Ecole de Printemps 2003 – Couleur du métal

Ecole de Printemps 2003
Ecole thématique interdisciplinaire CNRS
Couleur des matériaux « Le métal »

Comité scientifique

Marc Aucouturier (CNRS-C2RMF), Mady Elias (CNRS-C2RMF), Michel Menu (Centre de Recherche et de Restauration des Musées de France), Jacques Lafait (LOS), Patrick Callet (ECP, CFC), Robert Sève (CFC), Mathieu Barrois (Okhra)

Comité d’organisation

Marc Aucouturier (CNRS-C2RMF), Mathieu Barrois (association ôkhra), Patrick Callet (ECP, CFC), Eric Chareyre (CNRS), Mady Elias (CNRS-C2RMF), Mylène Porte (Okhra).

Lundi 17mars
14h00 Ouverture de l’Ecole
Ass. ôkhra et Comité Scientifique
15h00 – 16h00 La fonction métallique
Jacques Lafait, Laboratoire d’optique des solides, CNRS, université de Paris 6
16h15 – 17h30 La vision des couleurs du point de vue de la neurobiologie
Michel Imbert, Département d’Etudes cognitives, Ecole normale supérieure, Paris

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On connaît l’existence dans la rétine de photorécepteurs dont les spectres d’absorption ont leur maximum dans des régions distinctes du spectre visible. En outre, les mécanismes physiologiques qui, de ces photorécepteurs aux fibres du nerf optique, permettent d’analyser la composition spectrale de la lumière sont, sinon complètement du moins largement, élucidés aujourd’hui. Cette analyse rétinienne est cependant insuffisante pour déterminer la couleur de cet objet lorsque celui-ci est inclus dans une scène visuelle globale. La couleur perçue est en effet relativement indépendante de la composition spectrale de la lumière réfléchie par les surfaces de l’objet en question. Ce cahier rouge sur ma table de travail, reste du même rouge lorsque le soir venu je suis obligé d’allumer ma lampe de bureau. Ce phénomène, connu sous le terme d’invariance perceptive de la couleur, a reçu ces dernières années des “explications“ physiologiques satisfaisantes. Nous savons que le système visuel tient compte de la composition spectrale de la totalité de la scène dans laquelle l’objet est inclus pour en calculer sa couleur « intrinsèque ». Il existe des neurones, regroupés dans une région limitée du cortex cérébral, dont la propriété la plus remarquable est de coder la couleur d’un objet, en s’affranchissant dans une large mesure de la composition spectrale de la lumière qu’il réfléchit ; ils sont ainsi aptes à assurer la constance perceptive de la couleur.
Nous discuterons les mécanismes qui, au niveau de la rétine, permettent d’extraire les composantes spectrales de la lumière, et qui, au niveau du cortex cérébral, assurent l’invariance perceptive et attestent du rôle constructif du cerveau tout entier dans l’attribution d’une couleur à un objet.
Michel Imbert
Institut Universitaire de France, Ecole normale supérieure, Paris
17h45 – 18h45 Les métaux et patines, à froid ou à chaud
Manuel Delettre, fonderie Susse, Arcueil
21h00 café scientifique
Rendez-vous autour du zinc Bistrot- discursif
Mardi 18 mars
09h00 – 10h00 Les métaux , support de la couleur
Marc Aucouturier, CNRS-C2RMF, Paris

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Les métaux se distinguent des autres matériaux par leur éclat et leur conductivité, le cours de Jacques Lafait en donne les fondements. Il s’agit ici de présenter les métaux et les alliages métalliques en tant que matériaux, choisis pour leur couleur ou comme support d’une surface colorée, et de justifier ce choix.
Il faudra tout d’abord examiner la structure des différents métaux courants et définir la notion de défauts de structure, car ils sont nombreux : joints de grains, ségrégations, et la surface bien entendu, différente du cœur et différente de l’image idéale que la physique en propose. Les métaux purs sont rarement utilisés tels quels comme support, et la notion d’alliage sera explicitée : solutions solides, microstructures polyphasées, précipités et inclusions seront définis. Il faudra parler aussi un peu des propriétés mécaniques, car se sont souvent elles qui motivent l’ajout des éléments d’alliage.
Les différents procédés d’élaboration et de mise en forme seront abordés : la coulée et les ségrégations qui l’accompagnent, la mise en forme et les traitements thermiques, les propriétés qui en découlent, en particulier pour la surface.
Ces notions seront illustrées par des exemples sur les métaux utilisés comme support de la couleur : le fer, la fonte et les aciers ; le cuivre et ses alliages, bronzes et laitons ; l’aluminium et ses alliages ; les métaux précieux comme l’or, l’argent et leurs alliages ; le titane et les autres métaux.
Enfin, une courte revue des moyens d’étude des surfaces métalliques sera faite : microscopies, diffraction des rayons X, analyses de surface, rugosité, photo-spectrométrie.
Ce cours constitue une introduction aux enseignements qui suivront, destinée à définir et démystifier un certain nombre de termes qui y seront utilisés. Il s’agit des enseignements : alliages et couleur, cas des alliages à base de cuivre (D. Bourgarit) ; couches minces (E. Darque-Ceretti) ; origines et couleurs des altérations (JB. Mémet et P. Piccardo) ; traitements de surface et patines (J. Galland, G. Béranger et A. Texier) ; dépôts et revêtements (J. Galland, P. Gabel et H. Frisenhan).
Marc Aucouturier
C2RMF
10h15 – 11h15 L’altération des métaux
Jean-Bernard Mémet, Arc’ Antique, Nantes

