Emmanuelle PONS, Ecole d’été e2phy Lille 2004, Physique et Art, 27 août 2004
TECHNIQUES ELECTROCHIMIQUES APPLIQUEESA LA CONSERVATION-RESTAURATION
DES OBJETS D'ART ET D'ARCHEOLOGIE
TECHNIQUES ELECTROCHIMIQUES APPLIQUEESTECHNIQUES ELECTROCHIMIQUES APPLIQUEESA LA CONSERVATIONA LA CONSERVATION--RESTAURATIONRESTAURATION
DES OBJETS D'ART ET D'ARCHEOLOGIEDES OBJETS D'ART ET D'ARCHEOLOGIE
Emmanuelle PONS, Ecole d’été e2phy Lille 2004, Physique et Art, 27 août 2004
LE GROUPE DES LABORATOIRES D’EDF A SAINTLE GROUPE DES LABORATOIRES D’EDF A SAINT--DENISDENISLe laboratoire ValectraLe laboratoire Valectra
Le GDLLe GDL : uune unité de la Branche Énergies au service du Parc ne unité de la Branche Énergies au service du Parc de production d’EDFde production d’EDF
Des spécialistes du contrôle, du comportement des matériaux Des spécialistes du contrôle, du comportement des matériaux et de la chimie en exploitationet de la chimie en exploitation
les EXAMENS NON DESTRUCTIFS (END)
la METALLURGIE
la CHIMIE-RADIOCHIMIE ET L’ENVIRONNEMENT
Les mLes méétierstiers
Emmanuelle PONS, Ecole d’été e2phy Lille 2004, Physique et Art, 27 août 2004
LE GROUPE DES LABORATOIRES D’EDF A SAINTLE GROUPE DES LABORATOIRES D’EDF A SAINT--DENISDENISLe laboratoire ValectraLe laboratoire Valectra
Dans le cadre du MDans le cadre du Mééccéénat de compnat de compéétences de la Fondation Electricittences de la Fondation Electricitééde France :de France :
le laboratoirele laboratoire Valectra Valectra met les moyens du GDLmet les moyens du GDL au serviceau service de la de la conservationconservation--restauration des objets drestauration des objets d’’art et dart et d’’archarchééologieologie
Expertise métallurgique et chimique (Service d’Expertises Saint-Denis)
Examens non destructifs (Service Assistance Sites)
Traitements électrolytiques
Un travail dUn travail d’’appui appui àà la conservationla conservation--restauration du patrimoinerestauration du patrimoineen collaboration avec les restaurateurs impliquen collaboration avec les restaurateurs impliquéés dans l'ops dans l'opéération ration de mde mééccéénat.nat.
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LE LABORATOIRE VALECTRALE LABORATOIRE VALECTRAObjetsObjets archéologiquesarchéologiques etet conservationconservation--restaurationrestauration
La vie de lLa vie de l’’objet archobjet archééologiqueologique
- Elaboration, transformation et mise en forme
- Utilisation
- Abandon : dégradation, CORROSIONCORROSION
- Mise au jour : rupture brusque des conditions environnementalesrupture brusque des conditions environnementales
risque de dégradation très rapide des vestiges- Examen et diagnostic
- Traitement
La conservationLa conservation--restaurationrestauration
- Restituer Restituer àà ll’’objet sa lisibilitobjet sa lisibilitéé (informations arch(informations archééologiques)ologiques)
- Assurer son intAssurer son intéégritgritéé et sa pet sa péérennitrennitéé
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LE LABORATOIRE VALECTRALE LABORATOIRE VALECTRAObjetsObjets archéologiquesarchéologiques etet conservationconservation--restaurationrestauration
Les Les éétapes du traitementtapes du traitement
- stabilisation
- nettoyage
- consolidation
- restauration
- protection
MMééthodes de traitementthodes de traitement
- nettoyage mécanique
- traitement chimique
- traitement électrolytique...
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LE LABORATOIRE VALECTRA LE LABORATOIRE VALECTRA L’électrochimie pour quoi faire?L’électrochimie pour quoi faire?
Domaines dDomaines d’’application de l'application de l'éélectrochimielectrochimie aux objets archaux objets archééologiquesologiques
le nettoyagenettoyage
Traitement Etude
ThThéématiques dmatiques dééveloppveloppéées au laboratoire EDFes au laboratoire EDF--ValectraValectra
la restitution drestitution d’’objets par objets par galvanoplastiegalvanoplastie
la stabilisationstabilisation contre la corrosion active lors de la mise au jour
le ddéégagement de gagement de la ganguela gangue(objets de fouilles sous-marines),
la conservation conservation àà long termelong terme,
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LE LABORATOIRE VALECTRALE LABORATOIRE VALECTRAL’électrochimie pour quoi faire?L’électrochimie pour quoi faire?
