Institut photonique d'analyse non-destructive européen des matériaux anciens

Dans quelles conditions environnementales se rétablit la biodiversité après une extinction de masse ? Pour répondre à cette question majeure nous utilisons l’extinction de masse Permien/Trias (~252 Ma) comme cas d’étude. La rediversification qui suivit est supposée avoir été lente et retardée. Elle marque également l'expansion de la faune évolutive moderne qui aboutira aux écosystèmes marins actuels. De façon inattendue, nos données préliminaires de terrain issues de nouveaux sites du vaste bassin Ouest-américain suggèrent qu'un écosystème marin complexe, le Paris Biota, a probablement persisté pendant une partie du Trias inférieur, à un moment et en un lieu supposés très dépeuplés. Il montre également que le registre fossile du Trias inférieur reste incomplet, probablement en raison de biais de préservation et d'échantillonnage marqués. Ce projet vise à comprendre le cadre environnemental et spatiotemporel dans lequel le Paris Biota s'est formé car il détient les clefs pour appréhender les dynamiques de récupération environnementale et biotique post-crise, ainsi que les racines des écosystèmes marins modernes. Les environnements du Paris Biota étant perturbés et hétérogènes, nous voulons déterminer (i) son étendue spatiotemporelle exacte, et (ii) s'il existe une combinaison de conditions taphonomiques et environnementales favorisant ou empêchant son essor et/ou le rendant visible dans le registre fossile, en particulier par comparaison avec les faunes contemporaines plus classiquement retrouvées mais appauvries. En rassemblant des données paléontologiques, sédimentologiques et géochimiques intégrées au niveau régional, tout en contrôlant les biais d'échantillonnage et taphonomiques et en recourant à des techniques d'imagerie innovantes en cours de développement combinant photoluminescence multi/hyperspectrale et analyses Synchrotron de fluorescence et d’absorption X, les plus-values majeures de ce projet seront une dissection à haute résolution des paléoenvironnements et des biotes post-crise ainsi qu’une caractérisation de la qualité du registre fossile connu pour cet épisode crucial de l'histoire de la Vie.

L’étude des propriétés de photoluminescence des matériaux anciens fournit des informations précieuses pour déterminer leur composition, et étudier les processus d’altération. La photoluminescence est une technique très sensible, qui se révèle souvent complémentaire d’autres méthodes analytiques utilisées en sciences du patrimoine. Les laboratoires PPSM et IPANEMA ont ainsi développé une activité de recherche autour des propriétés de luminescence de matériaux anciens, notamment des peintures historiques et des échantillons fossiles, très originale à l’échelle de la communauté française des sciences du patrimoine. Cette activité s’appuie à l’heure actuelle sur le parc instrumental du PPSM et sur des prototypes d’imagerie en émission excitation développés à IPANEMA. Le projet ALUMMAP vise à acquérir un spectrofluorimètre à haute sensibilité qui viendra remplacer le fluorimètre actuel du PPSM, arrivé en fin de vie. L’objectif est de disposer d’un fluorimètre de haute sensibilité, avec un détecteur performant de l’UV au proche IR, pouvant discriminer les phénomènes de fluorescence et de phosphorescence, et permettant à la fois l’analyse d’échantillons modèle (solutions, films minces) et d’échantillons réels massifs grâce à un système de fibres optiques. Cet instrument permettra d’une part une analyse précise d’échantillons complexes car contenant de multiples chromophores avec des hétérogénéités multi échelle. D’autre part, il permettra la collecte de données calibrées en excitation et en émission, qui serviront à leur tour à la calibration des prototypes développés à IPANEMA.

