L’histoire secrète des œuvres d’art révélée par la science multidisciplinaire

Lors de la 9e conférence citoyenne du cycle « Sciences à cœur » saison 3, l’Université Pierre et Marie Curie (UPMC) nous propose une rencontre passionnante avec Philippe Walter, co-directeur du Centre de Recherche et de Restauration des Musées de France (C2RMF) pour découvrir les techniques multidisciplinaires qu’offre la science pour comprendre « les secrets des œuvres d’art ».

 

 

Lors de la 9e conférence citoyenne du cycle « Sciences à cœur » saison 3, l’Université Pierre et Marie Curie (UPMC) nous propose une rencontre passionnante avec Philippe Walter, co-directeur du Centre de Recherche et de Restauration des Musées de France (C2RMF) pour découvrir les techniques multidisciplinaires qu’offre la science pour comprendre « les secrets des œuvres d’art ».

Philippe Walter
Philippe Walter à la conférence Science à coeur

Passionné depuis le collège par l’archéologie, Philippe Walter choisit par la suite une approche multidisciplinaire pour allier passion et carrière professionnelle. Au sein du Centre de Recherche et de Restauration des Musées de France (C2RMF), chimistes, physiciens, historiens de l’art, mais aussi parfois des conservateurs de musée, se côtoient. En ce lieu, ces disciplines convergent vers un même objectif : l’étude des œuvres de musées.

Au cours de son exposé, Philippe Walter nous montre les étapes successives d’analyses chimiques et physiques de deux œuvres d’art étudiées au C2RMF. Ces diverses analyses permettent l’obtention de données scientifiques concrètes sur les œuvres d’art (nature des matériaux, âge de l’œuvre…) dont les historiens de l’art s’emparent ensuite afin d’identifier les artistes, l’origine des matières premières ou bien encore les techniques qui permirent à l’artiste d’obtenir le rendu souhaité.

Analyses de cosmétique datant de l’Egypte ancienne

En Egypte ancienne, l’apparence était essentielle et les égyptiens de toutes classes sociales se maquillaient : hommes, femmes et enfants. Leurs yeux notamment étaient soulignés de Kôhl noir pour les mettre en valeur, comme sur le célèbre buste de Néfertiti datant du XIVe siècle avant J.-C. Les coutumes mortuaires égyptiennes voulaient que les défunts soient enterrés avec leurs objets de la vie quotidienne. Ainsi, de nombreux échantillons de fard ont été trouvés dans les tombes.

Nefertiti - Reine d'Egypte
Buste de Néfertiti au Neues Museum de Berlin (XIVe siècle av. J.-C.)

Dès 1995 et pendant 6 ans, Philippe Walter instaura un partenariat entre le groupe industriel L’Oréal Recherche et le C2RMF dans le but commun de reconstruire l’histoire d’une industrie du maquillage. Des échantillons de fard d’environ 1 mm3 (limités autant que possible) ont été étudiés tout d’abord au microscope électronique à balayage (MEB) qui renseigne sur la morphologie des grains de poudre et donne un premier aperçu de la composition élémentaire des échantillons. Ensuite ce sont des analyses de diffractions de rayons X, réalisées au synchrotron de Grenoble (ESRF), qui permirent l’identification de deux matières minérales à base de plomb.

 

Image MEB : Echantillon (a), des grains de plomb et de chlorure sont agrégés avec des cristaux cubiques de galène (échelle de 20 µm). Echantillon (b), des grains de laurionite (un composé de chlorure de plomb PbCl(OH)) sont visibles (échelle de 2 µm). Extrait de 1
MEB

Pour comprendre la raison de l’usage de ces composés au plomb dans les fards égyptiens, il s’en suivit un travail mettant en scène la nature de ces composés, mais aussi les connaissances historiques des techniques de l’époque connues grâce à la traduction d’un « livre de recette » de cosmétiques et de remèdes écrit par Pline l’Ancien au 1er siècle*.

