Groupe de travail Tomographie – X et imagerie chimique multi-échelle

Responsables du Work Package : François Mirambet, Philippe Dillmann et Victor Etgens

Objectifs

Les matériaux patrimoniaux présentent des caractéristiques très complexes et hétérogènes sur plusieurs échelles. Notre plate-forme multi-techniques permettra d’extraire des informations 2D / 3D complètes des objets. Cela sera possible grâce à un panel d’équipements d’analyse et d’imagerie multi-échelles complémentaires et non invasives, combinant des configurations de tomographie en laboratoire et sur des lignes de lumière synchrotron. Cela permettra de construire une vue d’ensemble 3D multi-échelles de l’artefact. Les informations de cartographie 3D des objets patrimoniaux seront d’un intérêt majeur pour étudier leur provenance, attester de leur état de conservation, préparer leur restauration et disposer de répliques virtuelles pour la diffusion vers le grand public. Ensuite, une sélection des zones pertinentes pour le micro-échantillonnage permettra une seconde session d’études basées sur l’analyse structurelle et chimique plus fine. Des données chimiques pourront être collectées par µ-XRF et µ-XAS et structurelles par µ-XRD et µ-Raman (en laboratoire et au synchrotron). Cette approche rendra possible les études microscopiques statistiques et dynamiques sur ces systèmes. Il s’agira ici de déterminer la réactivité, l’évolution sous atmosphère contrôlée ou les propriétés de transport des systèmes patrimoniaux. Ce suivi « operando » sera réalisé par µ-tomographie, µ-XRD (en laboratoire ou synchrotron) et µ-Raman. Des équipements de tomographie complémentaires permettront la reconstruction 3D d’objets constitués des matériaux de nature très différente (matériaux organiques, bois, plâtre, terre cuite, métaux, pierre) et à différentes échelles.

De façon complémentaire au laboratoire les études chimique et structurale seront accessibles grâce à une source de rayons X de nouvelle génération de très petite taille de point focal (50-70 µm) avec une brillance accrue à la position de l’échantillon. Pour compléter ces investigations micro-structurelles, la spectroscopie µ-Raman sera couplée à la configuration des rayons X. Si besoin, ces études pourront être complétées par des analyses spécifiques sur les lignes du synchrotron SOLEIL, où rappelons-le, la ligne PUMA est principalement dédiée à l’étude des matériaux patrimoniaux.

Un objectif sera de développer des cellules spécifiques, compatibles non seulement avec les équipements du WP1, mais aussi avec d’autres équipements d’ESPADON. Cela rendra possible les analyses dynamiques sur différents instruments de la plateforme. Les démarches de conservation et de restauration nécessitent la compréhension des processus d’altération des matériaux patrimoniaux, mais aussi la compréhension des interactions entre les systèmes altérés et les traitements de restauration et de conservation. Or ces analyses ne peuvent se faire sans la compréhension des dynamiques des processus qui souvent concernent le transport, la réactivité et la cinétique chimiques et électrochimiques.

Les équipements analytiques de la plateforme seront conçus pour accueillir ces cellules in-situ dans l’objectif de réaliser des investigations avec des constantes de temps complémentaires aux techniques synchrotron. Cette complémentarité est fondamentale, car il est parfois nécessaire de suivre l’évolution des processus sur des dizaines, voire des centaines d’heures, ce qui n’est pas toujours compatible avec les analyses au synchrotron. Cette plateforme est destinée à s’intégrer dans une chaîne d’exploitation analytique, constituée de tous les équipements et laboratoires du projet, et notamment ceux du WP2 et WP3, déjà très structurés dans cette perspective.

Notre plateforme multi-technique sera un élément clé pour assurer une chaîne analytique respectant le caractère unique et précieux des objets patrimoniaux. Elle permettra de créer des données 2D / 3D depuis la collection muséale ou le site archéologique jusqu’à l’impureté microscopique étudiée. Cette intégration est un point clé qui permettra de renouveler les pratiques d’investigation des systèmes archéologiques et, par conséquent, les manières d’appréhender le questionnement archéologique. Ceci sera rendu possible notamment par le croisement de données hétérogènes, temporelles, géographiques, typo-morphologiques, culturelles et physico-chimiques.

L’articulation avec les WP Données permettra de valoriser les analyses réalisées sur la plateforme multi-technique en rendant disponible les données acquises à l’ensemble de la communauté scientifique. Enfin, l’articulation avec le WP Formation viendra renforcer une montée en compétences globale des utilisateurs (chercheurs, étudiants, restaurateurs, conservateurs) de la plateforme sur les techniques de caractérisation de leurs objets d’étude et l’instrumentation scientifique.