Glossaire des méthodes et techniques d'analyses matérielles
Spectroscopie :
La spectroscopie est l'étude des rayonnements électromagnétiques émis, absorbés, diffusés ou réfléchis par la matière. L'analyse des rayonnements en leurs différentes fréquences s'effectue à l'aide de spectrographes ou de spectromètres: elle permet d'obtenir leurs spectres électromagnétiques.
XRF : Spectrométrie de fluorescence de rayons X :
La spectrométrie de fluorescence de rayons X est une technique non destructive qui permet d’obtenir rapidement la composition chimique élémentaire de matériaux inorganiques d’un échantillon, tels que les pigments ou certaines encres.
Le spectromètre de fluorescence X est constitué d’un tube qui émet des rayons X vers l’échantillon. Les rayons X qui arrivent à l’échantillon éjectent des électrons de la couche interne des atomes. Les couches internes vont ainsi se réorganiser en récupérant des électrons des couches supérieures pour retrouver un état stable. La différence de niveau d’énergie entre les différentes couches entraine une émission secondaire, des photons X qui sont récupérés par un détecteur.
Analyses ponctuelles XRF
Pour des mesures ponctuelles, un spectre de fluorescence de rayons X est obtenu sur une zone précise de la surface du document. La taille de la zone analysée dépend de la taille du spot d’analyse de l’équipement. Les énergies des pics observés sur le spectre sont caractéristiques de tous les éléments chimiques présents sur la zone analysée.
Analyses cartographiques XRF
La cartographie XRF donne accès à la composition chimique élémentaire de la zone analysée en recréant une image où chaque pixel correspond à un point de mesure. L’acquisition se fait en balayant la zone d’intérêt avec le faisceau de rayons X de dimensions millimétriques, et en analysant ensuite les rayonnements de fluorescence émis par chaque point de mesure.
FORS : Spectrométrie de réflectance à fibre optique:
Procédé non invasif qui identifie certaines matières colorantes par leur organisation moléculaire, en fonction de leur réponse au spectre de la lumière visible et infrarouge.
La spectroscopie de réflectance est basée sur l’utilisation de sources lumineuses (UV-visible et/ou infrarouge), de spectrophotomètres et de sonde contenant des fibres optiques. La technique consiste à éclairer l’œuvre examinée, sans contact. Elle permet d’obtenir un spectre de réflectance spécifique des matériaux analysés. Ce spectre montre pour chaque longueur d’onde la quantité de lumière réfléchie et absorbée par la surface analysée.
L’identification des matériaux à partir des spectres de réflectance est réalisée en comparaison de données analytiques de bases de données spectrales de référence. La construction préalable de bases de spectres de référence de matériaux est donc nécessaire pour une interprétation correcte des résultats.
Spectroscopie vibrationnelle :
Raman et infrarouge (IR) sont deux techniques analytiques de spectroscopie vibrationnelle complémentaires qui permettent une caractérisation structurelle des molécules présentes dans la matière.
RAMAN : Spectroscopie Raman :
Méthode d’analyse non invasive pour la caractérisation de la composante moléculaire et la structure du pigment. Fonctionne par la modification de la fréquence de la lumière en projetant une lumière monochromatique sur la surface analysée.
La spectroscopie Raman est une technique non invasive qui permet l’identification des groupes chimiques d’une molécule en fonction de leurs vibrations caractéristiques. Les spectres Raman résultent de la diffusion de la lumière monochromatique (laser) par des groupes chimiques vibrants.
L’interprétation des spectres d’émission obtenus est faite par comparaison des bandes de vibration détectées avec celles de références enregistrées dans des bases de données spectrales commerciales ou des bases de données constituées au laboratoire.
IRTF : Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier :
La technique d’analyse de l’IRTF est une spectroscopie d’absorption de la lumière dans la gamme d’énergies infrarouges. Elle permet d’obtenir des spectres, qui visualisent la quantité de lumière absorbée, pour chaque longueur d’onde infrarouge envoyée sur l’échantillon.
Microscopie :
MO : Microscope optique :
Méthode qui utilise la lumière visible pour éclairer une surface et permet de la visualiser à différents grossissements pour en apprécier les détails de surface. Les images obtenues permettent de percevoir la structure de la peinture, la technique d’application et l’ampleur d’un pigment sur l’image.
Loupe binoculaire :
La loupe binoculaire (stéréo microscope) offre une observation en relief de l’élément analysé, notamment par un éclairage par-dessus et par-dessous.
MEB : Microscope électronique à balayage :
Le microscope électronique à balayage utilise un fin faisceau d’électrons, émis par un canon à électrons. Des lentilles électromagnétiques permettent de focaliser le faisceau d’électrons sur l’échantillon.
