2019 - Vol 3 - Num 2

Arts et sciences

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La revue Arts et sciences présente les travaux, réalisations, réflexions, techniques et prospectives qui concernent

toute activité créatrice en rapport avec les arts et les sciences. La peinture, la poésie, la musique, la littérature, la

fiction, la photo, la vidéo, le graphisme, l’archéologie, l’architecture, le design, la muséologie etc. sont invités à

prendre part à la revue ainsi que tous les champs d’investigation au carrefour de plusieurs disciplines telles que la

chimie des pigments, les mathématiques, l’informatique ou la musique pour ne citer que ces exemples.

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Arts et sciences

2019 - Volume 3

Numéro 2

‣ De l'art pour ne pas simplifier le discours et porter l'inconnu dans la science,

une artiste à bord de TARA PACIFIC…………………………………………………………………………..………….1

Noémie Sauve - DOI : 10.21494/ISTE.OP.2019.0416- octobre 2019

‣ Phénomènes quantiques en tant que phénomènes saturés.

Troisième réduction phénoménologique: la donation…………..…………………………………….………11

Viviana Yaccuzzi Polisena - DOI : 10.21494/ISTE.OP.2019.0419- octobre 2019

‣ Ernst Haeckel's Radiolarians and Medusa: The influence of his visits

to Villefranche on his science and his art…………………………………………………………………………….18

John R. Dolan - DOI : 10.21494/ISTE.OP.2019.0420 - octobre 2019

‣ Structural blue coating based on glaze painting………………………………………………………………….32

Anne Goyer, Amina Bensalah-Ledoux, Davy Carole, Cécile Le Luyer,

Tiphaine Blanchard, Isabelle Merdrignac, Isabelle Guibard, Anne Pillonnet

DOI : 10.21494/ISTE.OP.2019.0423 - décembre 2019

© 2019 ISTE OpenScience – Published by ISTE Ltd. London, UK – openscience.fr

« De l'art pour ne pas simplifier le discours et porter

l'inconnu dans la science, une artiste à bord de TARA

PACIFIC »

“Using art to avoid simplification of discourse and bring the unknown in

science, an artist on board of TARA PACIFIC”

Noémie Sauve 1

1

TARA PACIFIC

RÉSUMÉ. L’artiste Noémie Sauve a embarqué en 2017 à bord de la Goélette Tara Pacific, pour un séjour de 7

semaines au sein de l’expédition qui étudiait l’état des récifs coralliens. Dans cet article, elle revient sur cette

expérience et la façon dont celle-ci a fait évoluer sa manière de concevoir le rapport de l’art et la science : façonner un

art qui soutient la complexité du vivant pour faire respecter ce qui nous échappe aussi avec la science.

ABSTRACT. In 2017 artist Noémie Sauve went aboard Schooner Tara Pacific to join a seven weeks expedition

studying the state of coral reefs. In this article the artist overviews this experience and the way in which it altered her

means of perceiving the relation between art and science: shaping art that supports complexity of the living in order to

pay respect to what escapes us even with science.

MOTS-CLÉS. Noémie Sauve, Tara Pacific, Océan Pacifique, Récifs Coralliens, artiste en résidence, relation arts et

sciences, Fondation Tara Oceans.

KEYWORDS. Noémie Sauve, Tara Pacific, Pacific Ocean, Coral reefs, artist in residence, relation between art and

science, Foundation Tara Oceans.

C’est en 2009, au Plateau, FRAC Île-de-France, plus précisément devant un dessin de Ernst

Haeckel à l’exposition « La planète des signes » proposée par Guillaume Désanges, commissaire

d’exposition, que j’ai formulé le vœu de m’associer un jour avec la science.

Illustration 1. « Radiolaires etc et symétries » clin d'oeil à Ernst Haeckel, Noémie Sauve, 19x28,5cm,

18 septembre 2017, Résidence Tara Pacific, stylo bic sur papier cahier quadrillé-carnet de voyage

© 2019 ISTE OpenScience – Published by ISTE Ltd. London, UK – openscience.fr Page | 1

1

Il me semblait qu’une œuvre pouvait incarner un savoir, et faire imposer le respect pour une

nature d’une mystérieuse complexité.

Tout d’abord, il me fallait entrer en quête graphique afin d’essayer de rendre l’idée que je me

faisais de ce qu’une sculpture ou un dessin devait porter. Je devais trouver comment faire rayonner

une pièce de manière autonome, provoquer un émerveillement tout en donnant à voir un discours.

Essayer de ne pas réduire l’œuvre à une fonction de support d’idée.

Pour ce travail, je me fixais comme objectif d’évoquer une certaine compréhension, sans pour

autant devenir trop lisible. Pour restituer un monde tel que je le saisissais, Il fallait perdre à nouveau

le spectateur pour rendre l’infinie complexité de ce qui lie les choses entre elles.

Jeudi 22 septembre 2016 allait annoncer la concrétisation de cet objectif et ouvrir mon territoire

d’investigation aux océans en inaugurant ma collaboration avec des scientifiques. Jeudi 22

septembre 2016, j’étais parmi une cinquantaine d’artistes internationaux, présélectionnés pour

embarquer à bord de la goélette scientifique Tara pendant ses 2 ans d’expédition « Tara Pacific »,

dont l’objectif était d’ausculter la biodiversité des récifs coralliens et leur évolution face au

changement climatique et aux pressions anthropiques.

Devant moi, un jury très impressionnant présidé par Agnès b., Etienne Bourgois, Président de la

Fondation Tara Expéditions, Romain Troublé, Directeur Général de la Fondation Tara Expéditions,

Elodie Cazes, anciennement coordinatrice de la collection d’art agnès b., Lauranne Germond, Cofondatrice

de COAL, Hervé Chandes, Directeur Général de la Fondation Cartier pour l’Art

Contemporain, Hugo Vitrani, Critique Médiapart et curator-at-large au Palais de Tokyo, Olivier

Antoine, Fondateur de la Galerie Art Concept et Jennifer Flay, Directrice Artistique de la FIAC.

J’ai donc fait partie des 6 artistes appelés ce jour-là; à venir devant la maquette grande taille de la

goélette de la base Tara à Paris dans le quartier de la Bastille, j’étais abasourdie par la nouvelle qui,

déjà, sonnait comme le début d’un nouveau chapitre.

Illustration 2. « Les questions existentielles d’une Intelligence Artificielle au milieu des cheminées

hydrothermales de la baie de Prony », Noémie Sauve, 2018, Résidence Tara Pacific, crayon et fusain sur

papier Arches, 66x102 cm


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Dans mon travail, qui jusqu’alors prenait des territoires de recherches bien terrestres, j’avais

l’habitude de m’entourer de divers professionnels afin d’injecter de la réalité aux sujets que

j’étudiais, comme auprès des Bergers Urbains de l’association Clinamen en Île-de-France.

Attirée par les débats sur notre « pratique » de la nature, le mot « domestication » était peut-être

celui qui présentait le mieux mon sujet de travail, car il englobe pour moi l’idée d’une

transformation à l’échelle des besoins humains en recourant à des prétextes et des formes bien

humaines.

Un territoire d’apparence invisible et difficile d’accès allait-il devenir limpide grâce au

démembrement scientifique ? Cette nature dans laquelle « les choses disparaissent » allait finir par

m’englober également.

Je me demandais comment accompagner une expédition de ce type en tant qu’artiste

d’aujourd’hui. Mon rôle n’était pas de témoigner des découvertes avec des planches réalistes,

naturalistes, il me fallait transcrire les événements et apprentissages pour jouer le rôle que je m’étais

imaginé en tant qu’artiste embarquée. Je devais aller plus loin que des anecdotes, comprendre les

enjeux et suivre chaque domaine de recherche abordé pendant l’expédition, car j’avais compris en

suivant les scientifiques que rien de ce qui nous entourait ne serait oublié dans les protocoles de

prélèvements (lumière, son, vitesse, eau, poissons, plancton…).

Illustration 3. « Exosquelette de Tara dans les lueurs planctoniques sous la Voie Lactée » d'après une

scène vécue pendant la traversée Nouvelle Zélande-Australie, Noémie Sauve, Résidence Tara Pacific,

lithographies en « manière noire » réalisée en novembre 2017, 65x50cm


3

J’ai dû commencer par apprendre le langage, la terminologie permettant d’entrer dans la réflexion

globale du projet et de comprendre les gestes spécialisés. J’ai établi plusieurs cahiers dans lesquels

se succédaient dessins d’observations, dessins imaginaires, dessins hybrides, notes scientifiques,

théories imaginées, mises en relations de théories incompatibles et toute autre manipulation entre

réalisme et fantasme. Je suis même allée jusqu’à imaginer que l’onde d’une vague se comportait

comme un objet, car elle était contenue dans un contour côtier…

Illustration 4. « Les coraux coulent pour que les bactéries, produites sur le substrat respirent le

microbiome stable », Noémie SAUVE, Résidence Tara Pacific, 2018, Dessin en cuivre et argent,

14,8x21cm, photo @Katrin Backes

Illustration 5. Dessin réversible à deux titres « -La résilience du problème visible se reflète dans les

squelettes - Les réactions enzymatiques ont l’avantage de se fixer à la lumière des sels », Noémie SAUVE,

Résidence Tara Pacific, 2018, Dessin en cuivre et argent, 14,8x21cm, photo @Katrin Backes


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Cette façon de travailler, je l’ai reprise en fin de production à l’atelier en titrant une série de

dessins que j’appelle « dessins en exosquelettes » avec des théories imaginaires « possibles » basées

sur les notes scientifiques. Ces dessins sont issus d’une recherche plastique que j’avais menée juste

avant mon départ et qui consistait à recouvrir un dessin de métal par électrolyse afin de lui dresser

un squelette inspiré de ceux des coraux. Ce sera donc le support qui disparaîtra avant le trait.

Illustration 6. « L’organisme le plus absorbant de la terre est relatif au modelage du Polymèrocène »,

Noémie Sauve, 2018, Résidence Tara Pacific, Dessin en cuivre et argent, 14,8x21cm, photo @Katrin

Backes

Ce travail m’a fait me rendre compte que j’avais encore besoin de poursuivre mon dialogue avec

la science, car qui de mieux qu’un scientifique de la trempe de Serge Planes, directeur scientifique

de l’expédition Tara Pacific, directeur de recherche CNRS et spécialiste des récifs coralliens pour

répondre à ce travail.

Aujourd’hui, nous échangeons encore sur ce projet en essayant, sur le même modèle que la

création graphique, de ne pas trop simplifier le discours pour rendre la complexité du milieu étudié.

Avant d’embarquer en 2017 et pour commencer la production jusqu’en 2019, j’avais préparé

plusieurs techniques de la sorte qui me semblaient utiles pour plus tard, notamment pour rendre les

idées que j’aurais développées à mon retour. Dans les autres outils qui me semblaient indispensables

et qui faisaient déjà partie de ma palette graphique avec d’autres médiums, les fluorescences, idéales

pour incarner une magie animiste côtoyée depuis une enfance devant les mangas. Il m’a fallu

plusieurs mois de recherche et une situation chanceuse pour découvrir le travail d’un artiste (Yves

Braun) qui fabriquait ses sculptures avec un matériau inédit de sa création, du verre fluorescent. J’ai

ensuite pu démarrer mes expérimentations dans les fours de l’atelier avec des pâtes de verre et des

céramiques. Les résultats tout à fait concluants m’ont permis de créer plusieurs sculptures qui

évoquent cette qualité du milieu marin.