Grâce à une approche multidisciplinaire, ces études ont pu révéler un mécanisme complexe d’activation immunitaire ; mécanisme dont les fards orientaux modernes se vantent encore aujourd’hui sans en connaître l’origine. Ainsi, à faible concentration, le plomb n’est pas toxique. Cependant, les cellules soumises au stress des particules de plomb libèrent du monoxyde d’azote (NO). Le système immunitaire ainsi activé, la vascularisation augmente participant de ce fait à la protection des yeux sensibles aux nombreuses  infections de l’époque. Cette étude a fait l'objet d'une publication dans la revue Nature en 1999 [1].

Analyses de la Joconde de Léonard de Vinci au Louvre

Série de mesures sur la Joconde réalisée au Louvre en 2010 par spectrométrie de fluorescence des rayons X. © V.A. Solé/ESRF.

Si le prélèvement d’échantillons se pratique sur certaines pièces de musée, les scientifiques ont dû trouver d’autres techniques pour étudier des œuvres d’exception comme celle de La Joconde. Une journée par an, les spécialistes sont autorisés à étudier le portrait de la Mona Lisa à l’aide de techniques non-invasives et in situ.

Sans échantillon d’analyse et au moyen de mesures optiques, les scientifiques vont étudier l’évolution de la peinture, sa composition, celle de son glacis liant les poudres. L’épaisseur des différentes couches d’une œuvre peut ainsi être étudiée par la technique non-invasive de spectrométrie de fluorescence des rayons X qui a, par ailleurs, l’avantage d’être mobile et de pouvoir se réaliser in situ au Louvre. Différentes techniques scientifiques permettent ainsi de mieux comprendre par exemple la subtilité du travail des visages réalisés par Léonard de Vinci.

Au C2RMF, les scientifiques se sont concentrés sur l'étude des visages, emblèmes du rendu pictural d’une technique innovante du début XVIe siècle baptisée le « sfumato » signifiant fumée en italien. Les résultats scientifiques permirent de montrer que les artistes utilisant la technique du sfumato opéraient des changements de composition, de glacis dont l’épaisseur varie selon les zones du visage.

La modélisation comme technique de compréhension des œuvres d’art

Par modélisation, il est possible de réaliser des coupes virtuelles de la peinture et de faire des tests de couches cumulées. Ainsi, on apprend que la Joconde a une couche picturale d’environ 50 µm associée à une couche de vernis d’environ 50 µm également. L’œuvre de Léonard de Vinci est ainsi aussi fine en épaisseur qu’un cheveu ! De la même manière, la modélisation a montré que Léonard de Vinci avait successivement peint une vingtaine de couches de 2 µm d’épaisseur pour obtenir le sourire que l’on connait de l’énigmatique Mona Lisa. De ce fait, un ensemble de couches subtilement superposées permirent à Léonard de Vinci de rendre incroyablement net le sourire de la Mona Lisa en supprimant toutes traces de pinceaux.

Joconde scan glacis résultat
Représentation de la superposition des couches de peintures le long d’une ligne du visage de Mona Lisa, d’une zone claire proche du nez vers la zone plus sombre des cheveux. Après traitement des spectres de fluorescence X, il est possible d’estimer l’épaisseur et la concentration en pigments des différentes couches. © C2RMF

Par la suite, de plus fines analyses ont montré que la composition exacte de son œuvre comprenait de faibles quantités d’oxyde de fer, de manganèse et de plomb :

Fe203 1%, Mn02 1.4%, Pb 5%

La composition du pigment noir intense utilisé par Léonard de Vinci pour donner vie à la Joconde n’est pas la même que celle utilisée pour d’autres de ses œuvres. L’artiste a fait le choix d’utiliser un élément inorganique dans son glacis et a su faire évoluer ses pratiques artistiques.

Ce travail titanesque impressionna à l’époque bon nombre de ses confrères. Giorgi Vasari a affirmé que Léonard de Vinci avait passé « quatre années à travailler sur la Joconde (de 1503 à 1506), avant de le laisser inachevé » tout en se disant ébahi par sa capacité à rendre des tons « plus noirs que noirs ». Léonard de Vinci n’a d’ailleurs jamais livré son œuvre à son commanditaire.

