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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)
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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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Matériaux d'origine biologique5. Métaux
5.1 Processus de corrosion des métaux et études XAS
Depuis la Protohistoire couvrant notamment les âges du bronze et du fer, les métaux ont été utilisés à des fins domestiques, guerrières ou encore artistiques. Quelle que soit leur fonction première, ces objets font maintenant partie de notre patrimoine et leur étude est motivée tant dans le but de restituer des techniques de métallurgie passées que pour garantir leur conservation à long terme.
Dans ce domaine, la majorité des analyses XAS sonde des problèmes de dégradation, plus précisément de corrosion. Quels sont les mécanismes en jeu ? Quels sont les facteurs responsables de ces réactions ? Pourquoi certains alliages sont-ils plus résistants que d'autres ? Une vue d'ensemble de ces problématiques peut être trouvée dans la référence . Par ailleurs, au-delà de l'aspect historique, l'analyse de matériaux métalliques pluricentenaires, voire millénaires, offre une perspective unique sur l'étude de processus de vieillissement, à des échelles de temps inaccessibles en laboratoire. Ces informations peuvent être mises à profit pour le développement de technologies modernes visant à améliorer la stabilité et la résistance à long terme des métaux, comme par exemple dans le contexte du stockage des déchets nucléaires.
Dans le cas particulier des études XAS, des travaux majeurs ont été réalisés par l'équipe de P. Dillmann (CEA, Saclay) et S. Réguer (synchrotron SOLEIL). Le but de ces études était de comprendre les processus d'altération des métaux et alliages à base de fer, enfouis dans les sols ou exposés à l'atmosphère durant plusieurs siècles. Les premières études XAS ont été menées au seuil du fer, en combinaison avec d'autres techniques comme la diffraction des rayons X ou la spectroscopie Raman, afin d'identifier et de cartographier les différentes espèces...
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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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