Certaines peintures modernes à l’huile du milieu du XXe, notamment celles de la Seconde École de Paris, présentent un phénomène de ramollissement de la couche picturale. Observées depuis les années 1990, ces altérations se manifestent par l’apparition d’empâtements mous, des surfaces poisseuses ou encore des exsudations de liant et compromettent à la fois la stabilité matérielle et la lisibilité visuelle des œuvres. Les mécanismes physico-chimiques à l’œuvre et l’implication de facteurs tels que conditions de séchage ou l’usage de siccatifs restent encore mal compris. Dans le cadre du stage, deux approches complémentaires seront mises en œuvre pour l’étude de ce phénomène. La première vise à enrichir le corpus d’échantillons modèles de peinture à l’huile en affinant les paramètres variables (conditions de séchage, épaisseur des couches, proportion et type de siccatif) dans le but de créer de l’instabilité ou hétérogénéités. Ces modèles permettront d’évaluer la cinétique des premiers stades d’oxydation et de polymérisation des films de peinture en surface et à cœur avec un suivi par spectroscopie infrarouge (OPT-IR ou IR-TF). La seconde approche consistera à analyser un corpus de fragments historiques du triptyque (Sans titre, 1969) de Joan Mitchell conservé au musée de Brou. Cette étude permettra de mieux caractériser la technique picturale de l’artiste et la matérialité de cette œuvre majeure, à l’aide d’analyses élémentaires (XRF/MEB-EDX) complétées éventuellement par du XAS et XRD, et de spectroscopie infrarouge (IR-TF) pour les matériaux organiques.

Les Rencontres Franciliennes de Mécanique (RFM) sont organisées chaque année par la Fédération Francilienne de Mécanique (F2M). Cette année, les RFM2025 ont pour objectif de dresser un état des lieux des apports de la mécanique des matériaux, des structures et des procédés à la préservation de notre patrimoine culturel. Ces rencontres se dérouleront sur deux journées le 3 et 4 juillet 2025: la première sera consacrée au patrimoine muséal, la seconde au patrimoine architectural. La première demi-journée portera sur les contributions de la mécanique aux processus de conservation des œuvres muséales : étude du comportement thermo-hygro-mécanique des panneaux de bois, problématiques liées aux vibrations dans les musées, instrumentation et modélisation de tableaux et de textiles anciens. La seconde demi-journée sera dédiée aux études acoustiques des instruments de musique, en lien avec des problématiques de reconstitution ou de compréhension de leur fonctionnement. La deuxième journée sera entièrement consacrée au patrimoine architectural. La matinée sera dédiée au chantier de Notre-Dame, où quatre domaines disciplinaires seront mis à l’honneur : la mécanique des structures maçonnées, de la charpente, des éléments métalliques et des vitraux de la cathédrale. Enfin, la dernière demi-journée portera sur les matériaux anciens du patrimoine et les méthodes d’instrumentation pour le suivi de l’état de santé du bâti ancien.

L’art rupestre est une forme universelle d’expression humaine dans le monde entier, les premières formes de comportement symbolique remontant lointain dans l’histoire de l’humanité. Il continue d’être l’une des formes les plus importantes en raison de l’universalité de l’utilisation des matières colorantes pour exprimer des perspectives culturelles. Dans de nombreuses régions du monde, y compris en France et en Australie, l’art rupestre est un moyen de comprendre notre histoire lointaine collective, nos connaissances dans le présent et d’identifier les questions de recherche clés pour l’avenir, y compris en ce qui concerne l’interprétation culturelle et l’analyse scientifique. La préservation de ce patrimoine culturel est encore plus essentielle compte tenu de la vulnérabilité de l’art rupestre dû au changement climatique et autres événements catastrophiques ainsi que les effets humains. Dans de nombreux sites, il ne reste que des traces de pigments ce qui menace la préservation de ces sites jusqu’à leur anéantissement complet et la perte des liens culturels. Par conséquent, des méthodes analytiques appropriées pour l’étude des pigments vulnérables de l’art rupestre nécessitent des approches non invasives et non destructives, afin de les protéger davantage. Les pigments de l’art rupestre correspondent à des couches complexes de liants et de pigments appliqués au fil du temps, et dans certains cas dans des endroits éloignés. Par conséquent, toute approche analytique doit être sensible, robuste et portable ou ne nécessiter que de très petits volumes d’échantillonnage. L’un des principaux résultats du projet sera une évaluation et un examen approfondis de l’analyse non invasive des pigments vulnérables de l’art rupestre. Ces résultats constitueront la base d’un examen clé de l’état scientifique des approches visant détecter des traces de pigments sur un site d’art rupestre et de l’élaboration de méthodes scientifiques appropriées. Un aspect fondamental de ce projet est de renforcer les partenariats interdisciplinaires avec les propriétaires traditionnels, les archéologues, les scientifiques, les chercheurs en début de carrière et les étudiants, qui collaborent sur des questions de recherche communes.