L’équipe de Philippe Walter a donc permis de comprendre un peu mieux la technicité de la peinture de Léonard de Vinci réalisée sans ligne ni contour. On sait maintenant que l’artiste a utilisé la technique du glacis, superposant patiemment de nombreuses couches quasi translucides de quelques micromètres d’épaisseur pour obtenir différentes nuances d’ombres.

Des collaborations entre scientifiques et musées

Outre l’analyse à un instant donné d’une œuvre d’art, d’autres données sont à prendre en compte pour garantir la fiabilité des résultats. Tout d’abord, il faut considérer que les matériaux étudiés ont pu subir des transformations dues au vieillissement des matières premières au cours des siècles.  Ensuite, les matières peuvent être très complexes et issues de la manufacture humaine de l’époque. Enfin, les artistes peuvent avoir changé d’habitudes de travail au cours de leur vie. Pour tout cela, l’expérience et le savoir des conservateurs et des historiens de l’art peuvent permettre aux scientifiques de prendre du recul par rapport à leurs résultats.

Par ailleurs, les techniques de datation et d’authentification d'œuvres d’art sont des outils scientifiques auxquels les historiens et les conservateurs de musées font souvent appel. Lors de telles collaborations, des découvertes surprenantes peuvent être faites en sondant les sous-couches des œuvres comme l'exemple de Picasso qui, lors de la seconde guerre mondiale, a peint « Le gobeur d’oursins » par-dessus un tableau disparu du musée d’Antibes et représentant un colonel.

Le témoignage de Philippe Walter nous ouvre les portes de l’archéologie moléculaire et structurale. Il s’agit d’une recherche interdisciplinaire à l’interface entre la physico-chimie et l’histoire des sociétés. L’enjeu de ces études est de mieux comprendre l’évolution des matériaux et des techniques dans le temps en partant de questions archéologiques mais aussi de mieux comprendre comment les cristaux et les assemblages moléculaires se sont formés puis transformés sur de longues périodes avec parfois des préservations inattendues.

Philippe Walter finit son exposé en évoquant les œuvres d’art aujourd’hui entièrement disparues. Ces pertes historiques et artistiques suggèrent que l’étude scientifique des œuvres d’art puisse être enrichissante dans le contexte actuel de la conservation des œuvres dans les musées mais aussi pour les artistes de notre époque.

*Traduction effectuée par Thierry Bardinet, chirurgien-dentiste et docteur en sciences historiques et philologiques de l'École pratique des hautes études.

[1] Making make-up in Ancient Egypt, P. Walter, P. Martinetto, G. Tsoucaris, R. Bréniaux, M.A. Lefebvre, G. Richard, J. Talabot, E. Dooryhee, Nature, vol. 997, (1999) http://www.nature.com/nature/journal/v397/n6719/abs/397483a0.html

[2] Revealing the Sfumato Technique of Leonardo da Vinci by X-Ray Fluorescence Spectroscopy, L. de Viguerie, P. Walter, E. Laval, B. Mottin, V. A. Solé, Angewandte Chemie International Edition, vol. 49, (2010), http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201001116/abstract

En savoir plus:

1) Rencontre entre beauté égyptienne et chimie, CNRS INFO, 3 9 4, (2 0 0 1) http://www.cnrs.fr/Cnrspresse/n394/pdf/394a22.pdf

2) La chimie s’invite au musée, CNRS le journal n. 232, (2009), http://www2.cnrs.fr/presse/journal/4351.htm

3) Nouvel éclairage sur les visages de Léonard de Vinci, CNRS Communiqué de presse, (2010), http://www2.cnrs.fr/presse/communique/1942.htm

4) Unexpected materials in a Rembrandt painting characterized by high spatial resolution cluster-TOF-SIMS imaging, J. Sanyova, S. Cersoy, P. Richardin, O. Laprévote, P. Walter, A. Brunelle,  Anal Chem. 83(3), (2011), http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21218778

5) Entretien avec Philippe Walter sur les collaborations au C2RMF, (2004), http://arts.ens-lsh.fr/peintureancienne/entretien/menu1/entretien03.htm