Conservation de l'art par électrochimie

La conservation et la protection des œuvres d'art peuvent s'avérer complexes. Les restaurateurs s'efforcent de trouver un équilibre entre la protection de l'objet et la conservation de l'intention artistique originale. Heureusement, il existe une vaste panoplie d'outils scientifiques qui aident les restaurateurs à tout analyser, de la composition des pigments à l'âge des objets, et qui orientent les méthodes de préservation. Trouver des techniques non destructives peut s'avérer difficile, mais des solutions surprenantes comme l'électrochimie offrent des contributions vitales à la conservation de l'art. Nous présentons ici trois cas illustrant le rôle de l'électrochimie dans la protection de l'art pour les générations futures.

Les sujets suivants seront abordés (cliquez pour accéder directement à chacun d'entre eux) : 

• Contrôle de la corrosion des revêtements à l'aide de techniques électrochimiques
• Nettoyage et restauration d'œuvres d'art par électrochimie
• Spectroscopie Raman électrochimique de surface (EC-SERS) pour l'analyse non destructive des pigments

Contrôle de la corrosion des revêtements à l'aide de techniques électrochimiques

L'application de l'électrochimie à la science de la corrosion est bien connue. Elle couvre notamment l'application et l'étude de différents revêtements sur les métaux afin d'améliorer leur résistance à la corrosion.

Une approche similaire utilisant les techniques de résistance à la polarisation (PR) et de spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) peut être appliquée aux artefacts métalliques d'importance historique et culturelle sujets à la corrosion. Une résistance de polarisation élevée indique une meilleure protection contre la corrosion. La principale différence entre cette application et les études de corrosion industrielle plus typiques réside dans le fait que le revêtement doit conserver un aspect esthétique agréable (c'est-à-dire être transparent dans la mesure du possible) [1].

Une étude électrochimique menée à Bologne, en Italie, a permis de vérifier l'efficacité de différents revêtements sur un échantillon de bronze doré au feu [2]. L'analyse électrochimique a permis de déterminer la vitesse de corrosion dans différentes conditions de laboratoire. Ce test a été transposé à des conditions réelles afin de déterminer l'impact des différents revêtements appliqués sur la corrosion d'un véritable artefact. Dans ce cas, l'échantillon analysé a servi de réplique aux Portes du Paradis. (Figure 1) [2]. La figure 1 montre également un circuit équivalent typique pour un métal dans un environnement corrosif et un diagramme de Nyquist qui peuvent être utilisés ensemble pour estimer la résistance de polarisation.

L'EIS a également été utilisée sur des statues en bronze pour tester la stabilité électrochimique (résistance à la corrosion) du bronze sous-jacent et de la patine qui se forme souvent dans des environnements urbains corrosifs [3]. Dans ce cas, les techniques de spectroscopie Raman et de spectroélectrochimie à trait d'union  (voir ci-dessous) sont devenues inestimables pour déterminer la composition chimique de la patine. Les deux techniques (EIS et Raman) ont également été appliquées pour étudier la composition des patines formées sur les anciennes pièces de monnaie en bronze [4].

Nettoyage et restauration d'œuvres d'art par électrochimie

Une partie du travail du restaurateur consiste à remettre les objets endommagés dans leur état d'origine, ou le plus proche possible de l'état d'origine. Cela implique souvent un nettoyage abrasif ou une immersion dans des solutions de nettoyage chimique. Cependant, cela n'est pas toujours possible, en particulier lorsque l'objet présente des détails complexes.

Le Rijksmuseum à Amsterdam a rencontré un tel problème. Pour préserver ses objets uniques, le musée emploie une équipe de restaurateurs spécialisés dans divers matériaux, notamment les métaux comme l'argent. Parmi cette équipe, Joosje van Bennekom, restauratrice en chef des métaux, a dû relever le défi de restaurer un délicat ornement de table en argent fabriqué en 1549 par Wenzel Jamnitzer. (Figure 2).

Le ternissement, un problème courant avec l'argent, se produit lorsque l'argent réagit avec les composés sulfurés présents dans l'air, formant du sulfure d'argent (Ag2S) et créant la couleur noire typique associée à la ternissure. Les méthodes traditionnelles d'élimination de la ternissure risquaient d'endommager les œuvres d'art complexes, ce qui a conduit à la mise au point d'une solution innovante : un crayon électrolytique. Cet outil, mis au point grâce à la collaboration de chercheurs et d'ingénieurs, permet un nettoyage précis et localisé des surfaces d'argent ternies sans risquer de les endommager.