Préparés à partir de peaux animales, les parchemins sont constitués essentiellement de fibres de collagène et sont sensibles à divers facteurs d’altération, principalement l’eau (hydrolyse) et la chaleur (oxydation). Un défi crucial pour définir des traitements ou des conditions de conservation adaptées est de déterminer l’état de conservation du collagène de manière non invasive et ainsi prévenir une dégradation irrémédiable du parchemin, la gélatinisation. Le but de ce projet est de mesurer et caractériser les modifications physico‐ chimiques et morphologiques du collagène en fonction des conditions de température et d’humidité et de comprendre leurs origines. Notre approche est basée sur la microscopie optique non‐linéaire, technique non invasive à l’échelle micrométrique pour caractériser l’état de conservation du collagène sous forme fibrillaire. En parallèle, des techniques d’analyse infrarouge multi‐échelle apportent un suivi des altérations du point de de vue chimique. L’enjeu principal de ce projet est de faire le lien à la fois entre les différentes échelles sondées (du nanomètre au micromètre) et les différents signaux physico‐chimiques collectés. Les connaissances nouvelles apportées sur l’altération du collagène au sein des parchemins permettront à terme une interprétation plus fine des observations avec des techniques plus conventionnelles utilisées en conservation‐restauration, telles que l’observation de fibres sous loupe binoculaire ou par platine chauffante (MHT, Micro Hot Table).

Les fossiles de tétrapodes du Permo-Trias du Bassin de Morondava, au Sud-Ouest de Madagascar, sont d’une grande importance scientifique et historique. Ils documentent en effet de nombreuses étapes charnières de l’évolution des vertébrés terrestres et de transformation des écosystèmes continentaux en réponse aux changements climatiques globaux de la fin du Paléozoïque et à la crise biologique Permo-Trias. Cependant, ces collections actuellement conservées au MNHN posent de nombreuses questions en termes d’historicisation, de contextualisation et d’extraction. Du fait de leurs nombreux déplacements au sein de différents ensembles, les données de collecte indispensables à leur étude, voire certains spécimens, ont disparu de la scène scientifique. Des limites techniques liées à la propriété des matériaux ont empêché l’extraction de plusieurs spécimens clés, parfois pendant plus de 70 ans. L’objectif de ce projet est la valorisation historique et scientifique de cette collection patrimoniale à travers le développement de deux approches innovantes et transdisciplinaires. Un premier axe « pratiques patrimoniales et histoire des collections » vise à modéliser le principe d’une recherche de provenance, appliquée ici à des naturalia. Cette historicisation, de la collecte à la gestion scientifique et muséographique, des spécimens, sera fondée sur une approche historienne associée à la matérialité des collections. Un second axe, « innovations instrumentales et expérimentales », développera une méthode optimisée et non invasive de micro-préparation avec contraste augmenté par photoluminescence et réflectance permettant d’assurer l’extraction mécanique des fossiles. Ce projet permettra plus largement de formaliser une approche transdisciplinaire d’étude de provenance en sciences naturelles et de démocratiser un nouvel équipement de préparation-restauration pour les laboratoires de paléontologie et d’archéologie.

