INVENTION DU CRAYON/// invention of the pencil

2 Octobre 2005

L’Histoire commence avec l’invention de l’écriture, mais il restait encore à inventer le crayon…

Le mot crayon tire son nom du mot craie, matériau qui permet l’écriture.

L’historique

Dans l'Antiquité, il existait divers moyens permettant de laisser une trace sur un support. Le plus connu est le roseau taillé (calame) servant de plume et l'encre, de nombreuses représentations de scribes l'attestent. L'inconvénient majeur est de transporter un flacon qui peut se casser, se renverser et tacher.

Une autre technique connue déjà des Romains et mentionnée par le poète grec Philippe de Thessalonique au IIe siècle, était l'utilisation de plomb taillé en forme de style (plumbum).

Au Moyen-âge, les copistes utilisent la plume, mais à partir du XIe siècle, on commence à utiliser le crayon à mine de plomb pour les écritures courantes.

Bien répandue au XVe siècle, la mine de plomb (1/3 d’étain et 2/3 de plomb) sera définitivement abandonnée au milieu du XIXe siècle.

Vers 1560, une mine de graphite très pur est découverte à Borrowdale dans le Cumberland en Angleterre. Ce produit, sale à manipuler, est taillé en bâtonnet puis entouré de bois et prend le nom de « plumbago » en anglais ou plombagine en français, signifiant "sorte de plomb". (aujourd’hui le mot « mine » de crayon, porte le nom de « lead » en anglais, signifiant aussi plomb). La description du produit, ancêtre du crayon, figure dans le traité des fossiles du naturaliste suisse Conrad Gesner écrit en 1565.

Les archives de ville de Nuremberg rapportent qu’en 1662, un artisan appelé Friedrich Staedtler fabriquait des crayons. Son petit-fils, Johann Sebastian Staedtler fonde une usine de fabrication en 1835. Le graphite pur étant cher et rare (utilisé en fonderie), des substituts sont recherchés.

Dès 1760 à Stein près de Nuremberg, Kaspar Faber créé une usine de fabrication de crayon en utilisant du graphite en poudre mélangé à des gommes, résines, colle, soufre, antimoine et autres substances, mais aucune de ces préparations n'a donné de crayons de qualité identique aux crayons anglais.

En 1779, le chimiste suédois Karl Wilhelm Scheele (1742-1786) découvre que la plombagine est en fait du carbone.

La forme cristalline du graphite est hexagonale à symétrie rhomboédrique. Il se délite en feuillet. Sa dureté est faible 1 à 2 sur l’échelle de Mohs. Gras, il laisse un trait noir sur la porcelaine vitrifiée. Sa densité est faible, 2,26 g/cm3. Il se révèle un excellent conducteur d’électricité et de chaleur, et possède un point de fusion élevé, 3500 °C. Il est extrêmement résistant aux acides, chimiquement inerte et fortement réfractaire. Léger et résistant, il est incorporé sous forme de fibres tissées dans les matériaux composites. Le mot graphite, du grec graphein, écrire, sera donné par en 1789 par le géologue allemand Abraham Gottlieb Werner (1750-1817).

En 1794, la France est en guerre avec l'Angleterre, pays de fabrication des crayons de qualité. Le Comité de Salut Public en la personne de Carnot charge Nicolas Jacques Conté (1755- 1805) de trouver le moyen de remplacer les crayons d'Angleterre. Mélangeant de l'argile avec du graphite, Conté obtient une pâte qui après extrusion et cuisson à plus de 1000°C donne la mine du crayon. Le brevet est déposé dès 1795. Le bois utilisé pour gainer ces crayons était le tilleul et l’épicéa pour les crayons ordinaires, le cèdre pour les beaux crayons.

En réalité, le crayon de papier a été inventé simultanément par Conté et Joseph Hardtmuth un fabricant de porcelaine à Vienne qui créera une usine à Budweis en Tchécoslovaquie. Il est probable qu’ils se soient rencontrés.

