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Dossier

Le laser comme moyen de dégagement de produits de corrosion sur un objet archéologique : le cas de la dorure sur alliage cuivreux

Valentine Brodard

Abstracts

The removal of corrosion products from archaeological gilded copper alloys lead to high risks of damage. A mechanical cleaning may induce abrasions of the gilding when a chemical cleaning might increase the corrosion processes.

In this thesis, we have tested the use of laser as an alternative for the removal of corrosion products on gilded copper alloy. Three lasers Nd:YAG  were used during our tests : a laser Short free running, a laser Long Q-switch and a laser Q-switch. The tests have been done on gilded copper samples prepared after two pre-Columbian masks. The results prove that lasers don’t permit the removal of corrosion products without damage on the gilded surface. However a laser with a faster pulse like a femtosecond laser may allow the cleaning of gilded copper without any damage

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Editor's notes

Haute Ecole Arc, Conservation-restauration de Neuchâtel - Aurélie Rogalla von Bieberstein

Full text

Introduction

1L’utilité du laser pour le nettoyage d’objets patrimoniaux tels les objets pierreux n’est plus à contester. Depuis quelques années, le laser est aussi testé pour le nettoyage du papier, du textile ou encore des alliages ferreux. Il reste cependant anecdotique pour ce qui concerne le traitement des alliages cuivreux.

Problématique

  • 1  Etude réalisée en 2011 dans le cadre d’un diplôme de Master en conservation-restauration des objet (...)

2Nous avons cherché dans cette étude1 à évaluer la possibilité de dégager au moyen du laser des produits de corrosion déposés en surface d’un objet archéologique en alliage cuivreux doré.

3D’un point de vue théorique, cette technique de nettoyage semble possible du fait de la plus grande réflectivité de l’or, par rapport au cuivre et à ses produits de corrosion. Cette propriété permet, théoriquement, qu’un faisceau laser ne dégrade que les produits de corrosion sans endommager la dorure. Cependant, sur les objets archéologiquesles phénomènes de corrosion du cuivre altèrent la dorure lors de leur enfouissement. La couche d’or ne permet plus une réfraction optimale du faisceau laser qui peut, dès lors, l’altérer ainsi que le métal constitutif de l’objet.

  • 2  Nd:YAG : acronyme du nom anglais : neodymium-doped yttrium aluminium garnet

4Il existe différents types de lasers qui se distinguent entre autres par les longueurs d’onde et les vitesses d’impulsion du faisceau. Le but de cette étude étant d’évaluer une solution de nettoyage qui soit accessible aux conservateurs-restaurateurs, nous avons décidé de ne tester que les lasers les plus courants dans les laboratoires de conservation-restauration à savoir les lasers Nd:YAG2. Pour le choix du type de laser Nd:YAG, nous nous sommes basés sur des travaux effectués sur des matériaux similaires ainsi que sur les conseils de notre mentor M. Thomas Sidler, physicien.

5Deux masques précolombiens issus de la collection Ebnöther du Museum zu Allerheiligen de Schaffhouse en Suisse, ont été sélectionnés pour réaliser cette étude. Il s’agissait de trouver des objets en alliage cuivreux dorés ne présentant peu ou pas d’interventions de conservation-restauration. Une identification des matériaux qui les composent, des techniques de fabrication mises en œuvre durant leur production ainsi que des produits de corrosion présents à sa surface ont permis la réalisation de coupons de simulation.

Méthodologie

6L’étude s’est effectuée en quatre points. En premier lieu, nous avons étudié les masques. Ces deux objets sont les points centraux du travail tant pour la compréhension de la formation de produits de corrosion sur une dorure que pour la réalisation de coupons de simulation pour les tests lasers. Puis, nous avons effectué des recherches sur les différentes dorures précolombiennes. Cette étape a permis de mieux comprendre l’utilisation de l’or et les différentes techniques mises en œuvre pour la réalisation des dorures. Elle a aussi permis de proposer des hypothèses quant au type de dorure présent sur ces masques afin de pouvoir réaliser les coupons. Des analyses par spectroscopie Raman et microspectroscopie infrarouge (µFTIR) des produits de corrosion des alliages cuivreux ont été effectuées dans le même but.

7Dans un deuxième temps, nous avons effectué des recherches sur les lasers, avec pour objectif l’identification d’un laser utilisable dans un atelier de conservation-restauration et ne nécessitant pas des connaissances techniques spécifiques. L’étude de la littérature sur ce sujet, et plus spécifiquement les travaux de Salvatore Siano sur « La Porta del Paradiso » de Florence, ainsi que les conseils de mon mentor, M. Thomas Sidler, nous ont amené à faire le choix d’un laser Nd:YAG, à 1064 nm.