IntIntéérrêêts des traitements ts des traitements éélectrochimiqueslectrochimiques
application possible à un vaste vaste ééventail de matventail de matéériaux,riaux, conducteurs ou non
suivi du traitement contrsuivi du traitement contrôôlablelable (moyens de laboratoire)
facteur tempsfacteur temps (rapidité)
[C l-] (m o l.l-1)
tem ps (heures)
P hase 1 :D éch lorura tion
ch im ique
P hase 2 :D éch lorura tioné lectro lytique
[C l-] (m o l.l-1)
tem ps (heures)tem ps (heures)
P hase 1 :D éch lorura tion
ch im ique
P hase 2 :D éch lorura tioné lectro lytique
sséélectivitlectivitéé, grâce à la détermination fine des paramètres de traitement (phase d'étude préliminaire)
LimitesLimites
complexitcomplexitéé et unicitet unicitéé du systsystèème "objet archme "objet archééologique"ologique"
attention à ne pas extrapoler, chaque objet est un cas cas àà partpart
relative facilitfacilitéé de mise en oeuvrede mise en oeuvre
Introduction
TECHNIQUES ELECTROCHIMIQUESGENERALITES & MISE EN OEUVRE
Introduction Introduction
TECHNIQUES ELECTROCHIMIQUESTECHNIQUES ELECTROCHIMIQUESGENERALITES & MISE EN OEUVREGENERALITES & MISE EN OEUVRE
Emmanuelle PONS, Ecole d’été e2phy Lille 2004, Physique et Art, 27 août 2004
Emmanuelle PONS, Ecole d’été e2phy Lille 2004, Physique et Art, 27 août 2004
TECHNIQUES ELECTROCHIMIQUESTECHNIQUES ELECTROCHIMIQUESAvant le traitement : examen de l'objet et diagnosticAvant le traitement : examen de l'objet et diagnostic
Point de dPoint de déépart : part : éétablissement du tablissement du constat dconstat d’é’état dtat déétailltaillééexamen approfondi de l’état d’altération de l’artefact
- nature des matériaux constitutifs- corrosion uniforme, localisée?- caractéristiques des couches de corrosion (couleur, porosité, stratigraphie...) et identification des produits- présence d'un noyau métallique résiduel?- indices de corrosion active?- objet fragile? d'
aprè
s B
erdu
cou
[199
0]
DIAGNOSTICDIAGNOSTIC
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TECHNIQUES ELECTROCHIMIQUESTECHNIQUES ELECTROCHIMIQUESAvant le traitement : examen de l'objet et diagnosticAvant le traitement : examen de l'objet et diagnostic
Les mLes mééthodes et les informations obtenuesthodes et les informations obtenues
Examen visuel et sous binoculaireExamen visuel et sous binoculaire
RadiographieRadiographie : présence d'un noyau métallique résiduel et son homogénéité?, état d’altération, indices de fabrication, identification des défauts de fabrication...
MMéétallographietallographie : détermination de la structure métallurgique du noyau métallique, présence d'inclusions
MMééthodes d'analyse physicothodes d'analyse physico--chimiqueschimiques- composition du métal et des inclusions- identification des produits de corrosion- répartition des éléments chimiques constitutifs
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TECHNIQUES ELECTROCHIMIQUESTECHNIQUES ELECTROCHIMIQUESAvant le traitement : examen de l'objet et diagnosticAvant le traitement : examen de l'objet et diagnostic
Les mLes mééthodes d'expertise du Groupe des Laboratoires (Mthodes d'expertise du Groupe des Laboratoires (Méétallurgie)tallurgie)
METHODES D'EXPERTISE INFORMATIONS OBTENUES
Fluorescence des rayons X Analyse élémentaire
Diffraction des rayons X Identification des composés cristallisés (phases)
Métallographie Structure métallurgique
Microscopie électronique à balayage Observations à fort grandissement Analyse X par dispersion d'énergie (EDS) : analyse élémentaire qualitative
Microanalyse X par dispersion de longueur d'onde (WDS)
Analyse élémentaire quantitative
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TECHNIQUES ELECTROCHIMIQUESTECHNIQUES ELECTROCHIMIQUESGénéralitésGénéralités
un systun systèème me àà trois trois éélectrodeslectrodes
un un éélectrolytelectrolyte, , conducteurr
- électrode étudiée : électrode de travail
- électrode de référence, de potentiel fixe : accès au potentiel de l‘électrode de travail (à partir de la mesure de la différence de potentiel Etravail –Eref)
- électrode auxiliaire ou contre-électrode : mesure du courant
Potentiostat
V
ElectrodeAuxiliaire
Electrodede Référence
Electrodede Travail
i
V
ElectrodeAuxiliaire
Electrodede Référence
Electrodede Travail
i
Electrolyte
un potentiostat un potentiostat pour la phase d'étude
ou une alimentation stabilisune alimentation stabilisééee pour le traitement
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TECHNIQUES ELECTROCHIMIQUESTECHNIQUES ELECTROCHIMIQUESLes méthodesLes méthodes
VoltamVoltaméétrie lintrie linééaireairetracé des courbes de polarisation i = f(V)
Spectroscopie d’impédanceSpectroscopie d’impédance éélectrochimique (EIS)lectrochimique (EIS)principe : on impose une perturbation sinusoïdale de faible amplitude du potentiel autour du potentiel d'abandon
on mesure l'impédance entre la réponse en courant (AC) et le potentiel (AC) : obtention d'un diagramme d’impédance
ChronoampérométrieChronoampérométriesuivi de l'intensité i = f(t) à potentiel imposé
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TECHNIQUES ELECTROCHIMIQUESTECHNIQUES ELECTROCHIMIQUESLes phénomènes mis en jeuLes phénomènes mis en jeu
