De la source aux techniques. Méthodologies d'analyses élémentaires et structurales et physico-chimie de matériaux du patrimoine culturel

Physico-chemistry of cultural heritage materials can bring informations about human activities through their selection, transport, transformation and their surrender. Moreover the conservation of cultural heritage needs the understanding of alteration mechanisms in order to control and prevent degradation processes. This manuscript presents the research activities developed around physico-chemistry of ancient materials since my PhD, a period during which the tackled questions were diversified. Now researches are organised around three directions: “archaeometry”, with the provenance studies and the history of techniques; “conservation”, with the diagnostic and the study of degradations; and “analogues”, with the long term alteration mechanisms. Analytical approaches implemented were diversified, from elementary analyses to structural characterisation using vibrational spectroscopies (Raman and infrared). After the presentation of my teaching and training activities, three chapters present the tackled research subjects. The first part: “Physico-chemistry of a natural glass: obsidian, a marker of exchange networks”, present the works performed on obsidian provenance studies using their elementary composition, and then their structural properties. The second part: “Corrosion products of ferrous metals: from structural characterisation of analogues to alteration mechanisms and its prevention”, describe the methodologies introduced using Raman spectroscopy to characterise corrosion products. The deduced informations should contribute to the description of mechanisms and provide diagnosis indicators for conservation and restoration. The last part: “Projects under development: natural organic substances from cultural heritage artefacts” present the first results obtained on this recently opened research field. The aim is to contribute to the recognition of substances used, either raw or transformed, or used in varnishes, these for taking part in problematics around material circulation, history of techniques or conservation purpose.L'étude de la physico-chimie des matériaux du patrimoine culturel peut nous renseigner sur les activités humaines dans lesquelles les objets anciens ont été impliqués, depuis leur sélection, leur transport, leurs transformations, leurs usages et jusqu'à leur abandon. De plus la préservation de cet héritage culturel nécessite la compréhension des mécanismes l'altération afin de contrôler et prévenir les processus de dégradation. Ce manuscrit présente les activités de recherches développées autour de la physico-chimie des matériaux anciens réalisées depuis mon doctorat, période au cours de laquelle les questions abordées se sont diversifiées. Les travaux s'articulent actuellement autour de trois axes : “archéométrie”, avec les études de provenance et l'histoire des techniques ; “conservation”, avec l'étude et le diagnostic des dégradations ; enfin “analogues”, avec les mécanismes d'altérations à long terme. Les approches analytiques mises en œuvre se sont élargies, partant des analyses élémentaires pour aborder puis développer les caractérisations structurales à l'aide des spectroscopies vibrationnelles (Raman et infrarouge). Après une présentation de mes activités d'enseignement et d'encadrement, trois chapitres retracent les sujets de recherche abordés. La première partie : “Physico-chimie d'un verre naturel : l'obsidienne, un marqueur des réseaux d'échange”, présente les travaux effectués sur les études de provenance de l'obsidienne avec des approches fondées sur leurs compositions élémentaires puis leurs propriétés structurales. La seconde : “Produits de corrosion des métaux ferreux : de la caractérisation structurale des analogues aux mécanismes et à la prévision de l'altération”, expose les méthodologies introduites avec la spectroscopie Raman pour caractériser les produits de corrosion. Les informations fournies sont destinées à faire évoluer les mécanismes envisagés et proposer des éléments de diagnostic pour la conservation et la restauration. La dernière partie : “Projets en développement : les substances naturelles organiques issues d'objets du patrimoine” présente les premiers résultats obtenus sur un axe de recherche récemment ouvert. Il s'agit de contribuer à une reconnaissance des produits utilisés, soit bruts, soit transformés, soit mis en œuvre dans des vernis, pour des problématiques de circulation des matières premières, d'histoire des techniques ou de conservation