Sonder l’intimité des objets du passé grâce à de

Didier GOURIER

Institut de Recherche de Chimie-Paris (IRCP)

et

Centre de Recherche et de Restauration des Musées de France (C2RMF)1

Sonder l’intimité des objets du passé grâce à l’accélérateur de particules du Louvre AGLAE

UP Antony 25-05-19

Centre de Recherche et de Restauration des Musées de France

UP Antony 25-05-19

Centre de Recherche et de Restauration des Musées de France

UP Antony 25-05-19

Le C2RMF : 4 départements

Recherche

Restauration

Conservation

préventive

Documentation ,

archives et nouvelles

technologies de

l’information

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UP Antony 25-05-19

Quelques questions posées aux sciences du patrimoine

– Comment l’objet a été réalisé ?

– D’où viennent les matériaux d’origine ?

– Comprendre la dégradation pour pouvoir la stopper

– De quand date l’objet ?

– Détecter les faux

Tête bleue Egyptienne, ©Musée du Louvre. UP Antony 25-05-19

Sainte Anne, Léonard de Vinci (1510)

Musée du Louvre, Paris, France

©C2RMF

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Accélérateur Grand Louvre d’Analyse Elémentaire (AGLAE)

Sources

Accélérateur

Ligne haute énergie

Analyse

“Premier” AGLAE (état en 2016)

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8

Les particules accélérées à AGLAE

Proton

+

++

Proton Neutron

Particule a

+

Deuton

Vitesse = 24 000 km/s

Vitesse = 17 000 km/s

Vitesse = 19 600 km/s

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Structure de la matière

Armure d’Anne de Montmorency

16ème siècle

Atomes

UP Antony 25-05-19

Taille de l’atome

~ 1 / 10 000 000e mm

Electron

< noyau / 10 000

Quarks

< proton / 1000

Proton, neutron

~ noyau / 10

Noyau

~ atome / 10 000

Réaction avec les

électrons: PIXE

Réaction nucléaire:

PIGE

Détecteur de

rayons X

Ce qui se passe sous l’impact des particules

Détecteur de

rayons g

Détecteur de particules

Répulsion des particules:

RBS

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11

Nouveau « nez » d’AGLAE

11

11

1 Détecteurs X haute énergie

2

2 Détecteur X basse énergie

5

5 Détecteur gamma

7

7 Camera de visualisation

6

6 Détecteur RBS

4

4 Détecteur de dose

3

3 Fibre optique pour détection IBIL

UP Antony 25-05-19

12

12

Déesse mère Mésopotamienne

Découverte en 1863 dans une tombe près de Babylone

Datée de la période Parthe (3ème siècle avant JC)

Thomas Calligaro, C2RMF

Exemple simple d’application: les yeux d’Ishtar

Nature des yeux:

-Verre coloré ?

- Grenat ?

- Rubis ?

Région d’origine ?

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Emission rayons-X de l’œil d’Ishtar

Elements majeurs: Al, O

Elements traces: Cr, V, Ti, Fe

X-ray energy (keV)

counts

1

10

100

1000

10000

1e5

0 5 10 15 20 25

high energy X-ray detector spectrum

low energy X-ray detector spectrum

OK

AlK

TiK

VK

CrK

FeK

GaK Al2O3:Cr3+

Rubis

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15

Yeux d’Ishtar

Iron(ppm)

Ch

rom

ium

(p

pm

) T TTTT

TT

TT

TT

T

TTT

V

V

VV

V

VV

V

V

VV

KK

KK

KK

MM

MM

MM

MM

MM

MM

MM

MM

M M

MM

BB

B

BB

B

B

B

BBB

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

BB

B

BBB

B

B

B

BB

B

BBB

BB

B

BB

BB

BB

B

BBB B

B

BBB

BBB

BBB BBB

B

BB B BBB

BB

B

BB

B

B

B

BB

B

B

B

B

B

B B

B

B

B B

BB

B

BB

BB B

BBBB

B

B

BBB

BBBB

B

B

B

B

BBBB BBB

B

B B

BB B

BBB

B

B

B

BBBB B B

BBB

BB

B

BBBBB B

BB

B

B BBB

BB

BBB

B

B

B

BBBBB B

B BB

BBB

B

B

B

BB

B

B

B

B

B

B

A

A

AA

A

A A

A

AA

A

A AAB

BB

T

T

TC CCVV

V

SS

S

MMM

I

I

II

II

I

II

III

BB

BB

B

B

B

B

BB

B

B

B

B

B

B

B

X XX

XB

XX

XX

S

SSSSS

SS

SS

SS

S

S

SS

S

S

SS

SS

SSS

SS

S SS

S

S

S SS

S

S

SS

SS

S

S

S

SS

S

S

S

S

S

SS

S

SSS

S

S

S

S

SS

B

T

10

100

1000

10000

10 100 1000 10000

Statuette of Ishtar

group IBurmaVietnam A

group IIAfghanistanSriLankaVietnam B

group IIIThailandCambodiaKenyaMadagascarIndia

Origine des rubis

Fer (ppm))