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La couleur est la première notion descriptive de l’altération d’un métal ; c’est en tous cas, celle qui est utilisée de façon spontanée aussi bien par le grand public que par l’expert. Une expertise « corrosion » commence toujours par des observations à l’œil nu et en microscopie optique. Ainsi, un fer archéologique sera « ocre », « rouille » ou « noir », un cuivreux sera plutôt « vert », « rouge », « bleu » ou « noir », un plomb sera « blanc », « gris » ou « gris-vert » tandis que l’argent sera « blanc », « violacé » ou « gris – noir ».
Derrière ces couleurs se cachent des mécanismes « d’altération » complexes qui dépendent de multiples paramètres à la fois :
• liés aux conditions d’utilisation et/ou de stockage (enfouissement, air ambiant, eau,…)
• intrinsèques au métal, tels que sa composition, son état de surface ou les traitements thermiques, chimiques ou électrochimiques qu’il a subi pour être mis en forme,
En préambule à la description des mécanismes d’altération, nous introduirons dans une première partie deux notions interdépendantes : le degré d’oxydation et la noblesse d’un métal. Ces deux notions sont fondamentales pour la compréhension des mécanismes d’altération par voies thermiques, chimiques et électrochimiques qui feront l’objet de la seconde partie de ce cours.
L’altération est par définition un phénomène de surface. Ce sont les atomes métalliques de la surface qui « voient » le milieu en contact ; Ils sont, surtout sur une surface « neuve », dans un état d’environnement électronique instable et sont à ce titre très réactifs. Pour un métal, altération signifie corrosion. Nous définirons donc la notion de corrosion et, au-delà, les interactions entre la surface métallique et son milieu environnant. En effet, la quasi-totalité des métaux subit une oxydation spontanée en conditions naturelles d’utilisation et de stockage. Les agents « agressifs » responsables de cette oxydation peuvent être l’air, l’eau et les autres constituants de l’atmosphère ou des milieux d’enfouissement (gaz, sels dissous, minéraux,…). Dès l’instant où le métal se trouve en milieu aqueux, c’est une corrosion d’origine électrochimique qui sera à l’origine de sa détérioration. Nous présenterons les principales notions électrochimiques de formation des produits de corrosion.
La dernière partie de ce cours sera illustrée de nombreux exemples de transformation des produits de corrosion.
Jean-Bernard Mémet
Laboratoire Arc’Antique
11h30 – 12h30 Traitement des surfaces et patines
Jacques Galland, Ecole Centrale de Paris

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Le regard de l’homme placé dans son environnement est mis en éveil au contact du monde des couleurs, et il est influencé par des évaluations diverses et complexes, d’ordre scientifique, technique, psychologique ou artistique. L’homme s’interroge ainsi sur la nature des couleurs, les phénomènes qui les créent et les moyens à mettre en œuvre pour les analyser et les mesurer.
L’appréciation d’une surface métallique, par observation visuelle, résulte d’un conditionnement et d’un choix voulu par le spécialiste, ou subi par suite de la nature de l’environnement et de son agressivité. C’est ainsi que les revêtements métalliques obtenus par recouvrement pour que la surface du métal d’apport soit assez homogène, et les traitements de surface modifiant la structure superficielle du métal de base, sont couramment utilisées pour améliorer les performances voulues d’un système à fonctionnalité désirée. Le critère relatif à l’aspect visuel, et donc la couleur, est souvent retenu, associé à d’autres objectifs tels que la résistance à la corrosion, au frottement, à l’usure, à la conductibilité thermique ou électrique, etc. Les principales technologies de réalisation et d’observation des revêtements et traitements de surface seront présentées, en insistant prioritairement sur l’aspect visuel de surface du métal.
En définitive, faut-il de « belles » ou de « bonnes » surfaces, ou si possible les deux ?
Jacques Galland
Laboratoire Corrosion Fragilisation Hydrogène
Ecole Centrale de Paris
15h30-16h30 Du film continu au granulaire couleur
Evelyne Darque-Ceretti, Ecole des Mines de Paris

