Vers des analyses chimiques 3D des œuvres d'art. Développement d'un appareil portable de microfluorescence X en mode confocal

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Raoul Favreau
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1 Vers des analyses chimiques 3D des œuvres d'art. Développement d'un appareil portable de microfluorescence X en mode confocal Analyse d un tableau de Caroto, Musée du Louvre Ina Reiche 1,2 & Katharina Müller 1 1 Laboratoire d Archéologie Moléculaire et Structurale UMR 8220 CNRS UPMC Paris VI 2 Rathgen- Forschungslabor, Staatliche Museen zu Berlin- Preußischer Kulturbesitz En collaboration avec P. Walter 1, P. Martinez 1, V. Mazel 3, B. Kanngießer 4, S. Bjeoumikhova 5 3 Laboratoire Matériaux et Santé, Univ. Paris- Sud 4 Technische Universität Berlin (TUB) 5 InsTtute for ScienTfic Instruments (IfG) GmbH Berlin Les journées de l interdisciplinarité décembre 2014

Laboratoire d Archéologie Moléculaire et Structurale UMR 8220 CNRS UPMC Paris VI 2 Rathgen- Forschungslabor, Staatliche Museen zu Berlin- Preußischer Kulturbesitz En

2 Sciences du patrimoine culturel et ses défis Du site archéologique ou du musée è in situ, au labo ou aux grands instruments Grande groze, Arcy- sur- Cure, France, BP Aristote, Juste de Gand/ Pedro BerrugueZe, Louvre, 15 th c. Saskia, Rembrandt, KupfersTch- kabinez SM Berlin, 1633 Ø 100x200 µm 2 Contraintes spécifiques Objets rares et précieux è pas d échanhllonnage ou seulement micro- prélèvement Nature hétérogène et altérée des matériaux du patrimoine è observahons à différentes échelles et combinaison de méthodes sensibles et non destruchves

Saskia, Rembrandt, KupfersTch- kabinez SM Berlin, 1633 Ø 100x200 µm 2 Contraintes spécifiques Objets rares et précieux è pas d

3 Objets Approche interdisciplinaire Site archéologique ou collection muséale Interprétation des données dans le contexte Étude et prise en compte des phénomènes d altération µct Matériau Examens (microscopie, imagerie) PIXE? Analyses physicochimiques, biologique et/ou tests mécaniques Modélisation des processus (références modernes ou simulation numérique) Marqueurs chimiques, isotopiques, structuraux ou morphologiques / Analyse statistique? Datation? Savoir faire? Techniques? Capacités cognitives? Acquisition et circulation de la matière première? Migration des populations? Alimentation? Agriculture? industrialisation? Exploitation des ressources? Santé?

Analyses physicochimiques, biologique et/ou tests mécaniques Modélisation des processus (références modernes ou simulation numérique) Marqueurs chimiques,

4 Approche analyfque générale : Combinaison de méthodes analyfques complémentaires, si possible in situ ou non invasives ConcentraFon % XRF ppm ppb XRD Non destruc,ve 1D, 2D 3D Portable PIXE Raman RésoluFon spafale mm µm nm MagnéFsme Structurale Moléculaire Isotopique élémentaire Nature de l informafon

ppm ppb XRD Non destruc,ve 1D, 2D 3D Portable PIXE Raman RésoluFon spafale

5 En collaboration avec : Développement d un appareil portable de microfluorescence X en mode confocal pour l analyse non-invasive des couches picturales des œuvres d art MoFvaFon : MFX en mode confocal (MFX- 3D) permet des microanalyses X non- invasives, résolus en 3 dimensions Matériaux hétérogènes ou présentant des structures sous forme de différentes couches : couches picturales (peintures et objets polychromes), glaçures, pahnes, couches de corrosion etc. Prototype portable MFX-3D Analyses in situ (musées, sites archéologiques) Accès moins restreint aux œuvres (objets fragiles ou des grandes tailles, peintures murales)

des structures sous forme de différentes couches : couches picturales (peintures et objets polychromes), glaçures, pahnes, couches de corrosion etc.

6 En collaboration avec : Historique du développement de la microfluorescence X en mode confocal Ø Principe MFX confocal Ø ApplicaHon, tableaux de la Renaissance (Louvre) Profils en profondeur Ø Montage appareil du labo (C2RMF, Louvre) Kanngiesser, Malzer, Reiche NIMB 2003 Mantouvalou et al., JAAS 2010 X- Flash SDD- Détecteur LouX 3D OpFques de rayons X «Hommes illustres» Identification des repeints Microscope Tube de rayon X (Rh) Reiche, Müller et al., JAAS 2012 Reiche, Müller et al., JAAS 2012 Eveno, Müller et al., Studies in Cons. acc. Müller, Eveno et al., ICOM- CC 2014

, JAAS 2010 X- Flash SDD- Détecteur LouX 3D OpFques de rayons X «Hommes illustres» Identification des repeints Microscope Tube de rayon X (Rh)

7 Méthode microfluorescence X en mode confocal Mantouvalou et al., JAAS 2010

8 Méthode MicroFX en mode confocal (3D) au labo Montage expérimental au C2RMF LouX 3D Détecteur Microscope Tube de RX Capillaires CollaboraHon scienhfique : Reiche et al. J. Anal. At. Spec. 2012

