La microscopie optique

Une technique aux usages différents

Publié le 23/06/2021

Utilisation de la microscopie optique pour la polychromie

L’étude de la couche picturale, que ce soit en peinture de chevalet ou pour les objets en relief (toutes époques et tous supports), passe quasi systématiquement par l’étude de microprélèvements. La première étape de l’étude de ces échantillons est leur observation en microscopie optique. Elle peut être réalisée sur les échantillons libres mais elle passe principalement par la réalisation de coupes stratigraphiques. Il s’agit d’inclure un fragment du prélèvement dans une résine d’enrobage puis d’abraser transversalement le bloc obtenu jusqu’à l’affleurement de l’échantillon.

Ces coupes stratigraphiques sont alors observées et photographiées à différents grossissements (X50, X100, X200, X500) permettant ainsi, par cette première approche, de visualiser les différents matériaux présents. Il est alors parfois possible, par le faciès et la couleur des grains, d’avoir une première idée des pigments employés, comme c’est le cas pour l’azurite par exemple (fig. 1). Mais cette observation vise principalement à observer la stratigraphie, la succession des couches appliquées sur l’œuvre pour une meilleure compréhension des techniques de mise en œuvre mais aussi des différents niveaux de polychromie. C’est notamment important dans le cas de la sculpture médiévale sur laquelle de nombreuses interventions peuvent être présentes (fig. 2).

Figure 1 : Coupe stratigraphique 19146 de la polychromie originale de la robe de la Vierge (Vierge à l’Enfant, C2RMF75623) au microscope optique en lumière naturelle (©C2RMF, Yannick Vandenberghe)

Figure 2 : Coupe stratigraphique 16328 de la succession de polychromies du manteau de la Vierge (Vierge en majesté, C2RMF65170) au microscope optique en lumière naturelle (©C2RMF, Sandrine Pagès-Camagna)

figure 3 : Coupe stratigraphique 16446 de la polychromie de la robe du personnage, panneau dextre (Triptyque : L’adoration des Mages, C2RMF68184) au microscope optique en lumière naturelle (à gauche) et sous lumière filtrée, filtre B2/A (à droite) (©C2RMF, Yannick Vandenberghe).

Figure 4 : Coupe stratigraphique 17602 de la cire de modelage d’une sculpture de François Rude, Le Maréchal Ney (FZ11558) au microscope optique en lumière naturelle avant test (à gauche) et après coloration au lugol mettant en évidence la présence d’amidon (©C2RMF, Yannick Vandenberghe).

Le couplage du microscope optique avec différents filtres permet d’observer la fluorescence de certains composés. C’est notamment le cas de la phase organique de nos échantillons, comme les vernis ou les encollages, qui parfois sont difficilement discernables en lumière naturelle mais apparaissent clairement en lumière filtrée (fig. 3). La fluorescence peut également signer la présence de certains colorants, notamment pour des colorants rouges ayant une fluorescence orange.

Des tests de coloration spécifiques sont également réalisés sur les coupes stratigraphiques sous microscope optique. Ils permettent de mettre en évidence certains composés, comme l’amidon avec le test au lugol (fig. 4), ou certaines familles chimiques, comme les protéines avec les tests au noir amide permettant notamment de déceler la présence d’émulsions (fig. 5) et celle de préparation liée à la colle animale (fig. 6).

Toutefois ces tests trouvent leur limite notamment pour les couches sombres pour lesquelles l’observation des colorations, noires ou bleues comme celles présentées ci-dessus, n’est pas simple voire impossible. Pour ces cas-là, il faut alors avoir recours à l’emploi de fluorochromes qui vont, selon leur nature, révéler la présence de certaines familles chimiques par une observation sous lumière filtrée spécifiques, permettant ainsi de palier l’inconvénient de la couleur intrinsèque de la couche. Il est ainsi possible de marquer les couches riches en protéine (fig. 7), et des essais sont en cours pour la détection des lipides (fig.8).

Figure 5 : Coupe stratigraphique de la polychromie de la guimpe de la Vierge de Senonnes au microscope optique en lumière naturelle avant test (à gauche) et après coloration au noir amide 2 (à droite) mettant en évidence la présence d’une émulsion grasse comme liant des couches picturales blanches (©C2RMF, Yannick Vandenberghe).

Figure 6 : Coupe stratigraphique de la polychromie des carnations du Saint Moine au microscope optique en lumière naturelle avant test (à gauche) et après coloration au noir amide 3 (à droite) mettant en évidence l’utilisation d’une colle animale dans la préparation (©C2RMF, Yannick Vandenberghe).

Figure 7 : Coupe stratigraphique 13789 de la polychromie des métopes de la galerie des glaces du château de Versailles au microscope optique en lumière naturelle (à gauche) et sous lumière filtrée, filtre FITC, avant test (au centre) et après coloration avec une solution d’Alexa fluor 488 (à droite) (©C2RMF, Yannick Vandenberghe).

Figure 8 : Coupe stratigraphique de la polychromie des carnations d’une Vierge de pitié : microscope optique en lumière naturelle (haut-gauche); sous lumière filtrée, avant test (haut-droite), après coloration avec une solution de DCF, (bas-gauche), après coloration avec une solution de Rhodamine 123 (bas-droite) (©C2RMF, Yannick Vandenberghe).

L’examen en microscopie optique est une étape indispensable dans l’étude et la compréhension de nos échantillons. Il est également essentiel comme préalable à d’autres techniques analytiques comme par exemple la microscopie électronique à balayage.

Utilisation de la microscopie optique pour les matériaux modernes

Certains matériaux modernes possèdent des caractéristiques visuelles qui les rendent facilement décelables ou identifiables par une simple observation en microscopie optique sous lumière naturelle et/ou sous lumières filtrées (note 1) (unique ou en combinaison).

A partir de plusieurs exemples de peintures du XXe siècle, il a été identifié une catégorie de pigments modernes qui se présentent sous la forme de grains sphériques ayant un centre translucide et un pourtour coloré (fig. 1). Ces caractéristiques permettent de déterminer la présence d’interventions modernes sur des objets anciens, comme cela a été observé dans une coupe stratigraphique (fig. 2) provenant de la polychromie d’une sculpture médiévale.

Fig. 1 : coupes stratigraphiques de couches picturales de tableaux peints (XXe) et au sein desquelles des pigment particulier ont été repérés (flèches)(grain sphérique ayant un centre translucide et un pourtour coloré)

Fig. 2 : coupe stratigraphique de la polychromie d’une sculpture médiévale. Présence des pigments modernes (flèches) permet de préciser qu’il s’agit de couches modernes à l’endroit du prélèvement.

Les observations sous lumières filtrées1, notamment DAPI (colorant fluorescent), sont très utiles pour l’interprétation de systèmes multicouches modernes. Les filtres permettent la sélection de certaines longueurs d’ondes pour l’excitation de l’échantillon et pour l’observation de la lumière renvoyée (émission).

Dans l’exemple illustré ci-dessous (fig. 3), un empilement de couches de nature purement organique, l'observation sous lumière filtrée DAPI permet de comprendre qu'il s'agit de matériaux de formulations différentes en raison des diverses couleurs observées. Ce phénomène est moins prononcé sous lumière filtrée FITC. La tonalité bleuâtre de la couche la plus profonde renvoie à un matériau de synthèse.

Dans le cas de couches pigmentées de cette stratigraphie (fig. 4), l'observation sous lumière filtrée DAPI permet d'identifier sans ambigüité la présence de blanc zinc qui se matérialise sous la forme de points lumineux. Cette information n'apparait pas sous une lumière filtrée FITC.