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Les métaux nobles ont été très utilisés, historiquement en décoration et architecture sous forme de film mince, leur usage découlant d’abord de l’aspect esthétique lié à leur couleur. Ils le sont maintenant en optique avec des structures qui vont du continu au discontinu, l’investigation de leurs propriétés en fonction de la longueur d’onde ? de la lumière ouvrant de nouvelles perspectives d’application.
Des propriétés optiques différentes de celle du massif apparaissent lorsque l’épaisseur du métal diminue ou s’il est dispersé sous forme de nanoparticules. De même, un changement de l’environnement ou du substrat agit sur ces propriétés.
Dans cette présentation, on fera le lien entre la couleur et les paramètres physiques caractérisant les propriétés optiques des matériaux (fonction diélectrique, absorption en fonction de ?). On exposera des résultats montrant l’influence de différentes structures sur les propriétés optiques obtenues. En effet, ces propriétés dépendent de l’épaisseur du métal par rapport à ?. Elles sont aussi fortement dépendantes de celles des électrons, or ces dernières évoluent une première fois au passage de l’état continu à l’état d’îlots ou de nanoparticules, puis une seconde fois ,lorsque la taille des nanoparticules est inférieure au libre parcours moyen des électrons.
On montrera aussi les influences sur les propriétés optiques de la forme des particules et du milieu sur lequel, ou dans lequel, les particules sont déposées.
Des exemples didactiques seront choisis dans divers domaines, comme l’art, l’architecture, et la physique.
Evelyne Darque-Ceretti*, Pierre Cheyssac**
*CEMEF- UMR CNRS 7635 Ecole de Mines de Paris
** Laboratoire de Physique de la Matière Condensée- UMR CNRS 6622, Université de Nice-Sophia-Antipolis
16h45 – 17h45 Diffusion lumineuse : surfaces et volumes, poudres interférencielles
Carole Deumié, Institut Fresnel, ENSPM, Marseille

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Associée à la répartition d’énergie en dehors des faisceaux spéculaires réfléchi et transmis, la diffusion lumineuse est responsable d’effets visuels complexes. Elle peut trouver son origine dans l’état de surface des composants, dans leurs hétérogénéités de volume, ou dans une combinaison des deux. La répartition angulaire des flux diffusés dépend ainsi du type d’hétérogénéités et leur localisation, voire de systèmes interférentiels entre les différentes sources de diffusion. Ces sources peuvent également conduire à des comportements spectraux particuliers.
Dans le cadre d’objets faiblement diffusants, une théorie perturbative permet de prédire ou d’expliquer simplement le comportement diffusant des surfaces. Cette théorie s’applique aussi au cas de volumes et systèmes multicouches, guides d’onde, microcavités…. Des instruments de mesure ont été développés pour étudier la diffusion spectrale, en lumière blanche ou avec des sources laser s’étalant de l’UV au moyen infra-rouge. Pour chaque longueur d’onde, l’analyse angulaire s’effectue à basse ou haute résolution, pour l’étude du speckle. L’utilisation conjointe de ces outils théoriques et expérimentaux permet d’identifier et de caractériser la plupart des effets liés à la diffusion. En particulier nous avons développé une méthode d’ellipsométrie sur champ diffus pour discriminer les effets de surface et de volume. Dans le cadre d’interprétation d’effets visuels, les variations spectrales de la diffusion peuvent également être représentées dans un espace colorimétrique adapté.
Ces outils sont particulièrement bien adaptés à l’étude des métaux qui sont opaques, et présentent ainsi une seule interface diffusante. Dans ce cas simple, on extrait immédiatement la rugosité de la surface, le spectre du profil, les coefficients d’anisotropie…
Les mêmes outils sont étendus à l’étude de composants colorés par absorption, comme les peintures ou pigments… Pour ces composants, la diffusion trouve son origine dans la surface ou le volume, selon la longueur d’onde utilisée et les bandes d’absorption. Des outils de mesure d’indices réels ou complexes sont présentés, basés sur plusieurs méthodes.
Enfin, nous montrons comment il est possible de créer des poudres interférentielles à spectre contrôlé, grâce à des systèmes multi-diélectriques concentriques déposés sur des microsphères. En effet, si les filtres optiques déposés sur substrat plan permettent de modifier à volonté les caractéristiques de la lumière spéculaire, on peut s’interroger sur l’action des mêmes composants multicouches en géométrie sphérique, pour le contrôle de la lumière diffuse. Des théories adaptées sont développées, et associées aux outils de synthèse classiques pour obtenir des poudres non absorbantes aux effets colorés divers.
C. Deumié, C. Amra, M. Lequime
Institut Fresnel
ENSPM. Domaine universitaire de St Jérôme
18h00 – 19h00 La couleur des alliages anciens à base de cuivre
David Bourgarit, C2RMF, Centre de Recherche et de Restauration des Musées de France, Paris