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Illustration 7. « dague en portée de main romantique de polype du corail en cristal de cosmos

fluorescent », cristal et fluorescences, Noémie Sauve, 2018, Résidence Tara Pacific, photo @Katrin

Backes

Le travail avec la science permet d’être assisté par des outils performants pour observer, lire et

traiter les informations qui sont récoltées. C’est une chance d’avoir accès à cette mise en place pour

étudier notre environnement. Surtout dans un milieu marin inaccessible sans périphériques

physiques (bouteilles, masque, palmes). Sur le trajet de Tara, il y a parfois plusieurs jours de

navigation sans toucher terre et dans des zones très peu fréquentées. Suivre une façon d’étudier c’est

aussi intéressant pour confronter les pratiques et apprendre de cet échange même si l’isolement des

scientifiques dans leur spécialité m’a paru étrange. Finalement je pouvais faire le lien qu’ils

n’avaient pas le temps de faire entre eux.

Quand je m’en suis aperçue, j’ai compris que si je ne mettais pas en place des sortes de tables

rondes avec les scientifiques embarqués, j’aurais du mal à recueillir une vue d’ensemble et à

confronter les missions. Cet exercice était d’autant plus intéressant que nous avons tous découvert

des divergences sur des points parfois élémentaires de la définition des récifs coralliens.


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Illustration 8. Marionnettes de polype du corail/ nos exosquelettes, « marionnette de polype de corail

coulant en failles sur doigt-squelette », Noémie Sauve, 11Lx3lx3h cm, bronze, Résidence Tara Pacific,

photo @Katrin Backes

J’ai aussi pu constater que la science ne faisait pas toujours ce qu’elle voulait et ne savait pas

toujours très bien dans quel grand jeu d’ensemble elle s’appliquait. Je n’aurais jamais pensé que l’on

pouvait travailler une note sans avoir d’information sur l’ensemble de la partition. J’ai aussi compris

que des enjeux politiques pouvaient influencer la recherche scientifique, déterminer si un site était

important ou non. On imagine toujours que les scientifiques agissent pour une cause globale et

internationale. En fait, leur activité est tout aussi compliquée et prise dans des mailles de

considérations personnelles que n’importe quelle pratique professionnelle.

J’ai essayé tant que possible de répondre aussi aux engagements éthiques de la mission en

provoquant le moins d’impact possible sur l’environnement que j’observais. Je n’ai ramené aucun

fossile ou corail, j’ai tout dessiné sur place. J’avais embarqué des immenses feuilles de dessins

Arches qui sont devenues pour la plupart des dessins définitifs que j’ai terminés à l’atelier ou à bord.

Je ne travaille presque jamais d’après photo, je n’arrive pas à transmettre les impressions voulues

sans passer directement par le dessin d’observation. Certains dessins sont restés des palettes

d’informations graphiques, et d’autres ont témoigné de choses supplémentaires assez intéressantes

pour que je les considère comme aboutis. C’est pourquoi certains dessins de cette résidence

apparaissent pliés comme des grandes cartes, ils ont voyagé!


7

Illustration 9. « Planche N et blanc », Sites « Chesterfield », Noémie Sauve, crayon sur papier Moulin du

Gué, 57,50x75,50cm, dessin plié comme une carte, réalisé à bord de la goélette Tara pendant l'expédition

« Tara Pacific », achevé en septembre 2017 - dessin palette des éléments trouvés pendant le voyage ou

ramassés par les scientifiques pour le dessin, Résidence Tara Pacific

Illustration 10. Dague « double-dauphin en pointe à barbelures », Noémie Sauve, 23 x 7,5 x 3,5 cm,

bronze et pigment fluorescent, Résidence Tara Pacific, photo @Katrin Backes


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Le travail avec la science permet aussi d’essayer de produire une vision d’un futur probable, de

fantasmer le possible en quelques sortes.

Aujourd’hui, cette expédition m’a motivé plus que jamais à défendre notre environnement tel

qu’il fonctionne, car certains scénarios entendus notamment lors d’un colloque à Sydney intitulé « la

France et l’Australie au chevet des récifs coralliens » me paraissaient tout à fait effrayants en ce qui

concerne le maintien plus ou moins aménagé si ce n’est artificiel d’un écosystème bouleversé et

dont pourtant notre liberté dépend.

J’ai été à bord un peu moins de 2 mois, j’ai embarqué en Nouvelle-Zélande, puis direction

l’Australie, plusieurs îlots de la barrière de corail sud pour arriver en Nouvelle-Calédonie. Pendant

ce voyage, les chocs émotionnels n’ont pas cessé, d’une plongée à l’autre c’était un paysage sousmarin

qui pouvait changer du tout au tout, et bizarrement le plus bouleversant a été une plongée à

Heron Island pendant laquelle j’ai découvert plus de vie que je n’en avais jamais vue nulle part. La

simple action de marcher sur la plage nécessitait une attention particulière pour ne pas écraser

d’êtres vivants! Après avoir vécu ça, tous les paysages morts ou blanchis prennent un tout autre

relief. J’ai pris la mesure du drame par une sensation nostalgique inoubliable. J’avais mis en place à

bord ce que j’appelais un « Calendrier du kiffe ». Ce qui a commencé comme une blague avec le

chef de pont est devenu un document précieux qui recense tous les éléments tristes ou joyeux d’un

tronçon de l’expédition. Quand je le revois, je comprends le choc émotionnel qui m’attendait au

retour. Le chaud-froid des impressions écologiques a de quoi perturber les âmes sensibles.

Illustration 11. Calendrier du Kiffe d'après un vrai calendrier mis en place à bord sur la fin de la résidence,

actualisé chaque soir en réunion avec l'équipage et les scientifiques pour palier aux chocs émotionnels des

différents degrés de « kiffe » pendant l’expédition, Noémi Sauve, Résidence Tara Pacific, 2018,

lithographie, 65x50cm

Aujourd’hui, avec toutes ces nouvelles connaissances, je poursuis mon travail sur la biodiversité

marine en même temps que je continue à accompagner d’autres missions plus « terrestres ». Le


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rapport avec la science est devenu nécessaire et j’espère parvenir à présenter mon travail dans le

milieu de l’art contemporain comme dans celui des laboratoires de recherche.

Tara a été une chance qui ne s’arrête pas.

Courte bio:

Née à Romans (26) en 1980. Vit et travaille à Paris.

Dans son travail sur de nombreux supports (dessin,

sculpture, peinture, mise en scène) Noémie Sauve s’emploie,

par l’utilisation d’un trait figuratif abimé, à dresser une

iconographie des fantasmes archéologiques et contemporains

autour des thèmes de la domestication (des éléments, de

l’animal et de son environnement).

Noémie Sauve plonge sur les

patates de corail pour s’inspirer de

ces paysages sous-marin

Elle expose régulièrement en galerie et lors de salons

(Drawing Now, YIA art fair, Art Paris,…), elle propose

également des performances disconographiques (mise en

scène de son travail plastique en probabilités de situations,

d’utilisations de celui-ci en ville et sur scène). Sélectionnée par

le jury des résidences d’artistes Tara Pacific, elle part à bord de

la goélette scientifique en 2017 - Tara Expéditions Foundation

& Agnès b.

Sa pratique artistique irrigue également de nombreux

domaines attenants dans lesquels elle est pleinement engagée. Elle soutient l’association Clinamen

(qui dynamise les territoires urbains par la promotion de pratiques paysannes) et Bergers Urbains en

Ile de France, notamment via la mise en place du FACAC (Fond d’Art Contemporain Agricole de

Clinamen) dont elle est co-fondatrice.

Elle est membre et co-fondatrice de Jolly Rogers depuis 2007 (architecture improvisée en

matériaux de récupération)

Site internet

noemiesauve.com

Production issue de la résidence Tara Pacific:

http://noemiesauve.blogspot.com/search/label/TARA%20PACIFIC

(cliquer sur « articles plus anciens » en bas de page du blog pour voir la suite de la production)

Le Lien vers le site de la Fondation TARA OCEANS et la mission TARA PACIFIC

https://oceans.taraexpeditions.org/m/qui-est-tara/les-expeditions/tara-pacific/


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Phénomènes quantiques en tant que phénomènes

saturés. Troisième réduction phénoménologique: la

donation

Quantum phenomena as saturated phenomena.

Third phenomenological reduction: donation

Viviana Yaccuzzi Polisena 1

1

Universidad Católica de Córdoba – UCC, orcid.org/0000-0002-5115-729X, Argentine

Professeur de Philosophie (UNNE); Master en Sciences Humaines et Sociales. Mention Philosophie, LOPHISS

(SORBONNE); Diplôme en Philosophie de la Physique (IFICC) Chili.

Membre du Projet OTHER

https://blog.ucc.edu.ar/other/quienes-somos/

https://blog.ucc.edu.ar/other/

Special thanks to Oleg Kravchenko for his collaboration

RÉSUMÉ. Jean-Luc Marion propose la troisième réduction phénoménologique, au-delà de Husserl et Heidegger. La

réduction radicale, la donation de la transcendance dans l'immanence, dissout les apparences et les fausses réalités;

ainsi, la donation établit les étapes de la phénoménalité. Il établit le quatrième principe de la phénoménologie : plus il y

a de réduction, plus il y a de donation.

Nous analysons la notion d'irruption de l'événement comme nouveauté ; de tels événements sont des phénomènes

quantiques. Ce qui éclate et s'amplifie, c'est la notion de donation qui se limite au sensible; ainsi, les événements

(phénomènes quantiques) deviennent accessibles par la "contre-expérience". Les phénomènes quantiques sont

ignorés quant à ce qu'ils sont réellement et sur lesquels les procédures traditionnelles sont appliquées pour les limiter

à une phénoménicité qui n'est pas la leur. Une carence et une absence de concept est produite, ainsi, la visibilité de

l'apparence surgit à contre-courant du courant de l'intention qui déborde la donation. C'est le phénomène saturé qui

surprend par l'originalité de l'événement, dépassant le regard et étouffant le concept comme une réclamation.

La revendication nous appelle et nous interpelle, nous convoque. La personne convoquée est découverte comme un

sujet qui subit la surprise d'un événement qu'il ne comprend pas. L'arrivée de la manifestation de soi à partir de soi

provoque une reconfiguration du monde-sujet et une crise; c'est nouveauté, c'est transgression, donc l'événement

(phénomène quantique) est saturé car il éclate, nous transforme et nous innove.

ABSTRACT. Jean-Luc Marion proposes the third phenomenological reduction, beyond Husserl and Heidegger. The

radical reduction, the donation of transcendence in immanence, dissolves appearances and false realities; in this way,

the donation establishes the stages of phenomenality. It establishes the fourth principle of phenomenology: the more

reduction, the more donation.

We analyze the notion of the irruption of the event as novelty; such events are quantum phenomena. That which

bursts in and amplifies is the notion of donation, which was limited to the sensitive; in this way, events (quantum

phenomena) become accessible through 'counter-experience'. Quantum phenomena are ignored as to what they

really are and on which traditional procedures are applied in order to limit them to a phenomenicity that is not their

own. There is a deficiency and absence of concept, thus, the visibility of the appearance arises against the current of

the intention overflowing the donation. This saturated phenomenon surprises by the originality of the event exceeding

the gaze and suffocating the concept; by way of vindication.

Vindication calls us and challenges us, summons us. The person summoned discovers himself as a subject who

experiences the surprise of an event that he does not understand. The arrival of the manifestation of oneself from

oneself provokes a reconfiguration of the world-subject and a crisis; it is novelty, it is transgression, hence the event

(quantum phenomenon) is a saturated phenomenon because it bursts in, transforms and innovates us.

