Les premiers substituts réussis aux boules de billard en ivoire ont été fabriqués avec du celluloïd renforcé d’os de bétail broyés.

Au XIXe siècle, le marché des produits en ivoire a atteint un point alarmant. Cette forte demande a conduit à la recherche de substituts artificiels, mais les propriétés de l’ivoire étaient presque impossibles à reproduire. Les substituts les plus importants sont venus d’Alexander Parkes et de John Wesley Hyatt, inventeurs des premiers plastiques artificiels : la parkésine et le celluloïd.

Ces premiers plastiques étaient fabriqués à partir de nitrate de cellulose et de camphre. L’importance du parkésine et des objets en celluloïd dans l’histoire du plastique est bien comprise ; c’est pour cette raison qu’ils ont été collectionnés par d’éminents musées du monde entier.

L’objectif initial de Hyatt était de remplacer les boules de billard en ivoire. Les propriétés de l’ivoire étaient très appréciées, notamment dans le jeu de billard, qui dépendait entièrement de la mécanique de ce matériau. Cependant, les difficultés liées à l’acquisition de l’ivoire, à sa sélection et à sa transformation, ainsi qu’à sa sensibilité à l’humidité relative et aux fluctuations de température qui conduisent à des fissures et à des cassures, n’étaient pas idéales.

De plus, le nombre d’acteurs augmentait et l’industrie savait que l’offre n’était pas inépuisable. Au Musée national de l’histoire américaine réside la boule de billard originale développée par Hyatt. Il s’agirait vraisemblablement du premier objet en celluloïd jamais créé, daté de 1868, et de l’objet fondateur de l’industrie du plastique. Toutefois, sa composition était inconnue.

Les historiens et les scientifiques ont écrit sur les boules de billard de Hyatt en raison de leur importance dans l’histoire des plastiques. Cependant, comme ils ne connaissaient pas leur composition, ils ne pouvaient pas déterminer dans quelle mesure des matériaux de substitution avaient été utilisés. Pendant des décennies, plusieurs modèles ont été proposés, comme les boules de billard en celluloïd pur ou les boules de billard constituées de compositions de gomme laque enrobées d’une solution de nitrate de cellulose.

L’interprétation courante était que la boule de billard originale de Hyatt avait échoué parce que les propriétés du celluloïd, ou de tout autre matériau présumé, ne pouvaient pas approcher les propriétés mécaniques de l’ivoire. Dans une étude récente publiée dans Nexus PNASnous avons déterminé la composition des boules de billard du Hyatt et proposé une interprétation différente.

Le premier composite de John Wesley Hyatt

Pour déterminer la composition de la boule de billard originale du Hyatt datant de 1868, nous avons eu besoin du soutien de la Smithsonian Institution, de son autorisation pour acquérir des micro-échantillons, c’est-à-dire des échantillons invisibles à l’œil nu, et de techniques analytiques modernes, à savoir les spectroscopies élémentaires et moléculaires et les analyses de protéines. empreinte digitale de masse.

Les résultats ont été surprenants : les premières expériences de Hyatt avec des boules de billard ont abouti au développement d’un premier exemple de matériau composite polymère renforcé à base de nitrate de cellulose, un polymère dérivé de la cellulose qui maintient la boule ensemble ; le camphre, une matière végétale agissant comme plastifiant du nitrate de cellulose ; et de l’os de bovin broyé, un sous-produit animal conférant les propriétés mécaniques nécessaires au système.

Nous avons quantifié les proportions d’os broyé par rapport au celluloïd par spectroscopie infrarouge transformée par micro-Fourier et avons trouvé une corrélation avec une formulation brevetée par Hyatt le 4 mai 1869, de 75 % d’os broyé pour 25 % de nitrate de cellulose en poids. Nous avons proposé que ce composite soit appelé celluloïd renforcé. Mais est-ce que cela a été un succès ?

Une boule d’argent en celluloïd renforcé

En examinant attentivement les documents écrits liés au monde du billard, nous avons trouvé des références à des noms commerciaux de boules de billard vendues des années 1880 aux années 1960, nettement différentes de l’ivoire, mais dont les compositions étaient également énigmatiques : Bonzoline, Crystalate et Ivorylene. Toutes ces boules de billard étaient directement ou indirectement liées à l’Albany Billiard Ball Company, créée par Hyatt en 1868 à Albany, New York, États-Unis. Nous avons analysé ces boules de billard et avons constaté que leurs compositions étaient étonnamment cohérentes avec le composite celluloïd renforcé de Hyatt.

La prise de conscience que le celluloïd renforcé a été vendu pendant près de 90 ans a prouvé le succès commercial du composite 1868 de Hyatt. L’examen des histoires entourant les joueurs professionnels et leurs choix matériels nous a permis de comprendre comment ce matériau est entré dans le commerce et la culture.

Au départ, il y avait des préjugés contre l’utilisation du substitut artificiel. Le match entre Charles Dawson et John Roberts Jr. en 1899, connu comme le match du siècle, incarne ce problème. Roberts Jr. voulait jouer avec de la Bonzoline, et Dawson a contesté : « Qui a entendu parler d’un match d’argent de quelque importance joué avec des balles de Bonzoline ?

Cependant, les boules de billard en celluloïd renforcé étaient plus uniformes que leurs homologues en ivoire. Cet avantage a conduit à de meilleures performances de Roberts Jr. et d’autres joueurs influents. Avec le temps, même Dawson a fait connaître les boules de billard Bonzoline. Le celluloïd renforcé était performant et coûtait la moitié du prix de l’ivoire, ce qui favorisa le développement du jeu de billard dans le monde entier et contribua à la survie des éléphants. Hyatt a fait une boule d’argent avec son tir inventif vers un substitut à l’ivoire.

Une inspiration pour l’avenir ?

Regardez une boule de billard contemporaine de l’échelle macro à l’échelle micro. Il est probablement composé d’une matrice phénol-formaldéhyde, d’une charge et d’autres additifs, un système très similaire au celluloïd renforcé. Bien que les qualités des plastiques phénol-formaldéhyde aient été cruciales pour surpasser les matériaux de boules de billard antérieurs, de nos jours, des questions environnementales ont été soulevées concernant ce matériau en tant que polluant plastique.

Si un jeune ingénieur, tout comme John Wesley Hyatt l’a fait il y a 155 ans, aspire à développer une alternative innovante et écologiquement durable aux matériaux contemporains des boules de billard en utilisant des matières premières dérivées de bioressources, l’exemple donné par Hyatt est une riche source d’inspiration. composition. Non seulement parce qu’il démontre la faisabilité d’une telle entreprise, mais aussi parce qu’il illustre les défis qui doivent être surmontés pour réaliser une invention transformatrice.

Cette histoire fait partie de Science X Dialog, où les chercheurs peuvent rapporter les résultats de leurs articles de recherche publiés. Visitez cette page pour plus d’informations sur ScienceX Dialog et comment participer.

Artur Neves est titulaire d’un doctorat en conservation et restauration du patrimoine culturel accordé par l’Université NOVA de Lisbonne, Portugal, en 2023. En 2022, il a reçu une bourse de recherche Fulbright. Hébergé par le Département d’histoire de l’Université du Maryland, il a travaillé avec des institutions culturelles pour l’étude interdisciplinaire du patrimoine celluloïd, notamment le Musée national d’histoire américaine de la Smithsonian Institution. Il est actuellement chercheur postdoctoral dans le projet « Métamarphoses plastiques : réalité et approches multiples d’un matériau » travaillant sur la culture des matières plastiques au Portugal.