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Des mécaniciens au secours des œuvres d’art

Des mécaniciens au secours des œuvres d’art

25.05.2022, par
« La Sainte Trinité couronnant la vierge », peinture sur bois du XVIᵉ siècle, placée dans une chambre climatique hygrorégulée (musée Fabre, Montpellier, 2018).
Comment conserver ou restaurer une toile de maître soumise à l'épreuve du temps, des variations de température et d'humidité ? Une discipline apporte aujourd'hui des réponses nouvelles : la mécanique. Explications avec François Hild, chercheur à la pointe de ce sujet incontournable pour notre patrimoine.

Comment en êtes-vous venu, dans le cadre de vos travaux de mécanique expérimentale appliquée à la résistance des matériaux et des structures, à vous intéresser à la restauration des œuvres d’art ?
François Hild1Cela est né d’une rencontre avec une enseignante de l’École de Condé de Paris, qui formait les futurs conservateurs et restaurateurs de patrimoine et de biens culturels. Dans le cadre de leur cursus, ses étudiants restaurent, au long cours, une œuvre d’art pendant deux années. Leur mémoire de fin d’études, outre une étude historique et un rapport de conservation et de restauration détaillés, doit contenir une approche scientifique de leur futur métier, appelée partie technico-scientifique. C’est dans ce cadre, et grâce à la présence de John-Éric Dufour2, doctorant dans notre laboratoire avec lequel nous développions des techniques alors très innovantes de stéréo-corrélation d’images globale, que nous avons travaillé, en 2013, sur une Vierge à l’enfant, et en 2014, sur une Descente de croix, conservée dans le chœur de la basilique de Saint-Maurice-en-Valais, en Suisse. Une expérience passionnante.

Banc de stéréo-corrélation installé dans l’enceinte climatique artisanale construite au sein du laboratoire et utilisé pour l’étude du comportement en milieu humide de toiles.
Banc de stéréo-corrélation installé dans l’enceinte climatique artisanale construite au sein du laboratoire et utilisé pour l’étude du comportement en milieu humide de toiles.

Pour l’anecdote, des analyses mécaniques par imagerie ont aussi été mises à contribution pour percer les secrets d’une autre toile de maître, bien plus connue celle-là, La Joconde, pour connaître l’état du panneau de bois sur lequel elle a été peinte3. J’aurais beaucoup aimé participer à ces travaux de recherche ! (rires)

Qu’est-ce que la stéréo-corrélation d’images ?
F. H. Le principe de la stéréo-corrélation d’images s’inspire de la vision humaine. Si vous avez une notion de distance à un objet dans l’espace, et que vous parvenez à agripper facilement votre tasse de café, par exemple, c’est que votre cerveau triangule les deux points de vue différents perçus par vos deux yeux. Essayez de le faire en fermant un œil, c’est beaucoup plus compliqué ! Nous faisons la même chose, par appariement, grâce à deux appareils photos numériques, pour des mesures de forme : la corrélation des niveaux de gris des deux images nous renseigne, de façon très précise, sur la forme de l’objet étudié et sur la manière dont il se déforme.

À cette époque, nos algorithmes et le développement significatif des puissances de calcul ont permis l’essor de cette technique globale. Avec John-Éric Dufour, nous travaillions alors sur ces méthodes de mesure de formes 3D et de champs de déplacements 3D surfaciques, par stéréo-corrélation d’images, dans le cadre d’une thèse Cifre (cofinancée par Safran Aircraft Engines) sur l’étude de pièces de moteurs d’avions.
 
Comment cela s’applique-t-il à la conservation des toiles de maître ?
F. H. Les toiles, en général en lin, sont tendues sur des châssis et subissent, au cours du temps, des variations de température et d’hygrométrie qui les font se tendre ou se plisser. Le risque est de voir la couche picturale se fissurer, s’écailler, voire même se détacher de façon irréversible, ce qui est une catastrophe ! Des solutions existent, déployées lors du retour de la toile nettoyée sur son châssis, mais leur choix dépend des besoins du tableau et des conditions hygrométriques du lieu de conservation.

Dommages induits par les déformations de la toile soumise aux variations de chaleur et d’humidité dans la basilique Saint-Maurice-du-Valais (Suisse). « Descente de croix », S. During, avant restauration.
Dommages induits par les déformations de la toile soumise aux variations de chaleur et d’humidité dans la basilique Saint-Maurice-du-Valais (Suisse). « Descente de croix », S. During, avant restauration.

Les toiles, en général en lin, sont tendues sur des châssis et subissent, au cours du temps, des variations de température et d’hygrométrie qui les font se tendre ou se plisser. Le risque est de voir la couche picturale se fissurer, s’écailler, voire même se détacher de façon irréversible.

Concernant la Descente de croix par exemple, comme deux méthodes étaient envisagées, nous avons introduit deux maquettes et leur échantillon de peinture, tendus selon les deux méthodes en discussion, dans une enceinte climatique. Elles ont été photographiées toutes les quinze minutes, soumises aux mêmes cycles d’humidité relative, identiques aux données enregistrées in situ, dans la basilique suisse, grâce à un thermo-hygromètre enregistreur. Les clichés ont permis de comparer la réponse de la couche picturale de chaque maquette-test, puis de choisir la solution adéquate, à base d’un système de tension, d’agrafes et d’une zone téflonnée (le téflon est un matériau apprécié pour son très faible coefficient de frottement). L’utilisation de la mécanique a permis le choix du bon système de tension de toile et notre choix a été validé, ensuite, sur la toile restaurée. C’est un exemple parmi tant d’autres de l’utilisation actuelle de l’imagerie dans les essais mécaniques.

C’est-à-dire ?
La mécanique est la science du dimensionnement. Nous sommes à un moment charnière de notre discipline. Au XXe siècle, les outils de conception mécanique ont conféré à l’expérimentateur le rôle d’ultime vérificateur. Notre siècle a vu un tel développement des méthodes de prévision par la modélisation numérique et les modèles de comportement mathématiques, qu’un nouveau dialogue, une synthèse même, devient nécessaire entre la mécanique des essais, expérimentale, et celle des calculs, la mécanique numérique et théorique4. C’est une période passionnante. 

A voir sur CNRS le journal :
Les œuvres à l'épreuve des musées, diaporama publié en juillet 2019

Notes
  • 1. François Hild est directeur de recherche au CNRS, au Laboratoire de mécanique Paris-Saclay (LMPS – unité Université Paris-Saclay / CNRS/Centrale Supelec/ENS Paris-Saclay).
  • 2. John-Éric Dufour, « Mesures de forme, de déplacement, et de paramètres mécaniques par stéréo-corrélation d’images isogéométrique », thèse de doctorat de l’université Paris-Saclay, 2015, https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01236259/document
  • 3. L’ensemble de ces travaux est résumé dans le beau livre Au cœur de la Joconde, Léonard de Vinci décodé (Éditions Gallimard, 2006).
  • 4. Depuis une vingtaine d’années, François Hild développe, avec Stéphane Roux, également chercheur au Laboratoire de mécanique Paris-Saclay, une approche originale basée sur l’utilisation d’outils de modélisation numérique pour l’analyse par imagerie des essais mécaniques. http://www.lmt.ens-cachan.fr/

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