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Parmi l’ensemble des métaux, le cuivre et ses alliages offrent la palette de couleurs la plus riche. Du rouge au blanc, en passant par les jaunes, le jeu d’orgue déjà copieusement achalandé par les seules couleurs du métal – sans même prendre en compte tous les traitements de surface, permet de composer des accords à l’infini. La comparaison avec les vins est immédiate, et les qualificatifs là non plus ne manquent pas pour décrire la chaleur, la douceur, la profondeur de la robe de tel ou tel alliage. Le métal aussi a ses subjectivités.
Les anciens très tôt ont su maîtriser ces propriétés esthétiques du cuivre et de ses alliages. La sculpture antique nous en montre de magnifiques exemples, probables héritages de connaissances bien antérieures mises en évidence dès l’Age du Bronze. Malheureusement, la plupart des témoignages qui nous parviennent présentent un inconvénient de taille : leur surface est altérée, et la couleur du métal tant prisée a laissé place à d’autres couleurs, certes souvent tout aussi attirantes, mais non métalliques.
Pour exhumer de nouveau l’éclat du métal, et pour tenter de quantifier ce qui jusqu’à présent est resté dans le domaine du qualitatif et du subjectif, nous avons mesuré l’effet des éléments d’alliages sur la couleur du cuivre. Pour commencer de définir le domaine colorimétrique du cuivre et de ses alliages parcouru par les anciens, nous avons profité de l’extraordinaire recueil de « partitions » que possède le Centre de Recherche et de Restauration des Musées de France. Ainsi, des cuivres non alliés venus de sépultures chalcolithiques de Charente jusqu’aux alliages complexes des salons de Louis XIV, en passant par les mystérieux cuivres au plomb du IVème millénaire pakistanais et les précieux laitons de la transition islamique au Mali, le cuivre métallique réaffirme ses couleurs d’origine.
David Bourgarit, Benoît Mille
Centre de Recherche et de Restauration des Musées de France, Paris
21h00 conférence publique Métallurgie expérimentale et virtuelle. Etude et reproduction d’un taureau séleucide
Anna Zymla, Laboratoire Elaboration des Matériaux, Ecole Centrale de Paris ; Benoit Mille, C2RMF ; Patrick Callet, Laboratoire de Génie Industriel, ECP

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Une statuette de taureau présumée séleucide ou parthe (IIème siècle avant – IIème siècle de notre ère) a été confiée au C2RMF avant son éventuelle acquisition par le Département des Antiquités Orientales du Musée du Louvre. Les examens scientifiques ont démontré deux types de matériaux constitutifs de la statuette : un alliage d’argent et de plomb à l’intérieur, enveloppé par une fine pellicule d’argent de 0,02 à 0,1 mm d’épaisseur. L’examen de la microstructure a révélé que le taureau a été obtenu par des techniques de fonderie.
Dans le cadre d’un projet en équipe avec 9 élèves-ingénieurs de l’Ecole Centrale Paris, une étude portant sur la métallurgie des alliages argent-plomb a été proposée pour tenter de comprendre la méthode d’élaboration de cette fine couche d’argent. Mais, l’enthousiasme des élèves pour l’étude d’un bel objet et le souci didactique des encadrants de pouvoir mettre ensemble des savoirs scientifiques et techniques a permis d’élargir considérablement les champs d’investigation de ce projet. Ainsi, en s’appuyant sur l’analyse préalable nous avons tout d’abord étudié un alliage argent-plomb pour déterminer les méthodes les plus probables conduisant à la structure observée en surface du taureau séleucide. Mais ce projet a également été l’occasion de reproduire une statuette de taureau et de tenter de la recouvrir d’une pellicule d’argent. L’objet initialement confié au C2RMF n’étant plus accessible pour servir de modèle, nous nous sommes reportés sur un vase-taureau conservé au Département des Antiquités Orientales du Musée du Louvre, dont les dimensions restent assez proches du taureau séleucide.
Cette étude a donc fait l’objet d’une démarche pluridisciplinaire très riche constituée de :
– étude métallographique des alliages argent-plomb ;
– influence des paramètres de coulée provoquant une ségrégation en surface de l’argent pendant la solidification ;
– numérisation en 3 dimensions par des procédés optiques sans contact ;
– réplication de la statuette en résine stéréophotolithographique ;
– mesurage des constantes optiques des alliages reformulés par ellipsométrie spectroscopique avec le Laboratoire d’Optique des Solides (université Paris 6) ;
– simulation spectrale pour une restauration virtuelle de l’aspect de l’original en alliage argent-plomb ;
– techniques de moulage à la cire perdue et réalisation avec la fonderie d’art Susse d’une réplique en bronze.
– coulée d’une réplique du vase-taureau en alliage argent-plomb par les élèves, et traitements de surface pour obtenir une pellicule d’argent.
L’exposé permettra au public de découvrir brièvement l’histoire supposée de la métallurgie de cette période et région du monde, les répliques matérielles du vase-taureau, les méthodes employées pour l’obtention des alliages, les images de simulation scientifiques calculées pour différents environnements lumineux, et plus généralement toutes les phases de ce projet donnant naissance à une forme d’archéologie virtuelle étayée par les études d’objets réels.
Anna Zymla+, Patrick Callet++, Benoît Mille+++
+Ecole Centrale Paris, Laboratoire Elaboration des Matériaux
++Ecole Centrale Paris, Laboratoire Génie Industriel
+++Centre de Recherche et de Restauration des Musées de France
 
