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I. Dossier : La conservation des plastiques dans les musées

POPART et l’identification des composés organiques volatils émis par des matières plastiques

POPART and the identification of volatile organic compounds emitted by plastic materials
Agnès Lattuati-Derieux
p. 17-21

Résumés

Les composés organiques volatils (COV) constituent l’ensemble des composés organiques émis, sous forme gazeuse, par des matériaux émissifs. Dans le cadre du programme POPART, une recherche a été conduite afin d’évaluer le potentiel de la micro-extraction sur phase solide couplée à la chromatographie gazeuse et à la spectrométrie de masse (SPME/CG-SM), technique d’analyse non destructive, pour (i) caractériser les COV émis par les matières plastiques présentes dans les collections, (ii) évaluer leurs éventuelles nocivités pour la santé et les objets et (iii) vérifier s’il est possible d’identifier une matière plastique à partir de ses émissions. À partir d’échantillons modernes industriels et d’objets patrimoniaux, il a été possible d’identifier des composés « spécifiques » autorisant l’identification d’une famille de matière plastique voire d’un type de matière plastique, ainsi que des composés odoriférants. Associée à d’autres techniques, la SPME/ CG-SM apparaît donc comme un outil analytique pertinent pour la caractérisation de matières plastiques et la préconisation de méthodes préventives à adopter pour des plastiques émissifs.

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Texte intégral

Les composés organiques volatils et la SPME/CG-SM

1Les composés organiques volatils ou COV se définissent comme l’ensemble des composés organiques émis au cours du temps, sous forme gazeuse, par des matériaux émissifs, à température ambiante. Les COV sont d’origine anthropogénique ou biogénique ; certains sont inoffensifs alors que d’autres sont potentiellement préjudiciables pour la santé avec, le cas échéant, des effets mutagènes ou cancérogènes.

2Les matières plastiques utilisées dans la vie courante et présentes dans les collections de musées sont des matériaux émissifs qui génèrent des polluants dont l’identification est devenue nécessaire afin de mieux en évaluer les risques.

  • 1 Brevet américain n° 5 691 206. Brevet européen #0523092. Technologie sous licence exclusive Supelco
  • 2 Belardi, Pawliszyn, 1989 ; Pawliszyn, 1997 ; Pawliszyn, 1999.
  • 3 Gröning, Hakkarainen, 2002 ; Hakkarainen, 2003 ; Espert, de la Heras, Karlsson, 2005 ; Albertsson, (...)

3Diverses techniques analytiques performantes sont utilisées pour piéger, concentrer puis caractériser ces composés volatils. La micro-extraction sur phase solide ou SPME1 couplée à la chromatographie gazeuse et à la spectrométrie de masse (CG-SM) s’est largement développée ces dernières années2 et a permis d’isoler une vaste gamme de COV provenant d’une grande variété de matériaux émissifs dont des matières plastiques3. Le principe de l’extraction par SPME repose sur l’adsorption des composés volatils sur une fibre de silice fondue enrobée d’une phase polymérique et insérée dans un support d’une vingtaine de centimètres de longueur (fig. 1). Cette fibre est placée en contact direct ou dans la proximité immédiate du matériau émissif pour une durée préalablement définie allant de quelques heures à plusieurs jours. La fibre sur laquelle les composés volatils sont adsorbés est ensuite insérée dans l’injecteur chauffé d’un chromatographe et les composés sont thermiquement désorbés, puis séparés par chromatographie gazeuse et enfin caractérisés par spectrométrie de masse.

Fig. 1. Une fibre de SPME

Fig. 1. Une fibre de SPME

© CRCC / Agnès Lattuati-Derieux.

  • 4 Hamm, Lesellier, Bleton, Tchapla, 2003 ; Hamm, Bleton, Tchapla, 2004 ; Lattuati-Derieux, Bonnassies (...)

4Outre l’avantage d’être sensible, fiable et simple à mettre en œuvre, la SPME/CG-SM est une technique d’analyse ne nécessitant pas de prélèvement sur les objets eux-mêmes. Elle a donc été utilisée, avec succès, dans le domaine des sciences du patrimoine culturel pour l’identification des émissions de matériaux organiques naturels constitutifs d’objets patrimoniaux. Elle a ainsi permis (i) d’ouvrir de nouvelles perspectives pour l’identification non destructive des matériaux naturels du patrimoine, et (ii) dans un contexte plus large de conservation préventive, de préciser leurs éventuels effets dégradants sur les objets placés dans leur proximité4.

Identification des COV émis par des matières plastiques industrielles modernes

  • 5 POPART : Preservation Of Plastic ARTefacts, programme de recherche européen no 212218, 7e programme (...)
  • 6 Lattuati-Derieux, Thao-Heu, Lavédrine, 2011 ; Lattuati-Derieux, Egasse, Thao-Heu, Balcar, Barabant, (...)

5Dans le cadre du programme européen POPART5, une recherche a été consacrée à la caractérisation des composés de faibles poids moléculaires émis par des matières plastiques présentes dans les collections patrimoniales. Ce travail a permis d’évaluer le potentiel de la SPME/CG-SM pour (i) caractériser les COV, (ii) évaluer leurs éventuelles nocivités pour la santé et pour les objets et (iii) vérifier s’il est possible d’identifier une matière plastique à partir de ses émissions6.

