Caractérisation de pigments sur des peintures de chevalet par méthodes optiques non-invasives

Pigments characterization on easel paintings using non-invasive optical methods

• Auteur / Autrice : Anita Hayem
• Direction : Nancy Brodie-Linder
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie - Cergy
• Date : Soutenance le 14/04/2015
• Etablissement(s) : Cergy-Pontoise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie Biologique-LCB (Cergy-Pontoise, Val d'Oise) - Centre de recherche et de restauration des musées de France - Laboratoire de Chimie Biologique / LCB
• Jury : Président / Présidente : Maï Khong Nguyen-Verger
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nancy Brodie linder, Michel Menu, John Delaney
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christine Andraud, Delphine Neff

Mots clés

Mots clés libres

Pigment

Optique

Méthodes d'analyse non-Invasives

Spectrocolorimétrie

Imagerie hyperspectrale

Peinture

Pigment

Optics

Non-Invasive techiques

Spectrocolorimetry

Hyperspectral imaging

Painting

Résumé

Parmi les diverses techniques utilisées pour analyser les pigments sur les peintures de chevalet, l'étude s'intéresse aux techniques optiques, en particulier la spectrophotométrie, l'imagerie hyperspectrale, la photographie et la spectrométrie infrarouge. Toutes présentent l'intérêt d'être non invasives : sans contact, non-destructives et aucune ne nécessite de prélèvement sur les œuvres d'art.Une étude comparative des performances des différents appareils a dans un premier temps été réalisée, puis nous avons testé l'efficacité des méthodes utilisées en routine pour la caractérisation des pigments : identification des pigments purs, en mélange, quantification des pigments en mélange. L'étude fut délibérément circonscrite aux pigments historiques avant le XVIIIème siècle, période où la palette des peintres se réduit à un nombre relativement limité de pigments et où les mélanges restent assez simples.L'imagerie hyperspectrale s'est développée ces dernières années pour l'analyse du patrimoine culturel et génère des quantités importantes de données dont le traitement est complexe. Nous avons traité cette technique à part, pour proposer une utilisation simple et accessible. Notre méthodologie d'exploitation des données d'imagerie hyperspectrale s'inspire de la photographie traditionnelle en fausses couleurs et est ouverte à des développements futurs. En effet, il s'agit de générer trois composites en fausses couleurs, en choisissant les bandes spectrales appropriées puis en les combinant afin de mettre en évidence des différences spectrales entre les pigments d'une même catégorie (bleu, vert, jaune ou rouge).Les méthodes optiques ont été testées dans un premier temps sur des échantillons de pigments purs et de mélanges expérimentaux, puis sur des peintures d'Eustache Le Sueur, peintre français du XVIIème siècle. La méthodologie des composites variables a été appliquée aux œuvres, puis confrontée aux techniques traditionnelles d'analyse des pigments, dont l'analyse par fluorescence X et l'examen à la loupe binoculaire.Les résultats sont cohérents et encourageants ; ils permettent d'envisager dans un proche futur le recours à une utilisation de l'imagerie hyperspectrale, avec un protocole simplifié.

Various techniques are currently used to characterize pigments on easel paintings. The present study focuses on optical techniques, especially spectrophotometry, hyperspectral imaging, photography and infrared spectrometry. These techniques are non-invasive, without contact, non-destructive and request no sampling.A technical comparison of the different devices is given before testing the efficiency of the commonly used methods for pigment characterization – pigment identification (pure or in a mixture) and pigment quantification in mixtures. With respect to the pigments themselves, the pre-18th century period was chosen in particular, as the number of pigments was limited and the mixtures quite simple.Analysis of cultural heritage by hyperspectral imaging has been developing fast over the past few years. This technique generates large amounts of data that are complex to process. A simplified method was developed to process the data. An evolutionary approach was chosen to extract image data and this methodology used takes its roots in false color traditional photography. Indeed, three false-color composites were generated by choosing a composition of spectral bands in order to maximize the spectral differences between the pigments of a same color category (blue, red, yellow or green).In a first step, optical techniques were tested on pigment mock-ups (pure or mixed). The variable composite methodology was applied on paintings by Eustache Le Sueur, a French painter from the 17th century. Finally the results were compared to those achieved by classical analytical tools currently used for cultural heritage such as X-ray fluorescence and optical microscopy. The results are quite consistent and very promising in favor of a more regular use of the hyperspectral imaging method.