les rles rééactions aux actions aux éélectrodeslectrodesex : réduction cathodique de produits de corrosion à éliminer(réaction inverse de celle prévue par la thermodynamique)cas du sulfure d’argent, principal responsable du ternissement
Ag2S + H+ + 2e- → 2Ag + HS-
ex : éélectrolyse de llectrolyse de l’’eaueau pour dégager la gangue des canons 2H+ + 2e- → H2 demi-réaction cathodique : dégagement d’hydrogène
ll’é’électrophorlectrophorèèsese : migration des particules chargées sous l'effet du champ électriqueex : stabilisation des ferreux et cuivreux, extraction des anions Cl-
la protection cathodiquela protection cathodique
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TECHNIQUES ELECTROCHIMIQUESTECHNIQUES ELECTROCHIMIQUESLa cellule de traitementLa cellule de traitement
Montages classiquesMontages classiques
Cas des mCas des méétauxtaux
Objet le plus souvent polariséen cathode
Cas des matCas des matéériaux non conducteurs riaux non conducteurs (montage d(montage d’é’électrophorlectrophorèèse)se)
Objet placé entre anode et cathode
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TECHNIQUES ELECTROCHIMIQUESTECHNIQUES ELECTROCHIMIQUESLa cellule de traitementLa cellule de traitement
Le matLe matéérielriel
générateur : alimentation stabilisalimentation stabiliséée e (travail à courant ou tension constante)
électrode de travail (cas des métaux) : objet archobjet archééologiqueologique- plusieurs configurations possibles (traitement individuel ou de masse)- mise en place des arrivées de courant
AlimentationStabilisée
- +
Panier Panier cathodiquecathodique
AlimentationStabilisée
- +
Objet seul Objet seul polarisépolariséen cathodeen cathode
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TECHNIQUES ELECTROCHIMIQUESTECHNIQUES ELECTROCHIMIQUESLa cellule de traitementLa cellule de traitement
Le matLe matéérielriel
les les éélectrodes de rlectrodes de rééfféérence rence couramment employcouramment employééeses- au calomel saturé- au sulfate mercureux- à l’oxyde mercurique
Electrode Electrolyte Potentiel à 25 °C (V)
au calomel KCl saturé 0,241
au sulfate mercureux K2SO4 saturé 0,658
à l’oxyde mercurique NaOH 1M 0,098
Le potentiel de l’électrode varie en fonction du liquide de remplissagecas d’une électrode de référence à l’oxyde mercuriqueréaction d’électrode : HgO + H2O + 2e- Hg + 2 OH- E° = 0,098 V
Red
Ox
aa ln F n
RT E E +°= ][OH log 0,06 - E -°= (loi de Nernst)
Liquide de remplissage :- NaOH, 1M : [OH-] = 1 mol.l-1 E = 0,098 V- NaOH, 0,1M : [OH-] = 0,1 mol.l-1 E = 0,098 + 0,06 = 0,158 V
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TECHNIQUES ELECTROCHIMIQUESTECHNIQUES ELECTROCHIMIQUESLa cellule de traitementLa cellule de traitement
Le matLe matéérielriel
choix des anodes anodes (traitement où l’objet est polarisé en cathode)
matériau courant : grille d’acier inoxydable déployécas particuliers :
- grilles de platine- anodes industrianodes industrielleselles : carbone, DSA
importance de la ggééomoméétrie trie des anodes, à adapter à celle de l’objet à traiter
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TECHNIQUES ELECTROCHIMIQUESTECHNIQUES ELECTROCHIMIQUESLes paramètres de traitementLes paramètres de traitement
ParamParamèètres de traitement tres de traitement àà ddééfinir selon le but recherchfinir selon le but recherchéé
Les principaux paramètres
le pHpH et le potentiel cathodiquepotentiel cathodique des objets traités
immunité
corrosion
passivation
Point de dPoint de déépart : part : considconsidéérations thermodynamiquesrations thermodynamiquesles diagrammes potentiel-pH
Etude de cas n°1
LE TRAITEMENT DES VESTIGESDU PATRIMOINE SOUS-MARIN
Le dégagement de la gangue des objets ferreux
Etude de cas n°1 Etude de cas n°1
LE TRAITEMENT DES VESTIGESLE TRAITEMENT DES VESTIGESDU PATRIMOINE SOUSDU PATRIMOINE SOUS--MARINMARIN
Le Le dégagement de la gangue des objets ferreuxdégagement de la gangue des objets ferreux
EDF
Emmanuelle PONS, Ecole d’été e2phy Lille 2004, Physique et Art, 27 août 2004
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LE TRAITEMENT DES VESTIGES DU PATRIMOINE SOUSLE TRAITEMENT DES VESTIGES DU PATRIMOINE SOUS--MARINMARIN
Le dégagement de la gangueLe dégagement de la gangue
Potentiel de traitementPotentiel de traitement : on se place à un potentiel suffisamment cathodique pour obtenir la réaction de dégagement d'hydrogène gazeux
2H+ + 2e- → H2
I (A)
E (V/ ENH)0,5- 0,5- 1,5 - 1,0
H2 ← H+
Allure de la courbe de polarisation cathodique d'un Allure de la courbe de polarisation cathodique d'un ééchantillon de fer corrodchantillon de fer corrodéé
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LE TRAITEMENT DES VESTIGES DU PATRIMOINE SOUSLE TRAITEMENT DES VESTIGES DU PATRIMOINE SOUS--MARINMARIN
Le dégagement de la gangueLe dégagement de la gangue
La diffusion de l’électrolyte dans la gangue la rend pâteuse
H2
H2
Gangue
H2
H2
Boulet
Interface siège de la réaction
La réaction se produit sur la première surface conductrice rencontrée (métal ou couche de corrosion conductrice comme la magnétite Fe3O4)
les produits situés au-dessus se désolidarisent (action mécanique du bullage d’hydrogène)
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LE TRAITEMENT DES VESTIGES DU PATRIMOINE SOUSLE TRAITEMENT DES VESTIGES DU PATRIMOINE SOUS--MARINMARIN
