Des verres anciens à la fibre de verre : une expérience approfondie des matériaux vitreux
LAMOA Expertise propose aujourd'hui ses compétences variées dans la caractérisation des matériaux vitreux et des phénomènes d'altération dont ils font l'objet, à des fins d'analyses à court terme, d'authentification, de connaissance, de recherche ou encore industrielles.
1/ Caractérisation des matériaux vitreux anciens ou modernes :
(exemples d'études ou d'analyses)
Observations de base en lumière réfléchie et sous fluorescence UV :
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Cassures conchoïdales caractéristiques des matériaux vitreux, vues au microscope optique (x 20). |
Emission de fluorescence UV d'un verre-émail sur métal. |
Etude du procédé de placage des verres rouges au cuivre utilisés dans les vitraux médiévaux :
mise en évidence par microsonde électronique de l'évolution des profils élémentaires des principaux constituants depuis la surface du verre vers l'intérieur, sur une distance de 0,7 mm.
Dans ces verres silicatés alcalins, on observe la très faible épaisseur du placage rouge (< 200 µm), ainsi qu'une anti-corrélation entre les teneurs en cuivre et en sodium dans cette zone.
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D'après Etcheverry M.-P., " Fabrication et gravure à l'acide des verres rouges ", in Antoine de Pise : L'art du vitrail vers 1400, ouvrage collectif publié sous la Direction du Comité Français du Corpus Vitrearum et du Centre André Chastel (UMR 8150), CTHS, 2008, Paris, p. 157-178. |
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Analyse fine par PIXE (accélérateur de particules) sans prélèvement de la composition élémentaire d'un verre ancien émaillé opalescent et dichroïque :
Les résultats indiquent qu'il s'agit d'un verre émail alcalino-plombifère, contenant de l'arsenic (connu pour former en présence de plomb un arséniate blanc laiteux) et du baryum (pouvant produire des effets d'iridescence dans les verres). Il comporte également des traces significatives de vanadium (V), éventuel agent chromogène en fonction de son état d'oxydation.
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| D'après Etcheverry M.-P, " Analyse PIXE d'un verre émail opalescent utilisé en joaillerie, à la recherche d'une recette de fabrication ", Rapport réalisé pour le compte de MSMAP, 2007, 5p. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Constitution d'un revêtement mural moderne à base de fibres de verre :
Après arrachage de son support mural, on observe au microscope électronique que la partie interne de ce revêtement écru (a-) est notamment constituée d'amas de microfibres encollées (c- F), et qu'il a été directement posé sur une fine couche d'enduit associant une charge de gypse avec des inclusions de calcite (c- E). L'analyse des microfibres révèle une composition élémentaire analogue à celle des fibres de verre (éléments majeurs : Si, Ca ; éléments mineurs : C, Na, Mg, Al, K). On détecte par ailleurs la présence de microparticules de brome associées à la couche de fibres (c- nombreux minuscules spots blancs sur l'image MEB). Il s'agit probablement du constituant principal d'un composé ignifugeant incorporé au revêtement. |
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Caractérisation des phases vitreuses en milieu polycristallin :
La mise en évidence de phases vitreuses (a et b- flèches orange) dans un milieu polycristallin indique que celui-ci a été porté à haute température à un moment de son histoire, et qu'une partie de ses constituants au moins s'est trouvé à l'état liquide avant de se figer en phase vitreuse au cours du refroidissement. L'étude de la morphologie et l'analyse élémentaire des constituants en présence permettent de déterminer la nature des phases résiduelles non fondues (ici des grains de quartz Q), et celle des phases néoformées sous l'effet de la température (flèches bleues a- cristaux de cuprorivaïte dans une fritte de bleu égyptien, b- cristaux d'effenbergerite dans une fritte de bleu Han).
Fritte de bleu égyptien |
Gobelet chinois en céramique frittée à base de bleu Han |
M.-P. Etcheverry, " Han Blue, Han Purple and Egyptian Blue : similarities and technological considerations ", in Ancient Chinese Treasures, The European Fine Art Fair, Maastricht 2010, Gisèle Croës Ed., 24-29.