8Ces résultats obtenus, nous avons pu réaliser des coupons de simulation, puis mettre en œuvre les tests de dégagement au laser des produits de corrosion sur les surfaces dorées. Ces derniers se sont déroulés en deux temps. En premier lieu, les seuils d’innocuité ou d’altération de la dorure et des produits de corrosion ont été recherchés, c’est-à-dire les fluences auxquelles soit aucun effet n’était observé, soit au contraire une fusion ou décoloration apparaissait. Ces tests ont été réalisés sur la couche de produits de corrosion et sur la dorure visible en surface des coupons. Puis, un essai d’ablation total de la cuprite a été réalisé.

9Pour comparer les résultats, les coupons ont été observés au préalable à l’œil nu et sous microscope optique et documentés avant et après traitement sous microscope optique avec agrandissement allant jusqu’à 500x. Ce choix provient des limites de temps du diplôme, un retard dans la réalisation des coupons de simulation ayant de plus empêché la réalisation des coupes stratigraphiques prévues.

Le laser

  • 3  ZUPPIROLI, L., BUSSAC, M.-N., GRIMM, C., Traité de la lumière, Lausanne, Presses universitaires et (...)

10Le laser (Light amplification by Stimulated Emission of Radiation) est une forme de lumière cohérente, monochromatique, de forte intensité et unidirectionnelle3.

  • 4  HARTMANN, F., Les lasers, Paris, Presses universitaires de France, 1991. p.13-14.

11Deux caractéristiques conditionnent son utilisation : sa durée d’impulsion qui peut être enclenchée ou déclenchée de manière rapide et contrôlée (jusqu’au femtoseconde, 10-15 s) et la focalisation du rayon, une propriété liée à la brillance du faisceau4.

Le nettoyage laser des métaux

  • 5  COOPER, M., Laser Cleaning in conservation : an introduction, Oxford,Butterworth and Heinemann, 19 (...)

12Le nettoyage laser consiste à éliminer des produits exogènes de manière photothermique ou photochimique par irradiation de la surface. Le laser Nd:YAG utilise l’ablation photothermique due à un échauffement de la surface5.

13Ce type de nettoyage présente certains avantages par rapport aux techniques mécaniques et chimiques de nettoyage dont entre autres :

  • L’absence de contact : aucun contact n’est nécessaire entre l’objet et l’outil ce qui protège les surfaces fragiles. Il ne dépose pas non plus de substances en surface de l’objet.

  • La sélectivité : il est possible, en choisissant une longueur d’onde précise, de distinguer les éléments exogènes de la surface des composants de cette dernière.

    • 6  COOPER, M., Laser Cleaning in conservation : an introduction, Oxford,Butterworth and Heinemann, 19 (...)

    L’action localisée : la zone de dégagement présente un diamètre précis et connu6.

  • Malgré ces avantages, il existe des inconvénients importants:

  • Un échauffement excessif de la surface peut induire une perte d’informations sur le mode de fabrication de l’objet ou changer la microstructure de surface.

  • Une trop forte puissance peut détruire la surface de l’objet ou même détruire complètement l’objet.

    • 7  FOTAKIS, C., Lasers in the preservation of Cultural Heritage : Principles and Applications, USA, T (...)

    La modification de la coloration en surface des éléments métalliques (phénomène observé sur la cuprite)7.

Le laser Nd:YAG, spécificités

  • 8  Ceci est principalement valable pour les matériaux pierreux, dans le cas des métaux, la différence (...)

14Le Nd:YAG est un laser infrarouge à corps solide avec une longueur d’onde se situant à 1064 nm (fig. 1). L’utilisation d’un faisceau infrarouge sur des objets permet un travail d’une grande sélectivité, sa lumière étant en général plus absorbée par les salissures les dépôts que par la surface des objets8.

Fig.1 Schéma interne d'un laser Nd:YAG

Fig.1 Schéma interne d'un laser Nd:YAG

©COOPER, M., Laser Cleaning in conservation : an introduction, Oxford, Butterworth and Heinemann, 1998 p.30.

15Il existe plusieurs modes pour les lasers Nd:YAG:

    • 9 COOPER, M., Laser Cleaning in conservation : an introduction, Oxford,Butterworth and Heinemann, 199 (...)

    Le mode continu : Le faisceau laser est émis en permanence, à intensité à peu près constante9.

