Aglaé, ou la Beauté vue par la Science ; un ... - Mediachimie.org

Aglaé, oula Beautévue laparScienceun accélérateurde particules au Louvredepuis 20 ansPhilippe Walter Aglaé, ou la Beauté vue par la ScienceCe chapitre est dédié à la mémoirede Joseph Salomon, physicien,responsable d’AGLAÉ de 1989 à 2009,décédé le 3 février 2009.La matière constituant unobjet d’art ou d’archéologierecèle de nombreux indicestrès utiles pour leur étude.En particulier, sa compositionchimique permet d’identifier lematériau, sa provenance, lesrecettes de fabrication et seséventuelles altérations. L’accélérateurde particules Aglaéa été installé au Palais duLouvre à Paris (Figure 1) pourpermettre le développementde l’analyse non invasive desœuvres… et offrir un nouveauregard sur leur histoire.Mais comment est-il possibled’analyser des objets demusées sans effectuer de prélèvement? Comment a-t-onpu ainsi résoudre des énigmescachées derrière des œuvresd’art et des objets archéologiques? Racontons l’histoireet l’évolution d’un instrumentexceptionnel, créé par lesscientifiques au service del’Art…

La chimie et l’art14Figure 1L’accélérateur de particulesAglaé trône dans les laboratoiressouterrains du musée du Louvreet travaille pour donner vie auxœuvres d’art.1La naissanced’Aglaé et sagestationDepuis décembre 1987est installé au Centre derecherche et de restaurationdes musées de France(C2RMF) un accélérateurd’ions qui a été baptisé Aglaé(Figure 1). C’est le nomd’une des trois Grâces de laGrèce ancienne, associée àla beauté, mais cet acronymesignifie également AccélérateurGrand Louvre d’AnalyseÉlémentaire. Un tel appareilpermet de mettre à dispositiondes responsables descollections de musées, desscientifiques et des restaurateurs,un ensemble detechniques dites d’analysepar faisceau d’ions énergétiques(Ion Beam Analysis,IBA), couramment utiliséesen physique des solides et desmatériaux, et plus récemmenten biologie.Cette installation perfectionnée,complexe et performantepour analyser lesmatériaux a été choisie pourrépondre à trois critèresessentiels dans le domainemuséologique :− opérer d’une manière nondestructive sur des œuvres ousur des échantillons, évitantainsi la multiplication desprélèvements ;− présenter une grande sensibilité,augmentant considérablementle nombre d’élémentschimiques déceléssimultanément, même ceuxprésents à l’état de traces.Car les plus infimes d’entreelles peuvent se révéler déterminantespour fournir descritères de caractérisation dela provenance, de l’époque oude l’authenticité des objets !− permettre d’effectuer trèsrapidement l’étude de sériesd’objets pour établir desrapprochements chronologiques,technologiques ouesthétiques, que l’on meten évidence simultanémentgrâce aux traitements desdonnées par ordinateur.Pour répondre à ces critères,les chercheurs du C2RMF ontdéveloppé une ligne expérimentalespécifique à Aglaé,que l’on appelle le microfaisceauextrait à l’air. Cedispositif original, dont nousallons décrire le principe(paragraphe 3), a atteint untrès haut degré de sophistication.Depuis quelques années,l’intérêt de cette approche ad’ailleurs conduit des équipeseuropéennes à demanderl’accès de l’accélérateur dansle cadre de l’infrastructureintégrée Eu-ARTECH 1 .1. Eu-ARTECH est un projet inscritdans le 6 e programme cadrede recherche et développementeuropéen, et coordonné par l’universitéde Pérouse (Italie). Treize

Aglaé a vingt ans aujourd’hui,et sous son faisceau d’ionssont passés des matériauxaussi divers que des bijoux enor et en argent, des objets enalliage cuivreux, des gemmes,des objets en verre et descéramiques couvertes deglaçure, des encres et despigments, et aussi des pierres,des os et de l’ivoire, ou encoredes produits de restaurationou de corrosion, pour ne pastout citer...C’est pour fournir des informationsprécieuses auxchercheurs au cours deleurs études, dont les enjeuxsont de taille : comprendreles techniques de fabrication,étudier les provenancesdes matériaux, rechercherdes critères pour authentifieret dater des œuvres,comprendre le vieillissementdes matériaux ou les conditionsd’altération, en vue deleur conservation et parfoisleur restauration. Autant dedémarches qui contribuentà l’histoire de l’art, à l’histoiredes techniques, à l’archéologie– en permettant demieux comprendre les modesde vie des anciens à partir del’étude du matériel – et à lamuséologie, en contribuant àstructures de recherche de huitpays d’Europe, toutes concernéespar la conservation et la connaissancedes œuvres d’art, sont lespartenaires de ce projet qui adémarré en juin 2004 pour durercinq ans. Les institutions partenairesde Eu-ARTECH collaborentà des programmes qui réunissentphysiciens, chimistes, spécialistesdes matériaux, conservateurs,archéologues, historiens del’art et restaurateurs. Ces institutionssont, dans leur pays, des référencesen matière d’étude et deconservation du patrimoine.la conservation des œuvres eten les documentant, notammentà l’occasion d’expositions.Retour sur vingt ans de viepour Aglaé…1.1. Un pari ambitieuxLe pari fait en 1980 d’installerun accélérateur de particulesau Laboratoire de recherchedes musées de France (LRMF,ancien nom du laboratoire duC2RMF. Encart « Le C2RMF,un grand laboratoire dédiéau Patrimoine »), était fondésur l’idée que les techniquesd’analyse par faisceaux d’ions,couramment utilisées ensciences des matériaux,devaient permettre des avancéesimportantes dans laconnaissance du Patrimoine,en répondant aux interrogationsdes conservateurs,historiens de l’art et archéologues.L’enjeu était de réaliserde 3 000 à 5 000 analysespar an sur des objets, desprélèvements mais égalementdes aérosols pour desétudes environnementalesdans les musées. L’avantagedes méthodes d’analyses parfaisceaux d’ions était leurfacilité d’utilisation pour desanalyses panoramiques nondestructives, en série, quellesque soient les natures desmatériaux constituants lesœuvres d’art et les objetsarchéologiques.1.2. Un projet se dessineUn projet, nommé PIXE(Particle Induced X-ray Emission)dans un premier temps,fut lancé et reçut rapidementAglaé, ou la Beauté vue par la Science15