6Pour débuter cette recherche, divers échantillons industriels modernes appartenant à sept des principales familles de matière plastique ont été testés (styrènes, polyoléfines, acryliques, polyamides, polyphénylène oxyde, polyuréthanes et polymères cellulosiques). Les COV identifiés ont été classés en composés « non spécifiques » et en composés « spécifiques ». Les premiers sont des composés émis par la plupart des matières plastiques, et donc considérés comme ubiquistes. Ils ne permettent pas d’identifier un type de matière plastique car ils correspondent principalement à des additifs (inhibiteurs, antioxydants ou plastifiants). Les seconds peuvent être considérés comme des « marqueurs » de la matrice synthétique. Ces composés qui correspondent à des monomères ou à des oligomères résiduels de la synthèse du plastique ainsi qu’à des composés issus de la dégradation de la matrice plastique sont, à titre d’exemples, l’éthylbenzène, le méthylstyrène, le benzaldéhyde, le phénol et l’acétophénone pour la famille chimique des styrènes, une série d’alcanes saturés linéaires ou ramifiés de C11 :0 à C17 :0 pour les polyoléfines, des monomères de méthylméthacrylate et d’éthylacrylate pour les acryliques, le monomère caprolactame pour les polyamides, le phénol et le diméthylbenzoquinone pour la famille des polyphénylènes oxydes, des dérivés du glycol ou le diéthylène glycol pour les polyuréthanes et enfin des dérivés cellulosiques et le camphre pour les polymères cellulosiques. Ces résultats ont confirmé le potentiel de la SPME/CG-SM pour l’identification non destructive des COV émis par des matières plastiques constitutifs d’objets patrimoniaux.

Identification des COV d’objets en matière plastique de collections patrimoniales

  • 7 Ces analyses ont été réalisées au cours des évaluations de collections menées par le Centre de rech (...)

7Cette technique a été ensuite appliquée à des objets anciens présents dans les collections de deux musées français, le musée Galliera à Paris et le musée d’Art moderne de Saint-Étienne7. Ces objets posaient deux questions.

8La première question portait sur les odeurs qu’ils émettent. Ainsi, un peigne très dégradé probablement en nitrate de cellulose (daté d’environ 1910, inv. 58.69.40, musée Galliera) et cassé en de nombreux fragments rassemblés dans un sachet fermé en polyéthylène a tout d’abord été sélectionné. Parmi les COV, la présence de composés odoriférants tels que le camphre et de certains de ses isomères a été mise en évidence montrant ainsi qu’ils diffusent toujours au travers de la matrice. De plus, le camphre étant le plastifiant le plus fréquemment utilisé lors de la réalisation d’objets en celluloïd, il est raisonnable de penser que le peigne est en nitrate de cellulose. Un manteau noir très poisseux en polychlorure de vinyle plastifié (Paco Rabanne, daté des années 1970, inv. 1972.23.2, musée Galliera) dont la surface est couverte de gouttes d’exsudation du plastifiant et conservé allongé dans une boîte fermée en polypropylène a ensuite été choisi (fig. 2). Avec le peigne, il est également représentatif d’objets dont la modification des propriétés physiques est étroitement liée à une migration du plastifiant. De nombreux plastifiants (dont le DEHP) et certains de leurs produits de dégradation (dont le 2-ethylhexanol) provenant d’additifs utilisés pour la fabrication du manteau ont été détectés dans des proportions relatives importantes. La présence de ces composés volatils fortement odoriférants explique la forte odeur du manteau et s’accorde avec l’état de dégradation sévère du polychlorure de vinyle plastifié.

Fig. 2. Manteau moulé en polychlorure de vinyle plastifié noir de Paco Rabanne

Fig. 2. Manteau moulé en polychlorure de vinyle plastifié noir de Paco Rabanne

© C2RMF / Thomas Clot.

9La seconde question portait sur la possibilité d’identifier le type de leur matière plastique sans prélèvement. Ainsi, les émissions (i) d’une mousse très dégradée et réduite à l’état de poudre garnissant l’intérieur d’une valise, La Valise des nouveaux réalistes réalisée par Arman et d’autres artistes (datée d’environ 1973, inv. 90.11.1, musée d’Art moderne) et (ii) d’une mousse en bon état de conservation, constituant le dossier d’une chaise de l’ensemble « Table et 6 chaises, module 400 » de R. Tallon (datée 1965, inv. 2008.6.1, musée d’Art moderne) (fig. 3) ont été analysées.

Fig. 3. R. Tallon, Chaise module 400 de l’ensemble « Table et 6 chaises, module 400 », 1965, aluminium poli et spazmolla, 64 × 40 × 40 cm, Saint-Étienne, musée d’Art moderne

Fig. 3. R. Tallon, Chaise module 400 de l’ensemble « Table et 6 chaises, module 400 », 1965, aluminium poli et spazmolla, 64 × 40 × 40 cm, Saint-Étienne, musée d’Art moderne

© ADAGP, Paris, 2013 / © Musée d’Art moderne de Saint-Étienne Métropole / Yves Bresson.