Mercredi 19 mars
09h00 – 12h30 Visite-conférence Entreprise Mathieu Lustrerie Visite d’une entreprise
de restauration de luminaires et de carrières d’ocre de Gargas Société des Ocres de France
14h00 – 15h00 Visite-conférence Le Conservatoire des ocres et pigments appliqués Association ôkhra Mathieu Barrois
15h00 – 19h00 Ateliers pratiques Organisation de mini-ateliers pratiques de mise en œuvre des couleurs et rencontres entre chercheurs et praticiens
Techniques de fonds d’or Entreprise Mathieu Lustrerie
Techniques de la dorure à la feuille, de la décoration à la restauration Véronique Cayla
Oxydes métalliques dans les émaux sur métal David Challier
Cyanotype, réalisation sur site d’images de la nature, avec du sel de fer, du soleil et de l’eau Jean-François Cholley
21h00 Conférence publique Tissu et métal
Jean-Paul Leclercq, Musée de la Mode et du Textile, Union Centrale des Arts Décoratifs, Paris

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Brillant, ductile et inaltérable, l’or est le métal textile par excellence, mais est employé le plus souvent sous la forme de dorure sur métal, sur lamelle organique en Europe au Moyen Age, sur papier en Chine. L’argent s’oxyde facilement, perdant alors son éclat et produisant une valeur sombre là où il devait traduire les hautes lumières du dessin. Le jeu sur la forme du fil, plat (lame), cylindrique (trait ; ou lame enroulée sur une âme en soie ou en lin : filé), torsadé (frisé), et sur la direction de chevauchement des paillettes ou sur leur forme plate, convexe ou concave, induit un dessin à lecture variable selon le point de vue et l’éclairage par le jeu de l’ombre et de la lumière et par réflexion différentielle. L’argent n’a d’éclat blanc que sous une lumière blanche. Il prend la couleur de la lumière qu’il reflète, d’où une grande sensibilité à l’environnement et des reflets de couleur variée, la sélection se faisant par les reliefs engendrant les reflets d’origines différentes convergeant vers un même point de vue. Le spectre d’absorption de l’or limite l’influence de la couleur de la lumière, mais donne à l’or une couleur orangée en proportion du nombre de réflexions successives de l’or sur l’or.
On obtient à meilleur marché l’apparence de l’or avec des fils d’argent (éclat métallique) et de la soie jaune (couleur de l’or). On produit de même une gamme d’éclat métallique coloré en enroulant en spires lâches une lame argent sur un fil de soie de couleur (sorbec). Au XVIIIe siècle, un procédé mixte utilise l’argent comme réflecteur, un vernis de couleur traversé deux fois par la lumière pour la colorer, principe repris actuellement avec du laiton verni ou des lames de polyester coloré brillant semi-réfléchissant et jouant aussi par transmission. La métallisation de films plastiques découpés en lames plus ou moins étroites offre une large palette de couleurs à l’éclat métallique. La métallisation peut aussi être faite sur l’étoffe, uniformément ou selon un dessin qui laisse ou non apparaître la couleur des fils. La coloration thermique de l’acier inoxydable en fibres continues de grande finesse le rapproche de la soie, la translucidité en moins, avec un toucher et un tomber différents.
Métallisée sur ses deux faces et assez rigide pour ne présenter que sa tranche en vue de face par l’effet de sa courbure, la lame employée dans un tricot lâche avec un fil multifibre coloré laisse à la maille vue ou éclairée de face la couleur seule du fil multifibre, qui cède la place à un éclat métallique spectaculaire en éclairage et vue rasants de même orientation, la lumière sur une face, le regard sur l’autre : la transmission à travers l’étoffe est ici réflexion. Le trait de laiton, verni ou non, conserve les déformations de l’étoffe et lui donne par réflexion différentielle un dessin aléatoire et mouvant, recherché en haute couture et en décoration, avec le complément d’effets de moirage par superposition de textures ajourées.
Jean-Paul Leclercq
Conservateur au musée de la Mode et du Textile
Union centrale des Arts décoratifs
Jeudi 20 mars
09h00 – 10h00 La couleur en orfèvrerie vue du point de vue archéologique
Barbara Armbruster, archéologue, orfèvre, CNRS, Unité Toulousaine d’Archéologie et d’Histoire