La chimie et l’artLE C2RMF, UN GRAND LABORATOIREDÉDIÉ AU PATRIMOINEL’histoire d’un grand laboratoire de musées n’aurait pas existé sans la découverte fondamentaledes rayons X par Röntgen en 1895. On mesure combien l’analyse par rayons X arévolutionné le monde de la physique, puis le domaine de la santé. Mais son intérêt dans ledomaine de l’art a été mis en évidence pour la première fois en 1920 par André Chéron, quiréalisa au musée du Louvre une radiographie du tableau Enfant en prière de Jean Hey, etmontra qu’il était possible d’analyser les œuvres d’art en profondeur : mettre en évidence lesdégradations, déterminer la composition des pigments utilisés, etc. La physique et la chimieallaient devenir des alliés précieux pour le patrimoine : comprendre les œuvres et objetsarchéologiques, les authentifier, les conserver, les restaurer…C’est alors qu’est né en 1968 le Laboratoire de recherche des musées de France (LRMF),destiné à l’étude scientifique des œuvres d’art. En 1998, il fusionna avec le Service de restaurationdes musées de France, pour donner naissance au Centre de recherche et de restaurationdes musées de France (C2RMF) actuel (Figure 2).ABFigure 2Les locaux du Centre de recherche et de restauration des musées de France (C2RMF) (A), installés auGrand Louvre (B).16le soutien de la communautéscientifique, même si lesconditions initiales n’étaientpas des plus favorables. Maisl’enthousiasme de la petiteéquipe des origines allaitcompenser certaines insuffisances(taille réduite del’équipe, budget limité, etc.).Le LRMF fut donc désignémaître d’œuvre en 1983 etil commença à développerdes contacts étroits avecdifférents laboratoires duCNRS 2 , de l’Université, du2. Centre national de la recherchescientifique.

CEA 3 et de l’IN2P3 4 . C’esten Comité interministérielde la recherche scientifiqueet technique, fin 1982,qu’une première enveloppebudgétaire fut décidée, puiscomplétée en 1983 par leMinistère de la Recherche, etles années suivantes par leMinistère de la Culture (sur lebudget civil de la recherche etdu développement). LaurentFabius, Jack Lang et HubertCurien ont chacun, dans leursministères respectifs, joué unrôle décisif dans la décision derenforcer un champ disciplinaire,considéré prometteurpour l’étude et la conservationscientifiques des biensculturels. Les directeurs desmusées de France successifsfurent eux aussi convaincusde l’effet d’entraînement d’untel système d’analyse pour unlaboratoire de musées.Il fallait donc le lancer, ceprojet PIXE…Sa mise en œuvre a réellementdémarré à l’automne1983, avec l’aide de GeorgesAmsel, directeur du systèmed’analyse par faisceau d’ions(accélérateur Van de Graaf)du Groupe de Physique desSolides de l’Université ParisVII et du CNRS au campus deJussieu (Encart : « Aglaé et sespères »). Expert internationalde ces méthodes, aidé parMichel Menu dès 1984, ilfut désigné comme chef deprojet au LRMF. Un grouped’experts fut simultanémentconstitué pour préciser le3. Commissariat à l’énergie atomique.4. IN2P3 : Institut national de physiquenucléaire et de physique desparticules, un institut du CNRS.cahier des charges de l’opération,G. Amsel et M. Menuont assuré la direction scientifiqueet technique du projetet constitué une équipe localecompétente en installant lespremiers équipements d’Aglaésur l’accélérateur du campusde Jussieu [1].La décision d’aller de l’avanta définitivement été prise en1985 à la suite de la publicationpar Roger Bird [2] d’uneétude exhaustive sur lesapplications des techniquesd’analyse par faisceauxd’ions à l’art et à l’archéologie,suivie d’un colloqueinternational portant sur cemême thème, organisé parle LRMF à l’Abbaye de Pontà-Moussondébut 1985 [3],grâce au soutien de l’OTAN etdu Conseil de l’Europe. Dansle même temps, l’utilisationdu PIXE s’imposait pour detelles études dans d’autreslaboratoires de physique etla possibilité d’étudier directementles documents étaitdémontrée sur des œuvresaussi célèbres que la Bible deGutenberg par Thomas Cahillet Bruce Kuzko au CrockerNuclear Laboratory de l’Universitéde Californie [4].1.3. L’installation, enfin…Après quelques péripéties,l’installation d’Aglaé dansles locaux souterrains dulaboratoire fut décidée ; legros œuvre du bâtiment futréalisé en 1987 sous l’autoritéde l’établissementpublic du Grand Louvre, ainsique l’aménagement d’unepremière tranche de locauxpour l’accélérateur Aglaé(Figure 3) : une salle pour l’accélérateur,d’une dimensionAglaé, ou la Beauté vue par la Science17

La chimie et l’artAGLAÉ ET SES PÈRESLa conception de la machine et le choix de l’accélérateur ont été réalisés en relation avecle Groupe de Physique des Solides de Jussieu, sous la direction de Georges Amsel : l’accélérateurlui-même est un modèle électrostatique tandem de 2 millions de volts Pelletron 6SDH-2 acquis auprès de la société National Electrostatic Corp. (Middletown, Wisconsin), auxÉtats-Unis. Il permet d’accélérer des protons jusqu’à 4 MeV, des particules alpha jusqu’à6 MeV, ainsi que des ions plus lourds (O, N, etc.). Il a été équipé dès l’origine d’une sourced’ions Alphatross qui présentait l’avantage de permettre la production de particules variées(protons, deutons, 3 He, 4 He, 15 N). C’est une source à cellule d’échange de charge avec unevapeur de rubidium, dont le fonctionnement est apparu par la suite assez capricieux. Ellea été complétée par la suite, en 1995, par une source radiofréquence à haute brillanceDuoplasmatron plus adaptée pour la production des protons et deutons, brillante, stabledans le temps et plus simple à mettre en œuvre [5].Avec l’arrivée du physicien Joseph Salomon en 1985, puis de Thomas Calligaro en 1986,tous deux physiciens nucléaires formés au Centre de recherche nucléaire de Strasbourg, lecœur de l’équipe technique de l’accélérateur était en place. Cette équipe a été complétée parJacques Moulin, ingénieur au Groupe de Physique des Solides de Jussieu. À partir de 1989,et grâce à l’action des directeurs du laboratoire, Maurice Bernard puis Jean-Pierre Mohen,et de leur adjoint Jean-Michel Dupouy, puis de Jean-Claude Dran, responsable du groupeAglaé de 1995 à 2003, l’équipe se renforcera par l’arrivée de deux ingénieurs d’études, unpour les développements mécaniques et l’autre pour ceux liés à l’électronique et à la détection.Aujourd’hui, cette équipe est constituée de Lucile Beck (physicienne, responsable dugroupe), Brice Moignard (mécanique et machine), Laurent Pichon (acquisition et électronique)et Thiery Guillou (mécanique et sécurité).18Figure 3Salle de la machine avantl’installation d’Aglaé.de 15 x 30 mètres, sans pilier,une salle de contrôle accompagnéede pièces techniqueset une salle de réunion.La volonté de pouvoir mettreen œuvre des techniquesutilisant des faisceaux dedeutons 5 imposa alors uneprotection anti-neutrons etla réalisation autour de lasalle (murs, sols, plafonds)d’une dalle d’une épaisseurd’un mètre de béton, ainsiqu’un accès par des chicanesanti-radiations et une porte5. Un deuton est un noyau du deutérium(isotope de l’hydrogène),comprenant un proton et un neutron.roulante en béton de 80 cmd’épaisseur. La distributionet la circulation des effluentsfirent également l’objet d’uneétude particulière : extractiondes gaz polluants et distributiond’eau de refroidissementdéminéralisée par des échangeursbranchés sur un réseaud’eau froide. La distribution ducourant électrique fut séparéeen trois réseaux « accélérateur», mesure et domestiqueau travers de transformateursd’isolement afin de garantirdes conditions optimales demesure des signaux émis lorsdes expériences.Les éléments de l’accélérateurfurent livrés en décembre

