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Dossier

L’utilisation d’adhésifs optiques réticulables aux UV pour le collage d’objets d’art en verre transparent coloré, à surface d’encollage réduite

Viviane Bechoux

Abstracts

This research focuses on two issues :

1° The possibility to use UV-crosslinkable adhesives to bond transparent coloured glass.

2° The glass bonding is very complex when the parts to be joined are thin, fragile, and when the bonding surface is reduced to a few millimetres in size. In this case, the mechanical strength of the bonding and the speed of the curing process of the adhesive are the first criteria to be taken into account to ensure a reliable final bonding.

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Author's notes

Cette recherche a été présentée sous forme d’un poster au CCI SYMPOSIUM ICC,  Adhésifs et consolidants pour la conservation : Recherche et applications, du 17 au 21 octobre 2011 - Ottawa (Canada).

Full text

Restauration de deux objets d’art en verre (XXe siècle)

  • 1  Enquêtes du  Musée de la Vie wallonne, T. 3, (n° 25-36), Éditions du Musée de la Vie Wallonne, p 1 (...)
  • 2  Catalogue de l’exposition de la verrerie de Chênée, La verrerie de Chênée, de la gobeleterie aux p (...)

1Autrefois, les verriers avaient coutume de réaliser des petits objets en verre comme travaux d’agrément, spécimens d’un art populaire très appréciés. Ils sont conservés aujourd’hui comme témoins d’un art verrier exécuté avec une grande virtuosité technique et technologique1. Henri Miesen, premier ouvrier souffleur de la verrerie de Chênée (Liège, Belgique) a présenté ses créations verrières en 1930, lors de l’Exposition du Travail à Liège puis à Bruxelles. Nous avons été confrontée à la restauration simultanée de deux objets de sa production, conservés au Musée de la Vie wallonne à Liège : il s’agit d’un attelage et d’une brouette en verre. De nature sodo-calcique celui-ci est composé de 68 % de silice, 9 % de chaux, 17 % de soude et de 3 % d’alumine2.La diversité de la coloration du verre est due à l’ajout d’oxydes métalliques.

État de conservation

2L’attelage et la brouette présentent de multiples cassures ainsi qu’une perte d’éléments structuraux.  Des interventions fantaisistes constituées de repeints masquent le verre d’origine.

Fig. 1 Attelage et chariot hesbignon rempli de betteraves

Fig. 1 Attelage et chariot hesbignon rempli de betteraves

L’ensemble est désarticulé     

© Photo : Archives du Musée de la Vie wallonne

Fig. 2 Brouette fleurie

Fig. 2 Brouette fleurie

L’ensemble est désarticulé

© Photo : Archives du Musée de la Vie wallonne

3L’application localisée de gouaches, de bronzines ainsi que des collages non jointifs spolient ces objets d’art de leur fraîcheur et coloration originelles. Les colles utilisées pour ces réparations ont été identifiées par spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier (IR-TF). On compte trois adhésifs : la gomme laque, la colle de peau,une matière résineuse type dammar ou mastic, l’EVA (acétate de polyvinyle – éthylène).

Problématique après dérestauration

4La dérestauration nous a confrontée à des problèmes complexes, tels que le collage d’éléments à surface d’encollage réduite (brides, chaînettes, barres : diamètres des tiges d’origine : de 2 à 8,24 mm), le collage du verre transparent coloré avec une résine photoréticulable en application pelliculaire, la prise en considération du poids de la structure porteuse de chaque objet.

  • 3  Petits cavaliers en métal fixés perpendiculairement à une cassure pour  maintenir en place les fra (...)

5Le pré-collage, difficilement réalisable, consiste au départ à placer des rubans adhésifs et/ou des rivets3 pour le maintien des fragments pendant la polymérisation de l’adhésif, 

  • 4   BARQUINS M.,  Le collage : un moyen ancestral et moderne d’assemblage, conférence, ESA, St Luc – (...)

6Nous avons mis en œuvre deux  types d’assemblage4 : peu résistant et nécessitant une adhérence efficiente c’est-à-dire joint en bout (schéma 1) et joint en bout biseauté (schéma 2).