Le dégagement de la gangueLe dégagement de la gangueMontage expMontage expéérimentalrimentalConcrConcréétion marine du XVItion marine du XVIee contenant deux bouletscontenant deux boulets
SchSchééma du montage ma du montage
[Lac
oudr
e, 1
991]
AprAprèès environ 500 h de traitements environ 500 h de traitement
l’interface est devenue pâteuse,les boulets peuvent être extraits
EDF
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LE TRAITEMENT DES VESTIGES DU PATRIMOINE SOUSLE TRAITEMENT DES VESTIGES DU PATRIMOINE SOUS--MARINMARIN
Le dégagement de la gangueLe dégagement de la gangue
LL’é’élimination de la gangue dlimination de la gangue d’’une bombarde russe en fonteune bombarde russe en fontede lade la Slava RossiiSlava Rossii, , ééchouchouéée en 1780 sur le en 1780 sur l’î’île du Levant (Mle du Levant (Mééditerranditerranéée) e)
SchSchééma du montage ma du montage éélectrolytiquelectrolytiquede dde déépose de la gangue
[Lac
oudr
e, 1
991]
pose de la gangue
ParamParamèètres du traitementtres du traitement
7,5 à 15 AIntensité
2,1 à 3,5 VTension de cellule
700 hDurée du traitement
Potasse KOH 10 % massiqueElectrolyte
Arrivées de courant
EDF
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LE TRAITEMENT DES VESTIGES DU PATRIMOINE SOUSLE TRAITEMENT DES VESTIGES DU PATRIMOINE SOUS--MARINMARIN
Le dégagement de la gangueLe dégagement de la gangue
LL’é’élimination de la gangue dlimination de la gangue d’’une bombarde russe en fonteune bombarde russe en fontede lade la Slava RossiiSlava Rossii, , ééchouchouéée en 1780 sur le en 1780 sur l’î’île du Levant (Mle du Levant (Mééditerranditerranéée) e)
[Lac
oudr
e, 1
991]
EDF
EDF
Bombarde avant traitement
EDFPrésentation de la pièce dans la cuvede traitement Bombarde après traitement
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LE TRAITEMENT DES VESTIGES DU PATRIMOINE SOUSLE TRAITEMENT DES VESTIGES DU PATRIMOINE SOUS--MARINMARIN
Le dégagement de la gangueLe dégagement de la gangue
Traitement de la gangue en vracTraitement de la gangue en vrac
Nombreux amas de concrNombreux amas de concréétions contenant des vestiges mtions contenant des vestiges méétalliques non talliques non identifiidentifiééss
traitement de masse en panier cathodique
[Lac
oudr
e, 1
991]
traitement de masse en panier cathodique
Des objets de qualitDes objets de qualitéé ddéécouverts couverts un flacon de la un flacon de la Slava RossiiSlava Rossii
EDF
Etude de cas n°2
LA STABILISATION DES OBJETS FERREUX
Les vestiges de la nécropole de Gol Mod en Mongolie
Etude de cas n°2 Etude de cas n°2
LA STABILISATION DES OBJETS FERREUXLA STABILISATION DES OBJETS FERREUX
Les vestiges de la nécropole deLes vestiges de la nécropole de Gol ModGol Mod en en MongolieMongolie
EDF
Emmanuelle PONS, Ecole d’été e2phy Lille 2004, Physique et Art, 27 août 2004
Emmanuelle PONS, Ecole d’été e2phy Lille 2004, Physique et Art, 27 août 2004
LA STABILISATION DES OBJETS FERREUXLA STABILISATION DES OBJETS FERREUX
Les vestiges de la nécropole de Les vestiges de la nécropole de Gol ModGol ModContexteContexte Fouilles en 2001 de la nécropole xiongnu de GolGol ModMod
(1er siècle ap. J.-C.) par la Mission archéologique française en Mongolie
Bandages de roue de charCliché X. Renauld Vase
Cliché X. Renauld
Miroir chinoisCliché X. Renauld
Cliché J. Vasquez Tombe T1 : zone sacrificielle à 10 m de profondeur : objets fragmentairesfragmentaires en fer et bronze
un défunt puissant, peut être un chanyu ?Cliché J. Vasquez
Bassin à décor de masque animal
Cliché X. Renauld
Opération de Mécénat de compétences de la Fondation EDF lancée en 2002 : expertise et conservation-restauration de ces objets
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LA STABILISATION DES OBJETS FERREUXLA STABILISATION DES OBJETS FERREUX
Les vestiges de la nécropole de Les vestiges de la nécropole de Gol ModGol ModExpertise du vaseExpertise du vase
RadiographieRadiographie
Le matériau est poreuxDes altérations sont mises en
évidence (corrosion, fissuration)
Microstructure de fonte blanche hypoeutectique
Examen micrographiqueExamen micrographique
EDF
Perlite : ferrite + cémentite
Cémentite Fe3C
10 fragments, les tranches corrodées témoignent d'une cassure ancienne
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LA STABILISATION DES OBJETS FERREUXLA STABILISATION DES OBJETS FERREUX
Les vestiges de la nécropole de Les vestiges de la nécropole de Gol ModGol Mod
Expertise du vase et des autres vestiges ferreuxExpertise du vase et des autres vestiges ferreux
Observation Observation : des indices de corrosion active
EDF EDF
Des produits pulvérulents brun orangé au fond de cratèresPassage en chambre humide : reprise de corrosion
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LA STABILISATION DES OBJETS FERREUXLA STABILISATION DES OBJETS FERREUX
Les vestiges de la nécropole de Les vestiges de la nécropole de Gol ModGol Mod
Expertise du vase et des autres vestiges ferreuxExpertise du vase et des autres vestiges ferreux
Test Test au nitrate dau nitrate d’’argent argent : poudre brun orangé recueillie dans les cratères
risque de dégradation rapide des objets
formation d’un précipité blanc qui noircit à la lumière : présence de chlorures
nécessité d'un traitement de stabilisation
EDF
Témoin :Eau déminéralisée
Prélèvements de poudre