MOTS-CLÉS. Donation, Événement, Phénomènes quantiques, Phénomènes saturés.

KEYWORDS. Donation, Event, Quantum phenomena, Saturated phenomena.


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Introduction

S'il ne s'agit que de voir des phénomènes déjà visibles, nous n'aurions pas besoin de

phénoménologie du tout ; cependant, la phénoménologie atteint sa légitimité en rendant

enfin visibles ces phénomènes qui, sans elle, seraient restés inaccessibles.

Jean-Luc Marion

Diseño de DUVET, Pascal.

Site : https://www.pascalduvetphotographie.com/

Page Facebook : https://www.facebook.com/pascalduvetphotographie/

Jean-Luc Marion propose la troisième réduction phénoménologique, au-delà de Husserl

(transcendantale, équivalente à une constitution d'objets) et Heidegger (existentielle, met en pratique

l'entité existante), est la forme pure de l'appel permettant la donation contre-transcendantal, ce qui

nous donne la possibilité de réduire le phénomène saturé. La troisième réduction amplifie les

concepts et permet de parler d'intuition catégorique et universelle, c'est-à-dire de la primauté

inconditionnelle de donation du phénomène. La phénoménologie le montre, cela implique de laisser

l'apparence apparaître de telle sorte qu'elle accomplisse sa pleine apparence, donc, elle essaie

“trasgredir toda impresión percibida por medio de la intención de la cosa misma”. (Marion, 2008;

p. 40).

“Dicho de otro modo, puesto que la intuición se amplía, aparece más que lo que parece […]”. 1

La réduction radicale, la donation de la transcendance dans l'immanence, dissout les apparences

et les fausses réalités ; ainsi, la donation établit les étapes de la phénoménalité. Marion fonde le

quatrième principe de la phénoménologie : cuanta más reducción, más donación (cuando más se

radicaliza la reducción, más se despliega la donación (Marion, 2011; p. 277). Nous analysons la

notion d'irruption de l'événement comme nouveauté ; de tels événements sont des phénomènes

quantiques. Ce qui éclate et s'amplifie, c'est la notion de donation qui était limitée au sensible; ainsi,

les événements deviennent accessibles par la "contre-expérience", c'est une expérience contraire à

tout empirique habituel.

1 MARION, J-L. (2011). Reducción y Donación. Investigaciones acerca de Husserl, Heidegger y la fenomenología. Buenos Aires:

Prometeo Libros, p. 28.


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Les phénomènes quantiques sont ignorés quant à ce qu'ils sont réellement et sur lesquels on

applique des procédures traditionnelles qui les limitent à une phénoménicité qui n'est pas la leur.

Marion propose d'apprendre à reconnaître quand ces phénomènes semblent sûrs et indemnes de la

matière, loin de ce qui est intuitivement donné et dépassant tout concept. Une carence et une

absence de concept est produite, ainsi, la visibilité de l'apparence surgit à contre-courant du courant

de l'intention qui déborde le donation “[…]la nueva visibilidad no consiste en la subsistencia de los

materiales […] sino en la irrealidad de la instalación […]” (Marion, 2011; p.90).

Développement

Diseño de DUVET, Pascal.

Site : https://www.pascalduvetphotographie.com/

Page Facebook : https://www.facebook.com/pascalduvetphotographie/

La phénoménologie a des moments : 1) la mise entre parenthèses (epojé), ce qui est mis entre

parenthèses, n'est pas qu'elle soit niée mais en suspens ; c'est la transcendance du monde qui est en

suspens et ceci doit être validé par la conscience; et 2) la reconduction, pour revenir à sa portée

originale, pour reconduire les phénomènes à leurs origines (réduction). Le “retorno a las cosas

mismas” (Marion, 2011; p. 24), qui revient aux actes implique que “la intuición originariamente

donante sea una fuente de derecho de conocimiento” (Marion, 2011; p. 25), est ce qui amplifie les

concepts et nous permet de parler d'intuition catégorique et universelle, c'est-à-dire de la primauté

inconditionnelle du don du phénomène. Quand Husserl fait la réduction, il prend au sol originel les

phénomènes où ils apparaissent, c'est-à-dire où les phénomènes sont constitués, et ce qui est

constitué sont des objectivités, indépendamment du fait qu'elles aient été corrélées avec une réalité.

Marion, à cet égard, pense à deux insuffisances: a) la première est celle du projet de Husserl

(critique de Husserl): l'entité réduite à l'objectivité, c'est-à-dire à la formalisation de l'objet au sens

universel; b) la seconde insuffisance par réduction (critique de Heidegger): réduit la question

ontologique à Dasein. Il faut aller bien au-delà des sciences naturelles de l'entité, jusqu'au principe

universel du don d'un phénomène réduit.

L'arrivée de la manifestation de soi à partir de soi provoque la reconfiguration du monde-sujet et

une crise parce qu'elle est nouveauté, elle est transgression, donc l'événement (phénomène

quantique) est saturé parce qu'il surgit, nous transforme et nous innove. Les événements ne peuvent


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pas être compressés dans le paradigme standard de la physique actuelle, c'est pourquoi nous ne

pouvons pas nommer le quantum comme physique ou mécanique mais comme la nouvelle

métaphysique inaugurée par la phénoménologie. L'"irruption" (per se) de tels événements est la

nouveauté, comme la branche qui s'ouvre pour qu'une nouvelle pousse émerge; quelque chose se

brise pour qu'une nouvelle sorte sorte. Ce qui éclate et s'amplifie, c'est la notion de donation qui se

limite au tangible et au palpable.

“Debe darse una „irrupción‟ porque es preciso reconducir todo pensamiento a su efectuación

(sus actos) intuitiva”. 2

Nos idées de départ sont: a) "Rien n'apparaît mais est donné" de Jean-Luc Marion; b) "Le

Quantum est le paradigme de la science contemporaine" de Bernard d'Espagnat; c'est pourquoi nous

commenterons brièvement l'arrivée de cette révolution philosophique, scientifique et culturelle des

phénomènes saturés. Quantum a commencé avec Planck lorsqu'il a fait l'hypothèse de l'énergie: elle

vient en paquets discontinus, le 'quanta'; à partir de ce moment on a considéré que le même 'objet'

se comporte parfois comme un corpuscule et d'autres fois comme une onde. Un corpuscule - objet

discontinu - existe ponctuellement dans l'espace-temps; il est représenté par un point en coordonnées

cartésiennes 'x' et 'z'. D'autre part, une onde a une présence frontale étendue dans l'espace-temps, son

déplacement est par propagation. Dans notre monde de tous les jours, "une chose" existe comme un

corpuscule ou comme une vague, mais jamais physiquement dans les deux modes à la fois. Le

mélange continu/discontinu, corpusculaire/ondulatoire a été inscrit dans les relations de Heisenberg,

ils affirment que les variables conjuguées - position et vitesse d'une particule, temps et énergie, etc.

ne peuvent être connues simultanément et avec précision. Pour Bitbol, la dichotomie

continu/discontinu dérive de la non commutation des opérateurs.

Les événements (phénomènes quantiques) nous sont présentés comme la plus grande révolution

cognitive, ils modifient le rapport sujet/objet, ils modifient le langage et le sens; et parmi tant de

débats générés par leurs postulats, leurs interprétations se sont additionnées; c'est pourquoi un

véritable changement de perspective est nécessaire afin d'atteindre une meilleure intelligibilité. A

partir des postulats s'élabore et se dégage une série de conséquences qui ont profondément marqué

la philosophie et ses concepts fondamentaux (essence, substance, accident, forme, individu, objet,

causalité, mouvement). Ce sont: 1) Dans un instant donné, l'état du système est décrit par un vecteur.

Cet espace est un espace de fonctions ondulatoires et est appelé'espace de Hilbert'. Il contient toutes

les informations du système à cet instant. Le vecteur d'état du système résulte d'une combinaison de

vecteurs. De cet axiome découle la première question: l'entrelacement.

Ceci est exprimé par le fameux paradoxe du chat de Schrödinger. 2) Chaque grandeur physique

est décrite par un opérateur qui doit être hermétique. Cet opérateur représente l'ampleur observable.

3) Le résultat obtenu en mesurant une grandeur physique est appelé autovalue car il correspond à la

valeur propre de l'opérateur hermitique observable A. 4) La probabilité d'obtenir une autovalue

donnée est le carré du module du produit scalaire entre le vecteur décrivant le système et le vecteur

correspondant de l'opérateur hermitique observable A. La probabilité d'obtenir une autovalue

donnée est le carré du module du produit scalaire entre le vecteur décrivant le système et le vecteur

correspondant de l'opérateur hermitique observable A. Cela signifie que lorsque vous voulez

observer une propriété du vecteur, ce que vous observez dépendra de la propriété et du vecteur: il

vous permet d'interpréter la densité de probabilité de présence de la particule. 5) Lors de la mesure

d'une grandeur physique A, le vecteur d'état est le vecteur propre correspondant à la valeur propre

obtenue à partir de cette grandeur. C'est ici que se produit l'"effondrement": l'état du système est

associé au processus de mesure et l'information sur l'état du système est mise à jour. 6) L'évolution


Prometeo Libros, p. 24.


14

temporelle de l'état physique d'un système quantique est conforme à l'équation de Schrödinger

(l'évolution dépend de l'environnement).

Ces postulats présentent les nouveautés suivantes: *Superposition = pas de séparabilité

(entrelacement quantique – implexion 3 ). *Opérateur hermétique = observable. *Réduire / mettre à

jour. *Problème de mesure du quantum = indéterminisme.

Le défi le plus révélateur dans de tels cas est d'imaginer de nouveaux concepts, de nouveaux

symboles et de nouvelles significations qui éclairent des situations sombres. L'irruption

phénoménologique s'accomplit en redirigeant vers l'intuition tout ce qui aspire à se constituer en

phénomène. Tous les phénomènes sont des actes; la primauté de ces actes consiste à permettre

l'apparition de ce qui est donné; ce qui est donné est le phénomène et ce qui est donné au-delà du

phénomène est la donation.

Le donation est l'acte même de donner ce qui est donné, ce qui est donné a une réalité

phénoménologique mais pas effective, puisque tout ce qui apparaît est donné, mais pas tout ce qui

est donné est montré “Todo lo dado manifiesta la donación porque el proceso de su acontecimiento

la despliega” (Marion, 2011; p.125).

Une telle donation peut être interprété herméneutiquement comme fait par Dieu. L'herméneutique

nous fait percevoir l'événement à partir duquel il est phénoménalisé. La donation établit les étapes

de la phénoménalité, il est pur don gratuit et il suffit qu'il soit donné pour que nous puissions le

décrire; le donation constitue le sujet, donc il est donné sujet. En d'autres termes, la phénoménologie

de Marion révise ce que nous appelons "phénomènes", opère une réduction des phénomènes à partir

desquels l'accès à ces phénomènes est possible. Il soutient que le sujet est constitué par les

phénomènes qui lui arrivent comme manifestations ou événements, le sujet est celui qui reçoit, celui

qui est donné: adonné. Son principe phénoménologique soulève un renouveau conceptuel

métaphysique-théologique et conduit à penser le phénomène à partir du donation, ce qui nous donne

à son tour la notion d'événement.

Ce qui est donné nous est imposé. Phénoménologiquement, le monde est ce qui est donné dans sa

totalité, y compris les événements (phénomènes quantiques). “Todo aquello que se revela como

donado, en cuanto que ya donado, aparece, porque en tanto que, donado el parecer, es. Ser […]

equivale a la donación que da el aparecer a lo donado” (Marion, 2011; p. 60).