L’interaction entre les électrons et l’échantillon provoque la formation d’électrons secondaires de plus faible énergie. Ils sont amplifiés puis détectés et convertis en un signal électrique. Ce processus est réalisé en chaque point de l’échantillon par un balayage du microscope. L’ensemble des signaux permet de reconstruire la topographie de l’échantillon de de fournir une image en relief.
MEB/EDS : Microscope optique à balayage/Spectromètre à dispersion d’énergie :
Association de deux procédés pour l’analyse des éléments chimiques de la surface.
La spectroscopie à dispersion d’énergie (EDS) permet une analyse élémentaire et chimique d’un échantillon à l’intérieur d’un microscope électronique.
Le matériau de l’échantillon est irradié avec des électrons entraînant l’émission de rayons X caractéristiques des éléments présents. Les émissions d’énergie sont traduites en pics spectraux d’intensité variable, résultant en un profil de spectre, qui identifie les différents éléments présents dans l’échantillon.
DINO-LITE : Microscopie numérique (USB) portable :
Les microscopes de la marque ‘Dino-Lite’ sont des microscopes numériques compacts et mobiles. Ils permettent de réaliser des observations à d’importants grossissements (jusqu’à 900x). Certains modèles sont munis d’un éclairage infrarouge et ultraviolet. Les observations sous lumière infrarouge permettent parfois de visualiser des dessins sous-jacents car les encres qui absorbent complètement ce type de rayonnement, comme par exemple celles contenant du carbone, apparaissent en noir. Les observations sous lumière ultraviolette permettent parfois de visualiser des restaurations ou des repeints par exemple.
HIROX : Vidéo microscope numérique :
HIROX est une marque de microscopes numériques 3D (il existe la marque KEYANCE également).
Ce type d’appareil est équipé d’un bras avec objectif mobile, qui permet aisément de réaliser des observations précises sur des objets tridimensionnels ou de grand format. Il permet de réaliser des observations du document à important grossissement (selon le modèle : 320x à 10000x) et en relief (3D). Il peut fournir des informations sur l’aspect de surface, l’état de conservation de la couche picturale, et permettre l’observation de mélanges de pigments.
Imagerie scientifique :
Images fausse couleur :
Une image en fausse couleurs est une image reconstituée à partir d’une photographe dans le domaine du visible et une photographie sous lumière infrarouge (IR) ou ultraviolette (UV). Le rendu des couleurs dans l’image fausse couleur n’est le même que celui observé à l’œil sous lumière naturelle ; l’image reconstituée prend en compte la réponse des pigments dans l’infrarouge ou l’ultraviolet.
Cette technique peut-être utile dans le cas où deux pigments de couleur similaire sous lumière visible se comportent différemment dans l’infrarouge ou l’ultraviolet, l’image obtenue en fausse couleur fera apparaitre les deux pigments avec deux couleurs différents.
IRFC : Infrarouge Fausse couleur :
Pour obtenir une image fausse couleur infrarouge (IRFC), la couche bleue est éliminée de l’image obtenue dans le domaine du visible, les couches verte et rouge sont décalées et l’image infrarouge est insérée à la place de la couche rouge.
UVFC : Ultraviolet fausse couleur :
L’image fausse couleur ultraviolette (UVFC) est fabriquée de la même manière mais la couche rouge est supprimée, les couches bleue et verte sont décalées et l'image ultraviolette est insérée à la place de la couche bleue.
Imagerie multispectrale :
L’imagerie multispectrale permet d’obtenir des images relatives à plusieurs bandes du spectre lumineux qui vont de l’ultraviolet (UV 100-400nm) au visible (VIS 400-750nm) au proche infrarouge (NIR 750-1400nm). Une image multispectrale peut être donc décrite comme un cube d’images de la même zone prises sous différentes bandes (regroupements de longueurs d’onde plus ou moins larges) du spectre électromagnétique : en lumière visible, infrarouge et ultraviolet.
Imagerie hyperspectrale :
La différence principale entre l’imagerie multispectrale (MSI) et hyperspectrale (HSI) est le nombre de bandes utilisées lors de l’acquisition et leur largeur. L’imagerie hyperspectrale emploie des bandes spectrales plus fines que pour le multispectral ; une image hyperspectrale peut avoir des centaines ou des milliers de bandes. Le nombre élevé de bandes utilisées permet la reconstitution d’un spectre de réflexion de haute résolution pour chaque pixel de l’image. La quantité de données générées par des prises de vue hyperspectrales est donc très importante et peut être exploitée uniquement via des traitements statistiques complexes.