Ce sujet de doctorat prend sa source dans la découverte de vertébrés à mâchoire (gnathostomes) à préservation exceptionnelle de tissus mous au sein de deux gisements contemporains du Carbonifère (-300 millions d’années), l’un en Uruguay, l’autre aux Etats-Unis. Fait unique, en plus de muscles, nous avons mis en évidence la minéralisation du cerveau chez deux chondrichthyens (poissons cartilagineux : requins, raies, chimères) dans ces deux sites. Ces rares cas de fossilisation remarquable d’espèces vivant pendant une radiation évolutive importante des gnathostomes modernes seront d’abord étudiés grâce à des approches d’imageries non destructives (microtomographie RX CT scan et synchrotron), qui permettront de décrire et d’interpréter des caractères inédits documentant les étapes précoces de l’évolution morphologique encore débattue du squelette de la tête et du système nerveux central chez les vertébrés. Cet axe sera complété par une étude des processus de fossilisation du cerveau qui restent inconnus par : 1. l’analyse élémentaire par fluorescence X des fossiles, 2. une caractérisation fine des conditions environnementales de dépôt, différentes entre les gisements américains et uruguayens, et 3. une étude du rôle exercé par les bactéries impliquées dans la fossilisation exceptionnelle de cet organe délicat. Ainsi, grâce à ces deux axes complémentaires, ce projet portant sur des fossiles inestimables produira des données essentielles à la compréhension de l’évolution d’un organe clé et des conditions nécessaires à sa fossilisation exceptionnelle.

La connaissance approfondie des chaînes opératoires de production des premières productions céramiques d’Europe, associées aux contextes du Néolithique ancien, revêt une importance cruciale pour la compréhension des savoir-faire techniques des premiers agro-pasteurs du continent, de leurs trajectoires spatio-temporelles et de leurs interactions. Traditionnellement, l’identification et la classification de ces céramiques reposent essentiellement sur l’analyse visuelle des poteries. Ces dernières années, l’application de la micro-tomographie, qui offre une exceptionnelle lisibilité de la structure interne des céramiques, a ouvert de nouvelles perspectives pour dépasser la seule expertise empirique des technologues. L’exploitation des données issues de ces analyses reste néanmoins un véritable verrou en raison de la complexité inhérente aux céramiques archéologiques, définies par des profils minéralogiques, chimiques et poreux extrêmement hétérogènes. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons de lever ce verrou via une approche novatrice utilisant l’Intelligence Artificielle pour exploiter les images issues des acquisitions micro-tomographiques et MEB de céramiques du Néolithique ancien d’Europe occidentale. Notre premier objectif est de classifier ces céramiques en fonction de leur composition matérielle et des techniques employées pour leur fabrication. Pour ce faire, nous ferons appel à l’apprentissage profond, une technique qui nous permettra de développer un modèle capable d’effectuer cette classification de manière rapide et fiable. Nous décuplerons dans un second temps la portée de ce premier modèle en créant un « jumeau numérique » des céramiques dans une perspective de rétro-ingénierie : cela signifie que nous pourrions simuler les séquences de gestes mises en œuvre pour produire les céramiques anciennes. Cette approche constitue une véritable rupture méthodologique pour la céramologie, permettant d’articuler les différentes échelles d’analyse (du micron au centimètre) dans une perspective inédite.

L’objectif de ce projet est d’adapter l’équipement de microscopie du laboratoire PPSM aux exigences spécifiques d’échantillons patrimoniaux. Le PPSM est spécialisé dans l’étude des processus physico-chimiques induits par excitation lumineuse. Il étend depuis 2020 ses activités avec la création de l’équipe « Matériaux anciens et paléo-inspirés », soutenue par l’arrivée de chercheurs spécialisés en chimie du patrimoine (notamment peintures, textiles archéologiques et spécimens d’histoire naturelle). La spectroscopie et la microscopie d’absorption visible et de fluorescence sont des spécialités historiques du PPSM, ainsi que la spectroscopie vibrationnelle. Les montages actuels du laboratoire sont conçus pour analyser des échantillons microscopiques ou moléculaires, de formes et distributions bien contrôlés. Ce projet consiste à adapter ces équipements pour faciliter les approches corrélatives combinant l’imagerie de fluorescence, y compris résolue temporellement, et la microscopie Raman à balayage. L’objectif est de développer un dispositif flexible et simple d’emploi, capable de s’adapter aux particularités des objets patrimoniaux, en visant particulièrement les systèmes fossiles et archéologiques minéralisés (différentes échelles, résonances, opacité, etc.). En plus de fournir des informations chimiques cruciales pour la compréhension de la structure physico-chimique de ces objets, cette plateforme ouverte permettra de caractériser les seuils d’endommagement des échantillons et d’identifier des zones d’intérêt chimique, et de les retrouver sur plusieurs instruments, préparant le terrain pour des études complémentaires par méthodes optiques et par rayons X.

