1Le MOLAB est une collection unique d’instruments mobiles intégrés utilisant des méthodes spectroscopiques non invasives qui exploitent la lumière, de l’infrarouge moyen aux rayons X, et qui travaillent en mode point ou en balayage1. Fondée en 2001 à l’Université de Pérouse (UNIPG) en collaboration avec l’Institut des sciences et des technologies moléculaires du CNR (ISTM-CNR), le MOLAB a été conçu comme une plateforme mobile qui permet aux scientifiques, aux conservateurs-restaurateurs, aux historiens de l’art et aux archéologues de mener des études scientifiques sur les matériaux du patrimoine culturel lorsque l’échantillonnage est interdit ou lorsque le mauvais état de conservation ou les dimensions de l’objet examiné contre-indiquent tout transport vers un laboratoire. Depuis 2004, le MOLAB a été le premier (et unique) accès transnational mobile soutenu par la Commission européenne. À travers les projets Eu-ARTECH et CHARISMA, des fournisseurs d’accès comme l’UNIPG/ISTM-CNR (Pérouse), l’INO-CNR (Institut National d’Optique du CNR, Florence) et le CNRS-C2RMF/LAMS (Centre de Recherche et de Restauration des Musées de France/Laboratoire d’archéologie moléculaire et structurale, Paris – UMR avec le CNRS) ont mis à la disposition des utilisateurs transnationaux un ensemble de 15 équipements portables différents pour le développement de travaux in situ et non invasifs de diagnostic et de conservation, sans échantillonnage, ni contact avec l’œuvre d’art examinée.
2Grâce à l’utilisation de la plateforme MOLAB, des études réussies ont été menées à travers de nombreux projets par des centaines d’utilisateurs, effectuant des mesures sur différents types d’objets du patrimoine, y compris des peintures, des sculptures, des manuscrits et des céramiques1,2. En particulier, en ce qui concerne les peintures, des études sur les techniques d’exécution (par exemple, l’enregistrement des dessins sous-jacents, l’identification des matériaux d’origine et la cartographie de leur distribution) ont été réalisées sur des œuvres de maîtres anciens, modernes et contemporains, comme Bronzino, Léonard de Vinci, Le Caravage, Renoir, Cézanne, Van Gogh, Munch, Picasso, Mondrian, de Staël et beaucoup d’autres2. Des manuscrits enluminés ont également été étudiés, comme le Livre de Kells, des codex mexicains précolombiens et d’autres3, ainsi que des céramiques, comme des céramiques lustrées de la Renaissance italienne1 et les premières porcelaines de Saxe.
3Des études exemplaires de dessins sous-jacents ont été réalisées à l’aide d’un scanner multi-bandes fonctionnant dans le proche infrarouge. Le système recueille simultanément un ensemble d’images à différentes longueurs d’onde avec un pas de 100 nm dans la gamme 800-2300 nm. L’ensemble des données résultant est un cube d’images qui peut être coupé en réflectogrammes multi-bandes, libres de toute distorsion géométrique. À titre d’exemple, l’étude des réflectogrammes multi-bandes acquis à partir de peintures de Munch au Musée Munch à Oslo, ont permis à B. Topolova-Casadiego et ses collaborateurs de visualiser les différentes traces des dessins sous-jacents4, en particulier dans Puberté, 1894 (fig. 1), et dans Vampire, 1895, où le peintre, après avoir fait une esquisse des personnages avec un fusain ou un crayon à mine de plomb, a affiné la composition en lavis, à l’aide d’une brosse.
Fig. 1. Multi-band reflectograms acquired on Munch’s paintings at the Munch Museet in Oslo
The underdrawings are outstandingly evident in Puberty, where the position of the girl is defined by tracing several times the edges, as we can appreciate thanks to the numerous corrections in the placing of the head and of the knees. [From ref. 4]
© Archetype Publication in association with the University of Oslo.
4La caractérisation d’une large gamme de pigments a été réalisée de manière non invasive en utilisant la méthode analytique intégrée MOLAB basée sur l’analyse élémentaire SFX, suivie d’analyses moléculaires, à savoir par IRTF proche et moyen, par absorption et émission UV-Vis, par spectroscopie Raman et/ou par diffraction des rayons X. À titre d’exemple de l’identification moléculaire de différents pigments, nous présentons des résultats concernant le tableau Ferry Boat à Anvers par Jacob Jordaens (c. 1623). L’œuvre a été étudiée au Statens Museum for Kunst à Copenhague (fig. 2) où l’une des questions posées par les utilisateurs a été l’identification et la cartographie des pigments bleus sur la surface de la peinture. De l’indigo et du smalt ont été trouvés sur des zones originales comme la jupe de la femme (fig. 2). Jordaens a utilisé le colorant organique comme une sous-couche sombre rehaussée par des coups de pinceaux de smalt partiellement décolorés. Il a appliqué de l’azurite pour colorer à la fois le ciel et la mer, souvent mélangée avec de la malachite et du blanc de plomb. Outre les pigments d’origine, deux autres composés bleus (bleu céruléen et bleu de Prusse, non compatibles temporellement avec l’époque de Jordaens) ont été révélés et attribués aux premières restaurations datant de 1797-1884, probablement réalisées pour dissimuler la décoloration de smalt.