“El hecho, o más bien la donación de que el ente es trasgrede aquí al ente mismo, ya que a título

de su ser; el hombre es el único entre los entes que accedería al ser por su trascendencia del ente,

hasta ver lo visible de los visibles, la maravilla del „fenómeno de ser‟; sólo él cumple esta

trascendencia, porque escucha la llamada de la voz del ser […]”. 4

Le but de la phénoménologie est d'accéder à l'apparence, c'est-à-dire de transgresser l'impression

perçue de la chose elle-même, c'est-à-dire de ce qui est donné et non de la subjectivité; le

phénomène se manifeste de cette façon. Ainsi, Marion fait un virage dans lequel il passe de la

démonstration à montrer, laissant apparaître une apparition dans une apparition, c'est ce qu'il appelle

3 Noción de Lévy-Leblond, Jean-Marc. Mots & maux de la physique quantique. Critique épistémologique et problèmes

terminologiques. En Revue internationale de philosophie n°2, 243-265 (juin 2000), p. 11. “On pourrait alors remplacer

„enchevêtrement‟ („Verschränkung‟, „entanglement‟), par „implexion‟, et, au lieu d‟un „état enchevêtré‟ parler d‟un „état

implexé‟”.


Prometeo Libros, pág. 252.


15

le "pli du donation", le donation ne colonise pas de l'extérieur les données de ce qui est donné, mais

s'inscrit comme son caractère irrémédiable, l'articulation de sa venue, indissociable de son

immanence avec elle-même.

“Todo lo dado manifiesta la donación porque el proceso de su acontecimiento la despliega. La

donación se abre como el pliegue de lo dado: el don dado en tanto que se da según su

acontecimiento propio”. 5

Sans aucun doute, nous sommes en présence du dépassement de la métaphysique traditionnelle.

La fusion de sa théorie de la donation et sa réduction phénoménologique convergent dans son

approche fondamentale: l'irruption de la donation conduit inévitablement à la question de l'être

comme phénomène. Les phénomènes saturés sont des transgressions dans le tissu de la réalité; ils

sont soustraits à toute analogie de l'expérience, donc l'événement se transforme parce qu'il nous fait

irruption et nous ouvre au monde, nous innove; mais il n'y a irruption d'un événement que si un sujet

est capable de le vivre, c'est-à-dire un Je préparé pour son arrivée; cette arrivée est absolument

surprenante et cela nous affecte au point de penser le sujet selon sa capacité à recevoir l'événement

et de se constituer par sa venue.

Marion se demande s'il est possible de penser le phénomène de telle sorte que le mouvement de

donation puisse être compris. Si cela est possible, alors la réduction au phénomène donné peut être

conçue, mais il serait nécessaire de renouveler les principes phénoménologiques traditionnels en

resserrant le lien entre donation et réduction, comme exercice méthodologique fondamental, en

concluant que le phénomène réduit est le phénomène donné au Je de conscience, il donne; ainsi la

même conscience est constituée par la donation.

Une autre nouveauté de Marion est l'inversion du privilège de la cause en faveur de l'effet,

puisque l'effet en tant qu'événement sature la signification et élargit les limites de la phénoménicité

de l'invisible, c'est l'irruption de l'être même qui nous appelle et nous surprend, nous détachant de

toute subjectivité, se dépassant lui-même en intuition, se donnant comme immirable et inobstant.

Le privilège implique que la connaissance commence avec l'événement de l'effet, car sans lui la

cause n'aurait pas de sens. Dans les phénomènes quantiques, une libération de la cause inconnue est

un événement trouvé, unique, irremplaçable, irréductible à la cause et dépassant ses précédents.

“Cuanto más se constata el exceso, tanto más se impone el acontecimiento”. (Marion, 2008; p.

285).

L'événement dépasse la cause jusqu'à ce qu'il soit abandonné. La phénoménologie propose une

solution aux questions quantiques fondamentales (superposition et implexion), au moyen d'une

reconception radicale du monde naturel et de notre place en lui, car lorsque l'événement ne se limite

pas à un instant, un lieu, un individu empirique mais déborde les singularités et qu'aucun regard ne

l'englobe soudainement, l'événement est historique; nul ne peut prétendre pour lui-même décrire

l'objet par la pluralité de ses horizons.

Il est important de mentionner que pour penser la donation, il est nécessaire de le faire à partir

d'une structure ternaire: donataire, donateur, don. El fenómeno de ser escucha la llamada de la voz

del ser; la misma llamada es la que nos constituye, somos a partir del don y de la llamada. 6

5 MARION, J-L. (2008). Siendo dado. Madrid. Síntesis. p. 125.


Prometeo Libros, p. 270. “La llamada aparece de este modo como el esquema originario de las dos reducciones anteriores,

precisamente porque sólo ella permite reconducir a…, en lo que se exige entregarse al don de la llamada como tal: rendirse a la


16

“[…], solo el hombre, llamado por la voz del ser, experimenta la maravilla de las maravillas:

que el ente es” (Marion, 2011; p. 252). Quand on nous donne le don et qu'on nous donne le moi,

alors nous sommes des créateurs. L'interpellé vit une surprise, la surprise enlève l'interpellé de toute

subjectivité, la surprise empêche l'interpellé de comprendre la convocation qu'il reçoit. Il y a une

préséance de la donation, c'est pourquoi elle surprend, car c'est le phénomène lui-même qui fait la

réduction.

Seul l'être peut appeler l'être, seul l'être peut justifier l'être, ouvrant ainsi la phénoménalité de

l'être. Ainsi, la revendication se déploie avec clarté parce que celle qui justifie est l'être, la

revendication nous appelle. Ainsi, dans la forme pure de l'appel, la réduction fondamentale est

accomplie et la réclamation ne réclame aucun autre interlocuteur que celui à qui elle est adressée:

l'interrogé. La personne convoquée se découvre comme un sujet qui vit la surprise d'un événement

qu'elle ne comprend pas.

Conclusion

Il appartient au phénomène considéré dans sa phénoménicité essentielle le fait qu'il ne se

manifeste qu'en tant que donné; nous pouvons donc affirmer que le phénomène se produit. Le

phénomène peut et doit être montré, mais seulement parce qu'il se produit. Il montre ce que la

donation donne. L'événement (phénomène quantique), dans la mesure où donné monte de lui-même

au visible selon l'anamorphose 7 . Cependant, le phénomène saturé dépasse tout concept, il est décrit

comme insupportable selon la qualité, absolu selon la relation, immuable selon la modalité.

L'intuition saturante dépasse la limite, elle est incommensurable par excès d'intuition; le

phénomène saturé ne peut être soutenu par aucun regard et n'est perçu que sous le mode de

l'éblouissement. L'éblouissement commence lorsque la perception dépasse son maximum tolérable

et que personne ne peut se réclamer de la description de l'objet par sa pluralité d'horizons. On peut

donc affirmer que les phénomènes quantiques sont des phénomènes saturés, ce sont des événements

qui provoquent une reconfiguration du monde-sujet car ils sont la nouveauté. L'événement est la

transgression qui nous envahit, nous innove et nous transforme, c'est pourquoi ce sont des

phénomènes saturés.

Bibliographie

D’ESPAGNAT, B. (2003). Le réel voilé. Analyse des concepts quantiques. France. Fayard.

BITBOL, M. (2000). Physique & Philosophie de l‟esprit. Paris, Flammarion.

MARION, J.-L. (2011). Reducción y donación: investigaciones acerca de Husserl, Heidegger y la fenomenología.

Buenos Aires: Prometeo Libros.

MARIÓN, J.-L. (2008). Siendo dado. Ensayo para una fenomenología de la donación. Madrid. Síntesis.

LEVY-LEBLOND, J.-M. (1988). Neither Waves, nor Particles, but Quantons. France, Nature.

llamada, en el doble sentido de abandonarse a ella y de desplazarse hacia ella. En tanto que pura reducción […], la llamada que

reivindica para sí misma compete eminentemente a la fenomenología”.

7 Anamorfosis: es una deformación reversible de una imagen producida mediante un procedimiento óptico (como, por ejemplo,

utilizando un espejo curvo), o a través de un procedimiento matemático. Es un efecto perspectivo utilizado en arte para forzar al

observador a un determinado punto de vista preestablecido o privilegiado, desde el que el elemento cobra una forma

proporcionada y clara. La anamorfosis es un método sobre perspectiva. Técnica mediante lentes anamórficas se registran imágenes

comprimidas que producen una pantalla ancha al ser descomprimidas durante la proyección.


17

Ernst Haeckel's Radiolarians and Medusa: The

influence of his visits to Villefranche on his science

and his art

Les radiolaires et les méduses d'Ernst Haeckel : influence de ses visites

à Villefranche-sur-mer sur sa science et son art.

John R. Dolan 1

1

Laboratoire d'Océanographie de Villefranche-sur-Mer

ABSTRACT. Early in his long career, Ernst Haeckel (1834 - 1919) twice visited Villefranche-sur-Mer. First, as a

student, in 1856 during a sampling trip to Nice, and again in 1864 when sent to Nice by his parents for a change of

scenery following the untimely death of his first wife. The two visits appear to have been key events in the

development of Haeckel's science and art as they are the beginnings of his studies, first on radiolarians, and then on

medusa. During the 1856 visit he observed for the first time living radiolarians, the group of microscopic planktonic

protists, the subject of his first monographic work in 1862 that brought him fame at a young age. During the 1864 visit

he resided in Villefranche-sur-Mer. There, for the first time, he made detailed observations on the development and

morphology of medusa. He subsequently produced monumental monographs on both radiolaria and medusa, e.g., the

Challenger Reports, which remain today his major scientific contributions. Haeckel's artistic fame is largely from his

Kunstformen der Natur. The book relies heavily on illustrations of both radiolarians and medusa, more so than other

groups of organisms, and contains iconic images of medusa and radiolarians, suggesting a major importance in

Haeckel's art for the two groups linked closely with Haeckel's visits to Villefranche-sur-Mer.

RÉSUMÉ. Au début de sa longue carrière, Ernst Haeckel (1834 - 1919) s’est rendu deux fois à Villefranche-sur-mer.

D'abord en tant qu'étudiant, en 1856, lors d'un voyage d'échantillonnage à Nice, puis de nouveau en 1864, lorsque

ses parents l'envoyèrent à Nice pour un dépaysement total à la suite du décès prématuré de sa première femme. Les

deux visites semblent avoir été des événements clés dans le développement de la science et de l'art de Haeckel au

début de ses études, d'abord sur les radiolaires, puis sur les méduses. Lors de sa visite en 1856, il observa pour la

première fois des radiolaires vivants, groupe de protistes planctoniques microscopiques, sujet de son premier travail

monographique en 1862 qui le rendit célèbre à un jeune âge. Pendant la visite de 1864, il résida à Villefranche-surmer.

Il y fit pour la première fois des observations détaillées sur le développement et la morphologie des méduses. Il a

par la suite produit des monographies monumentales sur les radiolaires et les méduses, par exemple les rapports

Challenger, qui demeurent aujourd’hui ses principales contributions scientifiques. La renommée artistique de Haeckel

provient en grande partie de son livre « Kunstformen der Natur ». Le livre s'appuie beaucoup sur des illustrations de

radiolaires et de méduses, plus que d'autres groupes d'organismes, et contient des images emblématiques de

méduses et de radiolaires, suggérant une influence majeure dans l'art de Haeckel pour ces deux groupes, étroitement

liée aux visites de Haeckel à Villefranche-sur-mer.

KEYWORDS. history of science, plankton, scientific and artistic voyages, microscopy.