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LA STABILISATION DES OBJETS FERREUXLA STABILISATION DES OBJETS FERREUX
Les vestiges de la nécropole de Les vestiges de la nécropole de Gol ModGol Mod
Le traitement Le traitement éélectrolytique de stabilisationlectrolytique de stabilisation
Choix des paramChoix des paramèètres du traitementtres du traitement
- Déchloruration : on s'intéresse au phénomène d'électrophorèse
- Electrolyte : • bon conducteur• pas de réaction parasite
potasse KOH potasse KOH àà 1 % massique dans H1 % massique dans H22O dO dééminminééralisralisééee
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LA STABILISATION DES OBJETS FERREUXLA STABILISATION DES OBJETS FERREUX
Les vestiges de la nécropole de Les vestiges de la nécropole de Gol ModGol Mod
Le traitement Le traitement éélectrolytique de stabilisationlectrolytique de stabilisation
Choix des paramChoix des paramèètres du traitementtres du traitement
Diagramme de Pourbaix : zone d’immunité ou passivation du fer, domaine de stabilité de H2O(éviter les dégagements d’O2 ou H2)
pH entre 10 et 14
Electrolyte choisi : pH ~ 13,2potentiel de traitement :- 0,8 à 0,4 V / ENH
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LA STABILISATION DES OBJETS FERREUXLA STABILISATION DES OBJETS FERREUX
Les vestiges de la nécropole de Les vestiges de la nécropole de Gol ModGol Mod
Le traitement Le traitement éélectrolytique de stabilisationlectrolytique de stabilisation
Schéma du montage
AlimentationStabilisée
I
- +U
CathodeAnode
Electrolyte (KOH 1% massique)
Electrode de référence à l’oxyde mercurique
Voltmètre
- 0,55 Ampèremètre
Cl-Cl-
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LA STABILISATION DES OBJETS FERREUXLA STABILISATION DES OBJETS FERREUX
Les vestiges de la nécropole de Les vestiges de la nécropole de Gol ModGol Mod
Le traitement Le traitement éélectrolytique de stabilisationlectrolytique de stabilisationLe traitement réalisé : traitement de masse d’un lot d’objets
AlimentationStabilisée
Cathode : grille en
acier inoxydable
déployé
Panier à 3 étages
Anode : grille en
acier inoxydable
déployé
Electrolyte (KOH 1% massique)
Ampèremètre
EDF
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LA STABILISATION DES OBJETS FERREUXLA STABILISATION DES OBJETS FERREUX
Les vestiges de la nécropole de Les vestiges de la nécropole de Gol ModGol Mod
Le traitement Le traitement éélectrolytique de stabilisationlectrolytique de stabilisation
Le traitement de masse d’un lot d’objets (dont vase en fonte)
durée du traitement : 2495 h, soit trois mois et demiun bain de 1775 h, suivi d'un bain de 720 h
OBJETS Électrolyte Tension de
Cellule Intensité Potentiel de la cathode
Potentiel du vase en fonte
Lot de vestiges ferreux,Masse totale : 3,8 kg
KOH 1 % massique
1,9 V 0,2 - 0,3 A-0,55 à -0,40
V/ENH -0,45 à -0,35
V/ENH
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LA STABILISATION DES OBJETS FERREUXLA STABILISATION DES OBJETS FERREUX
Les vestiges de la nécropole de Les vestiges de la nécropole de Gol ModGol Mod
Le traitement Le traitement éélectrolytique de stabilisationlectrolytique de stabilisation
Le traitement de masse d’un lot d’objets (dont vase en fonte)
quantité de chlorures extraits : 50 mg/kg d’objets traités
Evolution de la concentration en chlouresdu bain de traitement de masse
Vestiges ferreux de Gol Mod
00,5
11,5
22,5
33,5
44,5
0 500 1000 1500 2000 2500
temps d'immersion (h)
[Cl- ]
(mg/
L)
Changement de bain
dosage des chlorures par électrophorèse capillaire (Appareillage Waters C.I.A.)sur des prélèvements effectués 2 fois par semaine
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LA STABILISATION DES OBJETS FERREUXLA STABILISATION DES OBJETS FERREUX
Les vestiges de la nécropole de Les vestiges de la nécropole de Gol ModGol Mod
Le vase en fonte aprLe vase en fonte aprèès traitements traitementFinition : Finition : rinçage, séchage, nettoyage par microsablage, remontage des
fragments par collage réversible et application d’un vernis protecteur
EDF
un vase dont le diamètre
du col est estimé à 14 cm
un décor caractéristique
de ll’’Art des SteppesArt des Steppes
(double nervures enserrant
le col et s'incurvant sur la
panse)
Le vase étudié Un chaudron xiongnu[L'Asie des steppes, 2000]
Etude de cas n°3
TRAITEMENT ET CONSERVATION DES OBJETS EN METAL ARGENTE
Les instruments à vent de la collection Saxdu Musée de la Musique
Etude de cas n°3 Etude de cas n°3
TRAITEMENT ET CONSERVATION DES OBJETS TRAITEMENT ET CONSERVATION DES OBJETS EN METAL ARGENTEEN METAL ARGENTE
Les instruments à vent de la collection SaxLes instruments à vent de la collection Saxdu Musée de la Musiquedu Musée de la Musique
EDF
Emmanuelle PONS, Ecole d’été e2phy Lille 2004, Physique et Art, 27 août 2004
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Les instruments à vent de la collection Saxdu Musée de la Musique
Part A : Diagnostic et mise au point d'untraitement électrolytique
Les instruments à vent de la collection SaxLes instruments à vent de la collection Saxdu Musée de la Musiquedu Musée de la Musique
Part A : Diagnostic et mise au point d'unPart A : Diagnostic et mise au point d'untraitement électrolytiquetraitement électrolytique
Emmanuelle PONS, Ecole d’été e2phy Lille 2004, Physique et Art, 27 août 2004