Fig. 2. Study of blue pigments of The Ferry Boat from Antwerp (c. 1623) by Jordaens at the Statens Museum for Kunst in Copenhagen (a detail of the painting is shown in the middle)
(a) smalt has been identified on the basis of Co signals in XRF spectra (left) and near-FTIR (right) evidencing the typical shape of the d-d transition of Co(II) in pseudo-tetrahedral coordination; (b) indigo has been identified on the basis of mid-FTIR (left) features and the UV-vis fluorescence emission at 730 nm (right); (c) azurite has been identified by the presence of the Cu signal in XRF (left) and mid-FTIR combination bands (right); (d) cerulean blue has been distinguished from smalt by the signal of Sn in XRF (left) and by the different position and shape of the Co(II) transition in the near-FTIR (right); (e) Prussian blue has been identified by the strong CN asym. stretching in the mid-FTIR spectrum. Inset in (f) shows the optical image of a cross-section taken from the skirt of the woman on the boat. [From ref. 1]
© American Chemical Society.
5Il a été récemment démontré que l’approche non invasive et in situ du MOLAB était aussi appropriée pour faire la distinction entre des pigments ayant des compositions et des structures chimiques similaires, comme ceux appartenant aux classes chimiques suivantes: Pb2Sb2-xYxO7-x/2 (Y = Sn, Zn, Fe, Pb) qui présentent un intérêt dans les études des céramiques émaillées de la Renaissance ou PbCr1-xSxO4 ([1-x] PbCrO4 • xPbO) et Cd1-xZnxS et CdS1-xSex qui sont des pigments synthétiques jaune, orange ou rouge largement utilisés par des peintres modernes et contemporains2. Sur ce point, la possibilité d’identifier et de cartographier la répartition des différents types de jaunes de chrome (JC, PbCr1-xSxO4) a suscité l’intérêt des chercheurs qui s’intéressent aux questions liées à la conservation des peintures de Van Gogh. En fait, l’assombrissement des JC, provoqué par la photo-réduction des chromates d’origine en composés Cr(III), est favorisé lorsque le pigment est présent dans la forme riche en S de PbCr1-xSxO4 (x>0,4, également appelé jaune de chrome sensible à la lumière = JC-SL)5. Dans la fig. 3, les profils Raman de différents JCs, obtenus sur des tableaux de Van Gogh (au musée Van Gogh à Amsterdam, MVG), et la localisation des différentes formes de jaunes de chrome et d’autres pigments sur les Tournesols (MVG), tel que déterminée par spectroscopie Raman, sont présentés.
Fig. 3. (A) Distribution of different forms of chrome yellows and other pigments on Sunflowers (Van Gogh Museum, Amsterdam)
(B) Selection of Raman profiles acquired from yellow areas of the painting.
(A) LS-CY=light sensitive chrome yellow; LF-CY: lightfast chrome yellow; CO = chrome orange; V = vermilion; RL = red lead.
(B) V and RL indicate spectra recorded where chrome yellow is mixed with vermilion and red lead. [From ref. 5].
© With permission of John Wiley and Sons.
6Dans le cadre de diagnostics effectués pour la conservation, un grand nombre de projets d’accès MOLAB ont été menés par des utilisateurs souhaitant évaluer la distribution à la surface d’un tableau des composés d’altération et/ou de migration (par exemple, des oxalates, des carboxylates métalliques et des tensioactifs). À titre d’exemple, les spectres d’IRTF moyen de réflexion indiquant la présence d’oxalates de cuivre obtenus au cours de différents projets MOLAB6 sont présentés dans la figure 4. Dans un autre exemple, B. Ormsby et ses collaborateurs7 ont exploité la spectroscopie IRTF moyen portable (fig. 5) et la microscopie à force atomique pour documenter les différences relatives d’abondance des tensioactifs de surface sur les peintures acryliques en fonction de la marque de la peinture, du type de pigment et des changements induits par les traitements de nettoyage de la surface, en faisant la différence entre les effets des systèmes de solvants aqueux et aliphatiques7.
Fig. 4. Identification and mapping of Cu oxalates
Photographs refer to MOLAB in situ measurements on: (I) a painted early Meissen Stoneware (18th C) at the State Art Collections, Dresden, DE , (II) a panel of the altarpiece painting Last Judgment (1465-1471) by H. Memling at the National Museum, Gdansk, PL; (III) a Silesian painted map of 17th-18th century at the Ossolinski National Institute, Wroclaw, PL. Corresponding in situ mid-FTIR spectra in pseudo-absorbance (a) and after Kramers-Krönig correction (b). [Rearrangement from ref. 6]
© Photo MOLAB.