1988 (Figure 4) et le montagede la machine réalisé en1989. Des réglages, des tests,des améliorations techniquesfurent effectués par l’équipeAglaé pendant plus de deuxans.Aglaé était maintenantinstallé : les faisceaux d’ionspouvaient entrer en action.Place à la physique, place àl’analyse des œuvres d’art…2Les exploits d’Aglaé2.1. L’analyse par faisceauxd’ions, ou lire dans la matièresans la détruireAvec une pareille équipe et untel équipement dans l’environnementdu Grand Louvre,il est devenu possible de disposerde différentes méthodesde caractérisation physicochimiquede la matière. Cesméthodes s’appellent PIXE(Particle Induced X-ray Emission),PIGE (Particle InducedGamma-ray Emission), RBS(Rutherford BackscatteringSpectroscopy), NRA (NuclearReaction Analysis), ou encoreERDA (Elastic Recoil DiffusionAnalysis)… Engouffrons-nousdans la matière, au cœur deses atomes, sièges d’interactionsentre les noyaux et leurscortèges d’électrons : l’Encart« Les faisceaux d’ions fontparler la matière » nous décritles phénomènes qui ont lieulorsque l’on expose une œuvred’art à un faisceau d’ions.Afin de mettre en œuvretoutes ces méthodes d’analyseapprofondies, l’équiped’Aglaé devait solidementarmer l’accélérateur. L’ensembled’analyse a été équipédans un premier temps avecdeux lignes, une à 45° équipéed’une chambre d’analyse sousvide, une à 30° destinée à unfaisceau extrait à l’air (cettetechnique originale seradécrite dans le paragraphe 3).L’accélérateur avait aussiété conçu pour permettreà terme une diversification,avec un microfaisceau, unspectromètre de masse pourla datation radiocarbone, del’activation neutronique. Seulle microfaisceau verra le jour ;le dispositif de spectrométriede masse pour la datationradiocarbone sera installé àSaclay en 2003, au Laboratoirede mesure du carbone 14(LMC14, UMS 2572 du CNRS).Très récemment, ce sontdes installations de rayons Xpour la fluorescence 3D et lamicrodiffraction des rayonsX que l’équipe a mis en placedans ce local pour compléterle dispositif Aglaé.2.2. Quand Aglaé fait parlerdes œuvres2.2.1. La méthode PIXEapporte des réponses en artet en archéologieLa méthode PIXE est de loin laplus utilisée avec Aglaé pouridentifier des matériaux, destechniques et rechercher lesorigines de l’objet étudié. Ellea, par exemple, été employéepour caractériser la naturedes métaux et des incrustationsde trois pectoraux égyptiensde l’époque ramesside 6conservés au musée du Louvre6. L’époque ramesside est uneépoque de l’Égypte anciennes’étendant de 1295 à 1069 av. J.-C.(soit de la XIX e à la XX e dynastie),caractérisée par l’abondance desrois portant le nom de Ramsès.Figure 4Livraison de l’accélérateur Aglaéau milieu du chantier du GrandLouvre.Aglaé, ou la Beauté vue par la Science19

La chimie et l’artLES FAISCEAUX D’IONS FONT PARLER LA MATIÈRELire dans la matière sans la détruireL’œuvre d’art ou l’objet archéologique est disposé face à l’œil d’Aglaé (Figure 5), qui l’irradiealors avec un faisceau d’ions. Que se passe-t-il dès lors que les particules ioniques pénètrentle matériau ? Comment ce faisceau arrache-t-il à l’objet une réponse ?Selon la nature de l’irradiation, la matière va répondre d’une certaine manière via des phénomènesphysiques à l’échelle de l’atome, où entrent en action diverses particules : protons,deutons, particules α… Les scientifiques en décodent ensuite le message, à savoir la compositionchimique du matériau.Figure 5L’objet d’art à analyser (ici le lustre d’une céramique) est placé devant l’œil d’Aglaé qui le sonde.Pour ce faire, l’accélérateur envoie un faisceau de particules ioniques qui bombardent l’objet et le font parler.20

La méthode PIXELa méthode PIXE (Particle Induced X-ray Emission ou émission de rayons X induite par desparticules chargées), est la principale méthode utilisée pour mesurer la composition desmatériaux en éléments chimiques majeurs, mineurs et sous forme de traces.PIXE, comment ça marche ?Lorsque les particules du faisceau d’Aglaé bombardent le matériau, les atomes de ce derniersont stimulés et émettent un rayonnement X, caractéristique de chaque élément chimique.Ce phénomène se produit en trois phases (Figure 6) :1) en pénétrant dans l’objet à analyser, une particule du faisceau éjecte un électron prochedu noyau d’un atome du matériau ;2) l’atome ne reste pas dans cet état instable et excité : le trou laissé est aussitôt comblé parun électron d’une orbite plus extérieure de l’atome ;3) lors de ce réarrangement, l’atome émet un rayon X pour libérer son excès d’énergie. Selonla nature des couches électroniques impliquées, les rayons X produits correspondent auxraies d’émission K, L et M. À chaque élément chimique correspond une énergie de rayon Xbien déterminée.Il reste alors à détecter ce rayon X caractéristique et d’en déduire la composition de lamatière.Aglaé, ou la Beauté vue par la ScienceFigure 6La méthode PIXE utilise la propriété de lamatière d’émettre des rayons X sous l’effetd’un faisceau d’ions.Ainsi, la méthode PIXE fait parler la matière, sans prélèvement. Plusieurs conditions sontnéanmoins requises : en pratique, les particules le plus souvent employées sont des protonspeu énergétiques, de 1,5 à 4 MeV (eV = électronvolt). Le courant de particules est choisi suffisammentfaible pour ne pas endommager la matière : de quelques centaines de picoampères– pour les matériaux fragiles tels que les papiers – à 50 nanoampères pour les métaux.Un petit historiqueCe phénomène, selon lequel des rayons X sont émis sous l’impact d’un faisceau de particules,a été observé dès 1912. Pourtant, il a fallu attendre plus de 50 ans, avec le développementde détecteurs de rayons X à semi-conducteurs (diodes de silicium dopé au lithium Si(Li)), ladisponibilité de petits accélérateurs et l’avènement d’ordinateurs pour pouvoir l’employer àdes fins d’analyse chimique. En 1970, l’équipe de Johansson jette les fondements de cettetechnique qu’il dénomme PIXE [6]. L’interprétation des spectres X permettant de remonteraux concentrations des constituants de la cible est basée sur l’emploi de codes de calcul,aujourd’hui sur le logiciel GUPIX de J. L. Campbell [7].21

