Les experts savent depuis longtemps qu'à mesure que les peintures à l'huile vieillissent, des savons peuvent se former dans la peinture, dégrader l'apparence des œuvres d'art. Le processus complique considérablement la préservation des peintures à l'huile et des manifestations culturelles, que les peintures elles-mêmes contribuent à préserver.

"Ces savons peuvent former des protubérances qui se développent dans la peinture et se brisent à travers la surface, créer une texture bosselée, " dit Silvia Centeno, membre du Département de la recherche scientifique du Metropolitan Museum of Art de New York (The Met). "Dans d'autres cas, les savons peuvent augmenter la transparence de la peinture, ou former un défigurant, croûte blanche sur le tableau."

Les scientifiques ne comprennent pas pourquoi les savons prennent des manifestations différentes, et pendant de nombreuses années, les mécanismes sous-jacents de la formation des savons sont restés un mystère.

"La rencontre, aux côtés de nos collègues d'autres institutions, essaie de comprendre pourquoi le processus a lieu, ce qui le déclenche, et s'il y a un moyen de l'empêcher, " a déclaré Centeno.

Les rayons X révèlent de nouveaux indices

Récemment, une collaboration scientifique menée par des chercheurs du Met, l'Université du Delaware, et le laboratoire national de Brookhaven du Département de l'énergie des États-Unis (DOE) a aidé à répondre à l'une de ces questions. En analysant un échantillon microscopique de La Crucifixion, une peinture à l'huile du XVe siècle de Jan Van Eyck, l'équipe de recherche a pu déterminer quels composants de la peinture étaient responsables de la formation de savons. Leurs conclusions ont été publiées dans Rapports scientifiques .

"Quand nous étudions les peintures au musée, nous essayons d'utiliser des techniques non invasives - des méthodes qui n'induisent pas de changements permanents dans l'œuvre d'art, " dit Centeno. " Cependant, dans certains cas, nous devons prélever un très petit échantillon pour analyse. Nous le prendrons dans des zones où il y a déjà une fissure ou une perte dans l'œuvre d'art. Tous les échantillons sont archivés afin que nous puissions revenir en arrière et les réutiliser, et dans ce cas, l'échantillon que nous avons étudié avait déjà été retiré de la peinture pour une autre étude lorsque nous avons réalisé qu'il s'agissait d'un bon exemple de formation de savon."

Afin d'étudier les minuscules caractéristiques chimiques de l'échantillon, les scientifiques avaient besoin des capacités avancées du microscope à rayons X sur la ligne de lumière 5-ID de la National Synchrotron Light Source II (NSLS-II), une installation utilisateur du DOE Office of Science au Brookhaven Lab. Cette ligne de lumière a la capacité unique d'imager la composition chimique de structures complexes, ce qui en fait l'outil parfait pour étudier de petits échantillons d'œuvres d'art.

"Parce que ces échantillons sont si petits, nous avions besoin de la résolution spatiale submicronique de la ligne de lumière 5-ID, et l'expertise du personnel de la ligne de lumière, " a déclaré Centeno.

En utilisant une technique de recherche appelée microscopie à fluorescence X, les scientifiques ont dirigé les rayons X ultra-lumineux du NSLS-II sur l'échantillon de peinture tout en déplaçant l'échantillon horizontalement et verticalement. Cela leur a permis de générer des cartes qui montrent comment les différents éléments sont répartis dans l'échantillon, et déterminer comment ces éléments se sont déplacés dans la peinture en raison de la détérioration. En outre, en utilisant une technique appelée spectroscopie d'absorption des rayons X, les scientifiques ont identifié la présence de composés chimiques qui étaient les produits de réactions de détérioration au sein de l'échantillon.

"Il a été proposé que les impuretés dans l'un des pigments qui sont généralement impliqués dans la formation du savon, appelé jaune d'étain de plomb type I, étaient responsables de la formation du savon, et nous avons trouvé que ce n'est pas le cas, " a déclaré Centeno. " Pendant que les impuretés peuvent réagir, ce sont les principaux composants de ce pigment - le pigment qui donne la couleur de la peinture - qui réagissent lors de la formation du savon. Les métaux lourds dans les pigments, comme le plomb jaune d'étain et autres, réagissent avec les acides gras dans le milieu liant l'huile pour former des savons. Cela fait que la peinture change de couleur et d'aspect, et ce qui était prévu par l'artiste."

Cette découverte est une étape importante vers une compréhension complète de la formation du savon, et développer une méthode pour préserver la couleur et la texture des peintures à l'huile.

"Ce fut un privilège de faire partie de cette collaboration, " a déclaré Karen Chen-Wiegart, un professeur adjoint à l'Université Stony Brook avec une nomination conjointe à NSLS-II. "C'est une occasion rare de pouvoir travailler avec un échantillon qui porte tant d'histoire. Lorsque notre personnel a vu que nous numérisions cet art en temps réel, tout le monde était tellement excité parce qu'ils ont vu que leurs outils pouvaient être utilisés pour étudier quelque chose qu'ils n'auraient jamais cru possible. C'était excitant à plusieurs niveaux pour nous tous ici à NSLS-II."

Alors que la présente étude se concentrait sur un type de pigment, la collaboration a l'intention d'étudier comment la formation de savon varie entre différents pigments, ainsi que les effets de la température, humidité, et la porosité de la peinture. Ils espèrent également utiliser un plus large éventail de techniques synchrotron au NSLS-II pour mieux comprendre le mécanisme de détérioration.