Georgia Tech Lorraine, la science au service de l’art

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Une équipe du laboratoire Photonics and Terahertz group composant de l’Unité Mixte Internationale (UMI) 2985 Georgia Tech-CNRS a développé une nouvelle technique d’interprétation des images térahertz permettant de contrôler de manière non destructive des composés divers, notamment les matériaux non métalliques comme les peintures multicouches.

L’Unité Mixte Internationale UMI-2958 GT-CNRS fondée en 2006 par le CNRS et GT est la première et seule UMI basée en France. Initialement basée principalement à Metz au sein du Campus de Georgia Tech Lorraine, elle comprend aussi maintenant un laboratoire à Atlanta. L’unité a par la suite été étendue à des partenaires supplémentaires, notamment Centrale Supélec, l’ENSAM, l’Université de Franche-Comté et l’Université de Lorraine.

La technologie et ses atouts

Les ondes térahertz (THz) sont des ondes électromagnétiques d’une fréquence d’ordre 1012 Hz, s’étendant entre les ondes infrarouges et les microondes. Le grand intérêt de cette gamme de fréquence réside dans son fort pouvoir pénétrant et présente l’avantage d’être a priori sans danger pour les êtres vivants.

Positionnement des ondes térahertz dans le spectre électromagnétique
http://www.br-labs.com/divisions/scientific/terahertz/

Cette capacité à traverser divers matériaux offre de nombreuses applications de visualisation, de caractérisation et d’identification de matériaux diélectriques (non conducteurs) variés comme la céramique, le bois ou encore des composés textiles, mais également des tissus biologiques. Ces ondes permettent également l’étude de matériaux couvrants tel que les peintures, polymères ou huiles sur différents supports.

L’analyse est réalisée grâce à un scanner dit terahertz, composé d’un générateur d’ondes électromagnétiques, et d’un détecteur. Le scanner émet un signal qui pénètre dans le matériau à analyser, les ondes ayant traversé les différentes surfaces sont ainsi détectées . Le signal peut par la suite être analysé informatiquement et transcrit en image. [1]

Contrairement à la technique d’inspection sonore, cette méthode ne nécessite pas de fluide de couplage et présente une meilleure précision. Cette approche est une alternative intéressante aux autres méthodes non invasives traditionnelles comme l’imagerie par rayons X, UV ou ultrasons.

L’enjeu du travail de l’équipe de l’UMI de Metz a résidé dans la mise au point d’un nouveau système de traitement des images obtenues par l’utilisation d’ondes térahertz. Le professeur David Citrin et le Dr Alexandre Losquet, tous deux responsables du projet insistent sur ce fait « Nous n’avons pas inventé l’imagerie térahertz en tant que telle, mais nous avons développé un traitement du signal, inspiré de l’exploration pétrolière, qui permet d’accroître les capacités de cette technique en offrant, par exemple, une meilleure résolution ». [2] Cette avancée dans le traitement du signal obtenu par onde térahertz est un beau succès, avec une application inattendue dans le domaine de la peinture.

Application au domaine de l’art

C’est en 2015 que Georgia Tech Lorraine entre en contact avec le musée de la Cour-d’Or de Metz Métropole, avec l’intention de mettre en application cette nouvelle technologie au domaine de l’art. Le musée propose alors d’expérimenter cette technique sur un tableau qui n’a pas encore livré tous ses secrets, une Vierge en prière du XVIIème siècle attribuée à l’atelier de Giovanni Battista Salvi da Sassosferrato. En effet, plusieurs éléments picturaux du tableau posent question, notamment la présence d’une matière noire grumeleuse située autour de la tête de la Madone, ainsi que la qualité de la peinture utilisée pour les mains de la Vierge, qui semble être différente du reste du tableau. [3]

Les équipes de GTL ont alors utilisé le système d’imagerie par onde térahertz pour obtenir des précisions sur la nature de la peinture, le nombre de couches appliquées ainsi que la présence éventuelle d’un dessin sous-jacent au portrait. L’objectif étant de déterminer l’époque du tableau puisque le nombre de couches de peinture est directement lié à la technique de peinture utilisée et par conséquent, à la période de réalisation de l’œuvre.

Alexandre Locquet examine le tableau
https://france3-regions.francetvinfo.fr/grand-est/moselle/metz/georgia-tech-perce-secrets-oeuvres-art-1399205.html

Le tableau avait été analysé le 11 janvier dernier avec un scanner commercial dont dispose le laboratoire de l’UMI, permettant d’examiner l’oeuvre à une résolution spatiale de 200 microns. La technologie de traitement de signal développée à Metz a permis de distinguer des couches de peinture beaucoup plus fines, de l’ordre de 20 microns alors qu’en l’absence de traitement, il n’est possible que de visualiser des couches de 100 à 150 microns, soit une précision 5 à presque 8 fois meilleure. [4]

Le professeur David Citrin présente les images produites par l’imagerie térahertz.
http://www.news.gatech.edu/2017/12/01/imaging-technique-unlocks-secrets-17th-century-artists

Les analyses ont permis de confirmer que cette peinture était effectivement une œuvre du XVIIème siècle en raison du nombre de couches décelées par l’analyse térahertz. L’équipe a également identifié la nature de la matière noire qui s’avère être issue d’une restauration ancienne et non d’une dégradation des pigments. Enfin, les mains présentes sur le tableau ont bien été peintes à la même époque puisqu’un nombre de couches égal a été trouvé sur cette partie du tableau ; l’hypothèse serait donc qu’elles aient été peintes par des élèves de l’artiste.

Les perspectives

Cette technique de traitement de signal développée par l’UMI de Metz ouvre de nouvelles perspectives pour l’identification et l’analyse d’œuvres d’art anciennes. Mais d’autres champs d’application existent puisque l’équipe l’a également expérimentée sur une pièce de monnaie Byzantine présentant de nombreuses couches d’oxydation dans le cadre de recherches historiques et collabore actuellement sur une application médicale avec un groupe de recherche basé à Hong-Kong afin de caractériser les différentes couches de peau pour la détection du cancer de la peau. Alexandre Locquet a conscience des nombreuses applications pouvant être produites par l’imagerie térahertz : « L’imagerie térahertz est toujours un domaine de recherche émergent et doit trouver ses meilleures applications. Nous espérons y contribuer et sommes heureux de pouvoir appliquer la science et l’ingénierie aux sciences humaines. » [5]


Rédacteur
- Jordan Peyret, Attaché adjoint pour la Science et la Technologie, Consulat Général de France à Atlanta, deputy-univ@ambascience-usa.org