Intervention laser sur verre historique

Abstract

Cette thèse étudie l'interaction laser-verre du point de vue de la conservation. Un certain nombre de techniques ont été identifiées pour réaliser les résultats finaux. Une première évaluation de l'interaction laser-verre a été entreprise, en tenant compte des paramètres d'émission laser et des propriétés physico-chimiques du matériau. Le traitement au laser des morceaux de verre a été effectué pour étudier l'efficacité du nettoyage au laser sous des paramètres laser contrôlés. Les trois principales interactions laser-matière prises en compte au cours de ce travail sont photothermiques, photochimiques et photomécaniques.Les matériaux pour ce projet comprenaient des verres modernes utilisés à des fins de restauration acquis auprès de la Verrière de Saint-Just France, des vitraux historiques de la cathédrale de Cuenca et de la cathédrale de Chartres.Ce travail de recherche a pris en compte l'importance de l'établissement de critères de sélection d'outils laser pour la décontamination/conservation des verres historiques, la comparaison des méthodes de conservation au laser avec d'autres techniques de restauration, développement d'une méthode de conservation laser dynamique, automatisée ou semi-automatisée des. Les résultats généraux attendus pour ce travail étaient les suivants : Faire progresser la compréhension des interactions laser avec des lunettes historiques. Développer des critères pratiques pour appliquer les lasers dans la conservation du patrimoine. Identifier les problèmes associés aux verres historiques, selon leur origine et leur utilisation. Développer les compétences nécessaires pour sélectionner, utiliser et appliquer des lasers aux problèmes des matériaux du patrimoine en général.Des lasers pulsés ultra-courts picoseconde et femtoseconde ont été utilisés pour établir des protocoles de nettoyage au laser de la surface d'une série de vitraux contemporains fréquemment utilisés en restauration. L'un des objectifs étant d'explorer l'applicabilité de l'utilisation ces lasers pour nettoyer en toute sécurité les vitraux historiques et définir des protocoles sûrs et efficaces.Les résultats ont montré que le facteur limitant était l'accumulation de chaleur dans la couche de revêtement qui était éliminée, générant par la suite des contraintes thermiques importantes et destructrices. Différents protocoles de nettoyage au laser ont été conçus permettant un contrôle des gradients de température locaux induits par le laser qui pourraient détériorer le verre. Deux alternatives différentes ont été explorées. La première, basée sur l'application du mode rafale lors de l'utilisation de lasers fonctionnant avec des fréquences de l'ordre de plusieurs centaines de kHz, limitait le nombre d'impulsions dans chaque rafale en fonction d'un laps de temps entre deux rafales consécutives. La seconde, réduisait la fréquence effective à des valeurs inférieures à 20 kHz.Les protocoles établis ont été appliqués pour le nettoyage au laser des vitraux historiques de la cathédrale de Cuenca (Espagne) et de la cathédrale de Chartres (France). Les verres ont été analysés avant et après nettoyage au laser par microscopie optique et confocale, microscopie électronique à balayage, spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie, fluorescence X et spectroscopie Raman. Il a été possible de replacer les verres dans leur contexte historique ainsi que d'identifier les composés constitutifs de la croûte qui s'était formée à la surface de ces verres. Les résultats du nettoyage au laser ont montré que le protocole proposé était efficace pour décontaminer les verres historiques sans induire de dommages sur la couche de grisaille ou sur le substrat de verre.Enfin, une étude a été réalisée pour faire une comparaison entre les méthodes de restauration conventionnelles avec le nettoyage au laser. Il a été démontré que le nettoyage au laser est une technique efficace, sûre, rapide, précise et contrôlable pour la restauration de vitraux historiques.