Fig. 5. Reflectance mid-IR spectra from the surface of several paint passages on John Hoyland’s 25.4.69 (1969) at The Tate Modern, London, showing the presence of PEO surfactant (largest band at ca. 1110 cm-1) on the brown, red and green paints. [From ref. 7]
![Fig. 5. Reflectance mid-IR spectra from the surface of several paint passages on John Hoyland’s 25.4.69 (1969) at The Tate Modern, London, showing the presence of PEO surfactant (largest band at ca. 1110 cm-1) on the brown, red and green paints. [From ref. 7]](docannexe/image/603/img-5.jpg)
© Photo MOLAB.
7Le programme d’accès MOLAB a eu un impact considérable sur la communauté des sciences du patrimoine, encourageant une large diffusion d’une approche scientifique de l’étude et la conservation des œuvres d’art, et stimulant des discussions sur les résultats entre les scientifiques, les spécialistes et les professionnels de la conservation, ce qui a fortement contribué à la création d’un langage commun permettant de surmonter la barrière éventuellement imposée par les différents champs disciplinaires.
8La plateforme MOLAB a récemment été améliorée dans le cadre du projet en cours IPERION CH avec de nouveaux instruments, y compris des outils avancés de cartographie/imagerie multi/hyperspectrale pour des examens en 2D et 3D. Cinq des nouveaux instruments de MOLAB sont des prototypes spécifiquement développés au cours d’activités conjointes de recherche de CHARISMA : des mesures de profil en profondeur par RMN par face avant (NMR-MOUSE), la spectroscopie d’absorption-émission couplée à la fluorescence résolue en temps, la spectroscopie et l’imagerie térahertz (T-Hz), l’interférométrie holographique de Speckle (DHSPI) et la tomographie en cohérence optique (TCO).
9Le système portable de spectroscopie T-Hz dans le domaine temporel est capable d’obtenir des informations in situ à partir des différentes couches d’échantillons stratifiés. Il permet, par exemple, la caractérisation (identification/visualisation) de sous-couches cachées, comme dans le cas des peintures de chevalet et des peintures murales. Une cartographie 2D et 3D sur et dans les objets inspectés peut également être effectuée en utilisant le temps de vol8.
10Le nouveau dispositif de DHSPI, une amélioration d’une version précédente, permet un diagnostic non-destructif de l’état structurel d’un objet, par la détection des fissures, des détachements ou d’autres défauts. Les altérations révélées peuvent être situées sur la surface et à l’intérieur de l’objet et sont détectées sous la forme de franges d’interférence. À partir des mesures, une carte des risques est créée, après l’analyse quantitative de la densité de franges par unité de surface9.
11L’analyse par TCO contribue à la détermination de la structure des couches superficielles d’une peinture à condition qu’elles soient assez transparentes au rayonnement infrarouge proche. En particulier, elle permet d’effectuer des études sur les vernis détériorés, les glaçures, les repeints et les retouches. Les objets anciens en verre peuvent être également étudiés, ainsi que les émaux sur les céramiques et les pierres semi-transparentes, comme les jades, ou d’autres matériaux. En raison du compromis nécessaire entre la résolution et la profondeur de l’analyse, le système TCO développé par le projet CHARISMA se compose d’un instrument de domaine spectral très compact équipé d’une source super-luminescente (longueur d’onde centrale 870 nm, bande passante 200 nm, 0,8 mW au niveau de l’objet) avec une résolution axiale (dans l’air) de 3,1 μm et une résolution latérale de 13 μm. En utilisant cet appareil, des études ont été menées à bien et, parmi plusieurs exemples, nous signalons l’étude du vernis de la Madone aux fuseaux de Léonard de Vinci à l’OPD à Florence, où le nombre, la profondeur et les dimensions des retouches ont été caractérisés en détail. L’imagerie TCO par la face avant à différentes profondeurs (séparées par détection cohérente) a permis d’établir la séquence des couches de vernis dans les zones restaurées, ainsi que de retrouver le contour des retouches et de les comparer au contour des pertes réelles de peinture10. Des coupes représentatives d’une telle structure multicouches sont représentées sur la fig. 6.
Fig. 6. Results of the OCT examination of the painting Madonna dei Fusi (private collection), attributed to Leonardo da Vinci (16th C.), oil on wood (detail)
(a) OCT tomogram from the region indicated by red bars in pictures (b, c); (d, e, f) OCT front images at different depths under the surface (6, 18, 35 µm respectively). (1A, 1B) varnishes, (2A, 2B) two stages of retouching, (3) primary paint layer. [From ref. 10]
© With permission of Springer/Photo OPD.
12Le renforcement des capacités d’examen en 2D et 3D de l’accès transnational MOLAB répond aux exigences actuelles de la recherche de pointe en sciences du patrimoine, non seulement pour révéler la composition chimique des matériaux, mais aussi pour cartographier leur répartition spatiale. Ainsi, l’introduction de nouveaux systèmes d’imagerie de pointe accroît actuellement l’intérêt porté au MOLAB, élargissant le groupe des utilisateurs à de nouveaux utilisateurs potentiels.
Les activités du MOLAB décrites dans cet article ont été rendues possible grâce au soutien de la Commission européenne à travers les projets d’infrastructures de recherche Eu-ARTECH (FP6 -RII3-CT-2004-506171) et CHARISMA (FP7 GA n. 228330).
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