LE TRAITEMENT DES OBJETS EN METAL ARGENTELE TRAITEMENT DES OBJETS EN METAL ARGENTE
Les instruments à vent de la collection SaxLes instruments à vent de la collection Sax
Les instruments en laiton argentLes instruments en laiton argentéé du Musdu Muséée de la Musiquee de la Musique
Constat d'Constat d'éétattat
Vue de détail d'un saxophone soprano avant traitement
Vue générale de l'aspectavant traitement
les instruments sont recouverts d'une fine couche de corrosion noireternissement de l'argenture du laiton à l'atmosphère
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LE TRAITEMENT DES OBJETS EN METAL ARGENTELE TRAITEMENT DES OBJETS EN METAL ARGENTE
Les instruments à vent de la collection SaxLes instruments à vent de la collection Sax
Recherche d'un traitement adaptRecherche d'un traitement adaptéé
Le ternissement de l’argent a 2 principaux responsables :- le soufre : H2S, OCS (sulfure de carbonyle), SO2
- le chlore : Cl2 et HCl
Les composés chlorés sont moins agressifs que les soufrés--> principal produit de corrosion de l’argent : Ag2S
Traitement mécanique d'abrasion des produits de corrosion délicat à cause du risque de mettre à nu le laiton
Mise au point d'un traitement de rrééduction duction éélectrochimiquelectrochimique du sulfure d'argent Ag2S
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Les instruments à vent de la collection SaxLes instruments à vent de la collection Sax
Etape prEtape prééliminaireliminaire : établissement de la courbe intensité - potentiel dans l'électrolyte choisi (sesquicarbonate de sodium)
Pic de réduction du sulfure d'argent à -1,26 V/ESS
Mise au point d'un traitement Mise au point d'un traitement éélectrolytique adaptlectrolytique adaptéé
Présence de pics associés aux produits de corrosion du cuivre : argenture dégradée localement
EDF
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Les instruments à vent de la collection SaxLes instruments à vent de la collection Sax
Mise au point d'un traitement Mise au point d'un traitement éélectrolytique adaptlectrolytique adaptéé
Traitement à potentiel imposé (alimentation stabilisée) de - 1,3 V/ESS
Schéma du montage
Suivi de l'évolution de l'intensité du courant en fonction du temps (chronoampérométrie)détermination de la durée du traitement : de quelques minutes à 1/2 h
I i I
t
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LE TRAITEMENT DES OBJETS EN METAL ARGENTELE TRAITEMENT DES OBJETS EN METAL ARGENTE
Les instruments à vent de la collection SaxLes instruments à vent de la collection Sax
Le traitement Le traitement éélectrolytique et ses rlectrolytique et ses réésultatssultats
Un saxophone en traitement Le saxophone après traitement
EDF
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LE TRAITEMENT DES OBJETS EN METAL ARGENTELE TRAITEMENT DES OBJETS EN METAL ARGENTE
Les instruments à vent de la collection SaxLes instruments à vent de la collection Sax
Le Le traitement ponctuel traitement ponctuel au pinceau électrolytique des au pinceau électrolytique des ééllééments ments composites (composites (pistons, clefs)pistons, clefs)Coussinets et renforts en liège et cuir associés au métal
Schéma de principe d'un pinceau électrolytique à électrodes concentriques
Emploi d'un pinceau électrolytique "anode ponctuelle"
pour le nettoyage d'une clef
EDF
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Les instruments à vent de la collection Saxdu Musée de la Musique
Part B : Conservation à long terme
Les instruments à vent de la collection SaxLes instruments à vent de la collection Saxdu Musée de la Musiquedu Musée de la Musique
Part B : Conservation à long termePart B : Conservation à long terme
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LE TRAITEMENT DES OBJETS EN METAL ARGENTELE TRAITEMENT DES OBJETS EN METAL ARGENTE
Les instruments à vent de la collection SaxLes instruments à vent de la collection Sax
Conservation Conservation àà long terme long terme -- La maintenance prLa maintenance préédictivedictiveMise en place de coupons témoins de corrosionMise en place de coupons témoins de corrosion
IntIntéégration des coupons dans les vitrinesgration des coupons dans les vitrines
EDF EDF
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LE TRAITEMENT DES OBJETS EN METAL ARGENTELE TRAITEMENT DES OBJETS EN METAL ARGENTE
Les instruments à vent de la collection SaxLes instruments à vent de la collection Sax
Conservation Conservation àà long terme long terme -- La maintenance prLa maintenance préédictivedictiveLes coupons témoins de corrosionLes coupons témoins de corrosion
Estimation de la quantitEstimation de la quantitéé de sulfure d'argent formde sulfure d'argent forméé en fonction du tempsen fonction du temps- enlèvement des coupons après des durées croissantes d'exposition- réduction de la couche de corrosion formée par voltampérométrie
Les vitrines en béton et verre permettent une conservation favorable
Carton-pâte à proscrire
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LE TRAITEMENT DES OBJETS EN METAL ARGENTELE TRAITEMENT DES OBJETS EN METAL ARGENTE
Les instruments à vent de la collection SaxLes instruments à vent de la collection SaxConservation Conservation àà long terme long terme -- La maintenance prLa maintenance prééventiveventiveTraitement de l’atmosphère des vitrines d’expositionTraitement de l’atmosphère des vitrines d’exposition