7Schéma 1

8Schéma 2

Fig. 3 Éléments du harnais de l'attelage brisés

Fig. 3 Éléments du harnais de l'attelage brisés

© Photos : V.Bechoux

Fig. 4 Éléments de la roue de la brouette brisés

Fig. 4 Éléments de la roue de la brouette brisés

© Photos : V.Bechoux

Les adhésifs

9Pour cette recherche, quatre adhésifs optiques (transparents et incolores) ont été choisis en fonction de leur indice de réfraction, de leur viscosité, de leur rapidité de polymérisation et surtout leur capacité initiale à coller le verre transparent : la gamme Norland Optical Adhesive®.

Indice de réfraction

Viscosité (cps)

Dureté shore D

NOA61

1,56

300

85

NOA76

1,51

4500

30

NOA89

1,51

15

40

NBA107

non renseigné

350

15

  • 5  Le terme matière de synthèse semble plus approprié par la littérature scientifique. Cependant, le (...)

10Les adhésifsréticulables aux UV se présentent sous forme liquide à viscosité variable ; ils se convertissent en un film solide afin d’assurer le collage de deux substrats.Ilsont déjà fait leurs preuves dans les techniques de pointe du collage du verre industriel et artistique. Ils sont susceptibles d’assembler par collage des matériaux translucides, comme le verre et certains «plastiques»5 transparents. Ces matériaux doivent être évidemment perméables aux UV.

11Ce type d’adhésif réalise sa polymérisation (durcissement) lors de l’exposition de la résine à une source lumineuse. La source lumineuse est dans ce cas le rayonnement ultra-violet en abrégé UV. Un photo initiateur présent dans la résine de base exposé à une source de lumière avec un spectre spécifique,6 souvent l’UVA et l’UV visible (320 à 500 nm)7réagit et la résine se solidifie rapidement.

Avantages

12Ces adhésifs sont formulés sans solvants, ils évitent donc la pollution. Leur stabilité mécanique et chromatique constitue un des critères de choix pour les expérimentations. La polymérisation de l’adhésif se réalise en quelques secondes et est appelée par les industriels : « polymérisation à la demande ».  Ce procédé facilite un alignement précis des assemblages par collage.8

13De plus, ils offrent la possibilité d’enduire la surface à coller (ou d’infiltrer le joint de la cassure) sans se préoccuper du durcissement puisque ce dernier se réalisera au  moment crucial de l’apport de rayons UV.  Sa transparence, sa résistance à la lumière incitent à le choisir. Par rapport aux techniques traditionnelles de préparation des adhésifs pour coller le verre, ils évitent les manipulations de mélange d’une résine époxyde et de son durcisseur; ainsi que les préparations solvantées à partir d’adhésifs acryliques, comme le Paraloïd® B72. Le calcul de leur retrait est évalué dans les laboratoires des sociétés productrices. Des fiches techniques sont disponibles sur le site de la firme, renseignant partiellement leur composition ainsi que leur comportement au cisaillement, à la traction, au pelage, au vieillissement et d’autres paramètres spécifiques (indice de réfraction, viscosité) et compatibilité avec les matériaux à assembler.

Inconvénients

14Leur conservation dans leur emballage d’origine (impérativement étanche à la lumière) est limitée à quelques mois (six, au maximum, pour certains conservés au frais et à l’ombre). Leur tenue à l’humidité est limitée : il faut donc surveiller les conditions de conservation des objets restaurés par un contrôle de l’humidité environnementale. Lors de leur utilisation, comme tous les adhésifs d’ailleurs, l’opérateur doit se protéger la peau, porter des lunettes imperméables aux rayons UV et prévoir une ventilation adéquate. Le coût dû à leur prix d’achat initial ainsi que leur courte durée de vie oblige l’opérateur à renouveler fréquemment l’adhésif en veillant à vérifier obligatoirement leurs dates de mise en circulation et de péremption.

Manipulations et recherches en atelier 

15Les surfaces à assembler doivent être parfaitement nettoyées à l’aide d’isopropanol. Les quatre adhésifs ont été testés via le collage de lames porte objets (collage plat sur plat) et de tiges (collage sur chant).

