Étude des mécanismes de déchloruration d'objets archéologiques ferreux d'origine sous-marine

par Florian Kergourlay

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Philippe Dillmann.

Le président du jury était Philippe Walter.

Le jury était composé de Philippe Dillmann, Delphine Neff, Solenn Reguer, Ivan Guillot, Philippe Refait.

Les rapporteurs étaient Pauline Martinetto, Laurent Gaillet.


  • Résumé

    La mise au jour du mobilier archéologique ferreux s'accompagne de dégradations si ce dernier n'est pas rapidement stocké en atmosphère inerte ou traité. Dans le cas des objets provenant de fouilles sous-marines, la présence de produits de corrosion chlorurés instables au contact de l'air accélère les phénomènes de reprise de corrosion. Afin de limiter ces dégradations et de stabiliser l'objet, il est nécessaire d'extraire les ions chlorure piégés au sein du système de corrosion. Divers traitements de déchloruration ont été développés par les ateliers de conservation (immersion dans des solutions alcalines, polarisation cathodique, plasma d'hydrogène, fluide subcritique…). Ces traitements ont une efficacité certaine mais une meilleure compréhension des mécanismes de déchloruration (évolution des phases chlorurées durant le traitement, phénomènes de transport dans la couche, cinétiques d'extractions des chlorures…) permettrait de les optimiser (temps de traitement, fiabilité, reproductibilité…). Les objectifs de cette thèse sont multiples. En un premier temps la caractérisation fine du système de corrosion développé en milieu marin puis lors de son abandon à l'air a été réalisée à l'aide de techniques multi-échelles sur un corpus expérimental composé de lingots en fer forgé provenant de frégates gallo-romaines découvertes au large des Saintes-Maries-de-la-Mer (Bouches-du-Rhône, France) immergées durant 2000 ans. Il a notamment été mis en évidence que ce faciès de corrosion est principalement composé d'hydroxychlorure de fer (β-Fe2(OH)3Cl), phase chlorurée contenant près de 20% en masse de chlore. En un second temps l'évolution du système de corrosion développé en milieu marin a été suivi lors des étapes constituant un traitement de déchloruration : l'étape de traitement à proprement parlé qui consiste en la circulation d'une solution de NaOH aérée ou désaérée, l'étape de lavage puis l'étape de séchage. Ce second axe s'est déroulé en deux temps. Tout d'abord le suivi in situ de l'évolution de la couche de corrosion lors de l'étape de traitement a été réalisé sous rayonnement synchrotron par diffraction des rayons X. Puis le système de corrosion a été caractérisé à l'ssu des étapes de lavage et de séchage. Ainsi le comportement de la couche de corrosion a pu être appréhendée et une meilleure compréhension des mécanismes de déchloruration proposée. Les objectifs de cette étude sont d'une part de suivre in situ l'évolution du faciès de corrosion d'objets archéologiques lors d'un traitement en solution aérée d'hydroxyde de sodium (NaOH) et d'autre part de caractériser le faciès de corrosion après lavage et séchage de l'objet (…)

  • Titre traduit

    Study of dechlorination mechanisms of ferrous artefacts coming from archaeological marine site


  • Résumé

    The excavation of archaeological iron artefacts are accompanied by degradation if they are not readily stored in an inert atmosphere or treated. In the case of artifacts from underwater excavations, the presence of chlorinated volatile corrosion products on contact with air accelerates the recovery of corrosion phenomena. To limit this degradation and stabilize the object, it is necessary to remove chloride ions trapped in the corrosion pattern. Various dechlorination treatments have been developed by conservation workshops (immersion in alkaline solutions, cathodic polarization, hydrogen plasma, subcritical fluid ...). Despite a genuine efficiency, these treatments need to be optimized (processing time, reliability, reproducibility ...) by a better understanding of dechlorination mechanisms (structural evolution of corrosion pattern during treatment, transport phenomena in the layer, kinetics of extraction of chlorides ...). The objectives of this study are multiple. At first the detailed characterization of the corrosion pattern developed in the marine environment and then when it was abandoned in air was performed using multiscale techniques on an experimental corpus consists of wrought iron ingots from Gallo-Roman ships discoveries off the Saintes-Maries-de-la-Mer (Bouches-du-Rhone, France) submerged for over 2000 years. In particular it was shown that the corrosion pattern of an freshly excavated object is mainly composed of the ferrous hydroxychloride β-Fe2(OH)3Cl, chlorinated phase containing about 20 wt% chlorine. In a second time the evolution of the corrosion pattern was followed during the treatment steps constituting dechlorination: the step of processing, strictly speaking, which consists of the circulation of a NaOH solution aerated or deaerated, step then washing the drying step. The second axis was conducted in two stages. First, the in situ monitoring of the corrosion layer's evolution in the step of processing was carried out under synchrotron radiation by X-ray diffraction coupled to the determination of chloride ions in solution extracts. Then the corrosion pattern was characterized ex situ, elementarily and structurally, from the steps of washing and drying. The whole data allowed us firstly to refine processes structural evolution of the corrosion layer at each stage and also discuss models of chloride extraction proposed in the literature


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