Reflets de la Physique n°63 oct/nov/déc 2019
Reflets de la Physique n°63 oct/nov/déc 2019
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°63 de oct/nov/déc 2019

  • Périodicité : bimestriel

  • Editeur : Société Française de Physique

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 68

  • Taille du fichier PDF : 7,6 Mo

  • Dans ce numéro : physique et matérieux anciens.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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C. Loisel - LRMH a b » > l’emploi des grands instruments désormais largement ouverts (synchrotrons, sources de neutrons...) offre des possibilités qui vont bien au-delà de l’analyse élémentaire. Les techniques utilisant le rayonnement synchrotron permettent notamment d’identifier le degré d’oxydation par XANES (spectroscopie d’absorption X près d’un seuil) ou l’environnement chimique par EXAFS (oscillations du coefficient d’absorption des rayons X), et la structure cristalline par diffractionX. De même, les faisceaux de neutrons, beaucoup plus pénétrants, permettent de caractériser les matériaux à cœur, notamment par diffraction, ou de déterminer par activation nucléaire des éléments légers, ou difficiles à mesurer comme les terres rares. L’analyse IBA reste toutefois sans équivalent dans trois domaines  : la mesure non destructive des éléments légers par PIGE et NRA ; le profilage élémentaire en profondeur non destructif par RBS et NRA ; l’imagerie élémentaire à grande échelle et à haute résolution spatiale par PIXE ou RBS. Les méthodes utilisant des faisceaux d’ions constituent aujourd’hui un maillon de la chaine des techniques analytiques au service du patrimoine. L’analyse IBA fait actuellement face à plusieurs défis, en premier lieu celui de la 20 Reflets de la Physique n°63 Ca Fe Pb complexité multi-échelle des matériaux. Les outils de traitement, de simulation et d’interprétation des données acquises sur les objets complexes en sont à leurs balbutiements. Un autre défi est celui de la sécurité des méthodes IBA. L’exposition à des faisceaux focalisés très intenses ou pendant une longue durée lors de cartographies peut induire des modifications dans les matériaux sensibles, notamment de nature organique. Cela constitue un frein sérieux à l’analyse IBA des objets fragiles comme les peintures de chevalet, en raison de la présence de résines végétales, de liants bio-organiques, de pigments organominéraux, etc. Des programmes de recherche internationaux rassemblant scientifiques (physiciens, chimistes) et experts du patrimoine (conservateurs, archéologues, historiens d’art, restaurateurs) se sont mis en place pour développer des protocoles d’analyse responsables [6]. L’échange fertile entre les communautés des sciences exactes, notamment de la physique, et du patrimoine a permis de créer et d’adapter des instruments et des méthodes pour mieux comprendre les œuvres d’art et les objets archéologiques. En retour, ces outils innovants et les défis de physique soulevés ont une portée qui dépasse le cadre du patrimoine culturel. , I 3. Cartographies PIXE et RBS sous faisceau de protons de 3 MeV d’un vitrail de la cathédrale de Chartres (XIII e siècle). (a) Le cadre blanc localise la zone cartographiée sur le vitrail. (b) Cartographie PIXE de cette zone, donnant la répartition des éléments calcium, fer et plomb. (c) Spectre RBS global du vitrail. En bleu, la zone correspondant à la bande de rétrodiffusion du plomb. (d) Cartographie RBS de la répartition spatiale du plombdans la partie inférieure de la figure 3b, correspondant à la bande bleue de la figure 3c. c du.a. He Références O dans le verre O dans le décor Pb 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 E (keV) 1 T. Calligaro et J.-C. Dran, dans Ion Beam Analysis : Fundamentals and Applications, M. Nastasi, J. W. Mayer, Y. Wang eds, Taylor & Francis, p.267 (2015). 2 G. Deconninck, «Quantitative analysis by (p, X) and (p, γ) reactions at low energies», J. Radioanal. Chem. 12 (1972) 157. 3L. Giuntini et P.A. Mando, «External beam RBS in an unenclosed helium environment», Nucl. Instr. and Meth. B85 (1994) 744. 4 https://nucleus.iaea.org/sites/accelerators/knowledgerepository/code/forms/allitems.aspx 5 D. Chabanne et al., «Physico-chemical analyses of Hispano-Moresque lustred ceramic : a precursor for Italian majolica», Appl. Phys. A, 92 (2008) 11. 6L. Bertrand et al., «Mitigation strategies for radiation damage in the analysis of ancient materials», Trends in Analytical Chemistry 66 (2015) 128. 7L. Pichon et al., «Development of a multi-detector and a systematic imaging system on the AGLAE external beam», Nucl. Instr. and Meth. B318 (2014) 27. Siu. a. 0 400 300 200 100 0u. a. 200
