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

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 10-11 décembre 2014

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, 24500-28000 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

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?

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

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)

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

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

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

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) 6000 4000 2000 Chi^2 = 10831.78225 R^2 = 0.99886 y0-22.34361 ±36.26142 xc -1022.24571 ±0.14408 w 45.10061 ±0.402 A 460568.37726 ±5022.85231 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 = 3232.81652 R^2 = 0.9976 y0-25.79321 ±20.30929 xc -1085.83731 ±0.18652 w 34.70096 ±0.4939 A 131177.3417 ±2224.64794 500 0-1160 -1140-1120 -1100-1080 -1060-1040 -1020 position / µm Reiche et al. J. Anal. At. Spec. 2012

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

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)

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

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

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

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

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

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 2013-14 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.

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

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

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!