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L’art de l‘orfèvrerie comprend la fabrication des bijoux, des appliques décoratives, de la vaisselle et des élements d’armes. L’orfèvre ancien travaillait surtout les métaux précieux, mais il savait aussi traiter les alliages à base de cuivre et autres types de matériaux, comme l’ivoire, les émaux, ou bien intégrer des pierres précieuses ou des perles dans son œuvre. L‘exposé portera sur les couleurs dans l’orfèvrerie ancienne, connues par les vestiges archéologiques. L’objectif est de montrer l’importance des différences de couleur des alliages, des combinaisons de plusieurs métaux ou de leurs alliages, et de l’union de différents matériaux dans la réalisation d’objets métalliques décoratifs. L’importance de la polychromie dans l’orfèvrerie ne commence qu’à un moment relativement tardif dans la protohistoire européenne : à la fin de l’Age du Bronze. Les questions esthétiques, symboliques et téchnologiques inhérentes à la création d’objets de parure seront discutées en fonction des trouvailles archéologiques de l’Age du Bronze jusqu’à l’époque des Vikings.
Barbara Regine Armbruster
orfèvre, archéologue et chercheur CNRS à l’Unité Toulousaine d‘Archéologie et d‘Histoire – UMR 5608 – CNRS
10h15 – 10h45 Evaluation of Special Effect Pigments – Approach to Color Matching
Dr Peter Gabel, société Merck KgaA, Darmstadt Microscopic

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De nombreuses industries, notamment des secteurs automobile, encres, plastiques et cosmétiques ne seraient pas ce qu’elles sont aujourd’hui sans les pigments à effets. Depuis le tout début du XXe siècle où Henry Ford, pionnier de l’industrie automobile, oeuvrait de nombreux développements ont été faits pour individualiser l’apparence des autos produites en nombre. Un des paramètres les plus importants pour différencier ou individualiser les autos – comme pour tout autre objet de consommation – est la couleur. En ces débuts du XXe siècle, le noir était très populaire principalement parce que peu d’effort avaient été entrepris pour accroître la durabilité des pigments autres que noirs en application extérieure. Aujourd’hui il en est tout autrement et les pigments disponibles permettent un choix pratiquement illimité d’effets optiques. Les pigments classiques à effet, de première génération, les pigments métalliques ou perlescents étaient très demandés, mais aujourd’hui les concepteurs et stylistes sont en attente des derniers pigments à effets créés comme les paillettes à couche de silice, d’alumine ou bien des pigments à couches multidiélectriques ou bien encore des silicones à cristaux cholestériques. Ils sont étudiés pour produire un effet attractif et remplissent admirablement cette fonction en raison de leur gonochromatisme, c’est-à-dire le changement de couleur en fonction de l’angle d’observation et de l’angle d’éclairage. Cependant, l’enthousiasme du concepteur pour cet aspect gonio-chromatique n’est pas toujours partagé par les autres acteurs de l’entreprise notamment lorsqu’il s’agit de contretyper les matériaux responsables de cet effet. Le contretypage de teinte était plutôt facile lorsque l’on avait affaire à des peintures opaques ou métalliques classiques. De nos jours, ce contretypage demande une prouesse technique dès que les pigments à effet interviennent. La nouvelle génération de pigments à effet nécessite une instrumentation de mesurage et de caractérisation complètement différente. La microscopie optique est la technique la plus simple pour détecter les pigments à effet et, avec un peu d’expérience, elle peut être un outil pertinent dans les premières et décisives étapes du contretypage des teintes à effet. Cette solution sera discutée lors de cet exposé.
I. Denne and P.W. Gabel
Merck KgaA, Darmstadt, Germany
10h45 – 11h15 Les pigments métalliques des peintures, encres et cosmétiques
Dr Helge Friesenhan, société Schlenk, Allemagne

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Il y a bien longtemps que les pigments métalliques jouent un rôle important afin d’obtenir un effet métallique des peintures, encres, revêtements divers et matières plastiques. L’effet optique des pigments métalliques est basé sur la réflexion de la lumière et de ce fait se différencie des pigments à interférence traditionnels. Les pigments à effets métalliques typiques comportent de l’aluminium («le bronze argenté ») ainsi que du cuivre et des alliages de cuivre/zinc (« le bronze doré »).
La fabrication des pigments métalliques provient des métiers de la dorure à la feuille. Avec l’industrialisation, les métiers où l’or est frappé ont évolué ; ces savoirs anciens existent encore dans quelques pays pour quelques applications spéciales. Cette technique de frappe a été industrialisée à l’aide des broyeurs à billes. Le broyage à sec est le plus utilisé pour fabriquer des pigments de bronze, alors que le broyage humide est la méthode privilégiée pour fabriquer des pigments d’aluminium.
Le comportement de mouillage des pigments métalliques dans des solvants différents (y compris l’eau) ou dans des résines est très caractéristique. En principe, on distingue les pigments pelliculants et les pigments non pelliculants. Les pigments « leafing » ou bien pelliculant restent à la surface de la peinture, s’orientent parallèlement aux interfaces et forment une couche métallique dense sur la surface de la peinture qui donne un pouvoir réflecteur très élevé et forme une « barrière » de protection excellente sur la résine. Ce caractère est utilisé aussi bien pour obtenir un effet chrome des peintures décoratives et des encres que pour beaucoup d’autres types d’applications dans les peintures fonctionnelles comme les bitumes, la peinture « container », anti-corrosive, etc. Par contre, les pigments non-pelliculants sont trempés dans la résine et s’orientent donc plus ou mois parallèlement au substrat dans le bas de la couche de peinture.
Les films durcis sont résistants aux rayures et adhérent très efficacement aux peintures claires. La peinture pigmentée peut être colorée facilement avec des colorants transparents ou avec des matières colorantes créant un effet polychrome métallique. L’effet métallique est dû à la réflexion de la lumière sur la surface lisse des pigments lamellaires métalliques ; cet effet vient s’ajouter à la diffusion de la lumière par les bords des paillettes elles-mêmes. Les paramètres physiques de l’effet métallique sont le diamètre moyen des particules, la forme des particules (la morphologie), la distribution des particules et l’orientation des particules dans la peinture.
Helge Friesenhan
Schlenk Metallpulver GmbH & Co.KG
11h30 – 12h30 Microscopie optique des produits d’altération
Paolo Piccardo, università di Genova, Italie

