Un balayage par microtomographie à rayons X d'un échantillon de peinture (à gauche) montre une distribution aléatoire des composants dans un échantillon de peinture, et une vue agrandie par une technique connue sous le nom de résonance photothermique induite (à droite) révèle que les carboxylates de zinc, connu sous le nom de savons, ne sont pas répartis uniformément mais sont mélangés avec du stéarate d'aluminium (jaune). Un type de savon de zinc, appelé stéarate de zinc, se forme également en amas de nanoparticules (rouge) près de l'amas de stéarate d'aluminium. Les barres d'échelle sont en microns, ou des millionièmes de mètre. Crédit :NIST, Laboratoire de Berkeley
Regarder la peinture sécher peut sembler un passe-temps ennuyeux, mais comprendre ce qui se passe après le séchage de la peinture peut être essentiel pour préserver de précieuses œuvres d'art.
La formation de savons métalliques dans les œuvres d'art composées de peintures à l'huile peut provoquer une « acné de l'art » – y compris des boutons et une détérioration plus grave – ce qui constitue un défi urgent pour la conservation de l'art dans le monde entier.
Cela affecte les œuvres de Georgia O'Keefe, Vincent Van Gogh, Francisco de Goya, et Jackson Pollock, parmi beaucoup d'autres, et les chercheurs n'ont pas encore trouvé de bonne solution pour arrêter ses effets.
Pour en savoir plus sur les processus chimiques impliqués dans le vieillissement des peintures à l'huile dans des détails microscopiques et nanométriques, une équipe internationale dirigée par des chercheurs de la National Gallery of Art et du National Institute of Standards and Technology (NIST) a mené une série d'études qui comprenaient l'imagerie par rayons X en 3D d'un échantillon de peinture à la source lumineuse avancée (ALS), un synchrotron au Laboratoire national Lawrence Berkeley du Département de l'énergie (Berkeley Lab) .
"On estime que 70 pour cent des peintures à l'huile pourraient déjà avoir ou auront ces problèmes de savon métallique, " dit Xiao Ma, Charles E. Culpeper Fellow à la National Gallery of Art qui était l'auteur principal de l'étude de l'équipe, publié dans la revue Angewandte Chemie Édition Internationale .
"Dans nos collections, nous voyons des savons dans les peintures - je dirais que ce n'est pas rare, " a-t-il noté. " Ils pourraient ne pas déjà apparaître à la surface, mais existent au 'sol, ' ou des couches d'amorçage."
La même chimie dommageable, que des études antérieures ont attribuées au mélange d'acides gras avec des ions métalliques présents dans les pigments de peinture, y compris le plomb, zinc, le cuivre, cadmium, et manganèse, a été trouvé dans certains revêtements organiques, trop, tels que ceux utilisés pour les sculptures en bronze et dans l'industrie, Maman a noté.
La dernière étude a porté sur une peinture appelée « Soft Titanium White » qui a été peinte sur une toile en 1995 par un fabricant de peinture. En plus du dioxyde de titane (TiO
L'étude a révélé que des grappes d'un composé appelé stéarate d'aluminium sont réparties de manière aléatoire dans la peinture, et que les carboxylates de zinc, connu sous le nom de savons, s'entremêlent en eux. L'analyse à haute résolution spatiale a montré qu'une sorte de savon de zinc, stéarate de zinc, agrégats à proximité de ces clusters.
Et tandis que l'échantillon de peinture n'a pas encore montré de détérioration physique, les chercheurs ont découvert des signes indiquant que la fragmentation et l'écaillage (écaillage) de la peinture pourraient éventuellement se produire si les savons de zinc devenaient plus concentrés et localisés dans la peinture au fil du temps.
"Nous essayons de maîtriser les tout premiers processus pour comprendre où les savons pourraient se former et où ils pourraient se déplacer - s'ils se déplacent, " a déclaré Barbara Berrie, qui dirige le département de recherche scientifique à la National Gallery of Art et a été co-responsable de l'étude. "Nous voulons nous assurer de comprendre ce qui se passe dans les peintures plus contemporaines afin que ces œuvres soient là pour l'avenir."
