© C2RMF - Nathalie Balcar

22 ans d’expertise en Py-GCMS (2003–2025) pour l’étude et la conservation du patrimoine : bilan et perspectives avec l’arrivée d’un nouvel équipement

En 2003, un choix décisif est fait : celui d’explorer le potentiel de la pyrolyse pour mieux comprendre les matériaux à base de polymères de synthèse présents dans les œuvres, le C2RMF se dote de son premier couplage Pyrolyse-chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse (Py-GCMS).

La pyrolyse permet de travailler directement sur le micro-prélèvement de matière (~1mm²) sans extraction au solvant, ni traitement chimique préalable à l’analyse éliminant les pertes de matière et/ou la pollution de l’échantillon. Au début des années 2000, cette technique est encore peu répandue dans les laboratoires associés au domaine patrimonial.

Dans un premier temps les analyses ont concerné les matériaux issus des anciennes restaurations, réalisées à partir de la seconde moitié du XXe siècle. Ce sont principalement des produits à base de résines de synthèse, prêts à l’emploi et commercialisés pour cette application. Puis la technique a été rapidement étendue à l’étude des peintures modernes et plus précisément aux acryliques, dont la marque la plus utilisée par les artistes est probablement la Liquitex, apparue en 1955 aux états unis, et aux vinyliques correspondant essentiellement aux peintures Flashe, commercialisées par Lefranc-Bourgeois depuis 1965.

Entre 2008-2012, l’aventure gagne en intensité avec l’analyse des plastiques dans le cadre du projet européen POPART (Préservation of Plastic Artefact), ce qui a ouvert de nouvelles perspectives sur l’identification et la compréhension du vieillissement de ces matériaux pour les objets patrimoniaux. Ainsi il devient possible de différencier des mousses polyuréthanes ester des mousses éther et donc connaitre la sensibilité de l’objet à l’humidité pour les premières et à la lumière pour les secondes. La formulation des plastiques contient de nombreux additifs qui sont souvent à l’origine des dégradation observées dans les collections muséales. Par exemple pour le PVC souple, l’identification du plastifiant, le principal additif de ce matériau, permet de prédire d’éventuels suintement et jaunissement des objets et de préconiser des conditions de conservation adaptées. De plus, la Py-GCMS, en permettant de distinguer les différents phtalates — qui constituent la famille de composés la plus couramment utilisée pour plastifier le PVC — offre la possibilité d’estimer la vitesse relative à laquelle les altérations se produisent.

Pyrolyseur CDS pyroprobe 1500 utilisé de 2003 à 2025 © C2RMF / N. Balcar

En 2013 le pyrolyseur est remplacé pour un modèle équivalent en matière de performance pyrolytique mais avec un pilotage informatique et non plus manuel. Un même échantillon peut alors être étudié avec différentes températures de pyrolyse de manière automatisée.   Ce nouvel équipement a également une option ‘ trappe’ pour piéger les volatiles qui sont pour certains plastiques des indicateurs d’une dégradation en cours bien que celle-ci ne se manifeste pas encore visuellement.

Pyrolyseur CDS pyroprobe 5200 acquis en 2013 et aujourd’hui installé sur un GC-FID pour aider au développement de nouveau protocole © C2RMF / N. Balcar

En 2025, l’arrivée d’un nouveau pyrolyseur équipé d’un passeur automatique d’échantillon marque une étape supplémentaire dans cette aventure scientifique. Il va permettre d’étendre la capacité à caractériser et à approfondir les connaissances sur les acryliques et les vinyliques mais aussi d’autres type de peintures les alkydes, les époxy, les polyuréthanes…tous ces matériaux ayant en plus de formulations qui évoluent au cours du temps. De nouveaux développements sont envisagés tels que l’identification des pigments organiques et des couleurs fluorescentes. Ce nouvel équipement permettra une étude approfondie de la matériauthèque des peintures labellisées beaux-arts constituée au C2RMF depuis 2008 et qui s’est d’ailleurs récemment enrichie d’une soixantaine de références, ce qui porte à plus de cinq cents le nombre d’items dans cette collection.

Ces nouvelles données sur les formulations des peintures seront intégrées dans l’outil SPA-ESCAPE développé depuis 2016 par le C2RMF. Ce module dédié aux peintures synthétiques utilisées par les artistes fait partir du projet ESCAPE, initié avec le Getty Conservation Institut (GCI, Los Angeles) depuis 2014. Il s’agit du développement d’un ensemble d’outils d’aide à l’interprétation des données analytiques obtenues par Py-GCMS. Plusieurs modules existent chacun s’appliquant à une catégorie de matériaux : les laques asiatiques (RAdICAL), les matériaux organiques naturels des couches picturales, des vernis, des adhésifs…, le plastiques, les colorants.

La Py-GCMS devient un outil essentiel pour décrypter la complexité des peintures modernes et contemporaines et les plastiques très présents dans le patrimoine moderne et contemporain, sans oublier les matériaux ajoutés lors de restaurations passées, autant de matériaux différents qui nécessitent une approche fine et fiable.

Quelques items de la matériauthèque labellisée beaux arts, les plus anciennes références sont de peintures commercialisées dans les années 1960 © C2RMF / N. Balcar
Pyrolyseur CDS pyroprobe 6200 arrivé fin2024 et équipé d’un passeur automatique d’échantillon © C2RMF / N. Balcar

Référence bibliographique

Balcar N., “The application of analytical pyrolysis to the study of cultural materials” in Analytical Pyrolysis Handbook , Eds K. Sam and T. Wampler, pp 89-113, Boca Raton , CRC Press , 2021.

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