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L’une des choses qui nous frappe le plus en regardant des objets en métal est leur couleur. Souvent cette couleur n’est pas leur propre couleur mais celle des couches de corrosion qui les recouvrent. Nous sommes tellement habitués à voir certains métaux ou alliages avec leurs patines de surface que nous finissons par identifier ces dernières avec la couleur de l’alliage lui-même. Par exemple, en regardant un objet métallique ancien de couleur verte, nous disons : « c’est du bronze ! », alors que le bronze a une couleur dorée pleine de chaleur.
Ces patines font partie intégrante de l’objet ancien et possèdent une remarquable quantité d’informations sur l’histoire de l’objet qu’elles recouvrent et, d’un certain point de vue, protégent. La microscopie optique offre un moyen simple et efficace pour étudier ces patines, lorsqu’elle est appliquée sur une section transversale préparée de façon adéquate et que ses résultats sont validés par ceux de d’autres méthodes telles que la microscope électronique à balayage, la microanalyse, la diffractométrie, etc…
Les produits de corrosion qui composent typiquement les couches ont des couleurs caractéristiques qui sont très bien mis en évidence par l’observation en microscopie optique sur fond noir (Dark Field). Ce type d’observation nous permet de distinguer les différents composés d’une façon qualitative (par leur couleur) et, à l’aide d’un logiciel d’analyse d’image, d’une façon quantitative. Dans la plupart des cas les autres données accessibles concernent : le profil d’origine de l’objet qui a subi l’altération, les caractéristiques microstructurales et les caractéristiques métallurgiques.
Tout cela nous offre un scénario utile à l’interprétation de l’objet et de sa réaction à la corrosion.
Paolo Piccardo
Département de Chimie DCCI – Università di Genova (Italie)
15h30 – 16h30 Traitement de surface dans le bâtiment : les métaux
Gérard Béranger, université de Technologie de Compiègne

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Même si dans le bâtiment la matière à l’état brut peut avoir du charme, pour les métaux on a souvent recours à des actions de coloration de la surface par traitement et/ou par revêtements. Le produit obtenu doit satisfaire un cahier des charges ; il s’agit donc de choisir un procédé parmi deux grandes catégories d’opérations sur la surface :
a) les couches de conversion : films anodiques sur l’aluminium et ses alliages (anodisation dure) ou sur le titane et ses alliages ; les phénomènes de coloration sont différents : imprégnation dans le premier cas, interférences dans le second. A ces traitements d’anodisation, on peut s’adjoindre les procédés chimiques, comme ceux pour colorer les aciers inoxydables. On peut aussi par corrosion développer des couches colorées : sur les aciers patinables, une patine orangée à l’origine devient marron glacé en passant par des nuances de brun. Citons aussi le cuivre des toitures qui va acquérir une belle couleur verte et les bronzes qui avec le temps se recouvrent d’une patine colorée.
b) les revêtements avec les peintures et laques : la couche de finition surmontant plusieurs feuils, confère à la surface un aspect et une couleur appropriés pour lesquels le caractère nivelant, la résistance aux UV et les conditions d’application ont une grande importance.
A cette liste non exhaustive on peut ajouter les systèmes mixtes (par exemple, codépôts protecteurs à base de zinc avec conversion chromique complétée par une finition organique) ou les émaux colorés (élaborés à partir d’oxydes ou de sels métalliques).
Le but de cet exposé, scientifique et technique, est, à l’aide d’exemples, d’identifier les traitements de surface et revêtements de coloration des métaux et alliages utilisés dans le bâtiment, d’en expliquer les caractéristiques physiques et d’en décrire la mise en œuvre, tout en prenant en compte, dans une démarche de développement des biens durables, des critères de choix comme le coût, le recyclage et l’environnement.
Gérard Béranger
Laboratoire de Mécanique Roberval, UMR CNRS 6066
Université de Technologie de Compiègne (UTC)
16h45 – 17h45 Couleur et restauration-conservation des monuments historiques
Annick Texier, LRMH, Champs-sur-Marne

