Etudier les toiles du passé pour comprendre le vieillissement des éco-matériaux du futur

Publié par Redbran le 17/11/2021 à 13:00
Source: INRAE
La conception de nouveaux éco-matériaux à partir de sources organiques renouvelables, comme le lin, pose la question de leur vieillissement et de leur durabilité dans le temps. Pour y répondre une équipe d'INRAE, de l'université Bretagne-Sud, du CNRS*, de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Montpellier, du synchrotron (Le terme synchrotron désigne un grand instrument électromagnétique destiné...) SOLEIL (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...), de l'université de Camerino (Italie) et du laboratoire de résonance (La résonance est un phénomène selon lequel certains systèmes physiques...) magnétique "Capitani-Segre" du CNR (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) (Italie), a étudié les fibres de lin issues des toiles de quatre tableaux italiens datés entre le XVIIe et le XVIIIe siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui...).

Leurs résultats, publiés le 7 novembre dans Journal of Cultural Heritage, montrent que les changements environnementaux (température, taux d'humidité) mais aussi certains traitements de conservation qu'ont pu subir les tableaux au cours des siècles, ont dégradé les fibres de lin. Ces résultats permettent de mieux comprendre le comportement que pourraient avoir les fibres dans les écomatériaux mais donnent également de précieuses informations pour la préservation et la conservation d'objets historiques.


© Pinacothèque civique d'Ascoli Piceno. Légende: "San Cristoforo", du peintre Giulio Benso (1592-1668), huile (L'huile est un terme générique désignant des matières grasses qui sont à...) sur toile cm. 74x90 (inv. 162) en provénant de la colletion du professeur Antonio Ceci (1920).

L'utilisation de ressources végétales renouvelables, comme les fibres de lin, pour concevoir des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) durables est un jalon essentiel pour une transition vers la bioéconomie se basant sur l'utilisation raisonnée de la biomasse ( En écologie, la biomasse est la quantité totale de matière (masse) de toutes les espèces...). Mais ces nouveaux écomatériaux sont souvent confrontés à de la méfiance sur leur résistance et leur durée dans le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) comparés aux matériaux issus de pétro ressources. L'étude du vieillissement (La notion de vieillissement décrit une ou plusieurs modifications fonctionnelles diminuant...) extrême pose des problèmes d'échelle de temps aux scientifiques qui sont souvent contraints de recourir à accélérer artificiellement les processus au laboratoire, au risque de s'écarter de la réalité.

Le lin est une plante (Les plantes (Plantae Haeckel, 1866) sont des êtres pluricellulaires à la base de la...) cultivée et utilisée pour la confection de divers objets depuis des millénaires, et notamment pour la confection de toiles de maître. C'est pourquoi l'équipe de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) a étudié les fibres composant les toiles de quatre tableaux de la période Baroque, datés entre le XVIIe et le XVIIIe siècle et exposés à la pinacothèque d'Ascoli Piceno, en Italie, et dont les modalités de conservation ont été tracées.

Ces travaux complètent ceux parus en septembre dans Nature Plants sur l'analyse de linge mortuaire égyptien daté de 4000 ans, de la même équipe française en collaboration avec le musée du Louvre, de FEMTO-ST (Besançon), du LMGC (Montpellier) et l'université de Cambridge (L'université de Cambridge est une université britannique connue dans le monde entier.).

Des méthodes d'analyse préservant l'intégrité des tableaux

L'un des défis de cette étude était les contraintes liées au prélèvement et l'analyse d'échantillons qui devaient impérativement préserver les toiles historiques, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou...) étant issu d'un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) patrimonial devant être restitué. 4 cm² ont été prélevés au dos (En anatomie, chez les animaux vertébrés parmi lesquels les humains, le dos est la partie...) de chaque toile dans des zones non visibles et qui ne dégradait pas l'oeuvre. Par la suite, les chercheurs ont utilisé plusieurs méthodes d'analyse optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) à très haute résolution pour étudier la structure des fibres des échantillons sans les dégrader. Ils ont utilisé la microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique...) à force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) atomique[1] pour topographier la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) des échantillons et cartographier la rigidité des fibres à l'échelle nanométrique. Ils ont également eu recours à la microscopie biphotonique[2], la spectroscopie RMN[3] et la spectroscopie par infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde...)[4] pour analyser l'organisation (Une organisation est), l'évolution de la biochimie (La biochimie est la discipline scientifique qui étudie les réactions chimiques ayant lieu...) et de la structure des fibres de lin composant les toiles.


Fibres de lin de tableau recouvertes des couches de différents matériaux (colle, plâtre (Le plâtre est un matériau de construction ignifuge. Il est utilisé sous forme de...), peinture...) vues au microscope électronique (Un microscope électronique est un type de microscope qui utilise un faisceau de particules...) à balayage. © Anthony MAGUERESSE et Alessia MELELLI

Les variations dans l'environnement: le principal facteur de vieillissement

De façon contre-intuitive, les résultats montrent que les fibres issues de toiles âgées de quelques centaines d'années ont subi des dégradations plus marquées que celles millénaires des linges mortuaires d'Egypte. Un raidissement général a été mis en évidence dans presque toutes les fibres anciennes par rapport à un fil de lin moderne. Mais les fils des tableaux ont aussi montré d'autres défauts structuraux tels que des fragmentations de fibres à cause de l'oxydation mais aussi des attaques par des champignons qui ont fortement dégradé la structure des fibres en formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de...) des "tunnels" et des fractures dans les fibres.

