Le phénomène de brunissement des vitraux médiévaux : critères d’identification et nature de la phase d’altération

The browning phenomenon of medieval stained glass windows : identification criteria and nature of the alteration phase

• Auteur / Autrice : Jessica Ferrand
• Direction : Stéphanie Rossano
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géomatériaux
• Date : Soutenance le 10/12/2013
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Géomatériaux et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne)
• Jury : Président / Présidente : Guy Libourel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphanie Rossano, Claudine Loisel, Isabelle Pallot Frossard, François Guyot, Bruno Lanson
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marine Cotte, François Mirambet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectrométrie XANES

Oxydation

Manganèse

Vitraux médiévaux

Mots clés libres

Manganèse

Vitraux

Oxydation

Brunissement

Xanes

Managnese

Stained glass windows

Oxidation

Browning

Xanes

Résumé

Les vitraux du Moyen Âge, dont les pièces de verre contiennent du manganèse, sont fréquemment atteints d'une pathologie communément appelée «brunissement ». Ce phénomène, qui se traduit par la présence de taches brunes riches en manganèse en surface ou subsurface du verre limitant le passage de la lumière et gênant la lisibilité de l'œuvre, est peu documenté et son occurrence parmi les vitraux n'est pas précisément connue. Un des problèmes majeurs pour ce qui concerne la conservation/restauration des œuvres est l'absence de traitements efficaces et durables pour cette pathologie. En France actuellement, l'absence de traitement est donc préconisée, ce qui ne satisfait ni les architectes, ni les conservateurs, ni les restaurateurs. La connaissance approfondie des processus physico-chimiques à l'origine du phénomène de brunissement est donc nécessaire pour proposer des réponses aux questions et aux attentes des conservateurs/restaurateurs. Au cours de cette thèse un panel de 24 échantillons de verres de vitraux historiques et de 3 échantillons archéologiques ont été étudiés par des méthodes microscopiques et spectroscopiques afin i) d'établir des critères d'identification du phénomène de brunissement dû au manganèse et ii) d'obtenir des informations sur la nature des phases brunes et sur le degré d'oxydation du manganèse dans ces phases. Parallèlement à l'étude des échantillons anciens, des verres modèles de composition proche de celle des vitraux médiévaux ont été synthétisés avec deux objectifs : i) la compréhension de la réaction entre le manganèse et le fer et de l'influence des paramètres de fabrication sur la couleur des verres et ii) l'étude de l'influence que peuvent avoir les bactéries dans le développement du phénomène de brunissement

The medieval stained glass windows, which glass composition contain manganese, are often affected by an alteration commonly designated as "browning". This phenomenon results in the presence of Mn-rich brown spots at the surface or subsurface of the glass thus limiting the passage of light and hindering the interpretation of the artwork. Poorly documented, the occurrence of browning among stained glass windows is not precisely described. Currently, one of the major problems in terms of conservation and restoration is that long-term treatments are not available. In these conditions, the recommendations are not to treat the affected glasses, a solution that satisfies neither the architects nor the curators, nor the restorers. In order to answer the questions and expectations of curators and restorers the comprehension of this phenomenon is essential. In this work, a panel of 24 historical and 3 archaeological stained glass samples were studied by microscopic and spectroscopic methods in order to i) establish reliable criteria for identifying the browning phenomenon due to manganese and ii) obtain information on the nature of the dark phases and the oxidation state of manganese in these phases. In parallel with the study of ancient samples, synthetic glasses with medieval-like compositions were synthesized for: i) understanding the reaction between manganese and iron, as well as the influence of the process parameters on the color of glasses and ii) studying the influence of bacteria in the development of the browning phenomenon