    • 10  MARGHERI, F., MODI, S., MASOTTI, L., MAZZINGHI, P., PINI, R., SIANO, S., SALIMBENI, R., "SMART CLE (...)

    Le mode pulsé free running : le pompage est intermittent et l’émission n’a lieu que durant la phase de pompage. La durée des impulsions peut être de 200 µs à une dizaine de millisecondes10

    • 11  COOPER, M., Laser Cleaning in conservation : an introduction, Oxford,Butterworth and Heinemann, 19 (...)

    Le mode Q-switch : Le milieu actif est pompé tout en empêchant l’émission laser pour emmagasiner un maximum d’énergie dans le milieu actif. Ensuite, on peut déclencher de façon contrôlée et toute l’énergie emmagasinée est émise sous forme d’une impulsion géante d’une durée de quelques nanosecondes (10-9 s) et d’une puissance instantanée élevée de quelques mégawatts (106 W) 11.

  • Le mode short free running (SFR), dérivé du laser pulsé free running, avec des impulsions de 10-100 µs, permettant de limiter l’échauffement de surface.

    • 12  BRUNETTO, A., L'utilizzo della strumentazione laser per la pulitura delle superfici nei manufatti (...)

    Le mode Long Q-Switch (LQS), dérivé du Q-switch, avec des impulsions allant jusqu’à environ 100-120 ns, réduisant les risques d’ondes de chocs dans l’objet12 (fig. 2).

Fig. 2 Les différents modes du laser avec la durée d’impulsion et la puissance instantanée

Fig. 2 Les différents modes du laser avec la durée d’impulsion et la puissance instantanée
  • 13  Graphique reproduit avec l’aimable autorisation de l’auteur, M. Thomas Sidler, physicien

©Thomas Sidler13

Choix du type de laser

  • 14  SIANO, S. et SALIMBENI, R., "Advances in Laser Cleaning of Artwork and Objects of Historical Inter (...)

16Notre choix du type de laser testé est basé sur différents travaux et publications traitant du nettoyage laser. Sur l’ensemble de ces ouvrages, le laser Nd:YAG, à 1064 nm, est apparu de manière récurrente. Au cours des vingt dernières années, ce type de laser a connu une série de développements afin d’être adapté à une utilisation sur les objets culturels : ajustements des durées d’impulsions, développement du mode SFR dans les années 1990 et du LQS dans les années 200014.

17Les lasers Nd:YAG SFR et Nd:YAG LQS ont été sélectionnés du fait de leurs caractéristiques de vitesse et de fluence intéressantes, à savoir une vitesse rapide (microseconde pour le SFR et nanoseconde pour le LQS) permettant de limiter l’échauffement de l’objet et une fluence faible réduisant l’apport d’énergie en surface.

18Nous avons effectué ces tests en partie à Florence, Italie, dans l’usine du groupe El.En®, fabricant de laser, et en partie dans l’atelier de M. Peter Bolli, conservateur-restaurateur à Lugano.

Étude des masques

  • 15  Selon nos recherches bibliographiques et différents interlocuteurs, il est possible que ces objets (...)

19Les deux masques en alliage cuivreux doré sélectionnés sont de forme figurative et proviennent, selon leur inventaire, du Pérou15 (fig. 3). Ils sont quasiment identiques, mesurant environ 23x15 cm pour une épaisseur approximative de 0.8 mm. Ils sont recouverts d’une fine couche de produits de corrosion, entièrement pour le masque EbN15142.01, partiellement pour le masque EbN15142.02 sur lequel la dorure est visible en surface. Cette dernière est très fine et semble uniforme. Elle est présente sur toutes les faces du masque y compris au dos.

Fig. 3  Vue de face des masques EbN15142.01 et EbN15142.02 du Museum zu Allerheiligen de Schaffhouse

Fig. 3  Vue de face des masques EbN15142.01 et EbN15142.02 du Museum zu Allerheiligen de Schaffhouse

© HECR Arc, Valentine Brodard

20Des dégradations physiques ont été relevées sur les deux objets lors de l’examen diagnostique : des lacunes, des fissures, des déformations, des rayures et des pertes de la dorure. De plus, le second masque estbrisé en sept morceaux.

  • 16  Analyses réalisées et interprétées au laboratoire de recherche du Centre National des collections (...)

21Afin de déterminer la composition et la structure de ces objets, des analysesélémentaires et moléculaires des différentes strates du deuxième masque ainsi que des produits de corrosion ont été effectuées au laboratoire de recherche en conservation du Centre des collections du Musée national suisse16.