M.-P. Etcheverry, M. Schvoerer, F. Bechtel, " Bleu égyptien : Mise en évidence de deux processus de formation de la cuprorivaïte ", La Revue d'Archéométrie, 25, 2001, p. 87-100.
M.-P. Etcheverry, " Etude physique du bleu égyptien : caractérisation, mécanismes de formation, altération ", Thèse de 3e cycle, Doctorat en Physique Appliquée à l'Archéologie, Université de Bordeaux, 1998, 198 p.
2/ Compréhension des phénomènes d'altération des matériaux vitreux :
(exemples d'études ou d'analyses)
Etude de l'altération en forme de cratères de la face externe des verres de vitraux :
L'observation au microscope électronique à balayage (MEB) montre une figure de corrosion avancée du verre combinant des phénomènes d'attaque acide par "piqûres" et des phases d'hydratation. L'altération produite entraîne une dissolution sélective qui se traduit par une modification de la structure du verre liée à la formation de microfracturations coalescentes, le développement d'une fracture principale parallèle au front d'altération (flèches blanches), puis par la formation de figures de percolation d'eau en " doigts de gant " en direction du verre sain (flèches orange).
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| D'après Etcheverry M.-P., " Etude de fragments de vitraux altérés, cathédrale de Limoges (87) ", Rapport réalisé pour le compte de MSMAP, 2007, 16p. | |
Etude de l'altération des verres par les microorganismes :
La microscopie électronique à balayage (MEB) permet notamment d'étudier l'impact des microorganismes sur les matériaux et d'analyser la bioaltération engendrée. On observe ici un micro fragment de verre très altéré (a-) faisant l'objet d'une contamination mycélienne (flèches). Ces champignons microscopiques sont à l'origine du développement d'un biofilm (b-) qui maintient un taux d'humidité suffisant à la surface du verre pour que se poursuivent les attaques acides provoquant la destruction progressive du matériau.
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(a-) Vue en microsection au microscope électronique d'une pellicule de verre très altérée prélevée en surface d'un vitrail médiéval (x 200) (b-) détail de la contamination mycélienne développée au contact du verre. |
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Etude de l'altération de verres modèles (analogues de verres anciens) exposés sur site :
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Vue au microscope électronique de la microtexture d'un verre moderne de composition analogue à celle des vitraux médiévaux, après une année d'exposition sur site.
Ces verres modèles fonctionnent tels des « glass sensors » ou capteurs en surface desquels on observe la formation de sels de type gypse (sulfate de calcium) et syngénite (sulfate de calcium et de potassium).
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| D'après Etcheverry M.-P., Djanarthany S., Trocellier P., Beck L., Magassouba B., "Characterization of the surface composition of exposed grisaille sensors using highly sensitive chemical analysis techniques. Potentiality and limit regarding research in conservation", Rivista della Stazione Sperimentale del Vetro, 2005, 3, Venezia, 63-74. | |
Etude de l’altération des matériaux vitreux en contexte archéologique
A travers l’exemple d’une faïence glaçurée égyptienne (a-), on décrit ici un phénomène d’altération plutôt typique des matériaux vitreux conservés en contexte archéologique (milieu confiné). L’objet, formé d’un mélange glaçurant appliqué sur un corps de quartz fritté (b- Q), présente en microsection des figures d’attaque ponctuellement développées sur plusieurs dizaines de microns de profondeur (flèches blanches).
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| a- Vue de détail de la surface de la glaçure ; b- figures de corrosion locales dans des zones de décoloration (MEB-ERD, x 700). Q = quartz résiduels non fondus ; PhV = phase vitreuse interstitielle. | |
D’après Etcheverry M.-P., “Etude d’une palette à fard glaçurée présumée de l’Antiquité égyptienne », Rapport de Recherche réalisé pour le compte de MSMAP, 2008, 14p.
