Remèdes au jaunissement : quel est l’effet du rayonnement UV ?

Les essais de remédiation ont montré que le rayonnement UV permet d’une part d’éliminer des croûtes noires synthétiques sans produire de jaunissement et d’autre part d’atténuer certaines colorations jaunes obtenues par irradiation laser IR à 1064 nm.

5.5.1. Nettoyer sans jaunir

Le laser UV permet d’éliminer rapidement les croûtes modèles fines à 1% d’hématite ou reconstituée ; il n’est cependant pas efficace pour éliminer la croûte fine à 30% d’hématite ni les croûtes épaisses, qu’elles soient réalisées à partir d’hématite ou de croûte naturelle. Cette observation rejoint celle émise par de nombreux praticiens et scientifiques de la conservation-restauration : le laser UV permet en général l’élimination rapidement des encrassements fins et peu indurés mais est peu efficace sur les salissures épaisses et irrégulières (Marakis et al., 2003).

L’irradiation laser UV n’induit en outre aucun jaunissement du substrat. Cette dissemblance avec l’irradiation IR provient probablement des mécanismes différents qui régissent l’interaction laser-matière pour chacune des longueurs d’onde (1064 et 355 nm). On a vu dans le chapitre 1 que l’irradiation laser UV induit moins de vaporisation sélective explosive mais procède principalement par explosion thermique rapide (Zafiropulos et al., 2005). Or on sait que l’interaction du laser IR avec les particules absorbantes de la croûte

noire advient surtout sous forme de vaporisation sélective explosive (Venaille, 1997). Dans cette étude, on a pu démontrer que le jaunissement était lié à l’interaction du laser avec des particules absorbantes comme les oxydes de fer et les cendres volantes. Par conséquent l’irradiation UV n’induit pas de jaunissement probablement parce qu’elle ne conduit pas à la vaporisation sélective de ces composés, mais ablate plutôt la salissure par explosion thermique rapide.

Si le laser UV ne jaunit pas, il peut toutefois induire un assombrissement de la surface et conférer un aspect gris après nettoyage (ici dans le cas de la croûte à 30% d’hématite). Ce noircissement est probablement dû à la formation de magnétite : les lasers UV sont fréquemment utilisés pour synthétiser à partir d’hématite des films fins de magnétite par ablation laser pulsé (PLD) (Sanz et al., 2013). Par exemple Bohra et al. (2007) synthétisent de la magnétite en irradiant de l’hématite avec un laser Nd:YAG QS (5-6 ns) à 355 nm à 10 Hz et avec une fluence de 2,5 J.cm-2, c’est à dire en utilisant des conditions expérimentales similaires aux nôtres. Cet aspect gris de la surface après irradiation UV a également été observé par Pouli et al. (2016) après nettoyage d’un marbre. Nous suggérons ici que cette coloration grise est liée à la présence de particules de magnétite après irradiation et qu’elle n’est pas toujours observée car elle dépend de la quantité d’hématite présente dans l’encrassement, variable d’une croûte noire à une autre.

5.5.2. Atténuer la coloration jaune

L’exposition à la lumière UV issue de lampes fluorescentes (313 nm) ou d’un laser (355 nm), permet dans certains cas d’atténuer une coloration jaune obtenue préalablement par irradiation à 1064 nm. On a vu notamment que les colorations ocre jaune obtenues par irradiation à 1064 nm d’éprouvettes à base de cendres volantes ou de croûte noire naturelle sont atténuées par exposition à des lampes UV. Ces résultats indiquent qu’au moins une partie des composés responsables de la couleur jaune et présents à la surface après irradiation est réactive à la lumière UV et est donc probablement de nature organique. En effet, la lumière UV est souvent utilisée pour ses effets photochimiques : elle peut induire des ruptures ou des réarrangements des liaisons de molécules organiques, conduisant à des changements de couleur (Nassau, 1983). Or on a vu précédemment que des traces de matière organique sont présentes à la surface irradiée des croûtes reconstituées à partir de croûte naturelle. En outre, les deux types de cendres volantes utilisées contiennent l’un comme l’autre une fraction organique. Il est probable que des traces de matière organique soient également présentes à la surface de ces éprouvettes après irradiation. L’atténuation de la coloration jaune serait ainsi due à l’élimination de cette matière organique résiduelle.

Par ailleurs, le fait que la coloration jaune soit juste atténuée et non pas totalement éliminée est vraisemblablement lié à la rémanence de composés chromophores qui ne sont pas sensibles à l’action photochimique du rayonnement UV. Ces composés peuvent être issus par exemple de l’irradiation d’oxydes de fer ou de cendres volantes qui sont présents dans les croûtes noires. Ces différentes hypothèses sont illustrées sur la Figure 156.

Dans le cas du laser UV, des effets mécaniques provoquant l’ablation de matière s’ajoutent aux effets photochimiques. Le laser UV s’est révélé efficace pour atténuer la coloration jaune obtenue par irradiation à 1064 nm de croûte reconstituée fine et de croûte modèle fine à 1% d’hématite. Les effets ablatifs du laser UV permettent donc, contrairement à l’action purement photochimique des lampes UV, une atténuation de la coloration jaune d’éprouvettes à 1% hématite.

Il est intéressant de remarquer que le laser UV ne parvient cependant pas à atténuer la coloration jaune obtenue à partir d’éprouvettes plus concentrées en hématite (à 30%). Dans ce cas-là, l’irradiation UV induit un assombrissement vers des teintes brunes plus foncées. Plusieurs études menées sur des objets en fer rouillés ont montré que l’irradiation laser UV (à

248 nm ou 355 nm) de la rouille orangée (qui est composée d’un mélange d’oxydes et oxy-hydroxydes de fer) induit souvent un assombrissement de celle-ci dû à la formation de magnétite (Baldwin et al., 2008). Sachant que des nanostructures riches en fer sont présentes sur les surfaces jaunes, il est possible que l’assombrissement observé soit lié à une transformation analogue. Dans ce cas, on peut supposer que pour les éprouvettes à 1% d’hématite, la quantité de particules noires de magnétite formée par irradiation UV des nanostructures jaunes serait très faible. La surface apparaît donc gris très clair voire blanche.

Figure 156 : Impact du rayonnement UV émis par des lampes fluorescentes sur la coloration jaune de a. une croûte modèle à base d’hématite et b. une croûte reconstituée à partir de croûte noire naturelle (schéma des éprouvettes vues de haut).

Ainsi, l’étude des remèdes au jaunissement laser montre que la lumière UV (313 nm) est efficace pour atténuer la coloration jaune obtenue par irradiation à 1064 nm de croûtes noires synthétiques à base de croûte noire naturelle ou de cendres volantes, appuyant l’idée qu’une partie des composés responsables de la couleur jaune est probablement de nature organique.

Le laser UV (355 nm) est quant à lui efficace pour

1- nettoyer sans jaunir les croûtes fines, modèle à 1% d’hématite et reconstituée; 2- atténuer la coloration jaune de croûtes fines ou épaisses irradiées à 1064 nm,

modèle à 1% d’hématite et reconstituée.

Pour les éprouvettes plus concentrées en hématite (30%), le rayonnement UV est inefficace, que ce soit pour les nettoyer ou atténuer la coloration jaune obtenue après irradiation à 1064 nm : dans les deux cas le laser UV induit un assombrissement de la surface, probablement lié à la formation de magnétite.