MOTS-CLÉS. histoire des sciences, plancton, voyages scientifiques et artistiques, microscopie.

Backstory/Introduction

This article grew out of a recent serendipitous discovery. I was searching for an obscure species

description by Ernst Haeckel, an important personality in the history of biology. He was a

contemporary and staunch advocate of Charles Darwin and is one of the best known and most read

zoologists (Egerton 2013). I came across another obscure species description by him, one that

surprised me. It was a description of a meduse (a jellyfish), and he called it "Carmarina", the Niçois

word for sea meat, a term used by the fisherman of the Nice region for gelatinous plankton caught in

their nets.


18

Haeckel's use of the word suggested a certain familiarity with both the medusa and the fishermen

of the region. Given the date, his striking illustration appeared to be his first published drawing of

any medusa. His illustrations of medusa are famous, even iconic. In fact, Haeckel is well known for

his detailed studies and magnificent illustrations, primarily of two groups of organisms: radiolarians,

microscopic creatures with fabulously intricate skeletons or shells, and the medusa (fig.1).

Fig 1. Examples of Haeckel's illustrations of radiolarians (left panel), plate in Haeckel 1862 and medusa

(right panel), plate 3 in Haeckel 1879. In actual size, the radiolarians shown are about 1/10 mm in diameter

and the medusa shown are about 3 cm long.

I was familiar with the fact that he first saw living radiolarians when he visited the Bay of

Villefranche in 1856 as a young medical student (fig. 2), the veritable start of his studies

radiolarians. However, the medusa description suggested his other major obsession, medusa, may

have also begun in the Bay of Villefranche with his 1864 stay. The stories presented here, of two

relatively short visits, aim to convince you dear reader, that his visits to southern France were key

events in the development of Haeckel's science and his art. I hope to convince you that his major

scientific and artistic legacies, both of which are considerable, are intimately linked to Villefranche.


19

Fig. 2. Ernst Haeckel and his microscopes, ca. 1856, when he was a medical student. His parents bought

him his first microscope, a Schiek barrel microscope (on the table at the left), in 1853 and he quickly

became very fond of it, calling it "my darling" and "my divine microscope"; he developed the unusual ability

to look through the eyepiece with one eye and with the other draw what he saw in the microscope (Otis

2007). Photo courtesy of SLUB Dresden/Deutsch Fotothek.

Haeckel's 1856 Visit

Ernst Haeckel saw the Bay of Villefranche for the first time during a sampling trip to Nice in the

autumn of 1856, at age 22. He had been invited to participate in the expedition by his teacher, Albert

Kölliker. Based in Nice, they spent 4 weeks in the region. Many years later, Haeckel stated: "In

company with Heinrich Müller and K. Kupffer, we investigated especially the rich pelagic animal

life of the beautiful bay of Villafranca. There, for the first time I met those wonderful forms of the

pelagic fauna which belong to the classes of the siphonophores, pteropods, and heteropods. I also

there first saw living polycyttariia, acanthrometra, and polycystina, those phantasmic forms of

radiolaria, in the study of which I spent so many later years". (Haeckel 1893). According to a letter

sent to his parents at the time (Haeckel 1856), during their stay they met repeatedly with the Berlin

Professor Johannes Müller who was himself sampling along the French Mediterranean coast, in

Villefranche, Nice, St. Tropez and Cette (now Sete) for his study of Mediterranean radiolarians

published posthumously in 1858 (Müller 1858).

Johannes Müller is credited by Haeckel as the one who initiated him to the study of planktonic

organisms, earlier, in 1854 during a trip to Helgoland. Haeckel (1893) states " When at Helgoland,

investigating the wonders of the plankton with the microscope, Johannes Müller, pleased with the

care and patience with which his zealous students tried to study the charming forms of medusa and

ctenophores, spoke to me the ever-memorable words, "There you can do much; and as soon as you

have entered into this pelagic wonderland you will see that you cannot leave it." According to

Haeckel (1893), in Nice in 1856, Müller stressed to him the particular interest of studying radiolaria

as he ".... called my attention to the many and important questions which the natural history of these

enigmatical microscopical organisms present.".

Haeckel mentions, in that same letter to his parents (Haeckel 1856), that towards the end of their

stay, they used "Müller's fine nets" to collect organisms in the Bay of Villefranche noting that

among the catch were the most remarkable Thalassicolla (a group of radiolarians). It was perhaps

this outing from Nice that provided the sample containing the radiolarian Haeckel described in his

1862 monograph, Sphaerozoium italicum (Fig. 3), as from his stay in Nice in 1856. It appears to be

the first new species of radiolarian he collected. In recent years, the species was collected again

from the Bay of Villefranche and molecular data from it used to refine the phylogeny of radiolaria

(Bass et al. 2005).


20

Fig 3. Plate 33 from Haeckel's 1862 monograph Die Radiolarien, showing the radiolarian species first

collected during his 1856 visit, Sphaerozoum italicum (figs. 1 & 2). The diameter of the radiolarian is about

1/3 mm.

The 1862 'Die Radiolarien' was Haeckel's first monographic publication (excluding his thesis and

habilitation volumes) and he dedicated it to Johannes Müller. The study was largely the result of a

long stay in Messina devoted mostly to collecting and examining radiolarians. Haeckel credited

Müller's suggestion, made in Nice in 1856, as the motivation for his "spending an entire year in

pelagic fishing" (Haeckel 1893). The massive two-volume work earned Haeckel a promotion to

"Extraordinary Professor" and the Cothenius medal of the Leopold-Caroline Academy of German

Naturalists in 1863. Haeckel sent a copy to Darwin and it is said to have astonished him (Richards

2008).

In subsequent years, Haeckel turned his attention to other groups of organisms and topics. He

returned to studies of radiolarians only in the 1880's as he was asked to exploit the sample gathered

during Challenger Expedition. His resulting radiolarian "masterpieces" are the monographs

constituting the "Report on the Radiolaria" (Haeckel 1887a,b), totaling over 1700 pages of text and

140 plates. Although Haeckel's taxonomy has been revised, and many species have been found to be

synonyms, (e.g. Aita et al. 2009; Lazarus 2014), the work is still regularly cited today (e.g. Biard et

al. 2017, Grattepanche et al. 2017, Dolan et al. 2019, Kachovich et al. 2019)

It is speculation to propose that Haeckel may not have studied radiolarians if Kölliker had not

invited Haeckel to join his sampling expedition. However, it is not speculation to state that a firm

link exists, not least of all in Haeckel's mind, between his 1856 visit to Villefranche and his

subsequent work on radiolarians.


21

Haeckel's 1864 Visit

As mentioned above, following the appearance of his monograph on radiolarians, Haeckel was

named "Extraordinary Professor" in Jena. This was in June 1862. The financial stability of the new

position allowed him to marry Anna Sethe (to whom he had been engaged since 1858) in August of

1862. Unfortunately, the marriage was short-lived. Anna Sethe Haeckel died suddenly in early

February of 1864, perhaps of appendicitis. Haeckel was completely devastated by the loss of his

wife. Apparently unable to end his grieving, his parents sent him to Nice for a six-week stay in

March-April 1864 for a change of scenery (Richards 2008).

From a long letter to his parents (Haeckel 1864a), we know that Haeckel found Nice

disagreeable. He quickly moved to Villefranche, profiting from contacts made during his previous

visit. He took rooms in Casa Montolivo, describing his host, Abbé Montolivo, as a "marine doctor".

Abbé Montolivo, along with Jean Baptiste Vérany, were the Nice naturalists who had provided aide

in sampling during Haeckel's previous visit (Haeckel 1856). In Villefranche, he sought to distract

his grief through work (Haeckel 1864a). He apparently worked quite hard as his stay in Villefranche

was remarkably productive.

Haeckel's time in Villefranche appears to have marred by bad weather, responsible for many days

of poor sampling conditions in the bay (Haeckel 1864b). This, and the fact that he was residing in

Villefranche, he proudly declared himself to be the first naturalists to reside in Villefranche rather

than visit from Nice (Haeckel 1864a), perhaps explains why his work consisted of largely observing

living specimens rather than cataloguing new forms. Haeckel did not completely ignore radiolarians,

devoting some time to observing feeding behaviour (Haeckel 1865a). He also described new species

(Fig. 4). Notably, his description of one as "Protogenes primordialis" appears to be the beginning of

his now discredited theory of the primitive protist cell as a form without a distinct nucleus (Haeckel

1871). However, he must have spent most of his time observing medusa, especially following their

complicated developmental stages, given the large amount of data he gathered on medusa.

Fig. 4. The plate from Haeckel 1865a (Über den Sarcodekörper der Rhizopoden) illustrating the

radiolarians observed during his 1864 visit. Fig. 1 & 2: Protogenes primordialis 'feeding'; Fig. 3:

Acanthodesmia polybrocha; Fig. 4: Actinelius purpureus; Fig. 5: Cyrtidosphaera echinoides. The actual size

of all are about 1/4 mm in longest dimension.


22

Haeckel's first published illustration of medusa, describing a new species (Haeckel 1864c) came

from his 1864 stay in Villefranche (Fig. 5). Remarkably, Haeckel named the new form in a sort of

tribute to the local fisherman, using their term "carmarina" (Niçois for sea meat) for gelatinous

plankton, as the name of the new genus, Carmarina. It would be featured later in his art book

Kunstformen der Natur. Haeckel also named a new medusa shown in Figure 5, found while walking

along the bay, for his deceased wife: Mitrocoma annae (Anna's headband) in a most poetic manner

(Richards 2008). The small medusa would be the first of 3 species named for Anna Sethe, the

second being the iconic medusa Desmonema annasethe of the Kunstformen der Natur (plate 8

below in fig. 6). The third, and last species, he named for her was a radiolarian, Dictycodon

annasethe also shown in a plate in Kunstformen der Natur (plate 31 below in Fig. 8).

Fig. 5. Haeckel's first published illustration of a meduse: Plate 11 from Haeckel 1864c (Die Familie der

Rüsselquallen, Medusae Geryonidae) Carmarina hastata. Actual size of the meduse is about 10 cm long.


23

Fig. 6. One of the new medusa Haeckel found in Villefranche he named for deceased wife Anna Sethe

Haeckel, Mitrocoma annae. It was the first of 3 species he named for her. The illustration is from his 1879

'System der Medusan'. The actual size of the 'bell' portion is about 4 cm

Haeckel's publications based on his observations of medusa while in Villefranche (for less than 4

weeks!) number 4 (1864b,c; 1865b,c) with a 5th as a monograph combining 3 of the 4 papers

(1865d). He continued his studies of medusa later in Jena with descriptions of fossil medusa (1865e,

1866, 1869a, 1874) and extant medusa (1869b). His medusa studies culminated with his Das System

der Medusen (1879, 1880) and the deep sea medusa of the Challenger expedition (1881, 1882). In

the Das System der Medusen, in the 1879 atlas of illustrations, 9 of the 154 species shown are stated

to have been specimens from Villefranche, presumably collected or drawn during his 1864 visit.

Through the years, much of his taxonomy has been revised but other parts have been validated using

molecular methods (e.g. Bayha, et al. 2010).


24

Haeckel's interest in medusa, unlike the radiolarians, cannot be said to have begun in

Villefranche. His first 'field trip' devoted to plankton was to Helgoland (Germany) in 1854 in the

company of Johnannes Müller who introduced him to "plankton fishing" (Florey 1995). According

Haeckel, it was then that he discovered "the charming forms of medusa and ctenophores" (Haeckel

1893). Nonetheless, Haeckel's first detailed studies of medusa were conducted in Villefranche and

only after his stay in Villefranche did he begin his ultimately very large number of studies on

medusa (Fig. 7).

