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Projet OPTIMART – Microscopie Optique Non Linéaire pour les Matériaux du Patrimoine

Porteur du projet

Laurianne Robinet – Centre de Recherche sur la Conservation – équipe CRCC (CNRS USR3224, Ministère de la Culture, MNHN) laurianne.robinet@mnhn.fr 

Partenariat

Laboratoire d’Optique et Biosciences de l’Ecole polytechnique, et qui s’inscrit dans l’Equipex+ ESPADON (FSP – C2RMF), finançant pour partie cet équipement.

Présentation de la technique et description du projet

La microscopie optique non linéaire ou microscopie multiphoton est une technique optique largement développée dans le domaine biomédical mais relativement nouvelle et prometteuse pour l’analyse des matériaux du patrimoine. Un des avantages clés réside dans la possibilité d’effectuer des analyses multimodales basées sur différents modes de contraste intrinsèques qui sont liés directement à la structure et la nature des matériaux. Cette technique offre une détection simultanée de plusieurs signaux : un signal de fluorescence excitée à deux photons (2PEF), un signal de génération de second harmonique (SHG) et dans certains cas un signal de génération de troisième harmonique (THG). Le signal de fluorescence 2PEF est émis par un grand nombre de matériaux (fluorophores), avec une absorption et un spectre d’émission de fluorescence spécifiques de leur nature. Il est possible d’effectuer des spectres d’absorption et/ou d’émission afin d’accéder à une signature des fluorophores. Le signal SHG est, quant à lui, spécifique des structures non centro-symétriques, parmi lesquelles on peut citer le collagène fibrillaire, la cellulose ou le sulfate de calcium hémi-hydraté.

Depuis plusieurs années, des travaux sont menés en collaboration entre des scientifiques en conservation du Centre de Recherche sur la Conservation (CRC) et des chercheurs en physique du laboratoire d’Optique et Biosciences (LOB) au sein de l’Ecole Polytechnique pour développer la microscopie multiphoton sur les matériaux du patrimoine. Une étude sur les vernis d’instruments de musique a mis en évidence que la microscopie multiphoton permet d’accéder à la structure (nombre de couches, épaisseur) et la nature des composés du vernis (liants, pigments, charges). Sur les parchemins et les cuirs, cette technique présente un fort potentiel car elle permet de visualiser l’organisation tridimensionnelle du collagène fibrillaire et d’évaluer son état de dégradation grâce à la mesure des signaux de SHG résolus en polarisation. Les recherches et les développements de cette technique pour les matériaux du patrimoine n’en sont qu’à leurs débuts et de nombreux axes restent à explorer, on citera notamment les spécimens naturalisés, les collections fluides, l’os pour les matériaux contenant du collagène, ou le papier, le textile et le bois pour ceux à base de cellulose. Cette technique offrira la possibilité de mener des recherches sur l’impact des techniques de fabrication, de l’environnement ou de traitements sur les matériaux éudiés. L’analyse en mode dynamique, avec un suivi temporel, sur des échantillons soumis à des conditions contrôlées de chaleur/humidité ou mécanique au sein d’une cellule pourrait être un moyen pertinent d’évaluer l’influence de l’environnement ou une technique de restauration in situ.

Le projet porte sur l’acquisition d’un microscope optique non linéaire dédié à la communauté patrimoine qui sera installé sur le site du MNHN à Paris. Il s’agira d’un instrument commercial, facile à prendre en main par des non spécialistes, avec une configuration incluant l’acquisition des signaux 2PEF et SHG en épidétection, la spectroscopie pour la caractérisation chimique des signaux de fluorescence, et la mesure de signaux SHG résolus en polarisation pour quantifier la dégradation. L’instrument pourra être utilisé pour visualiser des objets de grande dimension (plusieurs dizaines de centimètre) et sera couplé à une platine de mosaïquage offrant un grand débattement dans le plan d’imagerie afin d’augmenter le champ de vue pour l’analyse des objets.