La chimie et l’artAvantages et inconvénients de PIXELa méthode PIXE est dite quantitative et panoramique car elle permet de doser avecune bonne précision et simultanément des éléments du tableau périodique de Mendeleïevcompris entre le sodium Na (Z = 11) et l’uranium U (Z = 92), soit près de quatre-vingtéléments chimiques !Autre atout de cette méthode d’analyse, sa sensibilité, car elle est capable de détecter deséléments présents dans de très faibles teneurs (de l’ordre de la partie par million). Qui plusest, c’est une méthode rapide : en quelques minutes, la réponse est donnée !PIXE présente néanmoins quelques limitations. Le Tableau 1 résume les avantages et inconvénientsde PIXE.Tableau 1Avantages et inconvénients de la méthode PIXE.Avantages• non destructive, sans prélèvement• panoramique : mesure simultanée dusodium à l’uranium• sensible : mieux que 10 ppm pour 20

Figure 7La méthode RBS utilise la propriétéde la matière de « rétrodiffuser »les particules qui la bombardent enémettant un rayonnement dans unedirection θ.Aglaé, ou la Beauté vue par la Science*Les particules α sont constituées de deux protons et de deuxneutrons. Elles sont typiquement émises par des noyaux radioactifscomme l’uranium ou le radium.Les méthodes NRA et PIGEOn affine encore les analyses grâce à la méthode NRA (Nuclear Reaction Analysis) : elle permetde sonder plus spécialement les isotopes des éléments légers (de l’hydrogène au sodium).NRA, comment ça marche ?On envoie un faisceau d’ions de haute énergie sur l’échantillon : leurs noyaux interagissentavec les noyaux des atomes de l’échantillon, ce qui a pour conséquence de produire un rayonnementélectromagnétique γ*, ou une émission de protons ou particules α (Figure 8).Il peut parfois exister, pour des valeurs précises de l’énergie des particules incidentes et surun intervalle très étroit, de brusques augmentations de la probabilité de réactions appeléesrésonances. En faisant varier l’énergie du faisceau, il devient alors possible de mesurer desgradients de concentration de l’élément sondé. C’est le cas par exemple de certaines réactionsutilisées pour mesurer des diffusions du fluor ou de l’hydrogène durant l’altération dusilex ou du quartz [8].Quant à l’analyse PIGE (Particle Induced Gamma-ray Emission), elle est très utile pour déterminerla composition en éléments légers dans le cœur des matériaux, et elle est sensible àla nature des isotopes (Figure 8).PIGE, comment ça marche ?La méthode PIGE implique le plus souvent un faisceau de protons de 1 à 4 MeV, qui induitune excitation des noyaux des atomes irradiés. Les spectres de raies γ obtenus s’étendententre environ 100 keV et 8 MeV. Les profondeurs concernées par les mesures sont deplusieurs dizaines de micromètres et la détermination quantitative des concentrations passela comparaison avec des standards parfaitement connus. Cette méthode est très complémentairedu PIXE et souvent réalisée simultanément.23

La chimie et l’artUn faisceau de deutons peut également être employé pour exciter les noyaux des atomes.Il s’est avéré très sensible à la détection de l’oxygène, du carbone et de l’azote. Une étudesystématique entreprise avec Aglaé pour mesurer le rendement d’émission de raies γinduites par deutons sur des cibles épaisses a montré la bonne sensibilité pour les élémentssodium, silicium, soufre, chlore et potassium, mais aussi pour le carbone et l’oxygène [9].Cette méthode a ainsi été employée pour caractériser des éléments légers dans des objetsen bronze et obtenir des informations nouvelles sur les technologies d’élaboration utiliséesdans les toutes premières métallurgies.Figure 8Les méthodes NRA et PIGE : on envoieun faisceau d’ions de haute énergie etl’on sonde les noyaux des atomes.*Un rayonnement γ est une émission de photons de haute énergie.La méthode ERDAL’analyse par détection des atomes de recul ERDA (Elastic Recoil Detection Analysis) estutilisée principalement pour le dosage d’éléments légers comme l’hydrogène.ERDA, comment ça marche ?Cette méthode a été initialement mise au point au moyen d’un faisceau d’ions incidents relativementlourds ( 35 Cl de 30 MeV), et par la suite a été optimisée afin de doser l’hydrogène àl’aide d’un faisceau d’hélium de quelques MeV. La cinématique est la même que pour la RBSmais cette fois-ci, on s’intéresse non plus aux particules rétrodiffusées mais aux « atomes derecul » émis aux angles avant.Dans le cas du dosage de l’hydrogène, le faisceau incident de particules α induit des protonsde recul mais aussi un nombre important de particules α diffusées vers l’avant. Il faut doncséparer ces contributions qui se superposent sur le plan énergétique en plaçant devant ledétecteur un mince film de polymère qui stoppe les particules les plus lourdes.Cette technique permet de mesurer des phénomènes d’hydratation à la suite d’altération deverre ou de quartz dans des milieux archéologiques ou dans les musées [10].24

ABSpectre PIXEhaute énergied’éléments tracesAglaé, ou la Beauté vue par la ScienceSpectre PIXE basse énergied’éléments majeursparfois apparaître sous l’effetd’un faisceau de protons.2.2.2. La méthode RBS, pourles objets d’art métalliquesL’utilisation de la techniqueRBS a été développée surAglaé pour la caractérisationdes alliages métalliques. Lacaractérisation des matériauxdu « sabre des empereurs» conservé au Muséedu Château de Fontainebleauen est une bonne illustration(Figure 11). Ce sabre, certainementle plus beau de tousceux ayant appartenu à Napoléon,est dit sabre des Empereursen raison des nomsdes empereurs romains etdu Saint-Empire gravés enallemand sur la lame. Lasomptueuse monture et lefourreau en or, cristal deroche et lapis-lazuli ont étécommandés par le Directoirepour en faire cadeauau général Bonaparte, vainqueurdes Autrichiens enItalie, après le traité deCampo-Formio (1797). L’homogénéitéde l’alliage surtoute la profondeur analysée(de l’ordre de 10 μm) a étéclairement démontrée parRBS : il ne s’agit pas d’argentdoré comme on pouvait éventuellementle penser maisd’un objet en or massif.2.2.3. Combiner PIXE et PIGE,pour analyser la peintureC’est en combinant lesméthodes d’analyse PIXE etPIGE qu’il a été possible pourles chercheurs de l’équipe deFigure 10A) Le Christ à la colonne,Bartolomé Esteban Murillo ;H. : 0,33 m ; L. : 0,30 m ; Muséedu Louvre, Départements despeintures, Inv. 932. B) SpectresPIXE avec deux détecteurs pour ladétection des éléments majeurs etdes traces.Figure 11A) Sabre des Empereurs, ayantappartenu à Napoléon I er ; lameallemande du XVII e siècle, gravée dunom des Empereurs romains et duSaint Empire romain germanique(Inv. F1996.1(1)), 1797, L. : 0,950 m.B) Spectres RBS montrantl’épaisseur importante de l’ordans le sabre des empereurs ;en comparaison, mesure sur unestatuette khmère en bronze doré.AB20Énergie (MeV)1,0 1,5 2,0 2,5 3,0Fourreau, sabreStatuette khmèreRendement normalisé15105HeCuAu0100 200 300 400 500Canal27