Mise au point dMise au point d’’un prototype de traitement de lun prototype de traitement de l’’airair
Filtre en laine d'argentFiltre en laine d'argent : le résultat du test de sulfuration sous cloche de la laine d’argent montre que la laine activée au préalable fixe plus de soufre
EDF
EDF
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LE TRAITEMENT DES OBJETS EN METAL ARGENTELE TRAITEMENT DES OBJETS EN METAL ARGENTE
Les instruments à vent de la collection SaxLes instruments à vent de la collection Sax
Conservation Conservation àà long terme long terme -- La maintenance prLa maintenance prééventiveventiveTraitement de l’atmosphère des vitrines d’expositionTraitement de l’atmosphère des vitrines d’exposition
Mise au point dMise au point d’’un prototype de traitement de lun prototype de traitement de l’’airair
EDF
EDF
La cartouche porte-filtres : à poussière et laine d'argent
Le prototypeDépôt d'un brevet européen
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LE TRAITEMENT DES OBJETS EN METAL ARGENTELE TRAITEMENT DES OBJETS EN METAL ARGENTE
Les instruments à vent de la collection SaxLes instruments à vent de la collection SaxConservation Conservation àà long terme long terme -- La maintenance prLa maintenance prééventiveventiveTraitement de l’atmosphère des vitrines d’expositionTraitement de l’atmosphère des vitrines d’exposition
Simulation numSimulation numéérique de lrique de l’é’épuration spuration séélective du soufre de la vitrinelective du soufre de la vitrine"Symphonie fantastique" du Mus"Symphonie fantastique" du Muséée de la Musiquee de la Musique
Tous les instruments sont représentés avec leur support
Dispositif de traitement de l'air positionné au sol
Maillage 3D uniforme (maille cubique d'arête 5 cm) : 200 000 nœuds
Simulation numérique : résolution itérative des équations de Navier Stokes (turbulence)
Temps de calculs générés élevés
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LE TRAITEMENT DES OBJETS EN METAL ARGENTELE TRAITEMENT DES OBJETS EN METAL ARGENTE
Les instruments à vent de la collection SaxLes instruments à vent de la collection SaxConservation Conservation àà long terme long terme -- La maintenance prLa maintenance prééventiveventiveTraitement de l’atmosphère des vitrines d’expositionTraitement de l’atmosphère des vitrines d’exposition
Simulation numSimulation numéérique de lrique de l’é’épuration spuration séélective du soufre de la vitrinelective du soufre de la vitrine"Symphonie fantastique" du Mus"Symphonie fantastique" du Muséée de la Musiquee de la Musique
Après 150 sLa vitrine "Symphonie Fantastique"
Etude de cas n°4
LA RESTITUTION PAR GALVANOPLASTIE
Le rouleau de cuivre de Qumrân
Etude de cas n°4 Etude de cas n°4
LA RESTITUTION PAR GALVANOPLASTIELA RESTITUTION PAR GALVANOPLASTIE
Le rouleau de cuivre de QumrânLe rouleau de cuivre de Qumrân
EDF
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LA RESTITUTION D’LA RESTITUTION D’ OBJETS PAR GALVANOPLASTIEOBJETS PAR GALVANOPLASTIEPrincipe de la méthodePrincipe de la méthode
Galvanoplastie :Galvanoplastie :
DDééppôôt t éélectrolytique dlectrolytique d’’une couche de mune couche de méétal sur un ntal sur un néégatif de la surface gatif de la surface àà reproduirereproduire (moule), rendu conducteur de l(moule), rendu conducteur de l’é’électricitlectricitéé
Montages de galvanoplastied'après E. Bouant [1894]
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LA RESTITUTION D’LA RESTITUTION D’ OBJETS PAR GALVANOPLASTIEOBJETS PAR GALVANOPLASTIEPrincipe de la méthodePrincipe de la méthode
Galvanoplastie du cuivreGalvanoplastie du cuivre
Le moule conducteur est polarisé en cathode
Une anode consommable en cuivre alimente en cations le bain de galvanoplastie, contenant un sel de cuivre
Les cations migrent en solution sous l’effet du champ électrique appliqué et arrivent à la cathode où du cuivre métal va se déposer sur le mouleAlimentation stabilisée : travail à intensitéfixée
I
- +U
Alimentationstabilisée
Ampèremètre
Cathode : moule en silicone
Anode : plaquede cuivreElectrolyte
de cuivrage
Agitation
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LA RESTITUTION D’LA RESTITUTION D’ OBJETS PAR GALVANOPLASTIEOBJETS PAR GALVANOPLASTIELe rouleau de cuivre de QumrânLe rouleau de cuivre de Qumrân
ContexteContexte2 enroulements ayant constitué à l’origine un seul rouleau
découverts en 1952 dans une grotte de la région de WadiQumrân (désert de Judée)
document minéralisé : lecture impossible
découpe en 23 segments (demi-cylindres) en 1955-56 à l’Université de Manchester
arrivée en 1994 des segments à Valectra pour une nouvelle restauration
au-delà de la restauration, deux nouveaux supports ont été proposés pour l'étude et la présentation muséographique : copie radiographique et "fac-similé" galvanique
EDF
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LA RESTITUTION D’LA RESTITUTION D’ OBJETS PAR GALVANOPLASTIEOBJETS PAR GALVANOPLASTIELe rouleau de cuivre de QumrânLe rouleau de cuivre de Qumrân
Objectif de la galvanoplastieObjectif de la galvanoplastie