Fig. 7. Haeckel's output of publications concerning radiolarians and medusa from 1860 to 1890 based the

titles given in Way's Haeckel bibliography (Way 1909). Haeckel's many publications on medusa began

appearing shortly after his second visit to Villefranche. Note the apparent alternations of periods dominated

by publications on one group. Haeckel's total output from 1855 to 1900 numbered 107 titles. Radiolarians

and medusa accounted for 14 and 17 titles respectively, many more than any other individual groups. For

example, the third most represented group was sponges with 4 titles (not shown).

Radiolarians and Medusa in Haeckel's Art

Haeckel's artwork is known almost exclusively from his Kunstformen der Natur, although it can

be found in many of his monographic works such as the Challenger Reports (Williams et al. 2015).

Kunstsfomen der Natur was published in 10 installments of 10 plates each from 1899 to 1904. The

100 plates had a considerable impact on the Art Nouveau movement and continue to have an impact

in the fields of art and design. Furthermore, according to some, he is remembered today, even in the

scientific community, more for his artwork than for his contributions to science (Williams et al.

2015). Given that Haeckel's work on radiolarians and medusa can be closely linked to his visits to

Villefranche, one might ask how did radiolarians and medusa feature in his artwork? How important

were they?

The relative importance of radiolarians and medusa in Haeckel's art quickly becomes apparent in

surveying the 100 plates of the Kunstformen der Natur. Medusa and radiolaria feature very

prominently (Fig. 8), accounting for 22 of the 100 plates. Among the 10 installments, usually both

were represented. No other groups of organisms are so abundantly featured. However, a greater

prominence was given to medusa to which he devoted 12 plates compared to 10 for radiolarians.

One might speculate that Haeckel had a slight preference for medusa. In this regard it perhaps worth

recalling that Haeckel named his house in Jena "Villa Meduse" and named two medusa, and but one

radiolarian, for Anna Sethe Haeckel.


25

Fig. 8. The plates from Kunstformen der Natur featuring radiolarians or medusa numbered 22 out of the

100 plates. The numbers in the lower right corners denote the plate number. The book was published in

installments, sets of 10 plates. Thus, the first installment contained plates 1 to 10, the second 11 to 20,

etc.,; it can be seen then that most of the 10 installments contained both a medusa and a radiolarian plate.

Plate 8 shows Desmonema annasethe, one of the two medusa species Haeckel named for his deceased

wife. Plate 26 featured the medusa Carmarina hastata described from Villefranche. Plate 31 includes

Dictyocodon annasethe (bottom row center), the radiolarian he named for he named for deceased wife.


26

According to Richards (2009), Haeckel's illustrations in Kuntsformen der Nature have been

criticized by some as being more artistic than scientific, for example artificially adding symmetry to

radiolarians. In this regard it is interesting to compare an illustration from the original description to

that in the Kunstsformen plate. Figure 9 shows the illustration of Dictycocodon annasethe from the

original description in the Challenger Report with that in Plate 31 of the Kunstformen. Near perfect

symmetry is apparent in the Kunstformen version compared to the rather approximate symmetry

shown in the Challenger Report (Haeckel 1887b). Aesthetics trumped accuracy in the Kunstformen

illustrations of at least some organisms. Furthermore, Haeckel's own words concerning the use of

color in the Kunstformen (from Richards 2009, a translation of text from the Forward) are telling. It

would appear then the Kunstformen illustrations likely should be considered as primarily artistic

works rather than scientific illustrations.

I have been convinced that colored images (even of a mediocre production) are much

more valuable for a vivid intuitive awareness of nature than the photograph or the simple

black-and-white illustration. Indeed, a crude color sketch (if it conveys the landscape in

a vivid fashion) has a deeper and more stimulating effect than the best black-and-white

illustration or photographic representation. This distinction lies not only in the effect of

color itself- since different individuals are sensitive in different measures- but also

because the painter, as thoughtful artist, reproduces in his subjective image the

conceptually articulated character of the landscape and emphasizes its essential features.

The objective image of the photograph, by contrast, reproduces equally all parts of the

view, the interesting and the mundane, the essential and the inessential. Thus the colored

photograph, if it should be brought to perfection, will indeed never be able to replace the

individually conceived and deeply felt image of the painter.

Fig. 9. Dictyocodon annasethe from Kunstformen der Natur in plate 31 (left) and from the plate 71 in the

Challenger Report (right). Note the near perfect symmetry in the Kunstformen version compared to the

original version. The actual size is about 1/5 mm long


27

It is perhaps noteworthy that the two volume tribute to Ernst Haeckel, published a few years

before his death (Schmidt 1914). and filled with laudatory texts from scientific notables was

illustrated not with any of his scientific illustrations but mainly with Haeckel's landscapes.

Furthermore, the last image of Haeckel in the book of remembrances is of him as an artist (Fig. 10).

Fig. 10. Ernst Haeckel in 1914 from the Heinrich Schmidt's 1914 tribute to Haeckel "Was wir Ernst Haeckel

Verdanken". Photo by Alfred Bischoff taken in 1914.

Regardless of any scientific view, for the general public, Haeckel's illustrations are artworks. For

the general public, what in Haeckel's art appears to be most popular? One manner of assessing

popularity is the price of the individual plates of Kunstformen der Natur plates. Dealers in old books

and prints offer for sale the individual prints. Presumably the plates were printed in about equal

numbers so that price differences among the plates should reflect differences in demand more than

supply. One dealer offering individual plates for many years now is Stefan Wulf of Berlin. His 2019

catalogue (Wulf 2019) includes all the plates.

In Wulf's catalogue, the prices of the Kunstformen plates vary considerably, from $25 to $250,

with the highest price asked for the plate 8 of the medusa Desmonema annasethe. One naturally

assumes that the multi-colored plates fetch a higher price than the mono-chromatic plates, regardless

of subject, and indeed the average prices are $91 and $49, respectively. Still, among the multicolored

plates, the medusa plates average $91 and the radiolarian plates $61. Thus, it appears that,

based on prices, the medusa plates are more popular than the radiolarian plates. Are the medusa and

radiolarian plates overall more appreciated, based on price? The average price of the medusa and

radiolarian plates is $71 compared to $63 for the other subjects. It appears then that is a higher

demand for plates with medusa or radiolarians than for other subjects.


28

Conclusion: Villfranche & Haeckel

As a final note concerning the importance of Haeckel's visit to Villefranche, it does appear the

subjects linked to his stays in Villefranche, the radiolarians and medusa, were to the most popular

with Haeckel himself, among the many zoological topics he studied, given the number of

publications he ultimately devoted to them (Fig. 5). His medusa and radiolarian artwork, compared

to his other subjects, appear to be the most popular with today's general public based on the asking

prices for Haeckel's artworks. Thus, his major scientific and artistic legacies, both of which are

considerable, are intimately linked to Villefranche. Despite the apparent links, Haeckel did not

return to Villefranche until late in his life, just a few years before his death in 1919. He visited his

former student Michael Davidoff at the Russian Zoological Station in Villefranche while attending

the 1910 opening of the Oceanographic Museum (Davidoff 1914). One can only speculate that

perhaps Villefranche was also intimately linked to his grieving for Anna Sethe.

Acknowledgements

Encouragement was kindly provided by Robert J. Richards and Marie-Christine Maurel. The

comments of David Montagnes on earlier drafts resulted in considerable improvement. However, I

retain full responsibility for all errors of fact and interpretation.

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31

Structural blue coating based on glaze painting

Bleu structurel d’origine non pigmentaire obtenu par la méthode des

glacis en peinture

Anne Goyer 1 , Amina Bensalah-Ledoux 2 , Davy Carole 3 , Cécile Le Luyer 2 ,

Tiphaine Blanchard 2,3 , Isabelle Merdrignac 4 , Isabelle Guibard 4 , Anne Pillonnet 2*

1

Artist, Avignon, France

2

Institut Lumière Matière UMR 5306 CNRS – Université Lyon1, Université de Lyon, France,

anne.pillonnet@univ-lyon1.fr

3

Laboratoire Multimatériaux et Interfaces UMR 5615 CNRS – Université Lyon1, Université de Lyon, France

4

IFP Energies nouvelles – Solaize, France

ABSTRACT. An art/science collaboration has enabled a contemporary artist to re-discover an age-old technique used

by glaze-masters such as Leonardo da Vinci. The process uses dark bitumen, white mineral particles, a brush, and

knowledge of drying and laying time to produce intense, structural, blue hues that are mainly due to Rayleigh light

scattering. Although these blue hues are mentioned in ancient studio manuscripts, very few are found in actual easel

painting masterpieces.

KEYWORDS. Art/Science, Glaze oil painting, Structural coloration, Nanoparticles, Rayleigh light scattering.

1. Introduction

For centuries, the secrets of famous Renaissance painters have stirred the curiosity of ardent art

lovers. Some of their knowledge has survived until the present by being passed down through

generations of art-restorers in transcripts of ancient texts [1,2] , complemented by the physical and

chemical analysis of master paintings [3-6] . These advances in knowledge have economic

consequences for the art market and can sometimes provide an inspiration to the science of material,

as we propose here. The manuscript written by Leonardo da Vinci and published in 1651 by

Francesco Melzi as part of “Trattato della pittura” is one of several to mention a particular type of

blue (“azzurro”) that was produced by depositing very fine lead white pigment onto a black

background [7] . Da Vinci compared this colour to the one produced by smoke in a chimney flue and

to the hues observed in the sky. These unpigmented structural colours are created by light scattering

on small particles, an effect which was explained in the late 19th century by Tundall and Rayleigh [8]

and is now commonly referred to as Rayleigh scattering. This particular type of blue has also been

observed in porcelain and ceramics enamels [9, 10] . Their nanoscale structure consists of crystallites

dispersed in a glass matrix that were fixed at high temperatures and have withstood the test of time

allowing us to still appreciate this colour today. Over the past decades, unpigmented coloured

coatings have received scientific attention, often inspired by the observation of bio-organisms [11-18] .

This research has included the use of (i) controlled multi-layers to create planar constructive

interference, (ii) mastered periodic structures named photonic crystals, (iii) quasi-amorphous

structures that are ordered over short ranges but amorphous over long ranges. The quasi-amorphous

structures consist of closely packed air cavities in -keratin and cause the non-iridescence blue

colour of the plum-throated cotinga‟s (Cotinga maynana), a bright turquoise bird of Peru and

Ecuador [17] or of human blue eyes [18] , for instance. To produce this phenomenon, a self-assembly of

mono-dispersed particles are typically used [13-16] . Colours from blue to magenta in this way can be

attributed to the constructive interference of scattered light from quasi-amorphous structures. The

blue created by Rayleigh scattering superimposes on colours produced by interference effect [13] . In


32

this paper, we report a novel approach to coloration based on the glaze oil painting technique to

generate a structural blue coating using quasi-amorphous structures of poly-dispersed particles.

Artists have used oil paints since the 8 th century but they only became common in the early 15 th

century when Flemish artists such as van Eyck created exquisite works from repeated transparent

layered colours painting these glazes over the opaque oil layers [4,19] . Since oil dries at a slower rate

and more evenly than tempera, the artist had more time to correct and extend their work which gave

a greater transparency to the glaze which in turn increased hue saturation.

Here, this layering approach has been re-created through a collaboration between art and science.