La chimie et l’artFigure 12A) Stèle hellénistique d’Alexandrie,Musée du Louvre (MA3645).B) Localisation des pointsd’analyse par PIXE/PIGE surune stèle permettant ensuiteune reconstitution virtuelle descouleurs originelles. C) Exemplede spectre PIXE. D) Exemple despectre PIGE. On observe lesraies d’émission du soufre etde l’oxygène lorsque l’on est enprésence d’un sulfate (ici, sulfatede strontium = célestine).mieux comprendre les techniquespicturales employéespour réaliser la peinture destèles hellénistiques découvertesà Alexandrie (Égypte),datées du III e siècle av. J.-C.et conservées au Musée duLouvre et au Musée d’archéologienationale à Saint-Germain en Laye [15]. Ils’agit de stèles funéraires(Figure 12) de forme rectangulaireen calcaire où étaitreprésenté le mort dansune situation de la vie quotidienne: homme ou femmeau banquet, mercenaire enarme avec un serviteur, etc.Les peintures ne nous sontparvenues que sous formefragmentaire. L’analyse deminuscules prélèvements aumicroscope électronique àbalayage n’a été possible quedans de rares cas, essentiellementpour la couleurde fond. La diffraction desrayons X a précisé les phasesminérales.Pour documenter plus précisémentcet ensembled’œuvres très altérées, seuleune méthode non invasivepouvait être employée : desmesures ont été effectuéesABCRendement (log)Célestine dela tuniquemarron +oxyde de fersur plâtre degypseManteau rougeoxyde de fersur plâtre degypseDRendementCarbonatede plomb duvêtement gris +bleu égyptienÉnergieÉnergie (kev)28

directement en PIXE et PIGEà l’aide d’un faisceau extraitde deutons afin de déterminerles pigments employésà partir de la compositionen éléments légers (C, O, S)et plus lourds (en particulierles métaux présents dansles pigments). Ces analysesont montré l’utilisation d’unetechnique inédite employanttrès fréquemment du sulfatede strontium (appelé célestine)mélangé à différentspigments classiques (oxydede fer, bleu égyptien (voirle Chapitre d’après la conférencede J.-P. Mohen), céruse)ou plus rares et considéréscomme coûteux (orpimentAs 2S 3et cinabre HgS), oujamais identifiés jusqu’à présent(mimétite et vanadinite,un arséniate et un vanadatede plomb).Ces différentes matièrespermettaient aux artisansd’obtenir des couleurs trèsvariées et lumineuses. Parfois,la céruse et la célestineétaient mélangées aux pigments,sans doute pour obtenirdes nuances plus douceset plus nombreuses. Le fonddes peintures pouvait êtreclair ou coloré en bleu, vert,jaune vif, orange vif, etc. Lesanalyses ont permis de tenterune reconstitution de l’aspectoriginel de ces œuvres et donnentune vision nouvelle de lapeinture alexandrine, connueessentiellement par les critiquesde certains auteursantiques qui lui reprochaientson aspect clinquant. Il estainsi possible de mieux comprendrecomment cette peinturea marqué un tournantentre les œuvres des artistesgrecs de la période classiqueet la peinture romaine.3Aglaé grandit :le développementd’une ligne de faisceauextrait à l’airDurant les dix premièresannées d’Aglaé, les chercheursdu LRMF se sontefforcés d’adapter cet accélérateurde particules àl’analyse des œuvres desmusées. C’est ainsi que,pas à pas, ils ont modifiéle dispositif de départ, envue d’améliorer les performanceset la facilité d’utilisationde l’appareil.Dès 1990, la source derayonnement et le dispositifd’injection ont été transforméspour obtenir unemeilleure fiabilité et délivrerles intensités de courantde faisceau suffisantespour exploiter les techniquesd’analyse par faisceaux d’ions(Encart « Les faisceaux d’ionsfont parler la matière »). Enparallèle débutait un projetde microsonde nucléaire quiavait pour but de caractériserdes échantillons avecune résolution de l’ordre dumicromètre, une sensibilitébien supérieure à celle d’unmicroscope électronique etla possibilité de coupler lesméthodes d’analyse par faisceauxd’ions.Ce sont ces développementsqui ont conduit à la réalisationd’un dispositif original :le micro-faisceau extraità l’air. Nous allons décrireici les grandes étapes decette réalisation : tout adébuté avec le macrofaisceauextrait, suivi de la lignemicro-faisceau sous vide,puis finalement la fusion deces lignes...Aglaé, ou la Beauté vue par la Science29

La chimie et l’artFigure 13L’analyse par faisceau extraitdu scribe accroupi du musée duLouvre a permis de déterminer lanature des pigments, enduits etconstituants de l’œil et du visage.3.1. La ligne de faisceauextrait à l’air : un dispositiforiginal3.1.1. Les premières sourcesde rayonnement d’AglaéAu tout début, Aglaé possédaitdeux lignes de faisceau :la première était dotée d’unechambre sous vide. Maispour analyser des objets tropfragiles ou trop encombrantspour être placés dans cettechambre sous vide, il en fallaitune autre : ce qu’on appellela ligne de faisceau extrait(Figure 13). Une fine feuille dematière permet de maintenirle vide dans l’accélérateurtout en laissant les particulessortir dans l’air : pourles protons, on emploie dansun premier temps un film dekapton (un polymère stableet fin, de 8 μm d’épaisseur) ;pour les deutons, des feuillesmétalliques de zirconium (de2 μm d’épaisseur).La ligne de faisceau extraità l’air est décrite en détaildans l’Encart « Le faisceauextrait à l’air : comment çamarche ? ».3.1.2. Des mesures de plusen plus précisesLes ingénieurs et chercheursont par la suite amélioré letransport du faisceau jusqu’àl’objet à analyser. Pour cefaire, ils ont remplacé l’airsur le chemin des particulesextraites par de l’hélium. Cedéveloppement fut conduiten 1995, simultanémentavec une amélioration de lagéométrie d’extraction, grâceà la conception d’un nouveausystème plus compact, réaliséen laiton (au lieu du dural dansles cas précédents), ce qui apermis de limiter le bruit defond lors de l’utilisation d’unfaisceau de deutons. L’extrémitéfut équipée d’une pièceconique creuse en aluminium,chemisée en carbone pouréviter également le signal defluorescence des rayons Xproduit par les élémentslourds présents dans l’alliage.Cette dernière pièce assureun flux continu d’hélium surle trajet aller du faisceau ;elle comportait égalementune micro-vanne à boisseautélécommandée qui permetde contrôler régulièrement30

