935 jusqu'au début des années 1960. Pour leur donner de la souplesse, on y mettait beaucoup de plastifiants, lesquels sont susceptibles de s'évaporer et de se cristalliser, avec le temps. Ces rubans se cassent facilement en raison de leur très faible résistance à la tension; ils sont très sensibles à l'expansion linéaire en milieu humide ou chaud. Or, comme le liant et la couche dorsale n'ont pas les mêmes propriétés, les rubans qui ont absorbé de l'humidité et de la chaleur frisent et leurs bords sautillent. Ces distorsions réduisent énormément le contact entre le ruban et la tête de lecture et affectent la qualité du son. Des changements dimensionnels répétés, causés par des fluctuations des conditions ambiantes influent beaucoup sur la tension de bobinage et peuvent occasionner la fatigue de la couche dorsale, le craquement et, l'effet le plus redouté, la perte définitive de toutes les informations contenues sur le ruban.

Un des problèmes les plus sérieux concernant les rubans d'acétate est le « syndrome du vinaigre ». Il se manifeste par l'émission d'odeur d'acide acétique (vinaigre) émanant du ruban et résultant de sa désintégration. Le processus s'accélère par la présence d'humidité et de particules ferromagnétiques dans les rubans¹⁰. En se dégradant, l'acétate libère de l'acide acétique et aspire de l'humidité. Le processus d'autodestruction est catalytique et lorsqu'il est enclenché, il se poursuit à une vitesse toujours croissante. On ne connaît pas encore de moyen de l'arrêter. Et les rubans qui présentent le syndrome du vinaigre contaminent les rubans avoisinants.

Au début des années 1960, le polyester ("mylar") se répandit et prit rapidement la place de l'acétate de cellulose pour la fabrication des couches dorsales. Des tests de vieillissement accéléré ont prouvé que le polyester est un matériau stable qui s'hydrolyse beaucoup moins vite que le liant de polyuréthane avec lequel il est lié. Cependant, le polyester dispose d'une grande résistance à la tension qui peut occasionner des étirements irréparables contrairement aux rubans d'acétate qui se cassent net et peuvent être réparés.

On ajoute aujourd'hui une troisième couche au ruban, sur le côté opposé au liant; il s'agit de noir de carbone qui protège la couche dorsale contre les égratignures, réduit l'électricité statique et permet un bobinage plus égal.

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