Raman and infrared spectroscopies analysis of natural organic media of cultural Heritage interests: methodological approach and applications

Analyse par spectroscopies Raman et infrarouge de matériaux naturels organiques issus d'objets du patrimoine : méthodologies et applications

Céline Daher (1)

1 LADIR - Laboratoire de Dynamique Interactions et Réactivité

Natural organic substances such as resins, oils, animal glues and gums are involved in many aspects of the cultural heritage field. Their presence in different forms (raw, transformed, mixtures), with various conservation states, constitute a real challenge regarding their recognition and discrimination. The characterization of such media usually implies the use of separative techniques coupled to mass spectrometry which requires destructive samplings and specific analytical preparations. New approaches are here proposed, using alternative non destructive techniques, FT-Raman and infrared spectroscopies, for the identification and differentiation of natural organic substances. These methodologies are developed, based on multivariate procedures combining spectral decomposition and Principal Component Analyses. The different chemical families and sub-families were clustered, their ageing characterized, and the different components of a mixture were identified and quantified. All the methodological developments have been applied successfully to different types of materials and objects, representative of different cases encountered in the cultural heritage field: archaeological resins from a medieval site in Yemen, raw organic materials from an old commercial inventory of a color maker in Paris during the 19th century, and finally a corpus of varnished musical instruments from the collections of the "Musée de la Musique" (Paris).

Les substances naturelles organiques (résines d'arbres, huiles siccatives, colles animales, ou gommes) ont été employées, dans le domaine du patrimoine, dans différents contextes et applications. Leurs aspects similaires sous forme brute, transformée, ou altérée, et leurs compositions chimiques complexes rendent leur identification et leur discernement difficiles. Les techniques de référence utilisées pour leur analyse sont les méthodes séparatives couplées à la spectrométrie de masse, qui nécessitent un prélèvement destructif de l'échantillon peu favorable dans le domaine du patrimoine. Dans ce travail, une approche alternative non destructive exploitant les potentialités des spectroscopies Raman et infrarouge a été développée. Des méthodologies de traitement des signatures vibrationnelles mettant en évidence les différences entre les familles chimiques de notre corpus sont proposées sur la base de procédures multivariées (décompositions spectrales, analyses en composantes principales). Les substances naturelles organiques ont pu être classées par familles et sous-familles chimiques, leur vieillissement a été caractérisé, et les composants de mélanges organiques ont pu être identifiés et quantifiés. L'ensemble des développements méthodologiques a été appliqué à différents types de matériaux du patrimoine culturel, représentatifs des situations pouvant être rencontrées : des résines archéologiques d'un site yéménite médiéval, des matériaux bruts issus du fonds de commerce d'un marchand de couleurs du XIXème siècle, et enfin un corpus d'instruments de musique vernis issus des collections du Musée de la Musique (Paris).

Mots clés: Patrimoine culturel; Spectroscopie Raman; Spectroscopie infrarouge; Analyses multivariées (ACP); Substances naturelles organiques; Vernis

Mots clés: Cultural heritage; Raman spectroscopy; infrared spectroscopy; multivariate analysis (PCA); natural organic media; varnish

Domaines: Chimie théorique et/ou physique

Céline Daher. Analyse par spectroscopies Raman et infrarouge de matériaux naturels organiques issus d'objets du patrimoine : méthodologies et applications. Chimie théorique et/ou physique. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00742851⟩