En termes de vieillissement, les fibres des tableaux ont vécu une mise en tension (La tension est une force d'extension.) constante, mais elles ont aussi été exposées aux variations d'humidité (L'humidité est la présence d'eau ou de vapeur d'eau dans l'air ou dans une substance...) et de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...), à la pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le...) de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...), pendant leur exposition dans des églises ou des collections privées avant leur acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un...) par la pinacothèque. A ces facteurs s'ajoutent les effets d'autres agents de vieillissement comme de la colle (Une colle ou la glu est un produit de nature liquide ou gélatineuse servant à lier des...), du plâtre et de la peinture qui peuvent plus les rapprocher aux objets de nouvelle génération comme les composites, chez lesquels plusieurs matériaux coexistent- souvent de nature très différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des...) - pour former un nouveau matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) combinant et améliorant les propriétés des matériaux d'origine. Les scientifiques ont notamment mis en évidence que certaines techniques de conservation appliquées au XIXe siècle, comme le rentoilage fait à la colle de pâte, à base de farine et colle animale, ont contribué à dégrader les tableaux au long terme. Au final les tableaux ayant subi le plus de variations dans leur environnement ou ayant subi des traitements au cours de leur conservation sont les plus dégradés.

Ces travaux apportent de précieuses informations sur le comportement et l'évolution des performances des fibres naturelles. Ils sont à la fois utiles pour la conception d'éco-matériaux robustes et durables dans le temps, mais donnent également de précieuses informations sur l'état de conservation d'objets historiques. Si ces travaux portent sur le lin, la méthode est également applicable à d'autres fibres utilisées au cours de l'histoire, notamment le chanvre (Le chanvre (Cannabis sativa L.), connu aussi sous son nom latin cannabis, est une espèce de...) qui était utilisé pour le cordage et les voiles (Les Voiles sont l’une des 88 constellations du ciel, visible essentiellement de...) des navires. L'équipe étudie à présent des textiles en lin d'autres périodes et origines. En 2022, démarrera le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) ANR ANUBIS piloté par l'IRDL, en collaboration avec le Synchrotron SOLEIL, l'université de Cambridge, le musée égyptien du Caire et INRAE qui vise à caractériser le vieillissement de plusieurs objets d'art en lin plus ou moins âgés pour retracer leur histoire mais aussi comparer les méthodes d'extraction actuelles avec celles de l'antiquité.

* Les laboratoires CNRS impliqués sont l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) de recherche Henry Dupuy de Lôme (CNRS/Université de Bretagne-Sud/Université de Bretagne Occidentale/Ecole nationale supérieure de techniques avancées Bretagne) et le Laboratoire de mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) et génie civil (Le Génie civil représente l'ensemble des techniques concernant les constructions civiles. Les...) (CNRS/Université de Montpellier)

Notes:

[1] La microscopie à force atomique repose sur le balayage de la surface d'un échantillon à analyser par une pointe très fine de quelques micromètres. Après un traitement informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine...) important du signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...), il est possible d'établir la topographie de l'échantillon.

[2] La microscopie biphotonique est une technique d'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui...) optique qui combine la fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que...) pour imager des échantillons de manière non destructive jusqu'à environ un millimètre de profondeur. Elle permet de visualiser la structure et l'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil...) interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la...) des chaines de cellulose qui confèrent la résistance mécanique en traction aux fibres de lin.

[3] La spectroscopie RMN repose sur la résonance magnétique nucléaire (La résonance magnétique nucléaire (RMN), aussi dénommée par son...), une propriété de certains noyaux atomiques à relâcher de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...), c'est-à-dire se relaxer, après avoir été soumis à un rayonnement électromagnétique (Un rayonnement électromagnétique désigne une perturbation des champs électrique...). La signature de relaxation récupérée correspond à une fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) très précise, qui permet de décrire sous certaines conditions la composition et l'état d'organisation des molécules d'un échantillon à analyser.

[4] La spectroscopie par infrarouge est une méthode non destructive qui traite de la région infrarouge du spectre électromagnétique (Le spectre électromagnétique est la décomposition du rayonnement...). Cette technique est employée pour l'identification indirecte de la composition chimique d'un échantillon.


Références:
- Alessia Melelli, Graziella Roselli, Noemi Proietti, Alain Bourmaud, Olivier Arnould, Frédéric Jamme, Johnny Beaugrand, Alice Migliori, Giuseppe Di Girolami, Paolo Cinaglia, Carlo Santulli. Chemical, morphological and mechanical study of the ageing of textile flax fibres from 17th/18th-century paintings on canvas. Journal of Cultural Heritage, 2021. https://doi.org/10.1016/j.culher.2021.10.003
- Alessia Melelli, Darshil U. Shah, Gemala Hapsari, Roberta Cortopassi, Sylvie Durand, Olivier Arnould, Vincent Placet, Dominique Benazeth, Johnny Beaugrand, Frédéric Jamme & Alain Bourmaud. Lessons on textile history and fibre (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se...) durability from a 4,000-year-old Egyptian flax yarn. Nature Plants, 2021, 7, 1200-1206. https://doi.org/10.1038/s41477-021-00998-8
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