Franz, le petit fils de Joseph Hardtmuth, peindra ses crayons en jaune pour suggérer l’Orient (région des meilleurs graphites) et appellera sa gamme « Koh-I-Noor » en 1890. Telle est l’origine de la couleur jaune de la plupart des crayons américains (75%).

En 1839, Lothar von Faber, petit-fils de Kaspar Faber, améliore le procédé de mélange des composants de manière à avoir des duretés de mine telles que nous les connaissons aujourd’hui.

En 1843, William Brockedon a fait breveter un processus pour comprimer la poudre pure de graphite mais l'épuisement des approvisionnements de Borrowdale stoppe la production.

La fabrication

La mine est un mélange extrudé d’argiles, le kaolin et la bentonite (silicates d’aluminium), combinée à du graphite en poudre en milieu humide, puis séchée et enfin soumis une cuisson d’environ 1200°C. Les mines sont collées dans les rainures d’une planchette de bois, sur laquelle on colle une autre planchette de bois rainurée. Il ne reste plus qu’à découper la planchette résultante entre deux mines pour obtenir un crayon. Ensuite viennent les finitions, soient plusieurs couches de peinture et les inscriptions (marque, modèle, dureté...). Depuis 1858, les Américains ajoutent systématiquement une gomme à effacer à une extrémité.

La gamme des crayons

Le degré de dureté d’un crayon dépend du rapport argile/graphite dans la mine ; la dureté augmentant avec la proportion d’argile. La teneur en argile d’une mine très dure est de l’ordre de 70%, alors qu’une mine très tendre n’en contient qu‘environ 30%. Une échelle permet de caractériser la mine, qui est soit dure (H pour hardness ou dureté) soit tendre et grasse (B pour blackness ou noirceur). Un indice placé devant la lettre indique le degré. Il existe deux valeurs intermédiaires F pour Fine point ou fin et HB. Certains attribuent la lettre B à Bold ou gras. Des fabricants comme Staedtler ont un ensemble de grades E à 8E (extrême) de mines extrêmement grasses. Il existe aussi des grades HH et HHH très durs. - Cette échelle n’est définie par aucune norme si bien que la dureté peut varier en fonction des fabricants.Les Américains ont une échelle semblable mais avec une désignation différente.

Quel crayon utiliser ?

Le choix d’un crayon dépend de son domaine d’utilisation.

- dessin artistique : 3B au 7B tendre

- usage courant : B - 2B - HB - F moyen

- dessin technique : H au 5H dur 6H au 9H extra dur

Quel nom donne-t-on à ce crayon ?

- crayon à papier 58%

- crayon de papier 24%

- crayon de bois 12%

- crayon mine 6%

Quelques chiffres

La société Conté produit aujourd’hui quelque 750 000 crayons de bois par jour. Un crayon ordinaire peut tracer une ligne d’environ 55 kilomètres de long. Le graphite provient principalement du Sri Lanka, de Madagascar, du Mexique et de la Sibérie. La mine de Sonora, au Mexique produit un graphite pulvérulent extrêmement noir.

La dureté crayon

Cette échelle de dureté dite « dureté crayon » est utilisée pour caractériser les peintures, vernis et enduits.

4H 5 ,3H 4 1/2 ,2H 4 ,H 3 1/2 ,F 3 ,HB 2 1/2 ,B 2 ,2B 1 1/2 ,3B 1 ,4B 0

L'estimation de dureté d'un enduit est la dureté du crayon le plus dur qui ne pénètre pas et raye l'enduit. Cette échelle de dureté d'"éraflure" est analogue à l’échelle bien connue de dureté de Mohs employée en minéralogie. La technique consiste à déplacer sur la surface à tester, un chariot contenant un crayon dont la force d’appui est de 7,5 newtons sous une incidence de 45° (Norme ASTM D 3363). La détermination de la dureté d’un revêtement de peinture ou vernis par l'essai de dureté crayon fait l’objet de la norme ISO 15184 de 1998.

