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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On s’intéresse à la matière qui constitue une peinture d’art, c’est-à-dire une succession de couches picturales déposées sur un support. Cet ensemble est complexe de par sa composition et sa géométrie (différentes couches superposées). Il est le siège de nombreux phénomènes physiques et chimiques qui apparaissent à plusieurs moments dans la vie de l’œuvre. Différents types de dégradations altèrent ou modifient la perception du tableau au cours du temps. Les craquelures sont parmi les plus apparentes. Leur étude permet de caractériser certaines propriétés mécaniques de la matière constituant la peinture et ainsi de révéler de nombreux secrets sur l’œuvre. Le réseau de craquelures constitue donc « l’empreinte digitale d’un tableau » et en cela peut aider à authentifier des œuvres. 32 Reflets de la Physique n°63 Craquelures et art  : le temps et la matière Frédérique Giorgiutti-Dauphiné (giorgiutti@fast.u-psud.fr) et Ludovic Pauchard Laboratoire FAST (Université Paris-Saclay et CNRS UMR 7608), Bâtiment Pascal (bât. 530), rue André Rivière, Campus universitaire, 91405 Orsay Une peinture d’art est un système complexe de par sa géométrie, mais également sur le plan physico-chimique. En effet, un tableau est une succession de couches de peinture de différentes épaisseurs (couches picturales) déposées sur un support. Les supports les plus classiques restent la planche de bois qui a pris son essor au Moyen Âge, supplantée à la Renaissance par les toiles, plus légères, qui permettent ainsi de réaliser des peintures de dimensions plus importantes et moins sensibles aux variations hygrométriques. Une couche de préparation recouvre le support, afin de le rendre plus lisse et d’améliorer l’adhésion de la peinture, et une couche de vernis protège les couches picturales. La composition de la peinture est ellemême complexe, les formulations sont très diverses et varient d’un produit à l’autre. Les composants principaux sont les pigments (oxydes ou sels métalliques), d’origine organique ou végétale, et le liant. Ce dernier est généralement une huile ou une émulsion aqueuse de polymères acryliques. Différents additifs tels que des tensioactifs, des solvants ou des plastifiants sont incorporés à cette base afin de modifier sa viscosité, ses propriétés mécaniques ou encore sa stabilité. Les huiles sont constituées de triglycérides qui vont subir un séchage chimique, c’est-à-dire qu’elles vont former un réseau tridimensionnel (un film solide) par des processus d’oxydation puis de polymérisation. Dans le cas des émulsions aqueuses, le séchage est physique et lié à l’évaporation de l’eau. L’ensemble constituant la peinture subit de multiples contraintes mécaniques au cours du temps. Ces dernières peuvent provenir des variations environnementales (hygrométrie, température, oxydation, radiations UV...) ou des processus physiques et chimiques opérant lors du séchage et dans le temps (vieillissement). Le support peut également se déformer et ainsi générer des contraintes supplémentaires dans la couche picturale. Enfin, les conditions de conservation d’un tableau (chocs éventuels, enroulements...) et les diverses opérations de restauration peuvent aussi être sources de contraintes. Les conséquences de l’ensemble de ces contraintes sont multiples ; elles sont responsables des dégradations observées sur un tableau comme, par exemple, des altérations optiques (changement de couleur ou de texture) ou des altérations mécaniques, telles que les craquelures. La diversité des constituants des peintures ainsi que la complexité liée à leur structure multicouche conduisent à une grande variabilité dans les morphologies des figures de craquelures observées. Ainsi, les craquelures constituent le premier signe du vieillissement d’une œuvre, et forment « l’empreinte digitale » du tableau en révélant les propriétés mécaniques de la matière ou en donnant des informations sur les méthodes employées par l’artiste. En cela, elles peuvent aider à l’authentification d’une œuvre en apportant des informations complémentaires à celles obtenues par d’autres techniques. L’étude des morphologies de craquelures est une technique non invasive qui a permis de distinguer, dans une série de tableaux de Georges de la Tour, les originaux des copies [1]  : les réseaux de craquelures dans les copies présentaient des morphologies très différentes de celles des originaux.