Réalisation d'un "fac-similé" des 3 plaques d’origine du document pour son étude et sa présentation au Musée d’Amman en Jordanie
Remise à plat des empreintes des segments nécessaire : recherche d'une technique de moulage adaptée
Le tirage galvanique ne constituera pas une restitution du document d'origine car il intègrera les altérations (lacunes…) liées à l’enfouissement et à la découpe
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LA RESTITUTION D’LA RESTITUTION D’ OBJETS PAR GALVANOPLASTIEOBJETS PAR GALVANOPLASTIELe rouleau de cuivre de QumrânLe rouleau de cuivre de Qumrân
EDF
RRééalisation du moule pour le tirage par galvanoplastiealisation du moule pour le tirage par galvanoplastie
Fragilité extrême des segments : technique de moulagepar "estampage""estampage" de la face inscrite
PremiPremièère re éétape : Rtape : Rééalisation des interalisation des inter--nnéégatifs des 23 gatifs des 23 segments en siliconesegments en silicone
réalisation d’un support en mousse de polyéthylène épousant le revers des segments (partie convexe)
mise à plat de l’empreinte
prise d’empreinte de la face avec un élastomère silicone (Rhodorsil R.T.V., Rhône Poulenc) stratifié
Mise au point du Mise au point du protocoleprotocole sur des demisur des demi--cylindres modcylindres modèèles en laiton les en laiton et en plet en plââtretre
EDF
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LA RESTITUTION D’LA RESTITUTION D’ OBJETS PAR GALVANOPLASTIEOBJETS PAR GALVANOPLASTIELe rouleau de cuivre de QumrânLe rouleau de cuivre de Qumrân
RRééalisation du moule pour le tirage par galvanoplastiealisation du moule pour le tirage par galvanoplastie
DeuxiDeuxièème me éétape : tirage dtape : tirage d’’un positif en plun positif en plââtre de chacune des 3 plaques tre de chacune des 3 plaques dd’’origineorigine
mise en connexion des inter-négatifs des segments d’une même plaquecollage sur un support horizontal, comblement de la ligne de joint et des lacunes
réalisation d’un "coffrage" en plastiline
gâchage du plâtre et coulée
EDFEDF
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LA RESTITUTION D’LA RESTITUTION D’ OBJETS PAR GALVANOPLASTIEOBJETS PAR GALVANOPLASTIELe rouleau de cuivre de QumrânLe rouleau de cuivre de Qumrân
RRééalisation du moule pour le tirage par galvanoplastiealisation du moule pour le tirage par galvanoplastie
TroisiTroisièème me éétape : rtape : rééalisation des nalisation des néégatifs en silicone des 3 plaques gatifs en silicone des 3 plaques àà partir partir des positifs en pldes positifs en plââtretre
EDF
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LA RESTITUTION D’LA RESTITUTION D’ OBJETS PAR GALVANOPLASTIEOBJETS PAR GALVANOPLASTIELe rouleau de cuivre de QumrânLe rouleau de cuivre de Qumrân
Choix du bain de traitementChoix du bain de traitement
bain de cuivrage acide (au sulfate acide de cuivre)- facilité de mise en œuvre- moindre toxicité
composition du bain- CuSO4, 5H2O : source d’ions Cu2+
- H2SO4 : rôle favorable sur la conductivité du bain, la dissolution de l’anode, le grain du dépôt- additif brillanteur : niveler le dépôt- NaCl : améliore la qualité du dépôt
anodes en cuivre au phosphore
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LA RESTITUTION D’LA RESTITUTION D’ OBJETS PAR GALVANOPLASTIEOBJETS PAR GALVANOPLASTIELe rouleau de cuivre de QumrânLe rouleau de cuivre de Qumrân
Mise en Mise en œœuvre du duvre du dééppôôttcollage et fixation du moule sur une plaque de plexiglas
- rigidifier le silicone- permettre sa suspension
mise en place des arrivées de courant
EDF
badigeon de "plombagine" pour rendre le moule conducteur
EDF
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LA RESTITUTION D’LA RESTITUTION D’ OBJETS PAR GALVANOPLASTIEOBJETS PAR GALVANOPLASTIELe rouleau de cuivre de QumrânLe rouleau de cuivre de Qumrân
ParamParamèètres du dtres du dééppôôtt
densité de courant : de 1 à 2 A/dm2
(augmentation progressive pendant la première phase de dépôt)
contrôles réguliers, surtout les premières 24 h : comblement lacunes si nécessaire (plombagine)
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temps de dépôt : environ 5 jours pour 5 kg de cuivre
épaisseur moyenne des fac-similés : 3 mm
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LA RESTITUTION D’LA RESTITUTION D’ OBJETS PAR GALVANOPLASTIEOBJETS PAR GALVANOPLASTIELe rouleau de cuivre de QumrânLe rouleau de cuivre de Qumrân
Les plaques obtenues, traitement de finitionLes plaques obtenues, traitement de finition
Après extraction du bain, rinçage et séchage, brossage au microtour de prothésiste
Protection au benzotriazole dilué dans l’éthanol
EDF
EDF
Et pour finir...
ELECTROCHIMIE & ARTAutres exemples d'application des études présentées
Et pour finir... Et pour finir...
ELECTROCHIMIEELECTROCHIMIE & ART& ARTAutres exemples d'application des études Autres exemples d'application des études présentéesprésentées
Emmanuelle PONS, Ecole d’été e2phy Lille 2004, Physique et Art, 27 août 2004
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ELECTROCHIMIE & ARTELECTROCHIMIE & ARTAutres applications des études présentéesAutres applications des études présentées
La fontaine Houguenade La fontaine Houguenade de la cour Visconti du Louvrede la cour Visconti du Louvre
Les daguerrLes daguerrééotypesotypes
EDF