Chro

me

(pp

m))

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UP Antony 25-05-19

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NéanderthalHomme de

Heidelberg Homo sapiens

Exemple plus compliqué:

Provenance d’objets en ivoire de mammouth des Aurignaciens

Aurignacien

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Sites archéologiques aurignaciens avec objets en ivoire de mammouth

Reiche et al. (2018) Angew. Chem. Int. Ed. UP Antony 25-05-19

Comparaison des teneurs en SrO, ZnO and Br des ivoires Aurignaciens

Teneur en zinc Zn

Des marqueurs chimiques de la provenance

Reiche et al. (2018) Angew. Chem. Int. Ed. UP Antony 25-05-19

Ten

eur

en f

luo

r F

%

Rapport magnesium / calcium (Mg / Ca)

20

Mammouths vivants

Accumulation locale

d’ossements

Ivoire sub-fossile

Large étendue

d’approvisionnement

1) Groupes migrants (objets travaillés)

2) Ivoire sub-fossile(non travaillé)

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Exemple encore plus compliqué:

Circuits “commerciaux” durant le Néolithique

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Perles en variscite au NéolithiqueG. Querré, Th. Calligaro, S. Cassen, S. Domínguez-Bella

Tumulus St Michel Carnac

5ème millénaire avant JC

1ère fouille en 1862?

??

?

UP Antony 25-05-19

Determination des

caractéristiques

géochimiques des gisements

de variscitePANNECE

OUI

VARISCITE

V~50%; Cr~25%; Fe~25%

Diagramme V-Cr-Fe

40% < Fe < 100%

1,6 < Cr/V < 8

PALAZUELOS

SAN VINCENTE

OUINON

NON

U > 200 ppm; Zn > 100 ppm

Fe < 2%; Zr < 10 ppmEL BOSTAL

OUI

Diagrammes U-Zn-Fe-Zr

NON

Si > 2%

Ca > 4000 ppm

Mg > 2000 ppm

As < 500 ppmENCINASOLA

GAVA

OUI

Diagrammes Si-Ca-Mg-As

NON

UP Antony 25-05-19

G. Querré, Th. Calligaro, et al.

5.000 – 4.800 av. JC. 4.700 – 4.300 av. JC.

4.300 – 4.000 av. JC 4.000 – 3.300 av. JC

“Commerce” de la

variscite au néolithique

G. Querré, Th. Calligaro,

S. Cassen, S. Domínguez-Bella

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Imagerie chimique

-→ Réalisation de cartographies chimiques.

Translation mécanique

500 µm

Déflexion

magnétique

Saut mécanique

UP Antony 25-05-19

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Exemple d’imagerie

Vitraux - Cathédrale de Chartres– XIIe-XIIIe s.

Claudine Loisel - LRMH

6 c

m

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Ca Fe Pb

Images PIXE (émission rayons-X)

UP Antony 25-05-19

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Plomb, rétrodiffusion des particules

(RBS)

Plomb, rayons-X (PIXE)

Vitraux - Cathédrale de Chartres– XIIe-XIIIe s.

Images émissions rayons-X

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Authentification d’objets de musées

Pièces acquises par le musée du

Louvre après 1922Toutânkhamon

Règne 1335 -1327 avJCUP Antony 25-05-19

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La « tête de harpe » en bois

Attribuée au règne d’Amenhotep IV

(vers 1353-1338 avant JC)

Musée du Louvre E 14255

Achetée en 1932

Datation par dendochronologie et 14C:

20ème siècle !

… mais…

UP Antony 25-05-19

Achetée en 1923 par le musée du Louvre

31La tête Egyptienne n verre bleu du musée du Louvre : la découverte d’un faux, par Isabelle BIRON et Geneviève Pierrat-Bonnefois,

L’actualité chimique - octobre-novembre 2007 - n° 312-313

La tête Egyptienne en verre bleu du Louvre:

Tête en verre bleu (9 cm)

Département des antiquités égyptiennes

Musée du Louvre, E 11658

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Un jeu de couleur typique de la 18ème dynastie

32

• Le style de la perruque

• Le style des lèvres

… mais quelques doutes…

Collier de perles de verre bleu

Fin de la 18ème dynastie, vers 1400-1300 avant JC

Musée du Louvre, AF 2631

Couleur bleu foncé: Co2+

Couleur bleu clair: Cu2+

Un style typique de la fin de la 18ème dynastie

• sous Amenhotep III (~1391-1353 avant JC)

ou

• sous Toutânkhamon (~1336-1327)

UP Antony 25-05-19

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Comparaison avec les verres

de la 18ème dynastie:

- Verres de silicates sodo-calciques (Na et Ca)

- Na provient de cendres végétales (présence de Mg, K, S et P)