LE FAISCEAU EXTRAIT À L’AIR : COMMENT ÇA MARCHE ?Pour analyser des objets fragiles et de grande tailleLa première version de cette ligne de faisceau extrait à l’air a permis des analyses avecun faisceau de 1 mm de diamètre, le positionnement des objets ou des échantillons étanteffectué à partir de moteurs X, Y, Z placés sur un chevalet permettant le déplacement d’objetsrelativement volumineux. La zone analysée est visualisée depuis la salle de contrôlepar un marqueur vidéo superposé à l’image de l’objet. Le problème principal pour utiliserce dispositif à des fins d’analyse quantitative résidait, jusqu’en 1993, dans la difficulté demesurer le courant reçu par l’échantillon. De multiples solutions avaient été développéesdans divers laboratoires (chopper, raie de l’argon, cage de Faraday dans l’air pour des objetsminces). Dans notre cas, nous avons mis au point une méthode de mesure de l’intensité dufaisceau à partir du nombre de particules rétrodiffusées par la feuille de sortie, et recueilliespar un détecteur à barrière de surface (Figure 14, détecteur P3). Avec ce dispositif, on mesureaisément des courants aussi faibles que la dizaine de picoampères. L’échantillon se trouve à22 mm de la feuille de sortie. Le diamètre du faisceau extrait est défini par un collimateur dediamètre compris entre 100 μm et 2,5 mm.Aglaé, ou la Beauté vue par la ScienceABFigure 14A) Schéma de principe du système PIXE, avec deux détecteur Si(Li), l’un d’entre eux, le détecteur X1, estprotégé des particules rétrodiffusées par un déflecteur magnétique (aimant permanent) et de l’héliumest flué sur le trajet des rayons X pour faciliter la détection des éléments légers. Le détecteur X2, de plusgrandes dimensions, permet la détection des traces. B) Dessin du « nez » d’extraction du faisceau à l’air(échelle de 5 cm).le flux de particules reçu parl’échantillon.Par ailleurs, pour diminuerl’atténuation des rayons Xde faible énergie et doncaugmenter la sensibilitéde l’analyse des élémentslégers, un flux régulier d’hélium(deux litres par minute)est amené sur la zone dupoint d’analyse. Ce remplacementde l’air par l’hélium31

La chimie et l’art32diminue également la dispersionangulaire du faisceau departicule et le spectre n’estplus parasité par le signal del’argon atmosphérique.Enfin, une améliorationnotable de la précision d’analyse: en mettant en placedeux mini-lasers dont le pointd’intersection matérialise lazone à analyser, la viséedes échantillons s’en trouvaaméliorée (avec une précisionde positionnement de l’ordrede +/- 150 μm !).3.1.3. Des conditions d’analysesde plus en plus confortablesUne autre amélioration techniqueapportée par l’équipepermet à présent de conduireles expériences sans nécessitéd’obscurité complète :une mince couche de carbone(de 50 μg/cm²) ajoutée audétecteur permet de protégerla fenêtre ultramince contre lalumière visible.3.1.4. Comment faire le tri dansla jungle des signaux détectés,pour une meilleure résolutiond’image ?Lorsqu’on analyse un objet,dont la composition chimiqueest souvent loin d’êtresimple, on détecte simultanémentdes élémentstrès concentrés et d’autresprésents à l’état de traces…Difficile d’y voir clair. On nepouvait donc pas effectuerd’analyses par PIXE en faisceauextrait aussi rapidementque souhaité. En effet, durantl’irradiation, les élémentsmajoritaires produisent untrès fort signal de rayons Xqui sature le détecteur, maisils sont également parfois àl’origine de particules rétrodiffuséesqui perturbent lesdétecteurs.La solution était dans undéflecteur magnétique, quel’équipe conçut en 1994. L’appareilest capable de dévierles particules rétrodiffuséespar la cible, ce qui a un effetspectaculaire sur la qualitédes spectres : une très bonnerésolution en énergie auniveau du détecteur, même àfort taux de comptage, ce quipermet désormais de réduireles temps d’analyse. De plus,la détection d’éléments aussilégers que le fluor et l’oxygèneest maintenant possible(grâce à un déflecteur magnétiquecompact de 50 mmde long, constitué d’aimantsper manents Nd-Fe-B et munid’un entrefer de 3 mm. Lechamp magnétique de 0,9 Tproduit défléchit complètementles protons de 3 MeV).Ces nombreuses modifications,qui ont fait appel à lacréativité de la petite équipede chercheurs du LRMF, ontfini par aboutir en 1995 àla mise en place du dispositiffinal d’analyse en modePIXE.Ce dispositif élaboré estencore en service aujourd’hui :les données sont recueilliespar l’intermédiaire de deuxdétecteurs Si(Li), l’un collectela partie basse énergie duspectre de rayons X émiscorrespondant aux élémentslégers, l’autre la partie hauteénergie s’étendant jusqu’à40 keV. Ce dernier, de surfaceplus importante (30 mm²), estéquipé de filtres permettantd’éliminer les rayons X provenantdes éléments légerssouvent présents en fortesconcentrations.

3.2. La ligne de microfaisceau,pour des analysesencore plus finesMais ingénieurs et chercheursont encore amélioré Aglaé, endéveloppant un tout nouveaudispositif : la ligne de microfaisceau(voir la descriptiondans l’Encart « La ligne demicro-faisceau : une technologietrès avancée »). Cedispositif élaboré a permis defocaliser le faisceau d’ions surtout objet placé sous vide, avecune taille aussi minuscule quele micromètre ! Cette ligne futinstallée en 1991 et le premiermicro-faisceau a été produitdébut mai 1992.Il est alors non seulementpossible d’utiliser les différentesméthodes d’analysepar faisceaux d’ions, maisaussi de détecter les électronssecondaires émis pourobtenir une image topographiquede l’objet, commedans un microscope électroniqueà balayage. Il est égalementpossible d’effectuer dela microscopie à balayage partransmission d’ions (STIM)dans le cas d’échantillons trèsminces, de quelques micromètres.LA LIGNE DE MICRO-FAISCEAU : UNE TECHNOLOGIETRÈS AVANCÉELes choix techniques pour la conception de cette microsondeont fait largement appel à des solutions éprouvéeset standardisées : fentes, lentilles et chambre d’OxfordMicrobeams pour la focalisation avec la mise en place d’unpartenariat de recherche avec Geoff Grime, Universitéd’Oxford). Une attention particulière a été portée sur lesystème anti-vibrations afin d’isoler le système de focalisation,la chambre d’analyse et les fentes objets des vibrationshautes fréquences produites par les pompes à vide.Dans notre dispositif, les fentes objets sont séparées dusystème de focalisation et de la chambre d’analyse par unedistance de 6 mètres. Chacun de ces éléments repose surdeux blocs de calcaire massif (600 kg) entre lesquels sontinsérées des plaques de polystyrène de 25 mm d’épaisseur.Cet ensemble constitue un filtre en fréquence mécaniquedestiné à absorber les vibrations externes (Figure 15).Aglaé, ou la Beauté vue par la Science3.3. La construction d’uneligne nouvelle de microfaisceauextraitMalgré ses performances etson intérêt, le micro-faisceauétait très peu utilisé jusqu’en1997 (1 % du temps de faisceauen 1995). Cette désaffections’expliquait en partie parles défauts du dispositif : lesystème d’acquisition présentaitcertaines défaillances et ilétait difficile de pointer le faisceausur l’échantillon étudié.Figure 15La ligne de micro-faisceau dans les laboratoires du Louvre.En revanche, on utilisait plusvolontiers la ligne de faisceauextrait, du fait de sa parfaiteadéquation aux contraintesinhérentes aux objets demusées. La nécessité d’évitertous les prélèvements oumise sous vide des objetsavait conduit à développer33

