Pénétration d'un solvant dans un gel poreux en consolidation : application à la restauration des oeuvres d'art

Penetration of a solvent in a porous gel during drying : application to the restoration of Art works

• Auteur / Autrice : Marguerite Leang
• Direction : Ludovic Pauchard, Lay Theng Lee, Frédérique Giorgiutti-Dauphiné
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 28/11/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Fluides, automatique et systèmes thermiques (Orsay, Essonne ; 1997-....) - Laboratoire Léon Brillouin (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1974-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Brigitte Pansu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ludovic Pauchard, Lay Theng Lee, Frédérique Giorgiutti-Dauphiné, Brigitte Pansu, Yahya Rharbi, Fabrice Thalmann, José Bico, Michel Menu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yahya Rharbi, Fabrice Thalmann

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neutrons

Indentation des matériaux

Séchage

Colloïdes

Conservation et restauration

Peinture

Propriétés mécaniques

Matériaux poreux

Solvants

Mots clés libres

Pénétration de solvant

Milieux poreux

Restauration des peintures d'art

Propriétés mécaniques et Structurales

Micro-indentation

Neutrons

Solvent penetration

Porous media

Restoration of art paintings

Mechanical and structural properties

Micro-indentation

Neutrons

Résumé

La restauration des peintures d'art consiste à restaurer la lisibilité d'une œuvre d'art et à préserver son intégrité. La plupart des techniques consiste à déposer des solvants juste en surface afin de ne dissoudre que la couche de vernis. Cependant, les couches sous-jacentes risquent d'être endommagées par la pénétration de ces solvants, causant éventuellement un gonflement ou un craquèlement de ces dernières. Du fait de la complexité physico- chimique de la couche picturale, nous proposons d'étudier la pénétration de solvants dans un nanoporeux modèle issu du séchage contrôlé de dispersions aqueuses de nanoparticules de silice. Le séchage et la consolidation de ces dispersions colloïdales jusqu'à l'apparition de craquelures de séchage sont étudiés. La réflectivité de neutrons et la diffusion de neutrons aux petits angles permettent d'accéder à la structuration des systèmes en surface et en volume, respectivement, au cours du séchage. L’étude expérimentale des ouvertures de craquelures dues au séchage, associée à un modèle de poroélasticité que nous développons, renseigne sur les propriétés mécaniques des systèmes consolidés et du tableau « Jeanne d'Arc en prison » (1824) du peintre français Louis Crignier (1790-1824). La caractérisation du milieu poreux formé après la consolidation est réalisée par imagerie de neutrons et permet de déterminer la perméabilité et les porosités des milieux. Enfin, nous présentons la dynamique d'imprégnation d'une goutte sessile de solvant dans plusieurs milieux poreux, qui diffèrent de par leur taille de pores. Notre montage expérimental permet une quantification précise et directe des écoulements au-dessus et à l'intérieur du milieu poreux. Des mesures de propriétés mécaniques sont réalisées avant et après imprégnation par micro-indentation.

Art painting restoration aims to restore the readability of a painting and to preserve its integrity. Most of the techniques consist of depositing solvents on the surface of the painting to dissolve the varnish layer. However, the sublayers can be damaged by the penetration of the solvent, possibly resulting in swelling or cracking processes. Due to the physical and chemical complexity of the pictorial layer, we propose to study solvent penetration in model nano porous media obtained by controlled drying of aqueous silica nanoparticles dispersions. Drying and the consolidation process of these colloidal dispersions are studied until drying cracks appear. Neutron reflectivity and small angle neutron scattering provide structural information on particles near the interface between the dispersion and the air and in the bulk, respectively, during drying. The experimental study of drying cracks, associated to a poroelastic model, inform on mechanical properties of consolidated model systems and of the painting “Jeanne d'Arc en prison” (1824) by the French painter Louis Crignier (1790-1824). Characterization of the porous media obtained after consolidation is carried out with neutron imaging to determine the permeability and the porosities of the porous media. Finally, we present the dynamics of imbibition of sessile solvent drops on several porous media with different pore sizes. Our experimental set-up provides a precise and a direct quantification of the different flows outside and through the porous media. Mechanical properties are performed before and after solvent imbibition, by micro-indentation testing.