Spectrométrie de fluorescence X

La spectrométrie de fluorescence X est une technique d’analyse basée sur l’émission et la détection de rayons X. Elle permet d’obtenir la composition chimique élémentaire des matériaux, par une analyse en surface d’un matériau ou objet. Il s’agit d’une technique non invasive et non destructive qui peut être utilisée in situ (appareil portable). Utilisée depuis longtemps dans le domaine du patrimoine culturel, la spectrométrie de fluorescence X portable est un instrument de mesure parfaitement adapté aux problématiques de conservation du patrimoine culturel (mesure sur site ou en laboratoire).


Matériel utilisé

Ces analyses ne requièrent aucune préparation d’échantillon.

Il est possible d’analyser des objets de toute taille supérieure à 10 mm2 et de toute forme (moyennant l’accès de l’appareil), directement à leur surface et sans prélèvement. Si toutefois un prélèvement est effectué, il peut également être analysé par spectrométrie de fluorescence X grâce à la station de laboratoire.

Par ailleurs, les échantillons ne sont pas placés sous vide et ne nécessitent pas l’application d’un dépôt conducteur ; il est donc possible d’analyser des objets fragiles.

Tous les matériaux peuvent être analysés (verres, peintures, métaux, pierres, pigments, recouvrements minéraux, etc.) et les dimensions de la surface d’analyse de 10 mm2 permettent la localisation précise des zones analysées.

 

Exemples de sites analysés par spectrométrie de fluorescence X portable :

Le tableau suivant regroupe quelques exemples de sites ayant fait l’objet d’analyses par spectrométrie de fluorescence X portable par les pôles scientifiques du LRMH.

Exemple d’édifices étudiés par spectrométrie de fluorescence X

Matériaux

Date

Ville/Pays

Édifice

Rapport LRMH

Métal

2018

Paris (75)

Pont Mirabeau

R1474A

Verre

2018

Saint-Guilhem-le-Désert (34)

Abbaye de Gellone, autel en marbre avec incrustations de pièces de verre

R235C

Recouvrement et pigments en grotte

2018

Les Eyzies-de-Tayac-Sireuil (24)

Abri Cro-Magnon

R1465A

Métal

2017

Paris (75)

Appartement Le Corbusier

R1427B

Pigments et recouvrement en grotte

2017

Matobo park, Bulawayo, Zimbabwe

Pomongwe Cave

Rapport de mission archéologique 2017 (G454) et 2018, (G472)

Verre

2015

Versailles (78)

Chapelle royale

R1396A

Vitrail (verres et peintures

2014

Paris (75)

Sainte-Chapelle (rose)

Monumental 2015, s2

Recouvrements et pigments en grotte

2014

Prignac-et-Marcamps (33)

Grotte de Pair-non-Pair

R1368B

Recouvrements et pigments ans les abris sous roche

2013

Honduras, Salvador et Guatemala

abris de Cueva Pintada et Cueva del Duende(Honduras), abris de Coroban et Sirica (Salvador), roche peinte de Xuk-Muk (Guatemala)

R1360

Métal

2013

Paris (75)

Colonne Vendôme

R1364A

ICOM Metal2016

 

 

Références bibliographiques :

[1] LEUTE U., Archaeometry: An Introduction to Physical Methods in Archaeology and the History of Art. Weinheim, VCH, 1987.

Principe de fonctionnement

Schéma de la technique d'analyse par fluorescence X

Représentation schématique de la technique d'analyse par fluorescence X
(EDXRF : dispersion d'énergie ; WDXRF : dispersion de longueur d'onde)

Deux instruments ont été acquis par le LRMH.

  • Un spectromètre de fluorescence X portable Bruker, modèle Tracer III-SD.
  • Un spectromètre de fluorescence X portable Quantum-RX, modèle SciAps X250 munie d’une caméra.

Les deux instruments sont équipés d’un tube de Rhodium (Rh) et disposent de filtres permettant d’exciter une largeur spectrale définie. Ils peuvent être utilisés sur le terrain comme en laboratoire grâce à des stations spécifiques.

La surface analysée est d’environ 10 mm2. La détection des éléments se fait à partir du silicium (Si) (Aluminium –Al– pour les alliages). La détection des éléments légers, sodium (Na), magnésium (Mg) et aluminium (Al) peut être optimisée sur le Tracer III-SD grâce à une pompe qui permet de faire le vide (vide partiel) entre la fenêtre de détection et le détecteur. Le temps d’analyse et les paramètres d’excitation peuvent être modifiés en fonction des matériaux analysés et des résultats souhaités. Les résultats sont donnés sous forme de spectres (E=f(λ)).

L’instrumentation utilisée émettant des rayons X de faible énergie, les opérateurs sont donc équipés de dosimétries passive et active. Une zone d’exclusion est matérialisée pendant les mesures afin de respecter la règlementation sur la sécurité liée aux rayons X. Avant toute intervention sur le terrain, le LRMH fournit un plan de prévention des risques pour informer sur les normes de sécurité à respecter autour de l’appareil.