Datation par la méthode du radiocarbone de pigments et peintures anciennes à base de blanc de plomb

Radiocarbon dating of lead white pigment and lead white based paintings

• Auteur / Autrice : Cyrielle Messager
• Direction : Lucile Beck
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Météorologie, océanographie, physique de l'environnement
• Date : Soutenance le 17/11/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (1991-....)
• Jury : Président / Présidente : Christine Hatté
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ludovic Bellot-Gurlet, Dominique Genty, Anita Quiles, Jean-Marc Vallet, Laurence de Viguerie
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ludovic Bellot-Gurlet, Dominique Genty

Mots clés

Mots clés contrôlés

Patrimoine culturel

Céruse

Datation -- Méthode du carbone 14

Mots clés libres

Sma

Patrimoire culturel

Blanc de plomb

Chimie

Peinture

Carbone 14

Radiocarbon

Painting

Lead white

Cultural heritage

Ams

Chemistry

Résumé

La datation par la méthode du radiocarbone fait partie des méthodes d’analyse utilisées en archéologie et histoire de l’art pour déterminer l’âge d’un objet constitué de matériaux issus d’organismes vivants. Aujourd’hui, dans le domaine des arts, et en particulier dans celui de la peinture, les constituants d’une œuvre peinte accessibles à cette technique sont les supports en bois, en toile ou papier et, depuis peu, les liants d’origine végétale ou animale. Cependant, le résultat provenant des supports ne reflète pas toujours la date de réalisation de l’œuvre en raison du réemploi habituel de ces matériaux. Le liant n’est, quant à lui, pas toujours organique ni présent en quantité suffisante. Trouver d’autres matériaux du peintre datables par 14C est donc d’importance pour authentifier une œuvre picturale. À l’exception du noir de carbone issu du charbon de bois ou d’os, la plupart des autres constituants des couches de peintures semblent inappropriés car il s’agit, généralement, de pigments inorganiques extraits de minerais naturels et dépourvus en 14C.Le blanc de plomb est un pigment qui a été très largement utilisé de l’Antiquité jusqu’au tout début du 20ème siècle. L’étude des mécanismes de sa synthèse a récemment mis en évidence le rôle du dioxyde de carbone dans la formation des deux carbonates de plomb (cérusite et hydrocérusite) qui le compose. Ainsi, l’incorporation de carbone lors de la production du blanc de plomb fait de lui un potentiel candidat pour la datation radiocarbone et pour l’authentification des œuvres peintes.Ce travail de thèse a consisté à mettre en place les protocoles expérimentaux pour la mesure des isotopes du carbone (13C et 14C) dans les pigments et peintures à base de blanc de plomb afin de tester cette hypothèse. Un protocole d’extraction du carbone des carbonates de plomb a été développé et adapté à la nature et à la complexité des matériaux étudiés, pigment brut ou chargé et peinture. L’étude s’appuie sur les propriétés de décomposition thermique des carbonates de plomb et permet de déterminer les meilleures conditions d’extraction du carbone. La méthode a ensuite été éprouvée et validée sur un large panel d’échantillons modèles et d’échantillons historiques d’âge connu. De plus, les données isotopiques du carbone ont été mises en relation avec les recettes historiques et ont permis de discriminer les différents procédés de production du blanc de plomb.Cette thèse a permis de démontrer que le blanc de plomb est un pigment inorganique datable par la méthode du radiocarbone : la mesure 14C fournit alors sa date de fabrication. La démarche et les protocoles présentés pour cette étude pourraient également être adaptés à d’autres pigments inorganiques de peinture contenant du carbone organique, augmentant ainsi le nombre de matériaux disponibles pour la datation et l’authentification du patrimoine pictural.

Radiocarbon dating is one of the analytical methods used in archaeology and art history to determine the age of an object made up of materials from living organisms. Today, in the field of the arts, and particularly for paintings, the supports in wood, canvas or paper, and recently the binders of plant and animal origin are the only constituents of painted works accessible to this technique. However, the results coming from the supports do not always reflect the date of creation of the artwork because of the common reuse of these materials. In addition, the binder is not always organic or present in sufficient quantities. Finding other materials that can be dated by 14C is therefore important to authenticate a painting. Except black carbon made from charcoal or bone, most of the others constituents of the paint layers are not appropriate because they are generally inorganic pigments, extracted from natural ores and depleted in 14C.Lead white is a synthesized inorganic pigment, widely used from Antiquity to the very beginning of the 20th century. The study of the mechanism of its synthesis has recently highlighted the role of carbon dioxide in the formation of cerussite and hydrocerussite, the two lead carbonates that compose this pigment. Thus, by considering the incorporation of carbon during the synthesis, lead white seems to be a potential candidate for radiocarbon dating and for the authentication of painted artworks.This thesis work consisted in setting up experimental protocols based on the measurement of carbon isotopes (13C and 14C) in lead white based pigments and paints in order to test this hypothesis. A protocol for the extraction of carbon from lead carbonates was developed and adapted to the nature and complexity of the materials studied, raw or filled pigment and paint. The study is based on the thermal decomposition properties of lead carbonates and allows to determine the best conditions for carbon extraction. This method was then tested and validated on a large panel of model samples and historical samples of know age. In addition, the carbon isotopic data were related to the historical recipes and made it possible to discriminate between the different lead white production processes.This thesis demonstrates that lead white is an inorganic pigment that can be radiocarbon dated. The 14C measurement provides information on the date of its manufacture. The approach and protocols presented for this study could also be adapted to other inorganic paint pigments containing organic carbon, thus increasing the number of available materials for dating and authenticating pictorial works of art.