22Aucun prélèvement des matériaux n’était possible afin de déterminer la composition du masque. Une analyse en microspectroscopie de fluorescence des rayons X (µXRF) a été effectuée sur un élément du masque EbN15142.02. Des mesures ont été faite de part et d’autre du fragment ainsi que sur sa tranche en mode « Line scan » (fig. 4). Les résultats obtenus sont cependant à prendre avec précaution, les rayons X activant aussi la surface du cuivre sous la dorure, ce qui influe sur les résultats de la mesure (fig. 5). De ce fait, le pourcentage du cuivre est probablement inférieur au taux obtenu.

Fig. 4 Vue d’une tranche du masque 2 (loupe binoculaire, objectif 50x)

Fig. 4 Vue d’une tranche du masque 2 (loupe binoculaire, objectif 50x)

La zone noire visible au centre correspond à  une zone corrodée de l’alliage cuivreux.

© Centre des collections, 2011

Fig. 5 Concentration élémentaire semi-quantitative en % (m/m) des éléments composant l’alliage

Fig. 5 Concentration élémentaire semi-quantitative en % (m/m) des éléments composant l’alliage

© Centre des collections, 2011.

  • 17  Pour les analyses complètes, se reporter au mémoire de diplôme, BRODARD, V., Le laser comme moyen (...)

23Les analyses17, en µFTIR et spectroscopie Raman effectuées sur les produits de corrosion, nous indique la présence d’une strate cuprite (Cu2O) et d’une strate de malachite (CuCO3(OH)2). (fig. 6, 7)

Fig. 6 Spectre FTIR en réflexion du produit de corrosion vert foncé montrant des bandes caractéristiques de la malachite

Fig. 6 Spectre FTIR en réflexion du produit de corrosion vert foncé montrant des bandes caractéristiques de la malachite

© Centre des collections, 2011.

Fig. 7 Stratigraphie simplifiée du masque EbN 15142.02, d’après l’analyse des composés

Fig. 7 Stratigraphie simplifiée du masque EbN 15142.02, d’après l’analyse des composés

© HECR Arc, Valentine Brodard

  • 18  LECHTMAN, H., "A Pre-Columbian Technique for Electrochemical Replacement Plating of Gold and Silve (...)

24Sans une coupe métallographique, le type de dorure présent sur les masques ne peut être déterminé. Une hypothèse a donc été établie au vu des résultats des analyses et des différentes méthodes de dorure utilisées au Pérou. Il s’agirait d’une dorure par remplacement électrochimique, un type de dorure peu étudié, attribué à deux ethnies du nord du Pérou : les Moche et les Vicùs, et consistant vraisemblablement en une déposition d’or sur du cuivre. Lors de ce procédé, l’objet est placé dans une solution contenant des sels d’or, les irrégularités à la surface du cuivre jouant le rôle d’anode jusqu’à être recouvertes d’or. D’un point de vue de l’électrochimie, il s’agit d’une réaction de remplacement selon la réaction18 :

252AuCl3+3Cu  2Au+CuCl2

  • 19  BRAY, W., « Techniques of Gilding and surface-enrichment in pre-Hispanic American Metallurgy », da (...)

26Les caractéristiques de cette dorure sont : une extrême finesse, de l’ordre de 0.5 à 2 microns d’épaisseur, un recouvrement de toutes les surfaces, tranches et irrégularités comprises, et une uniformité sans plis, ni chevauchements à l’inverse d’une dorure à la feuille. Il existe, en outre, une zone de diffusion entre la couche de dorure et le cuivre de l’objet19.

Élaboration des coupons de simulation

27La difficulté de réalisation des coupons se situait dans l’absence de connaissances précises sur la composition de la dorure et sur les conditions d’apparition des produits de corrosion. Pour des raisons de temps, il a été décidé de ne produire que de la cuprite sur les coupons.

  • 20  LECHTMAN, H., "A Pre-Columbian Technique for Electrochemical Replacement Plating of Gold and Silve (...)

28Seul un article de Mme Heather Lechtman20 donne des indications sur la fabrication de la dorure par remplacement électrochimique, texte sur lequel nous avons basé notre protocole.

29Tout d’abord, du chlorure de sodium (NaCl), d’alun (KAl(SO4)2*12H2O) et de nitrate de potassium (KNO3) ont été dissous à parts égales dans de l’eau, et de la poudre d’or à l’état oxydé a été ajoutée à la préparation.

30Ensuite, du bicarbonate de soude (NaHCO3), qui empêche la corrosion du cuivre et favorise le dépôt de l’or, a été ajouté jusqu’à obtention d’un pH de 9.

