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Le patrimoine culturel et naturel joue un rôle essentiel dans la préservation de la mémoire collective, de l'identité et des savoirs scientifiques au fil des générations. La science du patrimoine couvre une grande diversité d'objets et de matériaux, ainsi que tout ce qui revêt une importance historique, artistique, anthropologique ou naturelle. L'investigation scientifique dans ce domaine doit refléter l'ampleur et la profondeur nécessaires pour traiter des matériaux et des composants aussi divers.
Les neutrons constituent un outil précieux, et souvent unique, pour repousser les frontières de la science du patrimoine, notamment parce que les objets anciens sont irremplaçables et doivent être préservés pour les générations futures.
Les techniques neutroniques offrent en effet des méthodes non destructives et non invasives pour examiner des objets ou spécimens rares, fragiles ou uniques, qui ne peuvent être ni prélevés ni altérés. Elles permettent d'étudier une grande variété de matériaux, y compris fortement corrodés ou dont la surface d'origine n'est plus accessible. L'interaction relativement faible des neutrons avec la matière en fait une sonde hautement pénétrante, capable d'explorer le cœur de l'échantillon et non pas seulement sa surface.
Contrairement aux rayons X, les neutrons interagissent avec les noyaux des matériaux étudiés, ce qui les rend plus sensibles à certains éléments et isotopes. Les neutrons peuvent également être absorbés par l'échantillon, produisant une émission de rayons γ. La détection de ces rayons γ fournit des informations sur la composition élémentaire et isotopique.
Coupe tomographique d'un fossile réalisée sur NeXT (avec l'aimable autorisation de Leandro Gaetano, Nahuel Vega, Anna Fedrigo)
Radiographies d'une statue Renaissance (avec l'aimable autorisation de Fabien Leonard, Anna Fedrigo, Francesco Grazzi et Francesco Cantini) , DOI 10.1088/1742-6596/2605/1/012019)
Les techniques neutroniques occupent une place de plus en plus importante dans la recherche sur le patrimoine culturel et naturel. Elles se révèlent particulièrement précieuses pour appréhender :
- La structure interne et les dommages cachés.
- Les matériaux de conservation et l'historique des traitements.
- Les éléments légers, les systèmes stratifiés, l'humidité et les interfaces enfouies.
Ces capacités font des méthodes neutroniques un outil essentiel pour la conservation, où la connaissance de ce qui se trouve sous la surface détermine souvent la manière dont un traitement doit être mené.
L'imagerie neutronique est particulièrement utile pour visualiser des éléments internes à l'échelle macroscopique (au-delà de 10 μm). Elle permet de révéler :
- Les fissures, les cavités et la corrosion
- Les infiltrations d'eau et les réparations
- Les joints et les structures enfouies dans les artefacts, fossiles, céramiques, bois et métaux
L'imagerie neutronique permet d'étudier les méthodes de construction, les interventions de restauration et les mécanismes de dégradation sans ouvrir ni découper l'objet. Cette approche s'avère particulièrement précieuse en conservation, où la connaissance de ce qui se trouve sous la surface détermine souvent la manière dont un traitement doit être mené.
La SANS apporte un éclairage complémentaire à l'échelle nanométrique. Elle permet de sonder :
Les réseaux poreux et la microfissuration
la distribution des nanoparticules
l'évolution des produits de dégradation dans des matériaux tels que la pierre, le plâtre, le papier, les pigments, les polymères et les matériaux composites de conservation
La SANS est un outil puissant pour étudier le vieillissement, l'altération et l'efficacité des traitements, en particulier lorsque les changements structurels sont trop fins pour être détectés par l'imagerie seule. Elle permet de comprendre comment l'architecture interne fine d'un matériau influence sa stabilité à long terme et sa réponse aux mesures de conservation.
La réflectométrie est particulièrement adaptée à l'étude des couches minces, des interfaces et des revêtements de surface, ce qui la rend particulièrement pertinente pour les problématiques de conservation liées à la peinture, au vernis et aux films protecteurs. Elle permet de caractériser :
Utilisée en complément de la SANS, la réflectométrie permet de relier les informations sensibles à la surface aux enseignements structurels à l'échelle nanométrique, offrant ainsi aux restaurateurs une vision plus claire à la fois de l'architecture stratifiée et de l'historique de vieillissement du système de vernis.