9 Prototype LouX 3D CaractérisaHon du montage : scans à travers de feuilles métalliques fines 8000 Data: TI2µM50S5µM_B Model: Gauss Scan Ti 2 µm Intensité (Kα+Kβ) Chi^2 = R^2 = y ± xc ± w ±0.402 A ± position / µm Scan Ge 3000 Data: GE10µM50S5µ_B Model: Gauss Intensité (Kα+Kβ) Chi^2 = R^2 = y ± xc ± w ± A ± position / µm Reiche et al. J. Anal. At. Spec. 2012

85231 0-1100 -1080-1060 -1040-1020 -1000-980 -960-940 -920 position / µm Scan Ge 3000 Data: GE10µM50S5µ_B Model: Gauss Intensité (Kα+Kβ) 2500 2000 1500 1000 Chi^2 =

10 LouX 3D : mesures sur des tableaux Montage expérimental au C2RMF, Palais du Louvre, Paris (LouX 3D )

11 Les Hommes Illustres Uomini Illustri Palais d Urbino Louvre Peints au 15 e siècle pour le Studiolo de Frederico Montefeltro à Urbino Beaucoup de modificahons au cours de leur existence IntervenHon importante lors du déménagement à Rome en 1631 (panneaux découpés en 28 peintures de chevalet) 14 portraits exposés au Louvre depuis 1862 (les autres sont au Palais d Urbino)

existence IntervenHon importante lors du déménagement à Rome en 1631 (panneaux découpés en

12 Méthode Analyse non invasive des couches picturales par fluorescence X en mode confocal Aristote Platon IdenHficaHon et caractérisahon des modificahons ReconstrucHon de l apparence d origine Techniques picturale Virgil

IdenHficaHon et caractérisahon des modificahons

13 Aristote Proﬁl en profondeur : sur l étole ModiﬁcaFon : pourpre sur du rouge?

14 Aristote Profil en profondeur point 1 De la surface vers l intérieur

15 Aristote Profil en profondeur point 1 Pas de 10 µm Surface : Fe, Ca + organique? 2 e couche : Fe, Ca + Pb (blanc de plomb?) 3 e couche : Hg (vermillon) Repeint detectable d une façon non invasive Reiche et al. J. Anal. At. Spec. 2012

16 ReconstrucHon de l apparence d origine Aujourd hui 15 e s.

17 En collaboration avec : Développement d un appareil portable de microfluorescence X en mode confocal pour l analyse non-invasive des couches picturales des œuvres d art Katharina Müller, Philippe Walter & Ina Reiche : LAMS, UPMC UMR 8220 CNRS Ø Principe MFX confocal X- Flash SDD- Mantouvalou et al., JAAS 2010 Ø Montage appareil du labo (C2RMF, Louvre) Détecteur Microscope Tube de rayon X (Rh) LouX 3D OpFques de rayons X Reiche, Müller et al., JAAS 2012 Ø ApplicaHon, tableaux de Renaissance (Louvre) Ø ConcepHon du Profil en profondeur prototype portable ConstrucHon de l tête Fixe de mesure Défi instrumentaton Construction : tête de mesure amovible PerspecFves : ApplicaHons dans les collechons «Hommes illustres» Identification des repeints Reiche, Müller et al., JAAS 2012 Eveno et al., Studies in Cons. acc. Müller et al., ICOM- CC 2014 Reiche et al. en prép.

, JAAS 2010 Ø Montage appareil du labo (C2RMF, Louvre) Détecteur Microscope Tube de rayon X (Rh) LouX 3D OpFques de rayons X Reiche, Müller et al.

18 Conclusion Plusieurs expériences en fluorescence X en mode confocal réalisées sur des peintures de musées Ø grand potenhel pour l analyse non- invasive des peintures Nouvelles informafons obtenues sur : Ø différents types de pigment Ø la strahgraphie picturale Ø des repeints et modificahons des peintures au cours du temps d une façon non- invasive è vers une analyse chimique 3D des peintures et objets polychromes avant après Établissement d un nouveau prototype de MFX- 3D portable Ø Grâce au défi instrumentahon de la MI CNRS : AcquisiHon des éléments et financement de la tête de mesure

modificahons des peintures au cours du temps d une façon non- invasive è vers une analyse chimique 3D des peintures et objets polychromes avant

19 PerspecHves 2014/15 : Finaliser le nouveau prototype en mode confocal portable (MFX 3D ) À plus long terme : Combiner les analyses MFX 3D avec la FX 2D en mode balayage Icône russe datant du 19 e s., collection privée (S. Legrand) Cartographie chimique de Au L (scan FX - 2D) Profil en profondeur (scan MFX - 3D) Application de la dorure? Collaboration et : M. Alfeld (PhD), S. Legrand, K. Janssens, Université d Anvers

20 Remerciements MI du CNRS pour financement collègues scienhfiques allemands, parhculièrement de la TU B et d IfG réseau CAIRN MI CNRS pour les échanges scienhfiques collègues du C2RMF les musées : ² Musée du Louvre ² Musée d Orsay ² Gemäldegalerie Berlin ² Museum für AsiaHsche Kunst Berlin Erin Mysak, Harvard University Merci de votre atenhon!

scienhfiques collègues du C2RMF les musées : ² Musée du Louvre ² Musée d Orsay ²

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