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Les ultrasons au service de la restauration des peintures

Tableau « Chausey » de Henri-Edmond Rudaux (Musée d’art et d’histoire de Granville)
Tableau « Chausey » de Henri-Edmond Rudaux (Musée d’art et d’histoire de Granville) La Fabrique de patrimoines en Normandie / A.Cazin , CC BY-NC-ND

On connaît tous l’échographie, la technique d’imagerie ultrasonore couramment utilisée pour le suivi des grossesses et le diagnostic médical, une application dans laquelle notre équipe de recherche est impliquée depuis sa création.

Plusieurs membres de ma famille ayant exercé le métier d’artisan d’art, ayant pratiqué la peinture, la sculpture ou le tournage sur bois, c’est tout naturellement que j’ai cherché à rapprocher mon métier de scientifique du domaine artistique. En évoquant cela avec Faddoul Khallouf, un ami restaurateur de tableaux, l’idée est née d’envisager l’utilisation des ultrasons pour explorer l’état d’œuvres picturales. En particulier, on peut s’attendre à ce que certaines dégradations telles que des décollements entre couches internes (entre la toile et la couche de préparation, entre cette dernière et les couches de peinture) réduisent fortement la transmission des ultrasons à travers l’œuvre, alors que de tels défauts sont très difficiles à détecter par les techniques actuellement à disposition.

De plus, une recherche bibliographique a montré que pratiquement aucune étude en ce sens n’avait été publiée. Il n’en fallait pas plus pour se décider à explorer cette voie.

D’emblée, on est confronté à une difficulté : une œuvre peinte ne doit être mise en contact ni avec un liquide ni avec un autre objet, alors que les mesures ultrasonores classiques nécessitent soit l’emploi d’un gel couplant entre les transducteurs (les dispositifs qui convertissent des signaux électriques en ondes ultrasonores et vice-versa) et l’objet exploré, soit l’immersion dans un liquide, afin de favoriser le transfert d’énergie acoustique.

Un premier dispositif

Or, depuis quelques années les transducteurs ultrasonores dédiés à des applications dans l’air ont vu leurs performances augmenter, de sorte qu’il est possible de réaliser sans contact des images de transmission à travers des structures de faible épaisseur telles qu’une toile peinte : un émetteur d’ultrasons est placé d’un côté de la toile, un récepteur placé en face de l’autre côté, les deux sont alors balayés de façon à couvrir toute la surface de l’œuvre. L’onde transmise est enregistrée en chaque point, permettant d’obtenir une image.

Photographie du dispositif de balayage ultrasonore. Author provided

Une thèse de doctorat a pu être initiée à l’automne 2019 par l’Université de Tours afin de mettre au point un système d’imagerie ultrasonore sans contact, puis d’explorer son potentiel pour caractériser des œuvres peintes. Le doctorant, Victor Takahashi, encadré par Jérôme Fortineau, Michaël Lemâtre et moi-même, a d’abord conçu et mis en place le système en utilisant des éléments disponibles au laboratoire ainsi que des transducteurs, des modules électroniques et des axes de déplacement motorisés acquis spécialement.

Les résultats obtenus sur des matériaux connus ont d’abord été comparés à des simulations acoustiques et à des mesures issues de la littérature scientifique afin de valider les méthodes. Un article détaillant les simulations et une procédure permettant de remonter aux propriétés des matériaux a été publié.

Les fréquences ultrasonores choisies, dans la gamme de 300 à 400 kHz, soit 15 à 20 fois la fréquence la plus élevée que puisse entendre l’oreille humaine, et une focalisation des ondes ont permis d’atteindre une résolution des images de l’ordre de 2 millimètres (il est possible de différencier deux points du tableau à cette distance).

Les ultrasons apportent de riches informations

Après des essais sur des toiles peintes faites par nos soins, une œuvre datant de 1742 dont j’avais hérité il y a quelques années a été imagée. Les résultats et l’œuvre ont été présentés à des professionnels de la restauration de tableaux qui ont pu relier certaines zones de l’image ultrasonore correspondant à de fortes variations de la transmission des ondes à des inhomogénéités visibles à l’œil nu à la surface de la toile.

À gauche : Photographie du tableau de Fra. M. de Herrera (Mexique 1742). Rectangle vert : zone imagée par ultrasons, cercles blancs : inhomogénéités repérées par les restaurateurs de tableaux. À doite : Image en fausses couleurs de transmission ultrasonore de la partie centrale du même tableau. Couleurs chaudes : forte transmission, couleurs froides : faible transmission, cercles blancs : zones correspondant à des inhomogénéités repérées par les restaurateurs de tableaux. Fourni par l'auteur

Ces résultats ont été présentés à la communauté scientifique des acousticiens. Pour confirmer ces résultats encourageants, un tableau nécessitant une restauration a été partiellement imagé. Ensuite, lors des travaux, la restauratrice Stéphanie Teyssier a établi des corrélations entre les images ultrasonores et des défauts ou irrégularités qu’elle a observés : variations d’épaisseur, fissurations, petites perforations, usure, empâtement de l’épaulette, etc.

Tableau « Chausey » de Henri-Edmond Rudaux (Musée d’art et d’histoire de Granville) éclairé par différentes techniques. La Fabrique de patrimoines en Normandie/A.Cazin. Fourni par l'auteur

Pour aller plus loin, nous avons pris contact avec le musée d’art et d’histoire de Granville, via sa conservatrice adjointe Alexandra Jalaber, ainsi qu’avec Antoine Cazin de la Fabrique de patrimoines en Normandie à Caen, un spécialiste de l’imagerie des tableaux. Deux œuvres appartenant au musée de Granville ont pu être imagées par Antoine Cazin d’une part par rayons X et, d’autre part, par plusieurs techniques photographiques dans le spectre visible (lumière directe ou rasante) et aux marges du visible (infrarouge, ultraviolet). Les tableaux étant revenus au musée, nous nous sommes rendus sur place et y avons installé notre système d’imagerie par ultrasons. Nos images ont été comparées à celles obtenues par d’autres techniques et cette analyse a d’ores et déjà permis de tirer quelques conclusions :

  • Les ultrasons en transmission permettent d’obtenir des images de peintures sur toile avec une résolution de l’ordre de 2mm, avec une possible amélioration pour atteindre le mm en augmentant la fréquence ;

  • Des inhomogénéités, à savoir des zones où l’amplitude des ondes transmises est significativement plus élevée ou plus faible que dans l’ensemble de l’image, peuvent être attribuées à des anomalies sur l’œuvre, certaines étant aussi observables par d’autres techniques ;

  • Les images ultrasonores révèlent certaines inhomogénéités qui ne sont pas visibles par d’autres techniques.

Ainsi, grâce à son faible coût en comparaison de celui d’autres techniques telles que les rayons X et au fait que les ondes utilisées ne sont pas nocives, l’imagerie ultrasonore sans contact des œuvres peintes a le potentiel de devenir une modalité complémentaire au service de la communauté de la préservation et de la restauration des œuvres du patrimoine artistique.

Nous espérons pouvoir poursuivre cette étude au-delà de la thèse de doctorat afin d’obtenir de nouveaux résultats, d’améliorer la résolution des images et d’en tirer des informations quantitatives. Pour cela nous souhaitons établir des partenariats avec d’autres institutions impliquées dans la conservation des œuvres et identifier de potentiels futurs utilisateurs de la technique ultrasonore.

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