Jaunissement de la pierre par laser : origines et remèdes

  • Doctorant : Marie Godet
  • Ecole Doctorale : Muséum national d’Histoire naturelle (MNHN), CRCC, Société SILLTECH (CIFRE)
  • Pôle(s) scientifique(s) : Pierre

Sujet et description

Financement : Thèse CIFRE (société SILLTECH)

Sur un même ensemble architectural, le nettoyage laser Q-switched Nd YAG (1064 nm) confère souvent aux surfaces traitées un aspect plus jaune que les autres techniques de nettoyage. Cet effet peut conduire à l’obtention de contrastes inesthétiques de couleur si différentes techniques de nettoyage sont utilisées sur une même surface, comme c’est le cas par exemple pour le portail des Valois de la cathédrale Saint-Denis (banlieue parisienne).

Dans le cadre de cette thèse, une méthodologie analytique multi-échelle allant jusqu’à l’échelle nanométrique a été développée pour observer et caractériser les composés néoformés responsables de la coloration jaune. Des éprouvettes de croûtes modèles, à base d’hématite et de croûtes reconstituées à partir de croûte noire naturelle, ont été élaborées. La croûte noire naturelle a été caractérisée pour déterminer les composés susceptibles de réagir au faisceau laser et donc de contribuer au jaunissement. Des oxydes de fer (hématite, magnétite, maghémite) et des cendres volantes silico-alumineuses, issues de la combustion du charbon, ont ainsi pu être mis en évidence. La nature chimique et structurale des produits de l’irradiation laser des éprouvettes a ensuite été examinée et a permis l’observation de nanostructures cristallisées sous forme de nano-sphères et de nano-résidus. La caractérisation de la composition chimique à l’échelle nanométrique a révélé la présence de fer dans toutes les nanostructures. Une étude approfondie de la couleur a, en outre, permis de relier les propriétés colorimétriques du processus de jaunissement à la nature des nano-composés néoformés par irradiation laser. Enfin, des essais de remédiation ont démontré les potentialités de l’utilisation d’un rayonnement UV pour atténuer ou ne pas produire de jaunissement. Le portail des Valois de la basilique Saint-Denis a été le sujet d’une étude de cas qui est venue complémenter la recherche tout en ancrant l’étude dans la réalité du monde de la conservation des monuments historiques. L’ensemble du travail a permis de démontrer que le phénomène de jaunissement laser observé à l’échelle macroscopique est intimement lié à des transformations de matière à l‘échelle nanométrique, induites par l’interaction du rayonnement laser avec les oxydes de fer et les cendres volantes présents dans les encrassements.

Direction : Christine ANDRAUD (CRCC)

Partenaire : Laboratoire de Recherche des Monuments Historiques (LRMH)

Collaboration : -

Encadrement : Véronique VERGÈS-BELMIN (LRMH)

Durée : Octobre 2014 - novembre 2017

Soutenance : 7 novembre 2017 [présentation audiovisuelle accessible sur le site]