Les secrets des artistes du 17ème siècle peuvent maintenant être révélés, grâce au traitement du signal du 21e siècle. En utilisant des scanners modernes à grande vitesse et les techniques avancées de traitement du signal, des chercheurs du Georgia Institute of Technology examinent les couches de pigments pour voir comment les peintres ont préparé leurs toiles, sous-couches appliquées, et construit couche sur couche de peinture pour produire leurs chefs-d'œuvre.

Les images qu'ils produisent à l'aide des scanners térahertz et de la technique de traitement - qui a été principalement développée pour l'exploration pétrolière - offrent un regard inédit sur la façon dont les artistes ont fait leur travail il y a trois siècles. Le niveau de détail produit par cette technique de réflectométrie térahertz pourrait aider les restaurateurs d'art à repérer les restaurations précédentes de peintures, mettre en évidence les dommages potentiels - et aider à authentifier les œuvres anciennes.

Au-delà de l'art ancien, la technique non destructive a également des applications potentielles pour la détection du cancer de la peau, assurer une bonne adhérence des revêtements d'aubes de turbine et mesurer l'épaisseur des peintures automobiles. L'étude a été publiée le 8 novembre dans la revue Rapports scientifiques .

"Cette technique nous permet de voir en haute résolution ce qu'il y a sous la surface d'un tableau, évaluer en profondeur quel type de technique a été utilisé, et pour déterminer quels défauts peuvent être présents, " dit Alexandre Locquet, professeur associé à l'École d'ingénierie électrique et informatique de Georgia Tech et chercheur au laboratoire international Georgia Tech-CNRS de Metz, La France. "En utilisant ça, nous pouvons obtenir des informations que les historiens de l'art n'avaient pas auparavant, et nous pouvons fournir des informations qui peuvent être utiles à la conservation et à la restauration de ces vieilles peintures."

Les chercheurs ont étudié le tableau "Madonna in Preghiera" de l'atelier de Giovanni Battista Salvi da Sassoferrato, qui a été prêté par le Musée de la Cour d'Or, Metz Métropole, La France. L'examen a commencé en plaçant l'œuvre d'art face vers le bas sur un dispositif à portique conçu pour soutenir la toile sans s'affaisser.

À l'aide d'un scanner térahertz commercial, la peinture a ensuite été examinée environ tous les 200 microns par des impulsions de rayonnement térahertz. Le scanner se compose d'un générateur d'ondes électromagnétiques, qui émet des signaux qui ont pénétré à travers les couches successives de la peinture.

Des parties du faisceau réfléchies par la peinture, produisant des signaux à partir de chaque couche lorsque le scanner se déplaçait sur la peinture dans un motif de trame similaire à celui utilisé pour créer des images de télévision.

Un ordinateur utilisant une technique de traitement du signal connue sous le nom de déconvolution temporelle basée sur la parcimonie a ensuite traité les données, séparer les signaux réfléchis par chaque couche pour construire une carte tridimensionnelle de l'image. Le support en toile, sol, imprimatura, sous-couche, des couches picturales et de vernis ont été identifiées, ainsi qu'une restauration du vernis jusqu'alors inconnue.

"Notre technique est similaire à la façon dont la sismologie peut être utilisée pour identifier les différentes couches de roche dans le sol, " a déclaré David Citrin, professeur à la Georgia Tech School of Electrical and Computer Engineering. "Dans ce cas, les sismologues envoient une impulsion acoustique puis mesurent les échos qui en résultent. D'une manière similaire, nous utilisons une impulsion de rayonnement électromagnétique à une fréquence d'environ un térahertz puis regardons les réflexions sur les différentes couches, une science connue sous le nom de stratigraphie."

Sans le traitement du signal, les chercheurs pourraient n'être en mesure d'identifier que des couches de 100 à 150 microns d'épaisseur. Mais en utilisant le traitement avancé, ils peuvent distinguer des couches d'à peine 20 microns d'épaisseur. Les peintures réalisées avant le 18ème siècle ont été difficiles à étudier car leurs couches de peinture ont tendance à être fines, dit Citrin. Les pigments individuels ne peuvent pas être résolus par la technique, bien que les chercheurs espèrent pouvoir obtenir cette information à l'avenir.

"C'est vraiment très important, parce que pendant des années, les gens ont essayé d'utiliser des données brutes, mais on ne peut vraiment pas y voir grand chose sans traiter les signaux, " at-il dit. " Il faut coupler les signaux térahertz avec le traitement du signal pour vraiment faire la différence. "

Rayonnement térahertz, également connu sous le nom de rayonnement submillimétrique, fonctionne à des fréquences extrêmement élevées. Il peut facilement pénétrer les couches de peinture, bien qu'il puisse être bloqué par des pigments conducteurs tels que le noir de carbone. La technique d'imagerie térahertz peut compléter les techniques d'analyse d'art conventionnelles telles que les rayons X, imagerie par résonance magnétique nucléaire, et l'imagerie optique.

L'équipe de recherche, qui comprenait l'étudiant diplômé Junliang Dong et son collaborateur Marcello Melis, a également étudié d'autres peintures, et prévoit d'imager une petite partie d'une peinture sur panneau de bois du XIIe siècle. Ce travail sera difficile car la peinture est mince et la surface du bois endommagée.

Citrin pense que l'étude est la première à détecter des couches de peinture individuelles dans une œuvre d'art d'avant le XVIIIe siècle.

« Différentes techniques fournissent des informations différentes qui pourraient être utiles aux restaurateurs et historiens de l'art, " at-il dit. " Terahertz nous donne la capacité combinée d'imager un objet de grande taille relativement rapidement et à moindre coût. Nous avons montré que vous n'avez pas besoin d'un système sophistiqué pour extraire des informations utiles."

Au-delà des peintures, Le groupe de recherche de Citrin a également imagé une pièce byzantine à travers une épaisse couche d'oxydation, et tente de lire une inscription dans une croix funéraire médiévale en plomb également masquée par une couche d'oxyde. Ils collaborent également avec un groupe de recherche à Hong Kong pour utiliser la technique de caractérisation des couches de la peau pour la détection du cancer de la peau et avec un autre groupe pour mesurer les dommages dans les matériaux composites.

« L'imagerie térahertz est encore un domaine émergent qui doit trouver ses meilleures applications, " dit Locquet. " Nous espérons y contribuer, et sont heureux d'appliquer la science et l'ingénierie pour soutenir les sciences humaines. »