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RÉSUMÉ
Les techniques de spectroscopie d'absorption X (XANES et EXAFS) sont de plus en plus utilisées pour l'analyse des matériaux anciens et artistiques. Cet article fait une présentation générale des différents objets et matériaux étudiés à l'aide de ces méthodes. Les matériaux amorphes (verres et céramiques) ont été les premiers à bénéficier de ces nouveaux outils. Ensuite, les exemples se sont diversifiés, allant des métaux aux bois, en passant par les pigments. Les avantages de ces techniques sont illustrés, ainsi que des développements instrumentaux récents offrant à ces outils de nouvelles capacités.
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The X-ray absorption spectroscopy techniques(XANES et EXAFS) are increasingly used fro the analysis of ancient and artistic materials. Amorphous materials (glass and ceramics) have been the first to benefir from these new tools. Examples then diversified from metals to woods and including pigments. The advantages of such techniques are illustrated as well as recent instrumental developments providing these tools with new capabilities.
Auteur(s)
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Marine COTTE : HDR en chimie, Docteur en chimie de l'université Pierre et Marie Curie, Agrégée de chimie - Chargée de recherche détachée du CNRS, LAMS (laboratoire d'Archéologie Moléculaire et Structurale) UMR-8220 - Chef du groupe imagerie et responsable de la ligne de lumière ID21, au synchrotron européen de Grenoble (European Synchrotron Radiation Facility)
-
Émeline POUYET : Étudiante en thèse à l'université Joseph Fourier, Grenoble, au synchrotron européen de Grenoble (European Synchrotron Radiation Facility)
-
Marie RADEPONT : Étudiante en thèse à l'université d'Anvers et l'université Pierre et Marie Curie, Paris VI, LAMS (laboratoire d"Archéologie Moléculaire et Structurale) UMR-8220
-
Jean SUSINI : Docteur en chimie-physique de l'université Pierre et Marie Curie - Directeur de la Division Instrumentation au synchrotron européen de Grenoble (European Synchrotron Radiation Facility)
INTRODUCTION
Les techniques de spectroscopie d'absorption X (XANES et EXAFS) sont de plus en plus utilisées pour l'analyse des matériaux anciens et artistiques. Cet article fait une présentation générale des différents objets et matériaux étudiés à l'aide de ces méthodes. Les matériaux amorphes (verres et céramiques) ont été les premiers à bénéficier de ces nouveaux outils. Ensuite, les exemples se sont diversifiés, allant des métaux aux bois, en passant par les pigments. Les avantages de ces techniques sont illustrés, ainsi que des développements instrumentaux récents offrant à ces outils de nouvelles capacités.
X-ray absorption spectroscopy techniques (XANES and EXAFS) are increasingly used for the analysis of ancient and artistic materials. This article gives a wide view of the different objects and materials that can be analysed with these methods. Amorphous materials (such as glass and ceramics) were the first to benefit from these new tools. Then, various other materials, from metals to woods, through pigments, were also analysed similarly. The advantages of these techniques are presented as well as recent instrumental developments offering new capabilities to these methods.
spectroscopie d'absorption X ; XANES ; EXAFS ; matériaux du patrimoine ; synchrotron ; matériaux artistiques
X-ray absorption spectroscopy, XANES ; EXAFS ; cultural heritage ; synchrotron ; artistic material
Domaine : Techniques d'analyses appliquées aux œuvres d'art
Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité
Technologies impliquées : Spectroscopie d'absorption X (XANES et EXAFS)
Domaines d'application : Matériaux du patrimoine
Principaux acteurs français : Synchrotron français SOLEIL et synchrotron européen ESRF
Pôles de compétitivité :
Centres de compétence :
Industriels :
Autres acteurs dans le monde : tous les synchrotrons dans le monde, avec une forte activité en Allemagne (BESSY, DESY) et aux États-Unis (SSRL, APS, ALS).
Contact : [email protected]
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8. Conclusion
8.1 Points forts des méthodes XAS
Au travers des différents exemples présentés dans cet article, quelques caractéristiques générales peuvent être dégagées, quant aux potentiels des méthodes XAS pour l'analyse des objets anciens et artistiques :
-
dans la famille des méthodes d'analyse de spéciation chimique, ce sont sans doute les plus polyvalentes : elles peuvent être utilisées sur tout type de matériaux, sans contrainte de cristallinité, de couleur, de luminescence, et sur la quasi-totalité des éléments de la classification périodique ;
-
les analyses peuvent être réalisées dans l'air, si le seuil est supérieur à 4-5 keV, ce qui permet de travailler sur des objets entiers, sans prélèvement ;
-
différentes méthodes ou géométries de détection sont offertes (transmission, XRF, TEY), permettant une diversité de conditions d'acquisition (en termes de vitesse d'acquisition, limite de détection et de profondeur de détection), et imposant des contraintes différentes en termes de préparations d'échantillons ;
-
l'analyse XAS peut être facilement combinée à une analyse XRF, qui apporte une information complémentaire sur la composition élémentaire des échantillons ;
-
la mesure par fluorescence X est intrinsèquement la plus sensible à la concentration et permet l'étude spectroscopique d'éléments traces ;
-
les mesures peuvent se faire avec des faisceaux allant de quelques millimètres à quelques centaines, voire dizaines, de nanomètres, parfaitement adaptés à l'hétérogénéité des matériaux du patrimoine. Il est relativement aisé de passer d'un mode focalisé à un mode défocalisé, ce qui permet, par exemple dans l'étude des peintures, de commencer par une analyse macroscopique de la surface, puis d'utiliser un micro-faisceau pour l'analyse plus précises de coupes transverses ;
-
les analyses peuvent être réalisées en cartographie bidimensionnelle (en mode balayage ou « plein champ »), voire même tridimensionnelle avec un dispositif confocal ;
-
la profondeur de pénétration des rayons X permet de travailler avec des cellules environnementales. Pour ce type de matériaux, ce sont principalement des cellules électrochimiques, mais d'autres types de cellules (haute pression,...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BERTRAND (L.), COTTE (M.), STAMPANONI (M.), THOURY (M.), MARONE (F.), SCHÖDERG (S.) - * - Development in synchrotron studies of ancient and historical materials.
-
(2) - COTTE (M.), SUSINI (J.), DIK (J.), JANSSENS (K.) - Synchrotron-based X-ray absorption spectroscopy for art conservation : looking back and looking forwards. - Accounts of Chemical Research, 43(6), p. 705-714 (2010).
-
(3) - SCHOFIELD (P.F.), CRESSEY (G.), WREN HOWARD (W.), HENDERSON (C.M.B.) - Origin of color in iron and manganese containing glasses investigated by synchrotron radiation. - Glass technology, 36(3), p. 89-94 (1995).
-
(4) - NAKAI (I.), MATSUNAGA (M.), ADACHI (M.), HIDAKA (K.I.) - Application of XAFS in archaeology. - J. Phys. IV, 7(2), p. 1033-1034 (1997).
-
(5) - ARLETTI (R.), VEZZALINI (G.), QUARTIERI (S.), FERRARI (D.), MERLINI (M.), COTTE (M.) - Polychrome glass from Etruscan sites : First non-destructive characterization with synchrotron μXRF, μXANES and XRPD. - Applied Physics A, 92, p. 127-135 (2008).
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