  • 21  Des coupons de 3 cm de côté et d’une épaisseur de 0.5 cm ont été utilisés.

31Enfin, la solution a été diluée dans de l’eau déminéralisée (1:3) puis chauffée à 75°C. Durant 20 minutes, chaque coupon de cuivre21 a été humidifié au pinceau par cette solution sans jamais laisser sa surface sécher.

32Les coupons ont ensuite été placés dans un four chauffé à 800 °C durant quelques secondes (fig. 8).

Fig. 8 Vue de l’état de surface d’un coupon après application de la dorure

Fig. 8 Vue de l’état de surface d’un coupon après application de la dorure

© HECR Arc,Valentine Brodard

33Puis des techniques d’oxydation par la chaleur (chauffage à 200 °C), en bains (solution au nitrate de cuivre, solution de Fehling) et par électrodéposition du cuivre suivi d’une oxydation par la chaleur ont été testées pour corroder les coupons.

34Les techniques de bain et d’oxydation par la chaleur ont montré des résultats peu concluants. Le bain n’a laissé que quelques dépôts sur la surface tandis que l’oxydation a été est freinée par la dorure, avec comme résultat une couche de cuprite absente ou déposée en couche trop fine et irrégulière.

35Le choix s’est alors porté sur une électrodéposition de cuivre sur la surface dorée. En déposant le coupon dans une solution aqueuse de sulfate de cuivre (CuSO4) à 21 % (m/m) avec une tension de 1 V et une intensité de 0.55 A, durant 15 min, un dépôt de cuivre homogène de 0.15 g environ a été obtenu (fig. 9). Les coupons ont ensuite été placés dans un four, chauffé à 200 °C pour une durée approximative de 6 heures afin de permettre la corrosion du cuivre déposé (fig. 10).

Fig. 9 Aspect de surface d’un coupon après déposition de cuivre

Fig. 9 Aspect de surface d’un coupon après déposition de cuivre

© HECR Arc, Valentine Brodard

Fig. 10 Aspect de surface d’un coupon après corrosion

Fig. 10 Aspect de surface d’un coupon après corrosion

© HECR Arc, Valentine Brodard

36La corrosion ainsi produite ne reproduit par celle générée par l’enfouissement des objets. Elle constitue une corrosion artificielle de surface par ajout de matière et ne provient pas d’une altération de l’alliage constitutif de l’objet. L’adhésion à la surface n’est donc pas identique à celle d’une corrosion par enfouissement et sa réaction ne sera par conséquent pas similaire face aux faisceaux du laser. De plus, la cuprite présente des différences de coloration allant de l’orange au brun sur un seul et même coupon (fig. 10).

Tests de nettoyage au laser

Protocole

37Les lasers utilisés sont un Nd :YAG LQS de la compagnie El-En®  (Eos 1000 LQS® temps d’impulsion de 100 ns) et un SFR (Smart Clean II, temps d’impulsion 100 µs). Le faisceau laser est délivré par une fibre optique munie d’un variateur de mise au point avec guidage par rayon lumineux.

38Des impulsions ont été appliquées sur neuf zones en augmentant progressivement la fluence, la fluence de départ étant de 0.26 J/cm2 (130 mJ et 8 mm de diamètre). Le diamètre du faisceau a ensuite été progressivement réduit pour augmenter la fluence. Sur ces tests, la fréquence de répétition était de 1 Hz.

39Lors de ces tests, le laser SFR n’a pas permis d’identifier visuellement des seuils d’innocuité pour la dorure. Pour le laser LQS, les seuils d’inefficacité et d’altération du laser ont été déterminés pour la dorure et pour les produits de corrosion : ablation de la cuprite dès une fluence de env. 0.68 J/cm2 et innocuité de l’or en dessous d’une fluence de 0.68 J/cm2 (fig. 11).

Fig. 11 Présentation de résultats

Fig. 11 Présentation de résultats

 Zone 1-2 : 0.26 J/cm2, zone 3 : 0.34 J/cm2, zone 4 -5 : 0.46 J/cm2, zone 6 : 0.68 J/cm2, zone 7 : 0.86 J/cm2, zone 8 : 1.08 J/cm2

© HECR Arc, Valentine Brodard

40Essai de dégagement de la cuprite sur une surface dorée

41Sur la base de ces résultats, nous avons effectué des essais avec le laser LQS sur un coupon présentant une couche de cuprite uniforme en couleur et épaisseur.

