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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
4
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)
UP Antony 25-05-19
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UP Antony 25-05-19
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
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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
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B
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B
B B
B
B
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BB
B
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BBBB
B
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B
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BBBB BBB
B
B B
BB B
BBB
B
B
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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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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
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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)
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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…
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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
37
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
UP Antony 25-05-19
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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
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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
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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
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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
UP Antony 25-05-19
45
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
UP Antony 25-05-19
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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
UP Antony 25-05-19
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
UP Antony 25-05-19
Inauguration 23/11/2017
UP Antony 25-05-19
UP Antony 25-05-19
58
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
UP Antony 25-05-19
59
Source: Meltwater
Couverture médiatique
200
150
100
50
0
UP Antony 25-05-19
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
UP Antony 25-05-19
61
MERCI POUR VOTRE ATTENTION
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