- Opacifiants: petits cristaux d’antimoniate de calcium Ca2Sb2O7

- Couleur bleu foncé due au cobalt Co (+ impuretés Mn, Ni et Zn)

- Couleur bleu turquoise due au cuivre (Cu)

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UP Antony 25-05-19

Détection des rayons X et gamma

- Verre sodo-calcique

- Bleu dû au cobalt Co

- Présence de F → vieillissement à l’acide fluorhydrique

→ Aspect rugueux et mat (19ème siècle)

- Absence de S et P → Le sodium n’est pas de source végétale

- Co associé à Al et Ni → Source de cobalt différente de celle des

verres de la 18ème dynastie (oasis de Kharga et d’Akhla)

- Forte teneur en Pb (28-29%) et As (4-6%)

→ Opacifiant à base d’arséniate de plomb

(inventé à Venise au 17ème siècle)

36

Authentification des crânes « Aztèques » en quartz

12ème siècle - 1521

« Crâne du destin »

Mitchell EdgesUP Antony 25-05-19

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Crâne du B.M.

Crâne « Max »

Crâne « Sha Na Ra »

Crâne « du destin » ou

de Mitchell Edges

Crâne de la S.I.

Musée National

d’Anthropologie

de Mexico

Musée du Louvre

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Mictecacihuatldéesse de la mort

Authentification du crâne « Aztèque » en quartz(Musée du Quai Branly)

Calligaro et all. Appl. Phys. A (2009) 94, 871

UP Antony 25-05-19

Crâne en quartz (NI 71.1878.1.57)

Statuette anthropomorphe

(NI 71.1878.1.217)

11,3

cm

10,9 cm UP Antony 25-05-19

Traces d’outils (d’usure): doute sur son origine

Il faut dater l’objet

UP Antony 25-05-19

Co

uch

e d

’ea

u H

environnement

Sol humide, air, …

Crâne en

quartz SiO2

Processus d’hydratation de la surface du quartz

Les atomes d’hydrogène diffusent très lentement dans le

quartz : ~ moins de 1 micron / siècle

2 O

Surface

UP Antony 25-05-19

Faisceau incident : Noyaux d’Hélium

• La vitesse des protons éjectés dépend de leur profondeur

Particule a incidente

Hydrogène

q q

Principe de la technique ERDA

Elastic Recoil Detection Analysis

UP Antony 25-05-19

43

UP Antony 25-05-19

44

Profils de diffusion de

l’hydrogène

Résultats ERDA

Chandelier 1740

Chateau Sans Souci

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

µm

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

H

Référence : pendant de chandelier

Crane de cristal

Musée de Quai Branly

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

µm

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

H

Crâne en quartz (NI 71.1878.1.57)

Âge 1740

Résultats ERDAMasque mexique

Musée du Quai Branly

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

µm

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

H

Tête anthropomorphe

(NI 71.1878.1.217)

Âge entre 1439 et 1580

Âge 1858 ±10

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Crâne du B.M.

Crâne « Max »

Crâne « Sha Na Ra »

Crâne « du destin » ou

de Mitchell Edges

Crâne de la S.I.

Musée National

d’Anthropologie

de Mexico

Musée du Louvre

Faux avérés

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Les défauts de l’ancien AGLAE

- Impossibilité d’étudier des œuvres « fragiles »

- Fonctionnement « manuel » (6 h par jour)

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Projet « Nouvel-AGLAE »

2012 - 2019

- Etude des œuvres « fragiles »

- Analyses par réactions nucléaires (NRA)

- Fonctionnement 24h/24

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Etat jusqu’en juillet 2016

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Nouvel AGLAE novembre 2017

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Démantèlement AGLAE: état fin septembre 2016

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Travaux de la salle: octobre 2016-mars 2017 Montage de la ligne: avril-septembre 2017

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Accélérateur en cours de modification

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©C2RMF Jean-Louis Bellec

Système de stabilisation du faisceau de particules

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©C2RMF Vanessa Fournier

Le « nez » d’AGLAE

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1ère analyse aux protons d’objets du trésor gallo-

romain de Bavay 21/11/2017

@ Christophe Hargoues / C2RMF / CNRS Photothèque

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Inauguration 23/11/2017

UP Antony 25-05-19

UP Antony 25-05-19

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Période octobre 2017 – janvier 2018

No

mb

re d

’art

icle

s

267

3812

30

Octobre 2017 Janvier 2018

Source: Meltwater

300

250

200

150

100

50

0

Couverture médiatique

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59

Source: Meltwater

Couverture médiatique

200

150

100

50

0

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60

Un grand merci à

Ina Reiche

Michel Menu

Thomas Calligaro

Isabelle Biron

Anne Bouquilon

Philippe Walter

Claire Pacheco

Laurent Pichon

Brice Moignard

Quentin Lemasson

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61

MERCI POUR VOTRE ATTENTION

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