42La fluence de départ, 0.4 J/cm2 avec un taux de répétition de 10 Hz, a progressivement été augmentée jusqu’à 0.68 J/cm2 toujours avec le même taux de répétition. Une déchirure de la cuprite est rapidement apparue mettant au jour une dorure brûlée ainsi qu’une partie du cuivre sous-jacent (fig. 12).

Fig. 12 Déchirure et soulèvement

Fig. 12 Déchirure et soulèvement

Déchirure et soulèvement de la couche de cuprite après un test d’ablation à 0.68 J/cm2 (loupe binoculaire objectif 2,5x)  

© HECR Arc Valentine Brodard

43Le soulèvement peut être lié à au fait que la cuprite ait été formée artificiellement et que la couche de corrosion formée ne présente pas l’adhérence d’une couche de produits de corrosion naturelle. Il apparaît donc difficile d’extrapoler les résultats qui pourraient être obtenus sur des cas d’études réels. Dans les cas où la dorure n’était pas directement endommagée, nous avons de plus observé un assombrissement des produits de corrosion, attribuée à un processus d’altération de la surface dorée par la chaleur.

Conclusion

44Le soulèvement de la cuprite durant l’ablation ne représente pas le comportement habituel des produits de corrosion sur les objets archéologiques, du fait de l’absence de liaisons entre la plaque de cuivre sous la dorure et les produits de corrosion sur les coupons, comme à l’inverse de ce que nous pouvons habituellement le remarquer sur les objets archéologiques. Mis à part cela, ce phénomène a permis de mettre en avant la problématique de l’échauffement sur la dorure.

45L’augmentation de température a touché la dorure en plus des produits de corrosion ciblés. La fusion de l’or peut être réduite ou  évitée par la sélection d’une fluence faible, dans nos tests en dessous de 0.46 -0.68 J/cm2. Mais cette fluence ne permet pas d’éliminer la couche de produits de corrosion. Dès lors, l’augmentation de la fluence est nécessaire et provoque inévitablement une fusion ou perte de la dorure.

46Des essais ultérieurs avec un laser Q-Switch (Laser Artiny®, Lambda Scientifica Spa®,1064 nm, 13 ns) n’ont pas permis de dégager la cuprite tout en préservant la dorure intacte.

47Les résultats présentés ici montrent tout d’abord la limite des coupons ici produits et la nécessité de se rapprocher d’une couche de produits de corrosion plus proche de celle générée par un enfouissement pour réaliser des tests de nettoyage au laser. L’adhésion d’une couche métallique n’est pas la même que celle obtenue par enfouissement et peut induire des différences de comportement lors de l’utilisation du laser. Malgré cela, il est apparu que les lasers utilisés induisent tous des dégradations sur la dorure même à fluence faible.

48A l’issue de ce travail, les résultats obtenus ne permettent pas encore de donner une réponse positive sur la possibilité d’un dégagement de produits de corrosion sur une dorure par un laser. Ils donnent néanmoins des informations quant au choix du laser et quant à la résistance de la dorure. Dans le cadre de tests de ce type, le laser devrait être un laser infrarouge avec une durée d’impulsion plus rapide afin de limiter au maximum un échauffement de la surface. Le laser femtoseconde, éliminé de nos tests car absent à ce jour des ateliers de conservation, pourrait être une alternative.

49Non qu’il faille écarter l’idée du laser comme moyen de dégagement d’objets archéologiques, mais cet outil nécessite un certain nombre d’améliorations et ajustements afin que l’objectif d’un nettoyage à la fois efficace, maîtrisable, et ne nuisant pas à l’objet traité puisse être atteint.

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Bibliography

BRAY, W., « Techniques of Gilding and surface-enrichment in pre-Hispanic American Metallurgy », dans Metal plating and Patination : cultural, technical and historical Developments, edited by La Nièce, Susan et Craddock, Paul, Umi, Oxford, 1999, p.182-192

BRUNETTO, A., L'utilizzo della strumentazione laser per la pulitura delle superfici nei manufatti artistici, Saonara, Il Prato,  2004.

BRODARD, V., Le laser comme moyen de dégagement de produits de corrosion sur un objet archéologique : le cas de la dorure sur un alliage cuivreux, 2011, non publié.

COOPER, M., Laser Cleaning in conservation : an introduction, Oxford,Butterworth and Heinemann, 1998.

FOTAKIS, C., Lasers in the preservation of Cultural Heritage : Principles and Applications, USA, Taylor and Francis, 2007.

HARTMANN, F., Les lasers, Paris, Presses universitaires de France, 1991.

LECHTMAN, H., "A Pre-Columbian Technique for Electrochemical Replacement Plating of Gold and Silver on Copper Objects", dans Journal of Metals, 1979, p.154-160.