L'étude pourrait avoir des implications plus larges pour développer de meilleures méthodes de conservation basées sur la chimie observée dans les peintures à l'huile, elle a dit. "Je peux voir que cela peut être appliqué de manière générale aux problèmes de conservation et de traitement de toutes sortes d'œuvres d'art, " elle a dit.
Une toile avec des échantillons de peinture qui sont étudiés en détail pour en savoir plus sur les changements chimiques à mesure que les échantillons vieillissent. Crédit :Galerie nationale d'art
Dula Parkinson, un scientifique de l'ALS qui a participé à l'étude, dit que les rayons X ont révélé la taille, forme, et la distribution de minuscules taches ressemblant à des bulles dans un échantillon de peinture mesurant à peine quelques millimètres de diamètre.
"Ils voulaient comprendre la chimie de base et les processus de base de ce qui se passait, " dit-il. " Ces structures qu'ils voient sont vraiment communes dans beaucoup de peintures, et donc ils essaient de voir pourquoi ces structures sont ici. en utilisant une technique appelée microtomographie à rayons X, cartographié des épaisseurs variées dans la peinture et a révélé des fissures microscopiques.
La microtomographie à l'ALS a également été utilisée pour fournir des vues microscopiques d'un large éventail d'échantillons, des tiges des plantes aux boucliers thermiques des engins spatiaux.
Outre l'exploration aux rayons X d'un échantillon de peinture à l'échelle microscopique, l'équipe a également utilisé une technique connue sous le nom de résonance photothermique induite (PTIR) qui a dépassé les limites de grossissement des microscopes conventionnels basés sur la lumière. Le PTIR couple des lasers infrarouges (IR) avec un microscope à force atomique pour fournir une fenêtre à l'échelle nanométrique dans la chimie de la peinture à une échelle beaucoup plus petite que ce qui est réalisable avec les microscopes IR conventionnels.
Une autre technique, appelée microspectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), a fourni une vue plus large de la composition chimique à travers différentes couches d'échantillons de peinture.
Andrea Centrone, un chef de projet pour le Nanoscale Spectroscopy Group au NIST qui a codirigé l'étude avec Berrie, a noté que la technique PTIR fournit une cartographie chimique avec une résolution similaire à celle de la microscopie à force atomique, qui offre un balayage de l'échantillon via un processus similaire à celui de l'aiguille d'un tourne-disque se déplaçant sur une surface et la cartographiant.
Pendant que la pointe balaye l'échantillon, les impulsions infrarouges sont absorbées localement et l'échantillon s'échauffe et se dilate rapidement. Cela « donne un coup de pied » à la pointe comme un diapason frappé et fournit des informations chimiquement spécifiques sur l'échantillon.
L'échantillon de peinture avait un aspect très rugueux, surface collante difficile à cartographier chimiquement, Centrone a donc travaillé avec des collaborateurs du NIST pour adapter la technique afin que la pointe de balayage oscille au-dessus de la surface de l'échantillon, le toucher doucement au lieu de le traîner dessus, permettant la capture de données à haute résolution.
"Nous sommes capables de capturer de très petits détails jusqu'à 10 ou 20 nanomètres, " ou des milliardièmes de mètre, dit Centrone. "Nous avons pu détecter quel type de savon métallique s'était formé dans les échantillons de peinture."
L'étude note que les mêmes techniques qui ont été utilisées en combinaison pour explorer la chimie de la peinture pourraient être appliquées plus largement dans d'autres domaines où les échantillons sont difficiles car leur chimie n'est pas uniforme, et une connaissance approfondie de la chimie à différentes échelles est requise, comme dans la biomédecine et le stockage d'énergie.
Berrie a déclaré qu'elle attend avec impatience de futures études qui appliquent les mêmes techniques pour explorer différents types et couches de peinture et d'autres problèmes pour la préservation des œuvres d'art.
"Nous espérons que nous pourrons comparer et contraster différentes combinaisons d'interactions huile-pigment, " a-t-elle déclaré. " Nous pourrons explorer une partie de la chimie sous-jacente des peintures dont nous ne savons toujours pas grand-chose, " pour donner un aperçu de la préservation de l'art, trop. "Et, nous essayons d'aider à éclairer l'éventail de choix dont disposent les restaurateurs d'art."