Fig. 5 Collages plat sur plat

Fig. 5 Collages plat sur plat

Tests préliminaires : viscosité et mouillabilité    

© Photos : V.Bechoux     

Fig. 6  Collage sur chant, joint en bout

Fig. 6  Collage sur chant, joint en bout

Essais préliminaires sur tigettes en verre (sodo-calcique) transparent jaune

© Photo : V.Bechoux

Fig. 7  Collages de tigettes en verre à la NOA61

Fig. 7  Collages de tigettes en verre à la NOA61

 Transparence, résistance mécanique

© Photos : V.Bechoux

Fig. 8  Enduction à l'aiguille de la NOA61 sur chant    

Fig. 8  Enduction à l'aiguille de la NOA61 sur chant    

Réalisation du collage

© Photos : V.Bechoux

Fig. 9  Pression des 2 fragments

Fig. 9  Pression des 2 fragments

Réalisation du collage

© Photos : V.Bechoux

16La pression des deux fragments pendant l’irradiation est impérative pour assurer la solidité mécanique du collage.  Une pédale, jointe à l’appareil, enclenche l’irradiation du faisceau lumineux.

Fig. 10 Positionnement et pression

Fig. 10 Positionnement et pression

Avant irradiation

© Photos : V.Bechoux

  • 9  Fabricant de l’appareil : Lumen Dynamics Group Inc. 2260 Argentia Road - Mississauga, Ontario - L5 (...)

17L’appareillage d’irradiation de marque OMNICURE® 10009 est muni d’une lampe au mercure de 100 W – 365 nm. Le guide en fibres optiques fournit un faisceau de lumière linéaire uniforme et ponctuel et permet également le balayage manuel de la zone à irradier.

18La distance et l’angle d’irradiation des UV sont évalués en fonction de la disposition spatiale des cassures. L’irradiation pour le verre transparent (appelé aussi verre blanc) est rapide, 5 secondes suffisent déjà pour assurer le collage « préliminaire ». En effet, la position complexe de certaines cassures demande une rapidité de durcissement de l’adhésif. Cependant, le calcul du temps d’irradiation de 15 secondes (conseillé par le fabricant) est à moduler suivant la coloration du verre et peut être augmenté. Ce pré-durcissement est suivi d’une réticulation complète à la lumière du jour après une semaine.

Fig. 11  Collage joint en bout d'une tige en verre à la NOA61

Fig. 11  Collage joint en bout d'une tige en verre à la NOA61

© Photos : V.Bechoux

19La protection de l’opérateur est assurée par le port de lunettes Exfo®, fournies avec l’appareil, gants en nitrile et tablier en Tyvek®. Le travail sous hotte est toujours conseillé.

Estimation des résultats

20Les adhésifs présentent tous une excellente clarté, des joints de collage discrets et des alignements corrects des assemblages. Cependant, des décollements prématurés et spontanés des tiges en verre coloré ont été constatés.  Seuls les collages réalisés avec la NOA61 assurent un collage fiable dans le temps.

  • 10  SANDER CONWELL E., SCHMIDT- OTT K., Vergleichende Untersuchungen zu UV-härtbaren Glasklebstoffen, (...)

21La NOA 61  est un photopolymère méthacrylate liquide incolore, fluide qui réalise sa polymérisation par irradiation d’un faisceau de rayons UV et/ou à la lumière visible (bleue-violette) et à la lumière zénithale. Elle s’impose pour son excellent comportement au vieillissement10, sa réversibilité assurée par l’eau chaude, l’acétone ou le dichlorométhane ainsi que sa viscosité adéquate de 300 cps lors de l’application ; on peut souligner en outre sa fiabilité mécanique pour une surface d’encollage réduite. De plus, sa polymérisation en présence d’oxygène (obturation possible de petites lacunes de surface) permet à l’adhésif de durcir sans poisser à l’air ambiant; ce qui n’est pas le cas de toutes les autres références Norland Optical Adhesive®.

Applications sur les objets d’art à restaurer avec la NOA61

Fig. 12  Attelage et chariot

Fig. 12  Attelage et chariot

Cliché pris en cours de remontage

© Photo : V. Bechoux

Cas particulier

22Un anneau du châssis de l’attelage demeure incollable avec la NOA61, malgré l’augmentation significative du temps d’irradiation conseillé : l’objectif étant l’apport supplémentaire de photons afin de permettre le durcissement de la résine.  Malgré cette augmentation du temps d’irradiation à 30 secondes, le collage a échoué.