La chimie et l’artd’Aglaé, notamment en termesde résolution : en utilisantcomme fenêtre de sortieune fine feuille d’aluminium(0,75 μm), on est parvenu àdiminuer le diamètre du faisceauà environ 20 μm en routine,en plaçant l’objet à 3 mmde la fenêtre, sous une atmosphèred’hélium. Une telle taillede faisceau permet désormaisd’analyser de plus petitsdétails tels que des inclusionsdans les gemmes ou les enluminures.3.3.2. Une diversificationdes méthodes d’analysede très haute résolution34Figure 16Le physicien Joseph Salomon meten place un objet dans le dispositifde faisceau extrait à l’air.une ligne expérimentalespécifique, dont les évolutionsont été décrites précédemment.En 1997, le peu d’intérêtrencontré par la ligne microsondeet l’intérêt d’améliorerla résolution spatialedes analyses sur la ligne defaisceau extrait a conduitl’équipe à fusionner les deuxlignes, afin d’obtenir unmicro-faisceau extrait d’unetaille de l’ordre de 50 μm,bien mieux adapté à l’analyselocale des objets de musées(Figure 16).3.3.1. Des mesuresencore plus finesCette fusion fut un progrèsdécisif pour les performancesCe nouveau dispositif aégalement permis demettre en œuvre lesautres techniques d’analysepar faisceaux d’ions :RBS avec faisceau de particulesα, NRA avec des deutonset même ERDA avec desα. Il a pour cela été nécessairede réduire encore la quantitéde matière employée pour lafenêtre d’extraction du faisceau.En effet, la traversée parles particules d’une fenêtred’extraction de quelquesmicromètres d’épaisseur induitune forte dispersion deleur énergie et une augmentationdu diamètre du faisceau.La disponibilité de fenêtresde sortie de faisceau ultraminces de nitrure de silicium(100 nm d’épaisseur) a permisde réaliser des mesures RBSà pression atmosphériqueavec un faisceau d’ions d’héliumd’énergie de 2 à 6 MeV,avec une résolution en énergiesatisfaisante (quelques dizainesde keV avec un détecteurau silicium à barrière de surfacecourant, contre environ15 keV sous vide).

ABRendement normaliséÉnergie (MeV)1,0 1,5 2,0 2,5 3,0200Référence non exposéeexposition de 6 mois15010050Aglaé, ou la Beauté vue par la Science0100 200 300 400 500Canal3.3.3. Le dispositif faitses preuves dans le domainede l’ArtCe nouveau dispositif s’estrévélé être un outil intéressantpour l’histoire desœuvres d’art, mais égalementpour leur conservation.Au cours de ses premièresapplications, il a permis decaractériser des patinesformées sur des alliagescuivreux (voir le Chapitre deS. Descamps-Lequime), ainsique l’altération de sceaux enplomb associés aux bulles desPapes d’Avignon (Figure 17A)et conservés aux ArchivesNationales [16]. Il est devenupossible, au moyen de moniteursen plomb placés dansles vitrines, de diagnostiquerpréventivement l’altérationdes objets métalliques,de comprendre certainsmécanismes de corrosionatmosphérique et d’évaluerl’influence des micro-climatset des polluants de l’air intérieursur les œuvres poursélectionner les meilleuresconditions de conservation(Figure 17B).3.3.4. Dresser descartographies desœuvres d’artEt si l’on pouvait recueillirà la sortie d’Aglaé, non plusdes signaux ou des spectrescomplexes, mais une imagesur laquelle apparaîtraitdirectement l’œuvre d’art ?Ceci est maintenant possiblecar l’équipe est parvenueà réaliser une microsondecapable d’effectuer des cartographiesde répartition d’éléments,grâce à un systèmed’acquisition multiparamétrique,et il suffit alors dedéplacer l’objet pas à pasdevant le faisceau.Cette trouvaille ingénieusea été appliquée à des peinturesmurales (Figure 18) oudes papyrus égyptiens, desexemples parmi bien d’autres.Dans de tels cas, la duréed’une acquisition est compriseentre une et trois heures, pourdes zones pouvant être trèspetites (de l’ordre du millimètre)ou de plus grandetaille (quelques dizaines decentimètres de côté).Figure 17A) Sceau en plomb du PapeHonorius III, Archives Nationalesde France. B) Spectres RBS( 3 He 2+ 3 MeV) de deux coupons deplomb, l’un juste nettoyé, l’autreexposé six mois à la corrosionatmosphérique : on observe laformation d’une couche oxydée dequelques micromètres d’épaisseur.35

La chimie et l’art36Figure 18Cartographie PIXE des pigmentssur une représentation romaine devisage (Musée de Metz) : l’analyserévèle les quantités de pigmentsjaunes et rouges employés pourréaliser les nuances de couleur,mais aussi la présence d’unpigment à base de cuivre (bleuégyptien) sur les paupièresinférieures. Des problèmes deconservation rendent invisibles cestraces de pigments. Un exemplemieux conservé et comparable aété retrouvé à Pompéi.L’archéologie s’est trouvéeégalement bien servie parcette possibilité de cartographierles objets. L’étudedes fards égyptiens en estune illustration intéressante.Comme nous le voyons endétail dans le Chapitre deC. Amatore, la galène (PbS) estun minéral naturel reconnucomme une matière premièreimportante des cosmétiqueségyptiens. Le but des chercheursest de reconstituerpour comprendre certainesrecettes de préparation desfards égyptiens. En brûlantun textile imbibé d’huile, lesanciens modifiaient la surfacede la galène par oxydation, etdes phénomènes d’irisationapparaissaient, conférant àla poudre grise un joli aspectdoré ou bleuté selon l’épaisseurde la couche de sulfate[17]. Afin d’étudier la vitessed’oxydation de la galène àl’air, on a construit un fourpouvant atteindre 700 °C, etdes analyses par RBS ont puêtre effectuées. Ce dispositifconsiste essentiellement enune lampe halogène munied’un miroir paraboliquechauffant une plaque métalliquedans laquelle est logél’échantillon face au faisceauextrait.4Aglaé aujourd’huiGrâce aux nombreux développementsque nous venons devoir, et qui n’ont cessé d’augmenterle champ d’étude desœuvres des musées, Aglaéfournit aujourd’hui jusqu’à10 000 analyses par an auxchercheurs français et européens,parfois sur les œuvresles plus précieuses desmusées !De nombreux chercheurs separtagent l’utilisation de cettemachine, unique au monde etparticulièrement sollicitée :• 35 % pour les utilisateurs duC2RMF sur programme ;• 20 % pour les activitésde service du C2RMF (sansprogrammation) ;• 15 % pour la maintenancede l’accélérateur ;