Heritage conservation preserves the tangible remains of society, but relies on toxic, unsustainable materials and on energy-consuming air conditioning of collections. GoGreen promotes preventive and remedial conservation practices based on green principles to spearhead the green revolution within conservation. Specifically, GoGreen will: (1) develop new damage functions that allow more flexible environmental control in collections, thus improving energy efficiency; (2) generate innovative nature-inspired, bio-based and historical conservation treatment-inspired methods for remedial conservation, including new cleaning solutions for paintings and metals, all using green solvents, bio-inspired reagents, green delivery systems; and stabilization methods for metal and glass that employ innovative techniques like biopassivation to stabilize metal surfaces and nanomaterials that mimic the growth of silica to stabilize glass; (3) assess our new materials and methods using cutting-edge analytical techniques and benchmark methods in collaboration with expert practitioners and museums, to determine their efficacy in the cleaning of paintings and metals, or the stabilisation of glass and metal objects; (4) develop a digital web-app to aid conservators in the design of green preventive and remedial conservation treatments, and a decision model integrating green thinking in complex conservation decision making. Crucially, GoGreen encompasses all relevant and necessary academic and socio-economic actors spanning the full stakeholder value chain to ensure future impact. Our uniquely advantageous composition coupled with the embedding of bottom-up education of professionals through modules and courses for conservation training programmes, emerging conservators and mid-career professionals, guarantees the next generation of conservators are fully prepared to embrace the GreenDeal.

Le présent travail de doctorat s’attachera à développer des méthodes d’apprentissage statistiques avec pour objectif d’estimer le niveau et le type d’altération probable d’une œuvre. L’originalité de ce projet réside dans la prise en compte croisée des aspects liés aux altérations/restaurations avec l’histoire sociale des œuvres. Le projet se focalisera sur des peintures modernes et contemporaines en s’appuyant sur le système d’information (SI) que développe actuellement IPANEMA et Pauline Hélou‐de La Grandière dans le cadre des projets NOIRoeS (Nouveaux outils interdisciplinaires pour la restauration des oeuvres de Pierre Soulages ‐ EUR Humanité Création et Patrimoine 2020‐2023, CY Cergy Paris Université) et MIB‐NOIRoeS (Méthode d’Interface et de Base de données pour le projet NOIRoeS, DIM Matériaux anciens et patrimoniaux). Ce SI vise à structurer les informations techniques, historiques et de conservation des œuvres de Pierre Soulages. Un premier objectif de M(IA)2 sera de fournir une lecture aussi complète que possible des données capturées par ce SI. Le projet s’attachera ensuite à proposer une algorithmie adaptée à l’estimation de l’état d’altération d’une œuvre en fonction tant des techniques et matériaux mis en œuvre pour sa conception que de son histoire post‐conception. Les algorithmes d’apprentissage développés s’appuieront sur l’ensemble hétérogène de données capturées par le SI. Les données quasi exhaustives recueillies sur l’œuvre de Pierre Soulages seront complétées par des données plus fragmentaires, mais de portée plus large qu’apporteront les partenaires du projet ainsi que des musées tels que le Centre Pompidou et le Musée national Picassso‐Paris, qui ont exprimé leur intérêt pour ce projet. Ainsi les méthodes développées et les résultats obtenus gagneront en généralité et le risque de surapprentissage sera réduit d’autant. À travers l’analyse de l’état des œuvres les mieux documentées, les méthodes développées viseront à proposer une estimation probabiliste de l’état d’œuvres moins bien, ou moins souvent, documentées. Une fois validées, ces méthodes pourront également être exploitées, à travers la simulation, pour évaluer les risques d’altérations futures d’une œuvre.