À lire :

- Nicolas-Jacques Conté (1755-1805), un inventeur de génie – Des crayons à l’expédition d’Égypte en passant par l’aérostation militaire…Alain Queruel, Ed. L’Harmattan, 211p., 2004

Biographie de Nicolas Jacques Conté

Nicolas-Jacques Conté est né le 4 août 1755 à St-Cénery près de Sées en Normandie et mort à Paris le 6 décembre 1805. Il vient au monde dans une famille de modestes paysans, devenant orphelin de père très tôt. Très jeune, il fait montre d’une grande habileté manuelle, fabriquant un violon dès 12 ans. Il décide de devenir artiste peintre, mais il doit cultiver la terre pour se nourrir. Il peint des portraits et sa réputation arrive aux oreilles de l’évêque de Sées qui lui commande l’exécution des peintures de l’église (toujours visibles aujourd’hui). Autodidacte, Conté se passionne pour la physique et surtout la mécanique. Il invente diverses machines parmi lesquelles une pour élever l’eau. Il se marie mais pauvre, l’intendant d’Alençon l’encourage à tenter sa chance à Paris. En 1785, il arrive à Paris. Son activité de peintre portraitiste permettant à son ménage de subsister, il suit des cours de sciences. Ses aptitudes techniques et son attirance pour la chimie lui font rencontrer le physicien Charles, les chimistes Guyton de Morveau, Fourcroy et Vauquelin, les mathématiciens Vandermonde et Monge. Les ballons permettant d’avoir une vision plus précise d’un champ de bataille, le Comité de Salut Public décide d’en créer des compagnies. En 1793, il est nommé directeur de l’école nationale d’aérostation à Meudon. Au cours d’une expérience de chimie sur les gaz, une explosion lui emporte l’oeil gauche. Cette blessure est considérée comme un fait d’armes, il est nommé chef de brigade d'infanterie, commandant en chef de tous les corps d'aérostiers. Le Comité de Salut Public fait appel à son savoir pour trouver un substitut aux crayons de graphite dont l’importation d’Angleterre est sous blocus. En 1794, il invente le crayon de papier que nous utilisons aujourd’hui dont la mine est faite d’un mélange cuit de graphite et d’argile. Fin 1794, il est nommé démonstrateur au Conservatoire des Arts et Métiers. En 1796, Conté prend part à l’expédition d’Égypte de Bonaparte en tant qu’aérostier. Il est également inscrit dans la Commission des sciences et des arts. En 1798, l’armée manque de tout. Conté organise des ateliers de mécanique dont il sera nommé directeur. De ces ateliers et fonderies sortent divers instruments et matériels propres à satisfaire les besoins de l'armée : trompettes de cavalerie, armes, tissus et uniformes, matériels d’imprimerie, instruments scientifiques… même des moulins à vents. Il est Membre de la section de physique de l'Institut d'Égypte dès sa création en août 1798. Il en sera président en décembre 1800. Ses fonctions l’obligent à rester au Caire. En décembre 1799, il participe à la mesure de la hauteur de la grande pyramide de Chéops par mesure de la variation de la pression atmosphérique à l'aide d'un baromètre de son invention. Il s’intéresse aux différents métiers égyptiens et peint les ouvriers et artisans au travail dans leurs ateliers. Rentré en France, il reprend ses fonctions au Conservatoire des Arts et Métiers.Il est nommé en 1802, commissaire du gouvernement auprès de la Commission chargée de publier la Description de l'Égypte, présidée par Berthollet.Il est reçu Chevalier de la Légion d'honneur en 1803.Très fatigué et fortement affecté par la mort presque simultanée de son frère et de sa femme, il meurt à Paris le 6 décembre 1805, il n’a que cinquante ans. À Sainte-Hélène, Napoléon dira de lui "il était capable de créer les arts de la France au milieu des déserts de l'Arabie".