• 10 % pour des chercheursfrançais extérieurs auC2RMF ;• 20 % pour les projets enaccès transnational financéspar l’intermédiaire desprogrammes européensEu-Artech et Charisma.Les activités non programméescorrespondent notammentà des études visant àauthentifier certains objets.Ce fut le cas notamment pourl’analyse d’une tête en verrebleu coiffée d’une perruquebleu foncé du Musée duLouvre, estimée datant de lafin de la XVIII e dynastie (inv.E11568) (Figure 19). Depuisson entrée au Louvre en 1923,en pleine « toutânkhamomanie», la sculpture, d’unegrande séduction, conquitimmédiatement le public etdevint un fleuron du départementdes Antiquités égyptiennes.Sa notoriété futtrès grande. Cependant, sonanalyse stylistique s’avéraitcomplexe avec une ambiguïtédu style, qui participait à lafois de l’esprit du style Toutânkhamonet de l’art amarnien 8 .Grâce aux analyses par PIXEassociées au PIGE (pouraccéder à la mesure de lateneur d’origine en sodium duverre authentique), le doutea pu être levé et cette œuvredoit désormais être considéréecomme moderne. Lacomposition chimique des8. L’art amarnien se caractérisepar une représentation des personnages,surtout de la familleroyale, qu’on a qualifiée d’expressionnisteou de caricaturale. Lapériode amarnienne correspondau règne du pharaon Akhénaton(vers 1355 à 1337 av. J.-C.), tandisque le règne de Toutânkhamons’étend de 1345 à 1327 av. J.-C.deux verres de la tête bleueprésente en effet toutes lescaractéristiques des verresmodernes employés à partirdu XVIII e siècle. Ces verressont des silicates alcalinsessentiellement sodiquespossédant de fortes teneursen plomb et en arsenic. Lessources sodiques ne sontpas d’origine végétale et cesverres sont opacifiés principalementpar de très petitscristaux d’arséniates deplomb répartis avec une trèsforte densité dans la matricevitreuse. Si cet objet avaitété authentique, on n’auraittrouvé ni arsenic ni plomb ensi grande quantité, ni opacifiantd’antimonate de calcium[18]. Par ailleurs, les réactionsnucléaires produitessur le noyau de fluor ontpermis de montrer que lefaussaire avait employé del’acide fluorhydrique pourFigure 19Analyse d’une tête en verre bleuepar faisceau extrait à l’air.Aglaé, ou la Beauté vue par la Science37

La chimie et l’art38modifier l’état de surfacedu visage et le rendre plusrugueux et sombre – luiconférant ainsi un aspectancien ! (voir aussi l’encart« La chimie « dénonce » l’artifice,la découverte d’unfaux », du Chapitre d’après laconférence de J.-P. Mohen).La procédure d’acquisitiondes données développée parl’ingénieur Laurent Pichonpermet aujourd’hui un accèsrapide au dispositif analytique,et des non-experts destechniques peuvent aisémentréaliser leurs mesures. Lagéométrie du système defaisceau extrait et l’électroniqued’acquisition multivoiesest telle qu’on peut faire ensimultané une mesure PIXE,PIGE, RBS ou NRA à conditionque la physique le permette,réduisant ainsi le temps d’irradiationsur un même pointet ainsi les dommages potentielssur l’œuvre.Ces innovations sont trèsimportantes dans le domainegénéral de l’analyse par faisceauxd’ions, au-delà de l’applicationaux matériaux dupatrimoine culturel.5Aglaé s’exporte ets’agrandit encoreL’expérience acquise parl’équipe est reconnue du pointde vue technique et amèneles chercheurs et ingénieursdu groupe à être sollicitéspour conseiller des laboratoiressouhaitant développerde telles activités dans ledomaine de la caractérisationdes matériaux anciens, parexemple récemment en Italie,en Autriche, en Belgique, enGrèce ou aux États-Unis. Cetteexpertise a également conduitAglaé à devenir un instrumentd’accès européen, ouvert auxchercheurs, conservateurs,restaurateurs, archéologueset scientifiques qui apportentet partagent autour d’Aglaéleurs expertises et leursproblématiques. Des chercheursétrangers, provenantd’une quinzaine de pays différentsont ainsi été accueillisdepuis 2005. Cette action,menée dans le cadre du 6 eprogramme pour la recherchede l’Union Européenne, est undes fondements de l’infrastructureintégrée Eu-Artech,qui se poursuit maintenantsous la forme de la nouvelleinfrastructure CHARISMAjusqu’à fin 2013.En parallèle de ces développementset du service offertaux utilisateurs, l’équipeAglaé s’est engagée depuisune dizaine d’année dansd’autres projets de constructionde prototypes originaux,tels que la fluorescence desrayons X portable, la diffractiondes rayons portable, lamicrodiffraction X, la fluorescenceX 3D. Ces instruments,installés dans la salle de l’accélérateur,ont bénéficié dusavoir-faire déployé lors dela construction de la ligne defaisceau extrait à l’air.6Aglaé demainAglaé et la salle où il se trouveont aujourd’hui vingt ans etdoivent être rénovés. À cetteoccasion, Aglaé pourrait êtrecomplété dans les prochainesannées par une nouvellemachine, appelée ThomX,basée sur l’effet « Comptoninverse » (l’interaction entre

un paquet d’électrons et un« pulse laser » intense). Cettenouvelle installation seraitconstituée d’un accélérateurd’électrons avec un anneaucompact de stockage et unecavité optique laser pourobtenir toute une gamme derayons X monochromatiqueset cohérents allant de 6 keVà 90 keV [19]. ThomX est encours de conception par leLaboratoire de l’accélérateurlinéaire d’Orsay (LAL, CNRS-UMR8607) et le SynchrotronSoleil avec notammentle CELIA (CNRS-UMR5107,Université de Bordeaux) etTHALES. Sa constructionbénéficierait de l’avance technologiquefrançaise dans ledomaine des cavités lasers dehaute puissance.Ce projet global de modernisation,appelé Aglaé 2, a étédéfini à la suite de l’étude, parun comité scientifique internationalconstitué en juin 2007,de différentes propositions dedéveloppement des installationsd’analyse non invasiveau Centre de recherche et derestauration des musées deFrance. Ce comité a apportéen janvier 2009 son soutienenvers le plan de modernisationde l’accélérateur Aglaé etdu complexe instrumental quil’entoure, ainsi que la co-localisationdans ce laboratoire dela source ThomX, permettantle développement de capacitésuniques dans l’imagerie,ainsi que l’analyse de structureet chimique. Il lui estapparu que la combinaisonde ces deux accélérateurs, ausein d’un laboratoire uniquedédié à l’analyse non invasivedes œuvres d’art et installédans l’enceinte de sécuritédu Musée du Louvre, créeraitles conditions du développementd’une nouvelle méthoded’examen tridimensionnelledes œuvres des musées,couplée à la science des matériaux.Cette approche scientifiquepermettra de réaliserde nouvelles études décisivespour la compréhension destechniques des artistes, pourl’expertise en histoire de l’artet pour la conservation desœuvres les plus précieuses.On ne peut que souhaiterlongue vie à Aglaé…Aglaé, ou la Beauté vue par la Science39

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La chimie et l’artCréditsphotographiquesFig. 5 : CNRS Photothèque/C2RMF/C. Alexis, UMR 171– Laboratoire du centre derecherche et de restauration desmusées de France – Paris.