23Notre hypothèse serait que les UV auraient été absorbés par les oxydes métalliques colorants du verre ? Des solutions alternatives sont envisagées, mais exigent de nouveaux tests.

Fig. 13  Châssis du chariot

Fig. 13  Châssis du chariot

© Photo : V. Bechoux

Pistes de recherches appliquées

24Des tests prometteurs de polymérisation à la lumière du jour ont été réalisés : certaines références dans la gamme Norland Optical Adhesive © polymérisent à la lumière zénithale. D’autres pistes restent à explorer, comme la possibilité de réaliser le comblement et la reconstitution de lacunes : quelles seraient les conditions et les limites d’une irradiation en épaisseur ? Une autre consiste en la coloration des adhésifs acryliques réticulables aux UV, pour le comblement de petites lacunes. Enfin, des tests sont en cours concernant le collage du verre coloré translucide pour réaliser le remontage d’objets d’art en opaline et en pâte de verre.

25Certains problèmes rencontrés invitent à un approfondissement des connaissances, par exemple l’incidence des oxydes métalliques colorants du verre sur la polymérisation (verres teintés transparents absorbants les UV : voir fig.14). Une étude des différentes familles d’adhésifs réticulables aux UV , leurs applications  en conservation restauration,  les notions de photo initiateur, photo amorceur, photo sensibilisateur, seraient sans doute riche d’enseignements. D’autres éléments méritent également une étude approfondie, comme l’influence de la dureté shore D des adhésifs sur la fiabilité mécanique des collages, le calcul de la charge thermique lors de l’irradiation pour les substrats en matière de synthèse transparente (exemple : le polyméthacrylate de méthyle ou PMMA), la relation entre la température d’irradiation et la distance du guide en fibres optiques. Une théorie de la lumière ultra-violette applicable aux collages des matériaux transparents et translucides en conservation restauration serait particulièrement utile. Par ailleurs, sur un plan plus pratique, le collage du cristal (incluant la mouillabilité de l’adhésif, choix de la viscosité, techniques de serrage….) offrirait peut être de nouvelles perspectives d’intervention sur ce matériau difficile à restaurer.

Fig.14 Brouette

Fig.14 Brouette

La restauration est toujours en cours : état actuel

© Photo : V. Bechoux

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Bibliography

BROCHETON, Y., Les verres photochromes, La revue du verre, février 2006 , vol 12, N° 1, P.34 à 41.

CHOPINET, M-H., L'élaboration des verres de couleurs, La revue du verre, février 2006, vol 12, N° 1, p. 16 à 22.

FLAMM, P., Le verrier du 19e siècle, Eugène Lacroix Editeur, 1863.

KOOB, S., Conservation and Care of Glass Objects, Archetype Publications, 2006.

LAFAIT, J, La coloration des verres par des nanoparticules métalliques,  La revue du verre, août 2006, vol 12, N° 4, p. 11-22.

LUCAS, J.,  La transparence du verre, La revue du verre, novembre 2008, vol 14, N°5, p. 14 à 16.

PAJEAN, G.,  L'élaboration du verre, la  réaction d'oxydo-réduction, La revue du verre, octobre 2007, vol 13, N° 5, p. 14 à 17.

YACOBI, B. G., HUBERT, M., Adhesive Bonding in Photonics Assembly and Packaging, American Scientific Publishers, 2003.

Webographie

FONTAINE, C., Le vade-mecum pour la protection et l’entretien du patrimoine artistique, http://www.kikirpa.be/FR/183/396/Vade-mecum.htm

LUMEN DYNAMICS®, Exfo Life Sciences and Industrial Division, www.exfo.com

NORLAND® : Optical Adhesive,www.norlandprod.com

SADECHAF®, Colles de précision UV,www.sadechaf.eu/fr/uv

UNIVERSITÉ DU MAINE – Faculté des Sciences, la théorie du champ cristallin - explication de la couleur, www.sciences.univ-lemans.fr/

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Notes

1  Enquêtes du  Musée de la Vie wallonne, T. 3, (n° 25-36), Éditions du Musée de la Vie Wallonne, p 192-197.

2  Catalogue de l’exposition de la verrerie de Chênée, La verrerie de Chênée, de la gobeleterie aux pièces de fantaisie, 2 au 12 mai 1996, p.8.