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Dans les monuments historiques, la couleur jalonne nos études et nos recherches : couleur des métaux, couleur des produits de corrosion, couleur des finitions qu’elles soient de patine ou de revêtement.
Pour la restauration, la « mise en couleur » n’est que la touche finale d’un ensemble d’opérations complexes menées pour la sauvegarde d’un monument, cependant c’est souvent sur le résultat de cette opération que le public jugera la qualité du travail effectué.
La couleur est l’élément visuel qui fait réagir : réaction au moment des premières investigations, au constat d’état , aux essais de faisabilité et à la fin des travaux de restauration.
In situ , le premier contact avec le métal c’est l’aspect visuel pour lequel la couleur tient une place importante . En effet, elle permet une première approche dans l’identification de la nature du métal , de son altération , des traitements qu’il a subi.
Mais une couleur peut en cacher une autre ! Là où l’œil nous prévient, où la couleur nous attire, les analyses peuvent elles nous apporter les preuves d’une altération , d’un choix, d’une technique… ?.
Quels sont les problèmes ? , Comment procède t’on ? Quels types de résultats peut on espérer obtenir ?
De la Meurthe et Moselle à l’Isère , de Blois à Châlons en Champagne, de l’Opéra Garnier au Pont Alexandre III, du Petit Palais au Grand Palais en passant par le musée d’Orsay, Présentation de quelques cas concrets et des moyens mis en œuvre pour répondre aux problèmes de couleur.
Annick Texier
Laboratoire de recherche des Monuments Historiques
18h00 – 19h00 La problématique de la couleur dans la conservation et la restauration des objets d’art et d’archéologie
Marie-Anne Loeper-Attia, restauratrice, professeur à l’IFROA

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A la différence d’autres matériaux comme la céramique et les matériaux organiques, l’aspect du métal est profondément modifié par son altération. La couleur semble avoir un rôle souvent plus important dans la perception de l’objet que sa forme ou son état de surface et lui confère ainsi une valeur d’ancienneté. Or, la plupart des traitements de restauration proposés modifient la couleur et la matité de la surface d’origine. Tout travail de conservation-restauration est subjectif, un choix de restauration même minimaliste ne peut être présenté comme neutre et objectif. Cette subjectivité se doit d’être exprimée et justifiée pour avoir un choix de traitement le plus adapté à l’objet et à sa problématique.
Celle-ci se pose de différentes manières suivant le statut de l’objet, qu’il soit culturel ou muséologique. Cette différence de statut et de fonctionnalité conditionne le traitement de conservation-restauration au niveau des choix techniques et des options dans le rendu final de la surface.
Après un rapide rappel de la déontologie qui sous-tend le travail du conservateur-restaurateur, nous aborderons le problème de la prise en compte de la couleur de la surface d’origine d’un objet métallique dans le choix du traitement. Le statut de l’objet va fixer des objectifs au traitement. Le constat d’état de l’objet va déterminer les limites de l’intervention, par la mise en évidence de la surface d’origine et l’élaboration d’un diagnostic adapté.
Marie-Anne Loeper-Attia
Institut national du patrimoine
Institut de Formation des Restaurateurs d’œuvres d’Art
19h00 – 20h00 Bilan de l’école de printemps
21h00 Soirée de clôture en couleurs

Le conservatoire des ocres et de la couleur

le conservatoire de la couleur

L'usine Mathieu, conservatoire des ocres et de la couleur
A l'image d'un conservatoire de musique, le rôle du Conservatoire de la couleur est de pratiquer la discipline que l'on entend conserver. Ici, la couleur se vit par le geste et par la transmission des savoir-faire. Le centre de formation, la librairie et le comptoir spécialisé sont au service de cette mission.
Société Coopérative d'Intérêt Collectif (SCIC) reconnue par l'État, ôkhra gère ce conservatoire en délégation de service public. Elle rassemble salariés, artistes, artisans, industriels, scientifiques, bénévoles et collectivités territoriales au sein d'une gouvernance partagée.

les salles de formation

une des salles de cours du conservatoire
Les formations se déroulent dans une des salles de cours du conservatoire, aménagées dans les anciens entrepôts d'ocre. L'usine Mathieu est une usine d'ocre réhabilitée, les stages se déroulent donc au cœur de la couleur.
Les installations sont simples, le luxe, c'est l'espace, la lumière et l'environnement. Les pauses déjeuners se prennent fréquemment en plein air (il fait souvent beau, vous êtes en Provence !).

Roussillon en Provence

le village de roussillon
Roussillon est un village magnifique, au cœur du massif ocrier classé du Luberon, et il en a la couleur. La visite du sentier des ocres, au bord du village, est indispensable. A quelques kilomètres, à Gargas, les spectaculaires mines souterraines de Bruoux valent le détour.
A quelques kilomètres d'Apt, on y accède par le TGV d'Avignon ou l'aéroport d'Aix - Marseille. De nombreuses solutions d'hébergement pour tous budgets sont proposées autour du conservatoire.