Ludovic PAUCHARD/CNRS Photothèque. Les systèmes modèles et la caractérisation mécanique Une craquelure se forme dans un matériau sous contraintes mécaniques, à partir d’un défaut. On peut noter qu’une modification de l’organisation des pigments au cours du vieillissement peut être à l’origine de défauts qui seront ainsi le point de départ de futures craquelures. La propagation d’une craquelure permet de relaxer les contraintes en son voisinage. Une fois la craquelure initiée, sa propagation nécessite de l’énergie élastique. Cette énergie est proportionnelle au volume de matière contraint et donc à l’épaisseur de la couche fracturée. Ainsi, pour des épaisseurs de couches inférieures à une épaisseur critique h c (de l’ordre de quelques micromètres), aucune craquelure ne se forme du fait du déficit d’énergie élastique nécessaire à sa propagation. Outre l’épaisseur, il faut prendre en compte les propriétés mécaniques du matériau afin de déterminer son comportement sous contraintes. Comportement macroscopique Figures de craquelures induites par séchage d’une couche de particules colloïdales. Les craquelures forment des polygones plus ou moins réguliers, qui se décollent ensuite partiellement. Les disques sombres à l’intérieur de chaque polygone correspondent aux régions d’adhésion entre la couche et le substrat. Ces disques sont entourés de franges d’interférence caractérisant la courbure des polygones décollés (largeur de l’image 100 μm). L’intérêt est de modéliser expérimentalement les morphologies de craquelures dans des systèmes modèles afin de reproduire les craquelures dans les couches picturales. Pour mieux comprendre les mécanismes de fracturation, nous les avons modélisés par des systèmes dont on peut contrôler les propriétés mécaniques. Ces systèmes sont des suspensions aqueuses de nanoparticules déposées en couche mince (une seule couche) sur un substrat indéformable et non poreux (une lame de verre). Un exemple est montré sur la photo ci-dessus. Ces suspensions sont constituées d’un mélange de nanoparticules dures et molles (déformables). En modifiant la fraction volumique en particules molles, on peut obtenir un matériau qui, en séchant, deviendra plus ou moins fragile ou ductile. Le caractère fragile/ductile dépend du domaine dans lequel a lieu la fracturation du matériau. Ainsi, comme représenté sur la figure 1a, une rupture dans le domaine élastique (partie linéaire de la courbe contrainte–déformation où les déformations sont réversibles) est caractéristique d’un matériau fragile, tandis qu’une rupture dans le domaine plastique (domaine où les déformations sont irréversibles) est la signature d’un matériau ductile. Dans un matériau fragile, la propagation de la craquelure est généralement rapide et n’implique aucun mécanisme d’endommagement ; le matériau est indemne juste avant la rupture. Dans une peinture, cette dernière est généralement causée par une rupture en chaîne des molécules sans glissement entre elles. Les surfaces de la craquelure sont nettes. Au contraire, dans un matériau ductile la rupture est plus lente, les surfaces de la craquelure sont accidentées et ne se recollent pas après rupture. Des mesures de micro-indentation permettent d’appuyer sur le matériau avec une pointe (ici sphérique) et de suivre la profondeur d’enfoncement de cette pointe avec le temps. Il est aussi possible d’appliquer une force croissante et de suivre la déformation induite dans la matière. Dans le domaine élastique, la courbe obtenue peut être ajustée grâce à un modèle théorique décrivant le contact entre une pointe et un matériau (modèle de Hertz). On peut alors en déduire le module élastique du matériau. Lorsque la courbe expérimentale s’écarte de cet ajustement théorique, le matériau devient plastique et il est alors possible d’identifier » > Reflets de la Physique n°63 33



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