MARGHERI, F. MODI, S., MASOTTI, L., MAZZINGHI, P., PINI, R., SIANO, S., SALIMBENI, R., " SMART CLEAN: A New Laser System with Improved Emission Characteristics and Transmission through Long Optical Fibres", dans Journal of Cultural Heritage, 2000, 1, p.119-123.

SIANO, S. et SALIMBENI, R., "Advances in Laser Cleaning of Artwork and Objects of Historical Interest: The Optimized Pulse Duration Approach", dans Accounts of Chemical Research, 2010, 43, 6, p.739-750.

ZUPPIROLI L., BUSSAC, M.-N., GRIMM, C., Traité de la lumière, Lausanne, Presses universitaires et romandes, 2009.

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Notes

1  Etude réalisée en 2011 dans le cadre d’un diplôme de Master en conservation-restauration des objets archéologiques et ethnographiques à la Haute Ecole de Conservation-restauration Arc, Neuchâtel, Suisse, BRODARD, V., Le laser comme moyen de dégagement de produits de corrosion sur un objet archéologique : le cas de la dorure sur un alliage cuivreux, 2011, non publié.

2  Nd:YAG : acronyme du nom anglais : neodymium-doped yttrium aluminium garnet

3  ZUPPIROLI, L., BUSSAC, M.-N., GRIMM, C., Traité de la lumière, Lausanne, Presses universitaires et romandes, 2009. p.75

4  HARTMANN, F., Les lasers, Paris, Presses universitaires de France, 1991. p.13-14.

5  COOPER, M., Laser Cleaning in conservation : an introduction, Oxford,Butterworth and Heinemann, 1998, p.42.

6  COOPER, M., Laser Cleaning in conservation : an introduction, Oxford,Butterworth and Heinemann, 1998, p.7.

7  FOTAKIS, C., Lasers in the preservation of Cultural Heritage : Principles and Applications, USA, Taylor and Francis, 2007. p.306-307.

8  Ceci est principalement valable pour les matériaux pierreux, dans le cas des métaux, la différence est moins prononcée. Voir sur ce point : COOPER, M., Laser Cleaning in conservation : an introduction, Oxford,Butterworth and Heinemann, 1998, p.30-31.

9 COOPER, M., Laser Cleaning in conservation : an introduction, Oxford,Butterworth and Heinemann, 1998, p.51.

10  MARGHERI, F., MODI, S., MASOTTI, L., MAZZINGHI, P., PINI, R., SIANO, S., SALIMBENI, R., "SMART CLEAN: A New Laser System with Improved Emission Characteristics and Transmission through Long Optical Fibres", dans Journal of Cultural Heritage, 2000, 1, p.119-123.

11  COOPER, M., Laser Cleaning in conservation : an introduction, Oxford,Butterworth and Heinemann, 1998, p.31.

12  BRUNETTO, A., L'utilizzo della strumentazione laser per la pulitura delle superfici nei manufatti artistici. Saonara, Il Prato, 2004.

13  Graphique reproduit avec l’aimable autorisation de l’auteur, M. Thomas Sidler, physicien

14  SIANO, S. et SALIMBENI, R., "Advances in Laser Cleaning of Artwork and Objects of Historical Interest: The Optimized Pulse Duration Approach" Dans Accounts of Chemical Research, 2010, 43, 6, p. 739-750.

15  Selon nos recherches bibliographiques et différents interlocuteurs, il est possible que ces objets proviennent du nord du Pérou d’une ethnie s’appelant Vicus (env. 300 av. JC-600 ap. JC).

16  Analyses réalisées et interprétées au laboratoire de recherche du Centre National des collections par Mme Dr.. Edith Joseph, chimiste, Mme Dr. Marie Woerle, chimiste ainsi que par Mme Dr. Katja Hunger, archéomètre.

17  Pour les analyses complètes, se reporter au mémoire de diplôme, BRODARD, V., Le laser comme moyen de dégagement de produits de corrosion sur un objet archéologique : le cas de la dorure sur un alliage cuivreux, 2011, non publié.

18  LECHTMAN, H., "A Pre-Columbian Technique for Electrochemical Replacement Plating of Gold and Silver on Copper Objects,", dans Journal of Metals, 1979, p.158-159.

19  BRAY, W., « Techniques of Gilding and surface-enrichment in pre-Hispanic American Metallurgy », dans Metal plating and Patination : cultural, technical and historical Development,. edited by La Nièce, Susan et Craddock, Paul, Umi, Oxford, 1999, p.186.