3  Petits cavaliers en métal fixés perpendiculairement à une cassure pour  maintenir en place les fragments de verre brisés pendant les manipulations d’assemblage et de collage.

4   BARQUINS M.,  Le collage : un moyen ancestral et moderne d’assemblage, conférence, ESA, St Luc – Liège – 16/11/2006.

5  Le terme matière de synthèse semble plus approprié par la littérature scientifique. Cependant, le terme plastique est passé dans le langage courant alors qu’il s’agit au départ d’un terme qui définit un état de la matière.

6  UV Solutions by Beam-Consult, [on line, 23/12/2010], http://www.uvspot.ch/rubrique.php3?id_rubrique=46&lang=fr

7  Ce qui est le cas de l’appareillage OMNICURE® utilisé pour les tests.

8  UV Solutions by Beam-Consult, [on line, 23/12/2010], http://www.uvspot.ch/rubrique.php3?id_rubrique=46&lang=fr

9  Fabricant de l’appareil : Lumen Dynamics Group Inc. 2260 Argentia Road - Mississauga, Ontario - L5N 6H7 CANADA.

10  SANDER CONWELL E., SCHMIDT- OTT K., Vergleichende Untersuchungen zu UV-härtbaren Glasklebstoffen, Arbeitsblätter, Helft 1, 1993, p. 67- 71. Tests à reproduire car la composition de la NOA61 a peut-être été modifiée depuis 1993 – ce qui arrive fréquemment dans la formulation des adhésifs synthétiques.

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List of illustrations

Title Fig. 1 Attelage et chariot hesbignon rempli de betteraves
Caption L’ensemble est désarticulé     
Credits © Photo : Archives du Musée de la Vie wallonne
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Title Fig. 2 Brouette fleurie
Caption L’ensemble est désarticulé
Credits © Photo : Archives du Musée de la Vie wallonne
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Title Fig. 3 Éléments du harnais de l'attelage brisés
Credits © Photos : V.Bechoux
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Title Fig. 4 Éléments de la roue de la brouette brisés
Credits © Photos : V.Bechoux
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Title Fig. 5 Collages plat sur plat
Caption Tests préliminaires : viscosité et mouillabilité    
Credits © Photos : V.Bechoux     
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Title Fig. 6  Collage sur chant, joint en bout
Caption Essais préliminaires sur tigettes en verre (sodo-calcique) transparent jaune
Credits © Photo : V.Bechoux
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Title Fig. 7  Collages de tigettes en verre à la NOA61
Caption  Transparence, résistance mécanique
Credits © Photos : V.Bechoux
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Title Fig. 8  Enduction à l'aiguille de la NOA61 sur chant    
Caption Réalisation du collage
Credits © Photos : V.Bechoux
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Title Fig. 9  Pression des 2 fragments
Caption Réalisation du collage
Credits © Photos : V.Bechoux
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Title Fig. 10 Positionnement et pression
Caption Avant irradiation
Credits © Photos : V.Bechoux
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Title Fig. 11  Collage joint en bout d'une tige en verre à la NOA61
Credits © Photos : V.Bechoux
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Title Fig. 12  Attelage et chariot
Caption Cliché pris en cours de remontage
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Title Fig. 13  Châssis du chariot
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Title Fig.14 Brouette
Caption La restauration est toujours en cours : état actuel
Credits © Photo : V. Bechoux
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References

Electronic reference

Viviane Bechoux, « L’utilisation d’adhésifs optiques réticulables aux UV pour le collage d’objets d’art en verre transparent coloré, à surface d’encollage réduite », CeROArt [Online], 7 | 2011, Online since 25 November 2011, connection on 17 October 2017. URL : http://ceroart.revues.org/2244

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About the author

Viviane Bechoux

Conservatrice-restauratrice de céramiques et verres modernes. Professeur à l'ÉSA, École Supérieure des Arts, St Luc, Liège, section Conservation Restauration d’Œuvres d’Art. Collaboratrice scientifique de la Faculté de Philosophie et Lettres, (archéologie-archéométrie), Ulg, université de Liège. v.bechoux@gmail.com.

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