Le crayon électrolytique relève ce défi en offrant un processus de nettoyage contrôlé et localisé. Il utilise l'électrolyse pour réduire sélectivement le sulfure d'argent et restaurer la surface sans endommager les structures délicates de l'œuvre d'art. Malgré les difficultés techniques initiales, notamment les problèmes de stabilité et de fuite, le crayon a prouvé son efficacité dans la restauration de l'argenterie médiévale à l'abbaye suisse de Saint-Maurice d'Agaune. (Figure 2). Son succès ayant été documenté en ligne et sa conception étant librement accessible, le crayon électrochimique a depuis été appliqué à une variété d'autres artefacts [5,6]. 

Spectroscopie Raman électrochimique de surface (EC-SERS) pour l'analyse non destructive des pigments

La spectroscopie Raman s'est imposée comme une technique puissante dans le domaine de la conservation des œuvres d'art [7]. La spectroscopie Raman traditionnelle consiste à projeter un laser sur un échantillon et à analyser la lumière diffusée pour identifier les vibrations moléculaires caractéristiques de matériaux spécifiques. Cette technique a été largement utilisée pour analyser les pigments, les teintures, les vernis et d'autres matériaux organiques et inorganiques utilisés dans les œuvres d'art. Tant que la puissance du laser est accordable, sa nature non destructive la rend particulièrement précieuse pour l'examen d'objets délicats ou irremplaçables.

Pour en savoir plus sur la spectroscopie Raman, consultez notre série de blogs.

Foire aux questions (FAQ) sur la spectroscopie Raman : Théorie et utilisation

La faiblesse inhérente du signal Raman rend souvent difficile la détection de certains composés. L'une des avancées de la spectroscopie Raman est le développement de la spectroscopie Raman améliorée par la surface (SERS) et de la spectroscopie Raman améliorée par la surface électrochimique (EC-SERS). L'EC-SERS combine les principes de la spectroscopie Raman et de l'électrochimie, afin d'améliorer l'intensité du signal et la sensibilité du spectre Raman.

Lisez nos articles de blog connexes pour plus d'informations sur SERS et EC-SERS.

Raman vs SERS... Quelle est la différence ?

La spectroélectrochimie Raman de l'Inde à l'Espagne : Histoire et applications

Une étude publiée par des chercheurs nord-américains porte sur l'identification des composants polyphénoliques dans les pigments du lac jaune, qui sont couramment utilisés dans les peintures et autres œuvres d'art [8]. Les méthodes traditionnelles d'analyse de ces pigments nécessitent souvent des étapes de séparation complexes. L'EC-SERS, en revanche, permet l'analyse directe de ces pigments sans qu'il soit nécessaire de les séparer, ce qui apporte une valeur ajoutée en tant qu'outil de conservation des œuvres d'art.

Les chercheurs démontrent l'efficacité de l'EC-SERS en analysant des composés polyphénoliques individuels, un mélange de colorants modèle et deux pigments de lac jaune réels : le lac de réséda et le stil de grain (figure 3). En appliquant une tension au substrat SERS, ils sont en mesure de détecter sélectivement différents composants de colorants dans les pigments. Cela leur permet d'identifier la présence de plusieurs polyphénols dans chaque pigment, ce qui serait difficile, voire impossible, à réaliser avec les méthodes traditionnelles.

Les résultats de l'étude mettent en évidence le potentiel de l'EC-SERS en tant qu'outil puissant pour la conservation de l'art. En fournissant une méthode sensible, sélective et non destructive pour analyser les pigments naturels, l'EC-SERS peut aider les restaurateurs à mieux comprendre et préserver les œuvres d'art.

Conclusion

L'électrochimie s'est révélée être un élément précieux de la boîte à outils analytique des conservateurs/restaurateurs d'œuvres d'art. Plusieurs autres exemples d'application viennent étayer ce point. Il s'agit notamment de la VIMP (voltampérométrie des particules immobilisées) qui permet d'identifier les peintures, les huiles et les apprêts grâce à leurs signatures redox à l'échelle du ng [9]. La signature électrochimique des matériaux constitutifs a également été utilisée comme méthode pour dater avec précision des artefacts et les authentifier en tant qu'originaux [10].

L'adoption généralisée de ces techniques nécessitera une collaboration et, à mesure que l'intérêt augmentera, les techniques deviendront certainement plus accessibles aux non-experts.

Vos connaissances à emporter

Spectroélectrochimie à trait d'union

Note d'application : Corrosion partie 3 - mesure de la résistance à la polarisation

Note d'application : Corrosion partie 4 - modèles de circuits équivalents

Note d'application : Détermination de la vitesse de corrosion avec INTELLO

Note d'application : Surveillance de l'oxydation du ferrocyanure à l'aide de l'EC-Raman à trait d'union

Note d'application : Utilisation de l'EC-Raman avec trait d'union pour l'étude d'un système modèle

Webinaire : Méthodes électrochimiques non destructives pour les essais de corrosione