  • 8 Lattuati-Derieux, Thao-Heu, Lavédrine, 2011.
  • 9 Ibid.

10Parmi les COV de la valise, le diéthylène glycol a été identifié. Ce composé est issu de la dégradation hydrolytique des polyuréthanes de type ester pour lesquels le rôle dégradant de l’humidité est bien connu. Ce composé « spécifique » permet donc d’avancer l’hypothèse que cette mousse est un polyuréthane de type ester. De plus, la quantité importante de diéthylène glycol s’accorde bien avec son mauvais état de conservation8. Les émissions de la chaise ont révélé la présence de composés de type éther de glycol. Ce sont des produits de dégradation formés par photo-oxydation des polyuréthanes de type éther dont la sensibilité à la lumière est connue. Ces volatils « spécifiques » permettent de conclure que cette mousse serait un polyuréthane de type éther. Leur présence en faible quantité est logique étant donné le bon état de conservation9.

Conclusion

11À partir d’échantillons modernes obtenus dans le commerce et d’objets de musées, il a été possible de reconnaître des composés « spécifiques » autorisant l’identification d’une famille de matières plastiques voire d’un type de matière plastique, ainsi que des composés odoriférants. Associée à d’autres techniques, la SPME/CG-SM apparaît donc comme un outil analytique pertinent pour la caractérisation non destructive de matériaux plastiques et la préconisation de méthodes préventives à adopter pour des matières plastiques émissives.

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Notes

1 Brevet américain n° 5 691 206. Brevet européen #0523092. Technologie sous licence exclusive Supelco.

2 Belardi, Pawliszyn, 1989 ; Pawliszyn, 1997 ; Pawliszyn, 1999.

3 Gröning, Hakkarainen, 2002 ; Hakkarainen, 2003 ; Espert, de la Heras, Karlsson, 2005 ; Albertsson, Gröning, Hakkarainen, 2006 ; Thiébaut, Lattuati-Derieux, Hocevar, Vilmont, 2007 ; Hakkarainen, 2008.

4 Hamm, Lesellier, Bleton, Tchapla, 2003 ; Hamm, Bleton, Tchapla, 2004 ; Lattuati-Derieux, Bonnassies-Termes, Lavédrine, 2004 ; Regert, Alexandre, Thomas, Lattuati-Derieux, 2006 ; Lattuati-Derieux, Bonnassies-Termes, Lavédrine, 2006 ; Lattuati-Derieux, Regert, 2008 a ; Lattuati-Derieux, Regert, 2008 b ; Lattuati-Derieux, Thao-Heu, Langlois, Regert, 2008 c.

5 POPART : Preservation Of Plastic ARTefacts, programme de recherche européen no 212218, 7e programme cadre de recherche et développement de la Commission européenne, http://popart-highlights.mnhn.fr/index.html.

6 Lattuati-Derieux, Thao-Heu, Lavédrine, 2011 ; Lattuati-Derieux, Egasse, Thao-Heu, Balcar, Barabant, Lavédrine, 2013 ; Lattuati-Derieux, 2012 a ; Lattuati-Derieux, 2012 b ; Balcar, Lattuati-Derieux, Vila, 2012.

7 Ces analyses ont été réalisées au cours des évaluations de collections menées par le Centre de recherche et de restauration des musées de France (C2RMF, Paris) et coordonnées par G. Barabant, N. Balcar et S. Ramel.

8 Lattuati-Derieux, Thao-Heu, Lavédrine, 2011.

9 Ibid.

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Table des illustrations

Titre Fig. 1. Une fibre de SPME
Crédits © CRCC / Agnès Lattuati-Derieux.
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Titre Fig. 2. Manteau moulé en polychlorure de vinyle plastifié noir de Paco Rabanne
Crédits © C2RMF / Thomas Clot.
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Fichier image/jpeg, 528k
Titre Fig. 3. R. Tallon, Chaise module 400 de l’ensemble « Table et 6 chaises, module 400 », 1965, aluminium poli et spazmolla, 64 × 40 × 40 cm, Saint-Étienne, musée d’Art moderne
Crédits © ADAGP, Paris, 2013 / © Musée d’Art moderne de Saint-Étienne Métropole / Yves Bresson.
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Pour citer cet article

Référence papier

Agnès Lattuati-Derieux, « POPART et l’identification des composés organiques volatils émis par des matières plastiques »Technè, 38 | 2013, 17-21.

Référence électronique

Agnès Lattuati-Derieux, « POPART et l’identification des composés organiques volatils émis par des matières plastiques »Technè [En ligne], 38 | 2013, mis en ligne le 01 janvier 2023, consulté le 25 juillet 2024. URL : http://journals.openedition.org/techne/13786 ; DOI : https://doi.org/10.4000/techne.13786

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Auteur

Agnès Lattuati-Derieux

Ingénieure de recherche, Centre de recherche sur la conservation des collections (CRCC), MNHN – USR 3224 CNRS – MCC, http://www.crcc.cnrs.fr (lattuati[at]mnhn.fr).

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