/eonanpoidere Physique des atomes comme source d’information IPANEMA, un laboratoire dédié à l’étude des matériaux anciens et patrimoniaux par méthodes synchrotron Loïc Bertrand (1,2), Serge Cohen (1), Mathieu Thoury (1), Sophie David (1) et Sebastian Schoeder (2) (1) IPANEMA (USR3461 CNRS – Université Paris-Saclay), site du Synchrotron SOLEIL, BP 48, 91192 Gif-sur-Yvette (2) Synchrotron SOLEIL, BP 48, 91192 Gif-sur-Yvette Le démarrage de la construction du synchrotron SOLEIL au début des années 2000 est l’occasion de poser de manière renouvelée la question de l’apport de ce grand instrument à de nouveaux champs de recherche qui touchent l’ensemble de la société. Les équipes françaises ont été pionnières dans l’étude des objets du patrimoine [1]. 1 Vue aérienne du synchrotron SOLEIL, sur le site de Paris- Saclay. Le bâtiment du laboratoire IPANEMA est indiqué par une flèche. 2 Analyse de la provenance d’un tesson de céramique sur la ligne de lumière PUMA. La Région Île-de-France et l’État français confirment en 2007 leur volonté de créer sur le site de SOLEIL le laboratoire IPANEMA, Institut photonique d’analyse non destructive européen des matériaux anciens. Ce projet se traduit par la construction et l’équipement d’un bâtiment entièrement dédié à la thématique (2013) puis d’une ligne synchrotron optimisée pour les matériaux anciens, PUMA (2019), une initiative sans équivalent sur le plan international. Parmi les travaux d’IPANEMA, citons la compréhension du mode de fabrication du premier objet en cuivre fondu à la cire perdue il y a 6000 ans, l’élucidation de la composition des vernis employés par Antonio Stradivari, les processus de préservation exceptionnelle affectant tant des poissons du Crétacé que des insectes figés dans l’ambre ou des vestiges textiles de l’Orient ancien ; et aussi l’étude des processus d’altération des bleus de smalt ou de Prusse utilisés comme pigments par les artistes, ou la caractérisation de pigments semi-conducteurs produits il y a une centaine d’années pour mieux comprendre leur fabrication et leur réaction avec les liants organiques qui dégrade les peintures... [2]. Ces travaux portent sur des matériaux souvent mal connus et présentant généralement une très forte hétérogénéité à multi-échelle. Cette dernière ne constitue pas seulement un obstacle à l’analyse, elle est en soi porteuse d’informations essentielles sur les matières premières, les circuits de réemploi, les méthodes de fabrication, les processus physicochimiques d’altération des œuvres et des objets. Elle est une des caractéristiques essentielles que partagent les « matériaux anciens » issus de l’archéologie, de la paléontologie, du patrimoine culturel et des environnements du passé. Synchrotron SOLEIL – CAVOK Production/L. Persin. 1 t% (u -Idiime S. Schoeder, Synchrotron SOLEIL. I o0 v4 Plusieurs paramètres du rayonnement synchrotron expliquent son utilisation dans les sciences du patrimoine. La forte brillance et la stabilité du faisceau conduisent à des spectres de haute résolution sur une large bande spectrale, notamment en excitation, à des images de haute définition et à la détection de traces [3]. C’est ce que permet PUMA, ligne d’imagerie 2D et bientôt 3D de rayons X durs (4 à 22 keV), à partir de faisceaux de quelques microns de diamètre, comme le montre une première publication sur des matériaux météoriques [4]. IPANEMA fonctionne par hébergement de scientifiques sur projet long (jusqu’à plusieurs années), facilitant un couplage étroit entre applications et recherche méthodologique. Les développements français ont été une source d’inspiration pour la construction de l’infrastructure européenne E-RIHS (European Research Infrastructure for Heritage Science), dont nous portons la contribution française avec le C2RMF. Gageons que la mise à jour majeure de SOLEIL, prévue pour 2025, ouvrira de nouvelles pistes tout à fait inattendues de compréhension des objets du patrimoine. Références 2 1L. Bertrand, Hist. Rech. Contemp., 3(1) (2014) 65-67. 2L. Bertrand, « Lumière synchrotron  : À la recherche des matériaux anciens », dans La lumière en lumière. Du photon à l’internet, B. Boulanger et al. éditeurs,pp. 149–152, EDP Sciences (2016). 3L. Bertrand et al., Phys. Rep., 519(2) (2012) 51-96. 4 P.Tack et al., J. Synchrotron Rad. 26 (2019) 10 oct. 2019. Reflets de la Physique n°63 21



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