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Patrimoine : du Siècle des lumières aux lumières du XXIe siècle

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Marie Pinhas-Diena, responsable de la communication scientifique l T. 01 44 27 22 89 l M. marie.pinhas@upmc.fr

Patrimoine : du Siècle des lumières aux lumières du XXIe siècle

Les spectroscopies vibrationnelles comme outils non-destructifs d'expertise Jaune de chrome ? Lapis lazuli ? Oeuvre originale ou fac-similé ? Ludovic Bellot-Gurlet, Philippe Colomban, Guilhem Simon, chercheurs et enseignants-chercheurs au laboratoire Monaris (« De la molécule aux nano-objets : réactivité, interactions et spectroscopies », UPMC/CNRS), utilisent la lumière pour décrypter le vrai du faux. Mais pas n’importe quelle lumière : ils font appel à la diffusion Raman et à la spectroscopie infrarouge, des spectroscopies vibrationnelles permettant de réaliser des analyses pas ou peu invasives, donc compatibles avec la sauvegarde des objets et matériaux du patrimoine.

 

Les spectroscopies vibrationnelles

Les spectroscopies vibrationnelles (diffusion Raman ou spectroscopie infrarouge) servent à sonder finement la structure de la matière quels que soient son état (solide, liquide ou gazeux) et son organisation (ordonnée/cristallisée ou désordonnée/amorphe). Elles permettent de « ausculter » la liaison chimique, plus particulièrement la déformation du nuage électronique autour des atomes et ainsi la composition chimique, la structure et les échanges électroniques. Prédite au début du XXe siècle, expérimentée et publiée simultanément en 1928 par différentes équipes en France, Russie, Allemagne et Inde, la spectroscopie Raman ne s’est réellement développée qu’avec l’invention du laser dans les années 1970.

 

L’utilisation de plusieurs sources laser, typiquement de l’ultra-violet à l’infrarouge, aide les analystes en tout genre, de l’identification de drogues à celle de principes actifs de médicaments, en passant par les peintures (véhicules) ou les encres (billets ou imprimantes)… Ainsi, les conservateurs, les archéologues et les historiens de l’art peuvent étudier les objets du patrimoine à distance, sans contact et sans prélèvement préalable d’échantillon. Tout comme la police scientifique pour étayer des rapports d’expertise. En 2013, l’UPMC/MONARIS et l’Institut National de Police Scientifique de Paris ont cosigné une convention de collaboration pour partager leurs moyens techniques.

 

Quand les outils d’analyse optique s’« invitent » au musée…

La miniaturisation des sources de rayonnement, des dispositifs de détection, de l’électronique, et l’augmentation des capacités de calcul des ordinateurs ont profondément bouleversé les pratiques analytiques. Des instruments portatifs permettent d’intervenir directement sur le terrain et offrent aux « utilisateurs » non experts des outils de caractérisation in situ, c’est-à-dire en dehors du laboratoire, comme des mesures de couleur, des analyses élémentaires (fluorescence X, LIBS) ou structurales (diffraction des rayons X, spectroscopies Raman, infrarouge).

 

Les pigments, les dessins et les pastels

La micro-spectrométrie Raman sert à analyser/authentifier certains pigments utilisés dans des dessins ou pastels, certains gemmes ou imitations en verre d’objets (semi)précieux, à condition qu’il n’y ait pas de revêtement (un vernis est une source de fluorescence) et que plusieurs couleurs laser d’excitation soient disponibles (rouge et vert par exemple). Les performances des appareillages les plus récents limitent les puissances d’illumination garantissant l’absence de modifications/dégradations des échantillons (photochimie, oxydation…), car les faisceaux fortement focalisés sont susceptibles d’induire un chauffage local des matériaux colorés (donc absorbants).

 

Les céramiques et les verres

L’identification des pigments utilisés dans les Arts du feu (céramiques, verres) plus complexe, nécessite souvent une compréhension affinée de l’interaction lumière-matière. L’étude des lampes et autres objets en verre émaillé ainsi que de céramiques de diverses époques de l’Empire romain à la Dynastie mamelouke a montré que, contrairement à une opinion répandue, le lapis lazuli n’avait rien d’un pigment exceptionnel et qu’il a servi à colorer de nombreux objets émaillés en vert ou en bleu, au moins depuis l’époque des Ptolémée.

 

L’analyse Raman est particulièrement efficace pour l’étude des patines et des couches de corrosion des métaux. Au laboratoire, le recours à la cartographie associée aux résolutions spatiales microniques permet d'imager les caractéristiques structurales de ces systèmes. Il est alors possible de mieux comprendre les mécanismes de corrosion et de qualifier le caractère actif ou passif de la couche de corrosion par une analyse approfondie des signatures spectrales.

 

Les substances organiques naturelles

Les résines, les colles, les huiles, les gommes ou encore les goudrons posent des problèmes spécifiques en raison de leur chimie complexe et de leur sensibilité à l'altération. Les techniques séparatives sont les méthodes de référence dans l'étude de ces composés mais elles sont destructives, bien que le prélèvement puisse être extrêmement limité. Les spectroscopies vibrationnelles offrent des approches non-destructives en alternative ou en préalable à ces analyses ce qui conduit à une optimisation de la stratégie analytique.

 

La plupart des dispositifs d’analyse vibrationnelle, simples de mise en oeuvre ou portables, sont actuellement matures, bien qu’offrant généralement des performances ou des polyvalences plus limitées que les appareils de « laboratoire ». C’est pourquoi, en amont, il est nécessaire de réaliser des études en laboratoire, pour définir les procédures à déployer et les informations qui seront accessibles dans les situations moins favorables (environnement d’analyse) et/ou avec des performances réduites pour les appareillages utilisés.

Pour en savoir plus :

Laboratoire Monaris (« De la Molécule aux Nano-objets : Réactivité, Interactions et Spectroscopies », UPMC/CNRS) Nouvelle fenêtre

 

Quelques exemples d'analyse



26/03/15