La coloration jaune dans les verres - Application à l'étude des vitraux

Yellow coloration in glass - Application to the study of stained glass

• Auteur / Autrice : Déa Jaïs
• Direction : Laurence Galoisy, Claudine Loisel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 24/09/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Ludovic Bellot-Gurlet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Binet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Fritsch, Ina Reiche

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie Raman

Spectroscopie

Jaune

Vitraux

Verre

Mots clés libres

Couleur

Verres silicatés

Vitraux

Spectroscopie optique

Spectroscopie Raman

Redox

Color

Silicate glasses

Stained glass

Optical spectroscopy

Raman spectroscopy

Redox

Résumé

Le jaune est une couleur très utilisée dans l'art du vitrail mais il est parfois difficile de mettre en évidence le chromophore utilisé. Il existe différents moyens de colorer les verres en jaune, reposant sur des phénomènes physiques très différents : transitions d − d au sein des métaux de transition tel que le Fe3+, transfert de charge Fe3+-S2- dans un complexe tétraédrique de Fe3+ entouré de trois oxygènes et un soufre, résonance plasmon de nanoparticules d'argent métalliques, nanoparticules semi-conductrices de sulfure et séléniure de cadmium. Différentes techniques spectroscopiques : optique (UV-Vis-NIR), Raman, résonance paramagnétique électronique (RPE) ont permis d'établir la structure du chromophore ambre : un Fe3+ tétraédrique entouré d'un sulfure et de trois oxygènes. Ce complexe colore le verre grâce un transfert de charge sulfure-fer et on observe également un transfert de charge oxygène-fer au sein du complexe. Des fusions en atmosphère oxydante ou réductrice ont montré qu'un contrôle précis de l'atmosphère était nécessaire pour obtenir le chromophore. Des vitraux du XIVe au XXIe siècle comportant des verres jaunes ont été analysés afin de déterminer les chromophores utilisés à chaque époque, leur concentration, leur structure et les conditions de synthèse des verres. Des techniques non destructives : PIXE/PIGE sur l'accélerateur New AGLAE et portables : spectroscopie optique et Raman ont été utlisées. Dès la création des premiers vitraux le chromophore ambre est utilisé pour les verres jaunes. Au XIVe siècle apparaît le jaune d'argent puis l'utilisation des nanoparticules de sulfo-séléniure de cadmium au début du XXe siècle. Aujourd'hui tous ces chromophores sont encore utilisés dans le vitrail contemporain offrant une palette de nuances de verres jaunes extrêmement riche et recherchée.

Yellow is a color widely used in stained glass art, but it is sometimes difficult to identify the chromophore used. There are a number of different ways to color glass yellow, based on very different physical phenomena : d−d transitions within transition metals such as Fe3+, Fe3+-S2- charge transfer in a tetrahedral complex of Fe3+ surrounded by three oxygens and one sulfur, plasmon resonance of metallic silver nanoparticles, nanoparticles of cadmium sulfide and selenide semiconductors. Various spectroscopic techniques : optical (UV-Vis- NIR), Raman, electron paramagnetic resonance (EPR) have enabled us to establish the structure of the amber chromophore : a tetrahedral Fe3+ surrounded by a sulfide and three oxygens. This complex colors the glass through sulfide-iron charge transfer, and oxygen-iron charge transfer is also observed within the complex. Melting experiments in oxidizing or reducing atmospheres have shown that precise control of the atmosphere is necessary to obtain the chromophore. Stained glass windows from the 14th to the 21st centuries containing yellow glass were analyzed to determine the chromophores used in each period, their concentration, structure and the conditions under which the glass was synthesized. Non-destructive techniques such as PIXE/PIGE on the New AGLAE accelerator and portable optical and Raman spectroscopy were used. As early as the creation of the first stained glass windows, the amber chromophore was used for yellow glasses. Silver yellow appeared in the 14th century, followed by cadmium sulfo-selenide nanoparticles in the early 20th century. Today, all these chromophores are still used in contemporary stained glass, offering an extremely rich and sought-after palette of yellow glass shades.