Initially, the contemporary artist, Anne Goyer has harnessed a bitumen medium in drawing

design [20,21] . She has produced glazes that combine brown natural bitumen, manually crushed white

mineral particles, translucent binders, and solvent to produce a shallow blue hue with very few

ingredients and without the use of blue pigment. The scientific study of the interactions between

light and matter that create the blue coloration have resulted in an optimized protocol. An intense

blue colour can be created, in a reproducible way, without the use of blue pigments on paper, using

a simple brush, mortar, as well as other natural and affordable raw materials. These contemporary

glazes were obtained following a manual protocol and its structure and its thickness are comparable

to the glazes used in ancient paintings as documented in the literature of that time.

2. Structural blue design

In a first attempt to produce structurally blue coloured eyes, the artist employed an intuitive

approach to create an oil-based glaze (Figure 1A). This resulted in a blue tint was shallow and that

could not be systematically reproduced. Through the collaboration with science, it became possible

to establish a protocol that reliably reproduced the same type of blue that was also much more

intense (Figure 1B). By analysing the artist's initial technique the scientists were able to identify the

optical phenomena at the origin of the structural blue colour and suggest improvements to the

methodology which were tested by the artist. This has resulted in the establishment of a new

protocol that is based on the same original ingredients and that does not require any technological

input (e.g., for particle size selection, particle coating in the lab).

The new optimized process to obtain a vivid blue structural colour involves three steps: (i)

preparing the paper base; (ii)creating a dark background layer; and (iii) mounting the particles into a

transparent matrix to form the glaze (Fig. 1C).

For the first step, the paper is soaked with varnish (Vernis de Retouche Surfin, Lefranc

Bourgeois) to reduce the penetration of the pictorial layer into the paper. Unbleached Sennelier

paper with a density of 80g m -2 is used as the use of thicker paper yields less conclusive results.

From weight measurements, we determined that about 70% of the varnish had evaporated after

drying the varnished paper for 50 minutes at room temperature (Figure 2).

The second step is the creation of a dark background layer. This was achieved by applying five

coats of bitumen with drying times of at least one hour between each coating to form a continuous

and homogeneous layer. While the first four layers consist of bitumen diluted with rectified

turpentine, the final layer consists of pure bitumen. Different oils and acrylic paint-based black

background layers were tested but they did not lead to the obtaining of the blue hue..

The bitumen used in this study was sourced from the former natural hydrocarbon source at Puy

de la Poix (Auvergne, France). This bitumen is a type of pitch that was created from the sediments

that formed in Limagne Lake during the Oligocene (34 to 23 Ma BCE). Bitumens are complex

mixtures of hydrocarbon compounds with various chemical structures and molecular weights [22,23] .


33

By comparing the elemental and molecular composition, density, viscosity and refractive index, of

the bitumen from Puy de la Poix to the bitumen found in Judea, which was typically used in

Renaissance period paintings [24,25] , we found that the percentage content of oxygen and sulphur in

our bitumen was elevated, possibly due to oxidation (Table S1). In addition to these heteroatoms,

we also found metals in trace amounts (Table S2), as well as high quantities of sodium, iron,

calcium and sulphur, which are characteristic of the lacustrine origin of the natural source. Bitumen

are typically described by classifying its components according to their polarity into four families:

saturated compounds, aromatic compounds, resins, and asphaltenes (Table S3). For our bitumen,

the colloidal instability index, i.e., the ratio between (asphaltene + saturated compounds) and (resins

+ aromatic compounds) was found to be 0.365 which is characteristic of bitumen of type „sol‟. Sol

bitumens have both viscoelastic and viscous characteristics that resemble those of a Newtonian

fluid [23] . The viscoelastic properties explain the shiny and homogenous dark coating. Besides, the

density d15/4 reachs 1060 kg.m -3 and the refractive index (at 70°C) equals 1.558 at a wavelength of

= 589 nm. These values are higher than for Judea bitumen which has a density of 850 kg.m 3 and a

refractive index of 1.485 (Table S4). The layer of pure bitumen deposited on soaked paper has lost

about 33% of its weight 50 minutes after deposition (Fig. 2). This corresponds to the weight

percentage of the aromatic and saturated compounds which have a lower molecular weight and are

thus more volatile (Table S3).

In the last step, the blue glaze is added to the previously described background layer applying 8 to

12 consecutive coatings. Note that only two coatings have been included in Figure 2B. Each coating

is applied using a brush and consists of dry white mineral particles covered with a fine layer of

spray-coated oil (charcoal and pastel fixative, Conté de Paris). The mineral particles are manually

ground on a marble slab before deposition. The oil must be colourless, and transparent. While the oil

on paper only requires a drying time of 50 minutes it needs to dry for an entire day before the next

coating can be applied in order to obtain the blue coloration. The white mineral particles were PW6

or PW5 Rembrandt soft pastel which are mainly composed of lithopone (zinc sulphide (ZnS) and

barium sulphate (BaSO 4 )) and a small amount of rutile (TiO 2 ) as determined from X-ray diffraction

and X-fluorescence spectroscopy (Figure S1).

3. Light and matter interactions

The blue hue that appears in the drawings in Fig. (1) does not contain any blue pigments. In order

to explain the origin of this blue colour and to identify the role of each component of the multilayer,

the individual raw materials, i.e., bitumen, rectified turpentine, oil, and mineral particles were

deposited individually on the same type of paper and their optical reflectance was analyzed (Figure

3A). The dark background layer of bitumen predominantly absorbs the shorter wavelengths which

results in a warm shade of dark brown.

The layer of rectified turpentine appears in a light yellow when in contact with air as evidenced

by the wide absorption band below 500nm (Fig. 3A). The oil layer remains even after drying.

Assuming the virgin paper has a reflectance of 100%, the reflectance of the mineral particles is

greater than 100% throughout the visible range with higher intensities at shorter wavelengths

yielding a bright white appearance. This is caused by photoluminescence at 450nm from an

excitation wavelength of 350nm (Figure 3B). This blue luminescence is due to rare earth impurities

naturally present in barite [26] and to the presence of zinc sulphide [27] , both components of lithopone.

These materials are often used as optical brighteners [28] . Laser diffraction spectroscopy and scanning

electron microscopy (SEM) could show that the manual grinding of these white particles on a

marble slab yields three different size groups of particles: nanoparticles close to 100nm in diameter

and microparticles of about 8µm and 250 µm (Figure 3C). The nanoparticles are smaller than


34

visible wavelengths and could generate Rayleigh scattering (favouring shorter blue wavelengths),

while the microparticles generate Mie scattering which is wavelength independent (giving rise to

white aspect) [8-12] .

The reflectance spectra of the three multilayers show how the colour evolved from a grey blue

when using the artist‟s intuitive approach to a more vivid blue when using the systematic sciencebased

approach (Fig. 1C). While the intuitive approach yielded a reflectance at the critical 430nm

wavelength, the more systematic science-based approach increases this reflectance. The range of

blue shades accessible with this process has been evaluated in CIELAB colour space [29] (Figure S2)

yielding a lightness parameter L* (0 > L* < 100) between 46 and 83. The a* parameter covers the

red-green components (-128 (green) < a* < 127 (red)) and was found to differ only slightly from

zero with values between -1 and +3 indicating the near absence of any red or green components. The

b* parameter covers the blue-yellow components and was always negative with values between -5

and -22 which indicates blue coloration.

Illuminating the same painting with UV light (354nm) reveals some large purple areas, such as

the left cheek and nose, which correspond to the presence of mineral particles (Fig. 3D). The darker

parts correspond to the concentrated bitumen layer and the absence of mineral particles and the clear

areas correspond to the virgin or oil soaked paper. While the eyes appear relatively similar under

natural sun light, they seem very different when illuminated with UV light. The intuitive realization

of the blue (cf. Fig. 1A) did not always follow the same protocol. If the blue colour observed in the

painting was only due the mineral particles, all areas that appear purple under UV illumination

would appear blue under sunlight. However, the blue only appears in those areas where the complex

glaze protocol has been used, i.e., for the pupils of the eyes (cf. Fig. 3).

SEM images show cross section of the layered structure (Figure 4). While on the right side of

Fig. 4a the paper is only covered by the bitumen background layer, on the left, the paper is covered

by both the background and glaze layers. The paper substrate consists of an assembly of paper fibres

and is about 120 µm thick (based on manufacturer-specified weight of 80 g m -2 ) which corresponds

to a density of 667 kg m -3 . The paper is thus relatively porous which highlights the role played by

the paper varnish and soaking process to prevent bitumen diffusion. The thickness of the bitumen

background layer is between 10 and 13µm. The glaze layer with embedded mineral particles

consists of 10 smaller layers with a combined thickness of around 33 µm. The degree of

magnification of the glaze layer is sufficiently large allowing the sizes of the mineral particles to be

estimated. Comparing them to the original size distribution of the particles after manual grinding

(Figure 3C) only the nanoparticles appear visible. The coating expertise of the artist enables the

selection of the nanoparticles to promote the structural blue colour by scattering. The presence of

nanoparticles is key to obtain the structural blue. If the bigger particles were also present in the glaze

layer, the multi-layered structure would appear white. The thickness of our glaze layer is similar to

the thickness of glaze layers in old paintings, particularly in those that date from the period where

the so-called sfumato technique was first developed [4] .

4. Discussion

This study demonstrated that the pigment-free blue hue is caused by Rayleigh scattering by

highly polydispersed mineral particles incorporated into a transparent matrix with a contribution of

near UV induced fluorescence. There is no constructive interferences of the scattered light due to the

polydisperse particle sizes. Previous work on unpigmented structural coloured coatings based on

monodisperse randomly distributed particles found that the colour was controlled by the particles

size [13,15] or by the distance between particles [14] . The colour observed with monodisperse particle is

mainly due to constructive interferences of scattered light with a blue Rayleigh scattering


35

contribution [13] which makes it difficult to obtain a red colour from these kind of structures. The

intense blue colour we observed in our glaze is more like the blue of monolithic aerogels doped with

polydisperse polystyrene particles with diameters of roughly 50-100nm [30] or of hydrothermal lake

water naturally doped with colloidal silica particles of 100-450nm in size [31] . Usually, this blue is

attributed to Rayleigh or Tundall scattering, depending on the size of the particles, and produces the

blue of the sky [8, 32, 33] and the bluish smoke that emanates from chimneys [7,8] . We could show that a

simple brush only selects the smaller nanoparticles that are important for the Rayleigh scattering and

thus the blue colour. Moreover, depositing the glaze layers directly on a dark bitumen background

made the blue appear more intense. This is a well known phenomenon and has been studied by

Fudouzi et al. [14] who prepared and studied photonic papers that consisted of nanoparticle arrays

dispersed in polymer films. These photonic papers have a pale appearance on white background and

become coloured on a black background. More recently, Ge et al, [13] described the same

phenomenon for quasi-amorphous arrays of silica nanoparticles spray-coated onto glass.

Furthermore, the high refractive index of bitumen (1.558 at 589nm) and its smooth surface create a

high specular reflectance at the glaze/bitumen interface. This reduces the amount of angle

independent scattering allowing the blue Rayleigh scattering to appear less polluted by other colours

except at the specular reflection angle.

From an artistic point of view, this study could demonstrate that it is possible to create a blue

coloured paint that does not contain any blue pigments, thus creating a direct reference to the glaze

technique invented in the 15 th century.

While bitumen from natural sources has been used since antiquity in paintings [24,25] , its use on

canvas or wood has generated significant aging-related problems such as cracks, discolorations, or

colour shifts due to chemical reactions between the non-dried bitumen and pigments, as can be

observed in Géricault‟s “Le Radeau de la Méduse”. Due to natural oxidation on contact with the air,

the bitumen from Puy de la Poix that was used in this study is stable in air and at room temperature

in the absence of other reactants. We also did not mix the bitumen with mineral particles and by

depositing it on thin porous paper the paper fibres quickly absorb the bitumen and facilitate drying

which should make paintings more durable.

