Caractérisation micro-structurale et luminescence des carbonates de plomb : apport à la discrimination des pigments blancs de plomb des œuvres peintes

Micro-structural characterization and luminescence of lead carbonates : contribution to the discrimination of the lead white pigments of paintworks

• Auteur / Autrice : Victor Gonzalez
• Direction : Michel Menu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 21/10/2016
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche des musées de France
• Jury : Président / Présidente : Serge Berthier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Georges Calas, Marine Cotte, Michel Hochmann, Koen Janssens
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alain Demourgues, Stéphanie Rossano

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pigments

Rietveld, Méthode de

Céruse

Mots clés libres

Blanc de plomb

Pigment

Hydrocérusite

Synchrotron

Rietveld

Luminescence

Lead white

Microstructure

Rietveld

Résumé

Le pigment blanc de plomb, composé de deux phases cristallines carbonates de plomb (cérusite PbCO3 et hydrocérusite 2PbCO3.Pb(OH)2) est synthétisé et utilisé en peinture depuis l'Antiquité. L'étude des sources historiques révèle que les artistes pouvaient se procurer des qualités variées de ce matériau, selon le degré de sophistication de la synthèse. Particulièrement, l'amélioration des propriétés optiques du pigment était recherchée. Notre travail, fondé sur la combinaison d'une caractérisation micro-structurale par diffraction des rayons X et optique par étude de la luminescence des deux phases d'intérêt a permis une meilleure compréhension de ces qualités. Une étude cristallochimique a précisé les mécanismes de formation des phases apparaissant au cours de la synthèse du pigment par corrosion du plomb métallique, et démontré l'influence des procédés antiques sur les paramètres de composition et de microstructure du pigment (morphologie des cristallites à l'échelle nanométrique). En utilisant différentes configurations d'analyse DRX (notamment fondées sur le rayonnement Synchrotron), combinées à l'affinement Rietveld, il a été possible de remonter à ces paramètres structuraux au sein même des couches de blanc de plomb d'¿uvres peintes du Musée du Louvre, notamment un ensemble d'¿uvres de Léonard de Vinci. Les résultats ont été complétés par l'étude de la photoluminescence des blancs de plomb induite par rayonnement laser. Le mécanisme de cette luminescence a ainsi été précisé. Les propriétés optiques ont enfin été connectées aux paramètres structuraux et aux traitements utilisés dans le passé visant à obtenir un pigment aux qualités maitrisées.

The lead white pigment, composed of two main mineral phases (cerussite PbCO3 and hydrocerussite 2PbCO3.Pb(OH)2) has been synthesized and used in paintings since the Antiquity. The study of historical sources reveals that a large variety of lead white qualities that painters could select existed, according to the degree of sophistication of the synthesis.This work, based on the combination of micro-structural and optical characterization, using X-ray diffraction (XRD) and luminescence properties, has permitted a better understanding of those pigment qualities. In a first time, a cristallo-chemical study was performed to specify the formation mechanisms of the crystalline phases during the antique synthesis, based on the corrosion of metallic lead. The impact of post-synthesis processes on the composition and the microstructure of the pigment was highlighted. Using several XRD analysis configurations (in particular based on the Synchrotron radiation) combined with Rietveld refinement, it was possible to gain insight on those parameters within lead white-based paint layers of prestigious paintworks of the Louvre Museum. Those results have been completed by the laser-induced photoluminescence study of lead white pigments. The mechanism of this luminescence has been defined. In addition, the optical properties have been connected to the structural parameters, and to the post-synthesis processes used to obtain high quality pigments in the past. Luminescence can be used as a probe of the pigment history.