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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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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)
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Émeline POUYET : Étudiante en thèse à l'université Joseph Fourier, Grenoble, au synchrotron européen de Grenoble (European Synchrotron Radiation Facility)
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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
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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]
L'expertise technique et scientifique de référence
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7. Quelques développements instrumentaux récents
Les différents exemples précédents montrent combien la possibilité de réaliser les analyses XAS localement et d'obtenir des cartographies chimiques est importante pour l'analyse des matériaux anciens et artistiques. Cela est dû à l'hétérogénéité de ces matériaux, qui résulte soit d'un mélange d'ingrédients (par exemple, des particules de pigments, dispersés dans un liant, comme de l'encre sur du papier), soit d'un mélange de composants formés pendant la fabrication de l'objet (par exemple des nanoparticules métalliques dispersées dans une matrice vitreuse), soit encore de l'altération superficielle de ces différents matériaux. Dans ce contexte, la localisation des espèces est aussi importante que leur identification. Dans ce paragraphe, nous décrivons les développements instrumentaux récents visant à améliorer l'analyse en termes d'imagerie chimique.
7.1 Comment passer de l'acquisition de quelques spectres à une véritable cartographie chimique ?
Les différents exemples présentés ici illustrent combien les matériaux du patrimoine sont hétérogènes et combien une information locale, à l'échelle du micron, est nécessaire. Pour réaliser des études XAS bidimensionnelles, il existe trois approches principales :
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la plus répandue est celle utilisée dans les figures 6 et 9 : quelques cartes de fluorescence X sont acquises sur une même région C (x,y), à des énergies d'excitation particulières E1 , E2 , etc., souvent choisies à un maximum d'absorption d'une des espèces recherchées. En première approximation, les contrastes observés sont corrélés à des variations d'état d'oxydation. Cette méthode est techniquement facile à mettre en œuvre, mais ne fournit pas d'information spectrale complète ;
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une acquisition pixel par pixel, sur une carte bidimensionnelle des spectres Sx,y XANES ou...
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BIBLIOGRAPHIE
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(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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