While paintings produced since the 19 th century use white lithopone and titanium oxide particles

[28] , earlier works typically used white lead, sometimes mixed with chalk [1] . According to Gonzales

et al. [3] , the analyses of the white lead pigments extracted from a selection of Renaissance easel

paintings yielded particle sizes below 100nm, i.e., consistent with Rayleigh scattering conditions.

The authors proposed levigation post-synthesis, the Dutch stacking method, and aqueous synthesis

as potential fabrication processes.

The last important ingredient is the binder which must be transparent and colourless. During the

Renaissance period, typical binders were linseed oil or egg yolk, which both have a yellow

colouring that increases over time. The Van Eyck Brothers found a method to whiten the linseed oil

by exposing it to UV illumination in an inert atmosphere. Paintings were also covered by layers of

varnish with similar yellowing properties. Thus, even if a pigment-free blue would have been used

at the time, it would be difficult to observe today.

Except for the manuscripts written by Leonardo da Vinci [7] the blue hue remained unnoticed in

master paintings. According to DeBehault [2] , Rubens exploited blue-hued scattering in his paintings,

often in combination with another pigment to produce violet or green tints. Several references about

optical phenomena are in the treatise he wrote together with physicist Franciscus Aguilonius [2] . The

observed discoloration in Rubens paintings due to aging is probably a consequence of the oil and/or

varnish yellowing and to the increase of the refractive index of the binding medium that stiffens


36

over time. Typically, the blue coloured glazes in easel paintings used ordinary blue pigments such as

lapis lazuli, azurite, iron, or cobalt blue [5,6] .

5. Conclusion

This study showed how thanks to the mastery of the technical gesture, basic ingredients such as

bitumen, crushed white mineral particles, and binders can be ingeniously combined to create a

pigment-free vivid blue, akin to the ones used by Renaissance masters. We created a pigment-free

blue by employing Rayleigh scattering and photoluminescence on nanoparticles embedded in an

otherwise transparent glaze. The term consecrated by the painters is „opalescence‟, it is connected to

all phenomena of light scattering caused by „velatura‟ or clear glazes on a dark background. Science

provided the necessary explanation of the light-matter interactions that give rise to the blue colour

and allowed the process to be optimized and become reproducible. Ways how not to proceed have

been identified: (i) the use of solvent and oil that have even a weak absorption in the short

wavelength range obliterates the blue; (ii) an inhomogeneous or cracked background layer causes

diffuse reflections of the long wavelengths; (iii) failure to allow the necessary drying time between

adding the different layers results in poor mineral particle dispersion in the glaze.

This method to create colours from light scattering and photoluminescence provides an

alternative to the use of chemical pigments. The method is simple to implement, on various support

at room temperature, such as paper. Other colours could be produced using similar techniques and

quasi-disordered networks of monodisperse particles. These results raise questions about the

practices used by the ancient masters before the chemical production of blue pigments became

affordable. This work demonstrates the strength of cross- and multi-disciplinary research to

elucidate and promote new practices and knowledge.

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38

Figure 1. The eyes have been painted using an oil-based glaze using (A) the artist’s intuitive approach and

(B) the more systematic approach based on science. (C) Reflectances of the different components

normalized to virgin paper. The inset provides a schematic of the multilayer structure that is added to the

paper. The blue glaze layer consists of mineral particles embedded in a transparent matrix.

Figure 2. (A) Normalised mass loss after deposition of oil and bitumen on paper. 100% corresponds to the

initial mass after deposition. (B) Evolution of sample weight after soaking the paper with varnish (Step 1),

after adding four layers of bitumen diluted in rectified turpentine and one layer of pure bitumen (Step 2), and

after adding 2 layers of dry mineral particles spray-coated with oil (Step 3). The sample weights are

normalized to the weight of virgin paper used for the analysis.


39

Figure 3. (A) Reflectance of raw materials deposited on virgin paper (mineral particles, varnish, rectified

turpentine, and bitumen) and of mineral particles deposited on wet bitumen or dry bitumen to show the

impact of the drying processes. (B) Photoluminescence of mineral particles under a 350nm excitation

irradiance. (C) Size distribution of lithopone mineral particles represented in percentages of their total

numbers and volume. (D) Photographs of the same painting (cf. Fig. 1A) taken under natural sunlight and

under UV light at 354nm to observe the luminescence of the mineral lithopone particles. (E) Schematic of

the different optical phenomena generated by the layered structure: emission by particles under UV light,

Rayleigh scattering, light absorption and reflection by the bitumen background layer.

Figure 4. SEM image showing a cross section of the multilayers consisting of paper, the dark background

layer of bitumen, and the top-most blue glaze layer. The inset at the top shows a magnification of the glaze

layer to visualize the mineral particle distribution. At the bottom left, the analyzed sample is presented.


40

Supporting Information

Materials and Methods

Pictorial sample: The paintings used in this research have been specifically elaborated for this

study and do not represent the final versions of the works.

Optical reflectance measurements: Reflectance spectra were measured on an Oceanoptics

USB2000 spectrometer with a measurable wavelength range between 350 and 850nm (full width at

half maximum of 1.5nm). The diameter of the aperture was 3mm. All reflectance spectra were

normalized by the reflectance of white virgin paper.

Photoluminescence: The photoluminescence spectra were obtained using a 450W xenon lamp in

combination with a Gemini 180 Jobin Yvon monochromator as the excitation source. The excitation

light is transported to the sample by an optical fibre. The photoluminescence signal was collected

via an optical fibre coupled to a Triax190 Jobin Yvon spectrometer equipped with a CCD camera.

The used sample consisted of pellets of the mineral particles used in the glaze.

Photography: Photographs of the paintings were taken under natural sunlight or under 354nm

ultraviolet light with a Canon EOS 750D camera equipped with a Canon EFS 18-55mm lens.

X-Ray diffraction: The X-ray diffraction pattern was obtained using the D2 Phaser (Bruker,

USA) with a copper anticathode in a / configuration. Mineral particles were ground before

analysis and compacted on the sample folder. The phase indexation was realized according to the

PDF-2 database (International Centre for Diffraction Data).

X-ray fluorescence: X-ray fluorescence was measured using the energy-dispersive x-ray

fluorescence spectrometer Minipal 4 (PANanalytical, Netherlands) which uses a rhodium tube. The

element indexation was realized according to the PANanalytical electronic transition energies

database. Mineral particles have been ground before analysis and the powder compacted into pellets.

Particle granulometry by laser diffraction spectroscopy: The granulometry of the mineral particle

powders were obtained using the Horiba Partica LA-960 laser diffractometer which measures sizes

between 20nm and 900m. Two light sources were used: a laser diode at 650nm and an

electroluminescent diode (LED) at 450nm. The powder was dispersed in ethanol prior to the

measurements. Mie theory was applied to analyse the diffraction spectra, assuming spherical

particles. The refractive indices of the particles and the solvent were taken from the literature [34]

Scanning Electron Microscopy: The structural cross-sections were obtained using a Phenom G2

Pro desktop Scanning Electron Microscope. The pictorial layers on paper were cut with a cutter

blade to visualize the structural cross-section. The images were obtained using a voltage of 10kV

corresponding to a magnification factor of 430. Higher voltages or prolonged exposure to the

electron beam radiation would alter the bitumen layer.

CIELAB colorimetric measurements: The CIE colorimetric 29 coordinates were determined using

the portable digital PCE-CSM 1 Colorimeter with an aperture of 6mm, a D65 light source, and an

observation angle of 10°.

Bitumen properties: The bitumen from the natural hydrocarbon source of Puy de la Poix and from

Judea (commercial TITAN Betume Judaico) have been analyzed following the standardised

procedures of the IFP Energies nouvelles employing a range of different techniques (see ref 20 for

details). The semi quantification of 24 elements have been determined using Inductively Coupled

Plasma Spectroscopy. The O, N, S heteroatom content has been measured by thermic conductivity


41

and infrared spectroscopy. Different techniques such as gas chromatography and High Performance

Liquid Chromatography were used to identify the different generic families present in bitumen. The

refractive index has been measured with a refractometer using D-line in sodium light with a

wavelength of 589nm. The volumetric mass was measured at 15°C and the viscosity at 100°C.

Supplementary analyses

Bitumen properties: The properties of bitumen sourced from Puy de la Poix were analyzed and

compared to those of Judea bitumen. Percentage differences of the different components are shown

in Tables S1 and S2. A classification of the different components according to their polarity is

shown in Table S3. The refractive index, volume mass, and viscosity are shown in Table S4.

Mineral particles properties: The chemical properties of the white mineral powders (PW6 and

PW5 Rembrandt soft pastel) were analyzed using X-ray diffraction (Figure S1A) and X-ray

fluorescence (Figure S1B). They contain a mixture of lithopone (ZnS and BaSO 4 ) with small

amounts of rutile (TiO 2 ).

CIE-L*a*b* colour measurements: Colour data were measured in CIELAB colour space 29 , where

L* is the lightness parameter, a* provides the greenness or redness, and b* is the yellowness or

blueness of the sample. Lightness is measured in values from 0 (total black) to 100 (white), while

a*/b* can range from -128 (green/blue) to 127 (red/yellow).

As the colour was not uniform across the measurement areas (the pupils in the paintings, cf.

Figure S2) results are given as the range covering the lightest to the darkest shades of blue (Table

S3).

For comparison, the CIE-L*a*b* colour parameters of different stacked layers realized with

bitumen from Puy of Poix, diluted in rectified turpentine. The table S3 from the lightest of the

darkest shades shows the range of brown tints.

Element

[%m/m]

C H O N S

Puy of Poix 70.8 9.6 4.3 0.4 14.3

Judea 85.6 12.1 1.1 1.2 0.1

Table S1. Percentage content of different elements in bitumen from the natural former hydrocarbon source

of Puy de la Poix and Judea bitumen.

Element

[mg.kg-1]

Al Ca Fe K Mg Na P S Ti Ni

Puy of Poix 82 >100 >100 22 64 >100 28 >10000 30 73.6

Judea 18 8 44 7 7 44 <5 1648 2 117.3

Table S2. Dosing of metal elements with a content greater than 10 mg.kg-1 in organic phase of the bitumen

from the natural former hydrocarbon source of Puy de la Poix, and Judea bitumen.


42

Family

[% m/m]

% Asphaltene % Resin

% aromatic

compounds

% saturated

compounds

% losses

Puy of Poix 17.3 33.8 < 30.0 < 6.0 19.5

Judea 24.3 17 0.6 1.2 56.9

Table S3. Mass percentage of different generic families present in bitumen from the natural former

hydrocarbon source of Puy de la Poix and Judea bitumen.

Refractive index at

586nm

Volume mass at 15°C

[kg.m -3 ]

Viscosity at 125°C

[mPa.s]

Puy of Poix 1.5586 ± 0.0004 1060 350 ± 36

Judea 1.4855 ± 0.0004 889 -

Table S4. Properties of bitumen from the natural former hydrocarbon source of Puy de la Poix, and Judea

bitumen.

Figure S1. (A) X-Rays diffraction pattern showing the presence of Barite BaSO 4 , Rutile TiO 2 and Wurtzite

ZnS. (B) X-rays fluorescence spectra corroborating the composition.

Figure 1. CIE-L*a*b* color parameters measured on different blue eyes and in different part of these blue

eyes realized on paper. The table from the lightest to the darkest shades shows the range of blue tints

produced by this method.


43

2019 - Vol 3 - Num 2

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