20  LECHTMAN, H., "A Pre-Columbian Technique for Electrochemical Replacement Plating of Gold and Silver on Copper Objects," dans Journal of Metals, 1979, p.154-160.

21  Des coupons de 3 cm de côté et d’une épaisseur de 0.5 cm ont été utilisés.

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List of illustrations

Title Fig.1 Schéma interne d'un laser Nd:YAG
Caption ©COOPER, M., Laser Cleaning in conservation : an introduction, Oxford, Butterworth and Heinemann, 1998 p.30.
URL http://ceroart.revues.org/docannexe/image/2571/img-1.jpg
File image/jpeg, 28k
Title Fig. 2 Les différents modes du laser avec la durée d’impulsion et la puissance instantanée
Credits ©Thomas Sidler13
URL http://ceroart.revues.org/docannexe/image/2571/img-2.jpg
File image/jpeg, 16k
Title Fig. 3  Vue de face des masques EbN15142.01 et EbN15142.02 du Museum zu Allerheiligen de Schaffhouse
Credits © HECR Arc, Valentine Brodard
URL http://ceroart.revues.org/docannexe/image/2571/img-3.jpg
File image/jpeg, 68k
Title Fig. 4 Vue d’une tranche du masque 2 (loupe binoculaire, objectif 50x)
Caption La zone noire visible au centre correspond à  une zone corrodée de l’alliage cuivreux.
Credits © Centre des collections, 2011
URL http://ceroart.revues.org/docannexe/image/2571/img-4.jpg
File image/jpeg, 32k
Title Fig. 5 Concentration élémentaire semi-quantitative en % (m/m) des éléments composant l’alliage
Credits © Centre des collections, 2011.
URL http://ceroart.revues.org/docannexe/image/2571/img-5.jpg
File image/jpeg, 24k
Title Fig. 6 Spectre FTIR en réflexion du produit de corrosion vert foncé montrant des bandes caractéristiques de la malachite
Credits © Centre des collections, 2011.
URL http://ceroart.revues.org/docannexe/image/2571/img-6.jpg
File image/jpeg, 20k
Title Fig. 7 Stratigraphie simplifiée du masque EbN 15142.02, d’après l’analyse des composés
Credits © HECR Arc, Valentine Brodard
URL http://ceroart.revues.org/docannexe/image/2571/img-7.jpg
File image/jpeg, 20k
Title Fig. 8 Vue de l’état de surface d’un coupon après application de la dorure
Credits © HECR Arc,Valentine Brodard
URL http://ceroart.revues.org/docannexe/image/2571/img-8.jpg
File image/jpeg, 52k
Title Fig. 9 Aspect de surface d’un coupon après déposition de cuivre
Credits © HECR Arc, Valentine Brodard
URL http://ceroart.revues.org/docannexe/image/2571/img-9.jpg
File image/jpeg, 20k
Title Fig. 10 Aspect de surface d’un coupon après corrosion
Credits © HECR Arc, Valentine Brodard
URL http://ceroart.revues.org/docannexe/image/2571/img-10.jpg
File image/jpeg, 24k
Title Fig. 11 Présentation de résultats
Caption  Zone 1-2 : 0.26 J/cm2, zone 3 : 0.34 J/cm2, zone 4 -5 : 0.46 J/cm2, zone 6 : 0.68 J/cm2, zone 7 : 0.86 J/cm2, zone 8 : 1.08 J/cm2
URL http://ceroart.revues.org/docannexe/image/2571/img-11.jpg
File image/jpeg, 40k
Title Fig. 12 Déchirure et soulèvement
Caption Déchirure et soulèvement de la couche de cuprite après un test d’ablation à 0.68 J/cm2 (loupe binoculaire objectif 2,5x)  
Credits © HECR Arc Valentine Brodard
URL http://ceroart.revues.org/docannexe/image/2571/img-12.jpg
File image/jpeg, 48k
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References

Electronic reference

Valentine Brodard, « Le laser comme moyen de dégagement de produits de corrosion sur un objet archéologique : le cas de la dorure sur alliage cuivreux », CeROArt [Online], EGG 2 | 2012, Online since 19 June 2012, connection on 20 July 2017. URL : http://ceroart.revues.org/2571

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About the author

Valentine Brodard

Valentine Brodard est titulaire d’un master en conservation-restauration spécialisation objets archéologiques et ethnographiques, obtenu en 2011 à la HECR Arc de Neuchâtel, en Suisse. Après un stage au musée Ariana de Genève, elle exerce, actuellement, la fonction d’assistante au sein de la HECR Arc. valentine.brodard@gmail.com

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